JP2024065619A - 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

【解決手段】蓄電素子は、容器本体及び第一蓋体を有する容器と、容器に収容された電極体であって、X軸プラス方向に第一接続部を有する電極体と、第一蓋体に配置された第一端子と、第一導電部材、第一部材と、を備える。容器本体は、X軸方向の一方側に第一開口部を有する。第一蓋体は第一開口部を塞ぐ。第一導電部材は、第一接続部と第一端子とを電気的に接続する。第一部材は、第一導電部材と容器本体の内側面との間に配置されている。第一導電部材は、X軸方向と交差するY軸方向の一方側に曲がった第一曲げ部であって、第一部材に沿う形状に形成された第一曲げ部を有する。【選択図】図9

Description

本発明は、蓄電素子及び蓄電素子の製造方法に関する。
特許文献1には、電池缶と、電池缶内に収納され、一方極及び他方極を含む電極群とを備える電池が開示されている。この電池において、電池缶の開口部は封口部材によって封止されている。封口部材は、電池缶の開口部を塞ぐ蓋と、蓋の外面にガスケットを介して取り付けられた出力端子と、蓋の内面に絶縁体を介して取り付けられた負極リードとを備える。負極リードは、軸用貫通孔を有する第1のプレート部と、第1のプレート部から電極群側に延出された第2のプレート部とを備え、L字型の断面形状を有する。電極群は、電極群の上側の端面から上向きに導出された負極導電タブを有する。負極導電タブには負極保護リードが溶接によって固定されており、負極保護リードの外側の一方の面には、四角形板状の負極中間リードが溶接されている。負極中間リードは、負極リードの第2のプレート部にレーザ溶接されている。
特開2009-87727号公報
上記従来の電池では、電池缶の蓋に固定された第1のプレート部から電極群側に延出された第2のプレート部に、電極群の上側の端面から上向きに導出された負極導電タブが、負極保護リード及び負極中間リードを介して接続されている。従って、蓋と電極群の上側の端面との距離が比較的に長くなる。その結果、電池缶の内部における、電極群の収容に使用されない空間の容積が比較的に大きくなる。
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、容器の内部空間を効率よく使用できる蓄電素子及び蓄電素子の製造方法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、第一方向の一方側に第一開口部を有する容器本体、及び、前記第一開口部を塞ぐ第一蓋体を有する容器と、前記容器に収容された電極体であって、前記第一方向の一方側に第一接続部を有する電極体と、前記第一蓋体に配置された第一端子と、前記第一接続部と前記第一端子とを電気的に接続する第一導電部材と、前記第一導電部材と前記容器本体の内側面との間に配置された第一部材と、を備え、前記第一導電部材は、前記第一方向と交差する第二方向の一方側に曲がった第一曲げ部であって、前記第一部材に沿う形状に形成された第一曲げ部を有する。
本発明の一態様に係る蓄電素子の製造方法は、蓄電素子の製造方法であって、前記蓄電素子は、第一方向の一方側に第一開口部を有する容器本体及び前記第一開口部を塞ぐ第一蓋体を有する容器と、前記容器に収容された電極体であって、前記第一方向の一方側に第一接続部を有する電極体と、前記第一蓋体に配置された第一端子と、前記第一接続部と前記第一端子とを電気的に接続する第一導電部材と、第一部材と、を備え、前記製造方法は、前記第一導電部材と前記容器本体の内側面との間に前記第一部材を配置することと、前記第一導電部材を、前記第一部材に沿って曲げることと、を含む。
本発明に係る蓄電素子によれば、容器の内部空間を効率よく使用できる。
図1は、実施の形態に係る蓄電素子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の分解斜視図である。 図3は、実施の形態に係る第一部材及びその周辺の構成を示す斜視図である。 図4は、蓄電素子の製造工程の一部を示す第1の図である。 図5は、蓄電素子の製造工程の一部を示す第2の図である。 図6は、蓄電素子の製造工程の一部を示す第3の図である。 図7は、蓄電素子の製造工程の一部を示す第4の図である。 図8は、蓄電素子の製造工程の一部を示す第5の図である。 図9は、蓄電素子の製造工程の一部を示す第6の図である。 図10は、実施の形態に係る第二部材及びその周辺の構成を示す断面図である。
(1)本発明の一態様に係る蓄電素子は、第一方向の一方側に第一開口部を有する容器本体、及び、前記第一開口部を塞ぐ第一蓋体を有する容器と、前記容器に収容された電極体であって、前記第一方向の一方側に第一接続部を有する電極体と、前記第一蓋体に配置された第一端子と、前記第一接続部と前記第一端子とを電気的に接続する第一導電部材と、前記第一導電部材と前記容器本体の内側面との間に配置された第一部材と、を備え、前記第一導電部材は、前記第一方向と交差する第二方向の一方側に曲がった第一曲げ部であって、前記第一部材に沿う形状に形成された第一曲げ部を有する。
この構成によれば、第一部材を支点として第一導電部材を第二方向の一方側に、容易に曲げること(第一曲げ部の形成)ができる。第一導電部材を第二方向の一方側に曲げることで、第一方向における第一蓋体と電極体との距離を比較的に短くできる。このように、本態様に係る蓄電素子は、容器の内部空間を効率よく使用できる蓄電素子である。
(2)上記(1)に記載の蓄電素子において、前記第一部材は、前記第一導電部材と前記容器本体の前記内側面との間に挟まれて配置されている、としてもよい。
この構成によれば、第一部材が、第一導電部材と容器本体の内側面とに挟まれていることで、第一部材の移動が抑制される。これにより、蓄電素子の製造時または使用時における第一導電部材の移動を効率よく抑制できる。
(3)上記(1)または(2)に記載の蓄電素子において、前記第一導電部材と前記第一接続部とは接合部で接合されており、前記接合部の少なくとも一部は、前記第二方向において前記第一部材と並ぶ位置に配置されている、としてもよい。
この構成によれば、接合部は、少なくとも第二方向の一方側において第一部材から保護または支持されるため、接合部の損傷が抑制される。
(4)上記(1)~(3)のいずれか1つに記載の蓄電素子において、前記第一部材の、前記第一方向及び前記第二方向に交差する第三方向の幅は、前記第一導電部材の前記第三方向の幅よりも大きい、としてもよい。
この構成によれば、第一部材を支点として第一導電部材を曲げる場合に、より安定して第一導電部材を曲げることができる。
(5)上記(1)~(4)のいずれか1つに記載の蓄電素子において、前記第一導電部材は、前記第一曲げ部の前記第二方向の一方側に設けられた第二曲げ部であって、前記第二方向の他方側に曲がった第二曲げ部を有する、としてもよい。
この構成によれば、第一導電部材は2つの曲げ部を有することで、第一端子との接続部分を含む全長が比較的に長い場合であっても、第一方向の幅を比較的に小さくできる。このことは、容器の内部空間の効率的な使用に有利である。
(6)上記(1)~(5)のいずれか1つに記載の蓄電素子において、前記容器本体は前記第一方向の他方側に第二開口部を有し、前記容器は、前記第二開口部を塞ぐ第二蓋体を有し、前記第二蓋体には第二端子が配置されており、前記電極体は、前記第一方向の他方側に第二接続部を有し、前記第二接続部と前記第二端子とは第二導電部材により電気的に接続されており、前記第二導電部材と前記容器本体の内側面との間には第二部材が配置されており、前記第二導電部材は、前記第一方向と交差する方向に曲がった第三曲げ部であって、前記第二部材に沿う形状に形成された第三曲げ部を有する、としてもよい。
この構成によれば、第一方向の両端に開口部を有する筒状の容器本体と、これら2つの開口部を塞ぐ二つの蓋体とで容器が構成される。従って、2つの蓋体のそれぞれに、電極体と電気的に接続される端子を配置できる。さらに、第二導電部材と容器本体の内側面との間に第二部材が配置される。そのため、第二導電部材を、第二部材を支点として容易に曲げることができ、その結果、第二蓋体と電極体との距離を比較的に短くできる。
(7)本発明の一態様に係る蓄電素子の製造方法において、前記蓄電素子は、第一方向の一方側に第一開口部を有する容器本体及び前記第一開口部を塞ぐ第一蓋体を有する容器と、前記容器に収容された電極体であって、前記第一方向の一方側に第一接続部を有する電極体と、前記第一蓋体に配置された第一端子と、前記第一接続部と前記第一端子とを電気的に接続する第一導電部材と、第一部材と、を備え、前記製造方法は、前記第一導電部材と前記容器本体の内側面との間に前記第一部材を配置することと、前記第一導電部材を、前記第一部材に沿って曲げることと、を含む。
この製造方法によれば、第一部材を支点として第一導電部材を容易に曲げること(第一曲げ部の形成)ができるため、第一蓋体と電極体との距離を比較的に短くできる。第一部材は、第一導電部材と容器本体の内側面との間に配置されているため、第一部材を配置することによる第一蓋体と電極体との距離の増加は抑制される。このように、本態様に係る蓄電素子の製造方法によれば、容器の内部空間を効率よく使用できる蓄電素子を製造できる。
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、製造工程、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、各図において、寸法等は厳密に図示したものではない。さらに、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の端子の対向方向、容器の長手方向、または、一対の蓋体の対向方向をX軸方向と定義する。容器の一対の長側面の対向方向、または、容器の厚さ方向をY軸方向と定義する。容器の蓋体の長手方向を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。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、例えば、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。Y軸方向及びZ軸方向についても同様である。単に「X軸方向」という場合は、X軸に平行な双方向またはいずれか一方の方向を意味する。Y軸及びZ軸に関する用語についても同様である。
さらに、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つの方向が直交している、とは、当該2つの方向が完全に直交していることを意味するだけでなく、実質的に直交していること、すなわち、例えば数%程度の差異を含むことも意味する。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.蓄電素子の全般的な説明]
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2及び後述する図3、図4及び図7では、電極体600は外形のみが簡易的に図示されている。
蓄電素子10は、電気を充電し、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等の非水電解質二次電池である。本実施の形態では、蓄電素子10は、略直方体形状を有している。ここでいう直方体とは、すべての面が長方形または正方形で構成された六面体である。蓄電素子10は、例えば、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、無人搬送車(AGV:Automatic Guided Vehicle)、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。また、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。また、蓄電素子10は、二次電池ではなく、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。
図1に示すように、蓄電素子10は、容器100と、第一端子200及び第二端子300とを備えている。図2に示すように、容器100の内部には、電極体600と、第一導電部材510及び第二導電部材520と、第一部材710及び第二部材720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、図示は省略する。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、様々なものを選択できる。さらに容器100の内部に、図示しないスペーサ等が配置されていてもよい。電極体600には、絶縁シート690及び絶縁テープ695等が配置されているが、図2では、これらの図示は省略されている。絶縁シート690及び絶縁テープ695については。図5等を用いて後述する。
容器100は、X軸方向の両端に開口部が形成された容器本体130と、これらの開口部を閉塞する蓋体とを有する直方体形状(箱形)のケースである。具体的には、容器本体130は、容器100の本体部を構成するX軸方向に長尺状かつ矩形筒状の部材である。容器本体130は、X軸プラス方向に第一開口部131を有し、X軸マイナス方向に第二開口部132を有する。第一開口部131は、第一蓋体110によって塞がれ、第二開口部132は、第二蓋体120によって塞がれる。容器本体130は、図2に示すように、Y軸方向で対向する一対の第一壁部130aと、Z軸方向で対向する一対の第二壁部130bとを備える。第一壁部130aは、容器100における最も面積が大きな側面である長側面を形成する壁部である。第二壁部130bは、一対の第一壁部130aを接続する壁部である。本実施の形態では、第二壁部130bは、X軸方向に長尺な矩形状である。本実施の形態において、X軸方向は第一方向の一例であり、X軸プラス方向は第一方向の一方側の一例であり、X軸マイナス方向は第一方向の他方側の一例である。本実施の形態において、Y軸方向は第二方向の一例であり、Y軸マイナス方向は第二方向の一方側の一例であり、Y軸プラス方向は第二方向の他方側の一例である。本実施の形態において、Z軸方向は第三方向の一例である。
第一蓋体110及び第二蓋体120は、Z軸方向に長尺かつ矩形状の板状部材である。容器本体130、第一蓋体110、または第二蓋体120には、容器100の内圧が過度に上昇した場合に容器100内部のガスを排出するガス排出弁及び容器100の内部に電解液を注入するための注液口等が設けられてもよい。
容器100は、電極体600等を容器本体130の内部に収容後、容器本体130と第一蓋体110及び第二蓋体120とが溶接等されることにより、内部が密封される構造となっている。容器本体130並びに第一蓋体110及び第二蓋体120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。正極板は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属からなる集電箔に正極活物質層が形成されたものである。負極板は、銅または銅合金等の金属からなる集電箔に負極活物質層が形成されたものである。正極活物質層及び負極活物質層に用いられる活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能なものであれば、適宜公知の材料を使用できる。セパレータは、樹脂からなる微多孔性のシートまたは不織布等を用いることができる。本実施の形態では、電極体600は、正極板と負極板との間にセパレータが配置され、かつ巻回されて形成された巻回型の電極体である。
本実施の形態では、電極体600は、巻回軸方向(X軸方向)に長尺状であって、かつ、X軸方向から見て長円形状を有している。電極体600は、X軸方向の長さが、例えば、300mm以上、具体的には、500mm~1500mm程度まで延びる形状を有している。このため、電極体600は、Z軸方向の長さよりもX軸方向の長さが長くなっている。例えば電極体600は、Z軸方向の長さに対し、X軸方向の長さが3倍以上となっている。
より具体的には、電極体600は、正極板と負極板とが、セパレータを介して、巻回軸W(本実施の形態ではX軸方向に平行な仮想軸)の方向に互いにずらして巻回されている。そして、正極板及び負極板は、それぞれのずらされた方向の端部に、活物質が形成されず、集電箔が露出した部分(第一接続部610及び第二接続部620)を有している。
つまり、電極体600は、活物質層が形成された本体部である電極体本体601と、電極体本体601のX軸プラス方向の端部に配置された第一接続部610と、電極体本体601のX軸マイナス方向の端部に配置された第二接続部620とを有する。本実施の形態では、第一接続部610は、正極板の集電箔が巻回され、かつ、Y軸方向に圧縮されることで形成されている。第二接続部620は負極板の集電箔が巻回され、かつ、Y軸方向に圧縮されることで形成されている。
第一端子200及び第二端子300は、電極体600の正極板及び負極板に電気的に接続される端子(正極端子及び負極端子)である。つまり、第一端子200及び第二端子300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。第一端子200は第一蓋体110に固定されており、第二端子300は第二蓋体120に固定されている。本実施の形態では、第一蓋体110と第一端子200とを含む構造体を第一蓋体ユニット191と称し、第二蓋体120と第二端子300とを含む構造体を第二蓋体ユニット192と称する。第一蓋体ユニット191が備える第一端子200は、第一導電部材510を介して、電極体600の第一接続部610と電気的に接続される。第二蓋体ユニット192が備える第二端子300は、第二導電部材520を介して、電極体600の第二接続部620と電気的に接続される。
このように構成された蓄電素子10において、第一接続部610に第一蓋体ユニット191が接続され、かつ、第二接続部620に第二蓋体ユニット192が接続された状態では、電極体600を容器本体130の内部に挿入することは困難である。この点に関し、本実施の形態に係る蓄電素子10を製造する場合、第一接続部610に第一蓋体ユニット191及び第二蓋体ユニット192を接続せず、かつ、第一導電部材510及び第二導電部材520を接続した状態で、電極体600を容器本体130の内部に挿入する。しかしながら、この場合、例えば、第一導電部材510と第一蓋体ユニット191とを接続するためには、第一導電部材510にはある程度の長さ(X軸方向の長さ)が必要である。その結果、第一導電部材510をどのようにして容器本体130の内部に収めるか等の問題が生じる。
そこで、本実施の形態では、第一導電部材510と容器本体130の内側面135との間に、第一部材710が配置される。この第一部材710を利用することで、電極体600を容器本体130の内部に挿入した後に、第一導電部材510が容器本体130の内部に収められるように、第一導電部材510を容易に曲げることができる。これにより、第一導電部材510のX軸方向の幅を小さくできる。その結果、電極体600と第一蓋体110との間の距離が長くなることが抑制される。本実施の形態では、第二導電部材520と容器本体130の内側面135との間にも、第一部材710と同じ効果を奏する第二部材720が配置される。
以下、図3~図9を用いて、蓄電素子10における第一部材710及びその周辺の構成について説明し、図10を用いて、蓄電素子10における、第二部材720及びその周辺の構成について説明する。
[2.第一部材及び第二部材並びにこれらの周辺の構成]
図3は、実施の形態に係る第一部材710及びその周辺の構成を示す斜視図である。図3では、第一部材710のおおよその外形が破線で表されており、電極体本体601と第一接続部610とのおおよその境界が二点鎖線で表されている。図4~図9は、実施の形態に係る蓄電素子10の製造工程の一部を示す第1~第6の図である。図10は、実施の形態に係る第二部材720及びその周辺の構成を示す断面図である。図5、図6、及び図8~図10では、図4のV-V線を通るXY平面における、第一部材710等の構成要素の断面が簡易的に図示されている。図7では、第一接続部610のY軸マイナス方向に位置する第一部材710のおおよその外形が破線で表されている。
図3~図9に示すように、本実施の形態に係る第一蓋体ユニット191は、第一蓋体110、第一端子200、外部絶縁部材230、内部絶縁部材240及び第一集電体410を備える。外部絶縁部材230は、第一蓋体110と第一端子200とを絶縁する。本実施の形態では、外部絶縁部材230は、第一蓋体110と第一端子200の軸部との間を封止するガスケットとしても機能する。内部絶縁部材240は、第一蓋体110と第一集電体410とを絶縁する。外部絶縁部材230及び内部絶縁部材240のそれぞれは、電気的な絶縁性を有する樹脂材料によって形成されている。
具体的には、第一端子200は、第一蓋体110を貫通する軸部を有している。第一端子200の軸部が、外部絶縁部材230の貫通孔と、第一蓋体110の貫通孔と、内部絶縁部材240の貫通孔と、第一集電体410の貫通孔とに挿入されてかしめられる。これにより、第一端子200の軸部の先端にかしめ部211(図3及び図7参照)が形成される。第一端子200は、外部絶縁部材230、内部絶縁部材240及び第一集電体410とともに第一蓋体110に固定される。本実施の形態において正極端子である第一端子200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。
本実施の形態に係る第二蓋体ユニット192も第一蓋体ユニット191と同様の構成を有している。具体的には、第二蓋体ユニット192は、図10に示すように、第二蓋体120、第二端子300、外部絶縁部材330、内部絶縁部材340及び第二集電体420を備える。外部絶縁部材330及び内部絶縁部材340は、外部絶縁部材230及び内部絶縁部材240と同じく、電気的な絶縁性を有する樹脂材料によって形成されている。本実施の形態において負極端子である第二端子300は、銅、銅合金、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。
第一蓋体ユニット191は、第一導電部材510を介して、電極体600と機械的及び電気的に接続されており、第二蓋体ユニット192は、第二導電部材520を介して電極体600と機械的及び電気的に接続されている。第一導電部材510は、例えば、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。第二導電部材520は、銅または銅合金などの金属で形成されている。
本実施の形態に係る蓄電素子10を製造する場合、図4に示すように、第一接続部610に第一導電部材510が接合され、第二接続部620に第二導電部材520が接合された状態で電極体600が容器本体130の内部に収容(挿入)される。第一接続部610と第一導電部材510との接合、及び、第二接続部620と第二導電部材520との接合の手法としては、例えば、超音波接合、レーザ溶接、抵抗溶接またはかしめ接合等が採用される。第一接続部610と第一導電部材510とは第一接合部519(図5及び図7参照)で接合される。第二接続部620と第二導電部材520とは第三接合部529(図10参照)で接合される。なお、図5~図10では、第一接合部519等の接合部は、模様を付した領域で模式的に表されている。第一接合部519等の接合部の形状及び配置位置はこれらの図に示される形状及び配置位置には限定されない。
第一導電部材510及び第二導電部材520が接合された電極体600は、例えば図4に示すように、第一導電部材510を先頭に向けた姿勢で、容器本体130の内部に第二開口部132から挿入される。これにより、電極体600は、容器本体130における所定の位置に配置される。その結果、図5に示すように、第一導電部材510のX軸プラス方向の端部が第一開口部131から容器本体130の外部に露出する。
なお、電極体600が容器本体130の内部に挿入される時点では、電極体600には、図4には図示していない絶縁シート690(図5参照)が、X軸周りの全周に配置されている。さらに、第一導電部材510が接合されている第一接続部610には、X軸周りの全周に絶縁テープ695(図5参照)が配置されている。電極体600と第一蓋体110及び第二蓋体120とが接触しないように、電極体600のX軸方向の両側に、さらに絶縁テープ等が配置されてもよい。
電極体600が図5に示す位置に配置された後に、第一部材710が、第一導電部材510と容器本体130の内側面135との間に配置される。容器本体130の内側面135は、より具体的には、容器本体130におけるY軸方向で対向する一対の内側面135のうちの一方である。本実施の形態では、当該一対の内側面135のうちの、Y軸マイナス方向の内側面135と、第一導電部材510との間に第一部材710が配置される。第一部材710は、例えば、内部絶縁部材240と同じく、電気的な絶縁性を有する樹脂材料によって形成された部材である。第一部材710は、容器100の内部に配置されるため、第一部材710を形成する材料は、電解液に対する耐性が高いことが好ましい。このことは、第二部材720についても適用される。
本実施の形態では、第一部材710は、図3及び図5に示すように、略直方体形状を有しており、第一導電部材510と、容器本体130の内側面135との間に挟まれている。具体的には、本実施の形態では、第一接続部610のY軸プラス方向に第一導電部材510が重ねられて接合されており、かつ、第一導電部材510のY軸プラス方向には絶縁テープ695が配置されている。さらに、第一部材710のY軸マイナス方向には絶縁シート690が配置される。従って、本実施の形態では、第一部材710は、絶縁テープ695及び絶縁シート690を介して、第一導電部材510と、容器本体130の内側面135との間に挟まれている。
第一部材710が図5に示す位置に配置された後に、図6及び図7に示すように、第一導電部材510と、第一集電体410とが接合される。第一導電部材510と、第一集電体410との接合の手法としては、例えば、超音波接合、レーザ溶接、または抵抗溶接等が採用される。これにより、第一導電部材510と第一集電体410とは、第二接合部419で接合される。第一導電部材510と第一集電体410とが接合されることで、第一蓋体ユニット191は、電極体600と機械的及び電気的に接続される。同様に、第二導電部材520と、第二集電体420とが、超音波接合等によって接合され、第四接合部429(図10参照)が形成される。
第一導電部材510と第一集電体410とが接合された後に、図8に示すように、第一導電部材510が曲げられる。具体的には、Z軸プラス方向から見た場合に、第一蓋体ユニット191を反時計回りの方向に回転させながら、第一蓋体ユニット191を第一開口部131に近づける。これにより、第一導電部材510は、第一部材710のX軸プラス方向の端部を支点として時計回りの方向に曲がる。さらに、第一導電部材510は、第一部材710と第二接合部419との間の位置を支点として反時計回りの方向に曲がる。その結果、第一導電部材510は、図9に示すように折り畳まれた形状となり、第一導電部材510の全体が、容器本体130の内部に収容される。具体的には、第一導電部材510は、第一曲げ部511及び第二曲げ部512を有している。第一曲げ部511は、Y軸マイナス方向に曲がった部分であり、第一部材710に沿う形状に形成されている。第二曲げ部512は、第一曲げ部511のY軸マイナス方向に設けられており、かつ、Y軸プラス方向に曲がっている。このように折り畳まれた第一導電部材510と、容器本体130のY軸プラス方向およびY軸マイナス方向の内側面135との間に、図9に示すように、絶縁シート690の一部が配置されていてもよい。これにより、第一導電部材510と容器本体130とがより確実に絶縁される。
第一導電部材510が、図9に示す形状にされた場合、第一蓋体ユニット191の第一蓋体110は、容器本体130の第一開口部131を塞ぐ位置に配置される。その後、第一蓋体110と容器本体130とは、レーザ溶接等の所定の接合手法によって接合される。この状態において、第一部材710は、第一蓋体110から離れた位置に配置されており、第一蓋体110とは接続されていない。つまり、第一蓋体110を第一開口部131を塞ぐ位置に配置する際に、容器本体130の内部の所定の位置に配置された第一部材710は、第一導電部材510を曲げる支点として機能する。
第二導電部材520についても、第一導電部材510と同様に折り畳まれる。すなわち、図10に示すように、第二導電部材520と容器本体130の内側面135との間に配置された第二部材720のX軸マイナス方向の端部を支点として、第二導電部材520が曲げられる。これにより、第二部材720に沿った形状の第三曲げ部521が第二導電部材520に形成される。第二導電部材520にはさらに、第三曲げ部521のY軸マイナス方向に設けられ、かつ、Y軸プラス方向に曲がる第四曲げ部522が形成される。これにより、第二導電部材520の全体が、容器本体130の内部に収容される。さらに、第二蓋体ユニット192の第二蓋体120は、容器本体130の第二開口部132を塞ぐ位置に配置され、容器本体130と、レーザ溶接等の所定の接合手法によって接合される。その結果、容器本体130のX軸方向の両端の開口部(第一開口部131及び第二開口部132)が塞がれ、これにより、容器100の内部が密封される。
なお、第一導電部材510を曲げる(折り畳む)作業と、第二導電部材520を曲げる(折り畳む)作業とは、いずれが先に行われてもよく、同時に行われてもよい。第一蓋体110と容器本体130とを接合する作業と、第二蓋体120と容器本体130とを接合する作業とは、いずれが先に行われてもよく、同時に行われてもよい。
以上説明したように、本実施の形態に係る蓄電素子10は、容器本体130及び第一蓋体110を有する容器100と、容器100に収容された電極体600であって、X軸プラス方向に第一接続部610を有する電極体600と、第一蓋体110に配置された第一端子200と、第一導電部材510と、第一部材710と、を備える。容器本体130は、X軸方向の一方側(本実施の形態ではX軸プラス方向)に第一開口部131を有する。第一蓋体110は第一開口部131を塞ぐ。第一導電部材510は、第一接続部610と第一端子200とを電気的に接続する。第一部材710は、第一導電部材510と容器本体130の内側面135との間に配置されている。第一導電部材510は、X軸方向と交差するY軸方向の一方側(本実施の形態ではY軸マイナス方向)に曲がった第一曲げ部511であって、第一部材710に沿う形状に形成された第一曲げ部511を有する。
この構成によれば、第一部材710を支点として第一導電部材510をY軸方向の一方側に容易に曲げること(第一曲げ部511の形成)ができる。そのため、X軸方向における第一蓋体110と電極体600との距離を比較的に短くできる。第一部材710は、第一導電部材510と容器本体130の内側面135との間に配置されている。すなわち、第一部材710は、第一導電部材510とY軸方向で並ぶ位置に配置される。そのため、第一部材710を配置することによる、X軸方向における第一蓋体110と電極体600との距離の増加は抑制される。このように、本態様に係る蓄電素子10は、容器100の内部空間を効率よく使用できる蓄電素子10である。
具体的には、蓄電素子10の製造時において、電極体600を、容器本体130に挿入した状態で、第一導電部材510を適切に曲げることができる。より詳細には、図6に示すように、電極体600の第一接続部610と第一端子200とを第一導電部材510で電気的に接続した場合であっても、電極体600を容器本体130から引き出すことなく、第一部材710を利用して第一導電部材510を曲げることができる。第一導電部材510を曲げる際に、第一部材710を支点として曲げるため、第一導電部材510を曲げるための外力が電極体600の第一接続部610に与えられ難い。従って、例えば電気抵抗の増加を抑制するために、厚さが比較的に大きな金属板が第一導電部材510として採用された場合であっても、第一接続部610への当該外力の影響を抑制しつつ、第一導電部材510を適切に曲げることができる。
第一部材710は、上述のように、第一導電部材510が曲げられる際の支点として利用される部材である。従って、第一部材710のY軸方向の幅は、容器本体130のY軸方向で対向する一対の内側面135の距離の50%以上であることが好ましく、当該距離の70%以上であることがより好ましい。第一導電部材510が曲げられる際に、第一部材710を図5に示される姿勢に維持する、という観点から、第一部材710のX軸方向の幅は、第一部材710のY軸方向の幅の50%以上であることが好ましい。
本実施の形態において、第一部材710は、第一導電部材510と容器本体130の内側面135との間に挟まれて配置されている。
この構成によれば、第一部材710が、第一導電部材510と容器本体130の内側面135とに挟まれていることで、蓄電素子10の製造時または使用時における第一導電部材510の移動を効率よく抑制できる。より具体的には、図8及び図9に示すように、第一導電部材510を、第一部材710を支点としてY軸マイナス方向に曲げる際に、第一部材710は、Y軸マイナス方向に位置する内側面135に支持された状態にある。そのため、第一部材710に作用するY軸マイナス方向の外力が比較的に大きいほど、第一部材710と内側面135(直接的には絶縁シート690)との間の摩擦力が大きくなる。これにより、第一部材710の移動(位置ずれ)が抑制される。その結果、第一導電部材510を、適切に曲げることができる。
「第一部材710が、第一導電部材510と容器本体130の内側面135との間に挟まれている」、とは、第一部材710が、第一導電部材510及び内側面135のそれぞれに直接的に接触している場合だけではない。上述のように、第一部材710と、第一導電部材510及び内側面135の少なくとも一方との間に、第一接続部610及び/または絶縁テープ695等の他の部材が介在している場合も含まれる。この場合であっても、第一部材710が第一導電部材510及び内側面135から押される力がゼロではない場合、「第一部材710が、第一導電部材510と容器本体130の内側面135との間に挟まれている」に含まれる。
本実施の形態に係る蓄電素子10において、第一導電部材510と第一接続部610とは第一接合部519で接合されている。第一接合部519の少なくとも一部は、Y軸方向において第一部材710と並ぶ位置に配置されている。本実施の形態では、図9に示すように、第一接合部519の全体が、Y軸方向において第一部材710と並ぶ位置に配置されている。
この構成によれば、第一接合部519は、少なくともY軸方向の一方側(本実施の形態ではY軸マイナス方向)において第一部材710によって保護または支持される。これにより、第一接合部519の劣化または損傷が抑制される。具体的には、第一接合部519は、少なくともY軸マイナス方向の移動が第一部材710によって制限される。そのため、第一接合部519の位置の変化及びその繰り返しが生じ難い。これにより、第一接合部519の劣化または損傷が抑制される。
本実施の形態では、図3及び図7に示すように、第一部材710の、X軸方向及びY軸方向に交差するZ軸方向の幅は、第一導電部材510のZ軸方向の幅よりも大きい。
この構成によれば、第一部材710を支点として第一導電部材510を曲げる場合に、より安定して第一導電部材510を曲げることができる。より具体的には、第一部材710のZ軸方向の最大幅は、第一曲げ部511における第一導電部材510のZ軸方向の最大幅よりも大きい。これにより、第一導電部材510を曲げる際の安定性がより確実に向上する。
本実施の形態では、第一導電部材510は、第一曲げ部511のY軸方向の一方側(本実施の形態ではY軸マイナス方向)に設けられた第二曲げ部512であって、Y軸方向の他方側(本実施の形態ではY軸プラス方向)に曲がった第二曲げ部512を有する。
この構成によれば、第一導電部材510は、少なくとも2つの曲げ部を有することで、第一端子200との接続部分を含む全長が比較的に長い場合であっても、X軸方向の幅を比較的に小さくできる。このことは、容器100の内部空間の効率的な使用に有利である。
第一導電部材510が、少なくとも2つの曲げ部を有することは、第一蓋体110と容器本体130とを精度よく接合する、という観点からも有利である。具体的には、第一導電部材510を、図8及び図9に示すように折り畳む場合に、第一曲げ部511の曲げ角が十分(例えば90°)ではない場合を想定する。この場合であっても、第一曲げ部511と第二接合部419との間に第二曲げ部512が存在するため、第一蓋体110を、第一開口部131の閉塞に適した姿勢にできる蓋然性が高い。これにより、第一蓋体110と容器本体130との接合(溶接など)をより精度よく実行できる。
本実施の形態に係る蓄電素子10では、容器100のX軸マイナス方向の端部にも、電極体600に接合された導電部材を容器本体130の内部で曲げる際に利用される部材が配置されている。具体的には、図10に示すように、容器本体130は、X軸マイナス方向に第二開口部132を有する。容器100は、第二開口部132を塞ぐ第二蓋体120を有する。第二蓋体120には第二端子300が配置されている。電極体600はX軸マイナス方向に第二接続部620を有している。第二接続部620と第二端子300とは第二導電部材520により電気的に接続されている。第二導電部材520と容器本体130の内側面135との間には第二部材720が配置されている。第二導電部材520は、X軸方向と交差する方向に曲がった第三曲げ部521であって、第二部材720に沿う形状に形成された第三曲げ部521を有する。
このように、本実施の形態では、X軸方向の両端に開口部(第一開口部131及び第二開口部132)を有する筒状の容器本体130と、これら2つの開口部を塞ぐ二つの蓋体(第一蓋体110及び第二蓋体120)とで容器100が構成される。従って、2つの蓋体のそれぞれに、電極体600と電気的に接続される端子を配置できる。本実施の形態では、第一蓋体110に第一端子200が配置され、かつ、第二蓋体120に第二端子300が配置される。さらに、第二導電部材520と容器本体130の内側面135との間に第二部材720が配置される。そのため、第二導電部材520を、第二部材720を支点として容易に曲げることができる。その結果、第二蓋体120と電極体600との距離を比較的に短くできる。より具体的には、蓄電素子10の製造時において、電極体600を容器本体130に挿入した状態で、第二導電部材520を適切に曲げることができる(図10参照)。
本実施の形態に係る蓄電素子10の製造方法は、例えば以下のように説明される。蓄電素子10は、容器本体130及び第一蓋体110を有する容器100と、容器100に収容された電極体600であって、X軸プラス方向に第一接続部610を有する電極体600と、第一蓋体110に配置された第一端子200と、第一導電部材510と、第一部材710とを備える。容器本体130は、X軸プラス方向に第一開口部131を有する。第一蓋体110は、第一開口部131を塞ぐ。第一導電部材510は、第一接続部610と第一端子200とを電気的に接続する。当該製造方法は、第一導電部材510と容器本体130の内側面135との間に第一部材710を配置することと、第一導電部材510を、第一部材710に沿って曲げることと、を含む。
この製造方法によれば、第一部材710を支点として第一導電部材510を容易に曲げること(第一曲げ部511の形成)ができるため、第一蓋体110と電極体600との距離を比較的に短くできる。第一部材710は、第一導電部材510と容器本体130の内側面135との間に配置されているため、第一部材710を配置することによる第一蓋体110と電極体600との距離の増加は抑制される。このように、本実施の形態に係る蓄電素子10の製造方法によれば、容器100の内部空間を効率よく使用できる蓄電素子10を製造できる。
[3.変形例]
以上、本発明の実施の形態に係る蓄電素子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、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。
本実施の形態では、電極体600の第一接続部610が、正極板の集電箔で形成され、かつ、第二接続部620が、負極板の集電箔で形成されるとした。しかしながら、第一接続部610が、負極板の集電箔で形成され、かつ、第二接続部620が、正極板の集電箔で形成されてもよい。つまり、第一接続部610及び第二接続部620の極性が逆でもよい。この場合、第一端子200は、蓄電素子10の負極端子であり、第二端子300は、蓄電素子10の正極端子である。つまり、蓄電素子10が第一部材710を備えることによる効果であって、電極体600を容器本体130の内部に挿入した状態で、第一導電部材510を容易に曲げることができる効果は、第一接続部610の極性(正極または負極)に関係なく発揮される。
電極体600の第一接続部610は、電極体本体601のX軸プラス方向の端部の、Z軸方向における一部のみからX軸プラス方向に突出していてもよい。例えば、電極体600の正極板の集電箔に、所定の間隔で複数のタブ(X軸プラス方向に突出した部分)を設ける。この場合、正極板を巻回することで、複数のタブをY軸方向に積層できる。これらY軸方向で積層された複数のタブによって第一接続部610が形成されてもよい。この場合、第一接続部610は、例えば「タブ部」と呼ばれる。つまり、電極体本体601のX軸プラス方向の端部におけるZ軸方向の一部から突出したタブ部として、第一接続部610が電極体600に備えられてもよい。タブ部である第一接続部610は、実施の形態に係る第一接続部610(図7参照)よりもZ軸方向の幅が小さくなるが、第一導電部材510と接合することは可能である。第二接続部620についても同様であり、第二接続部620が、Y軸方向で積層された複数のタブによって形成されてもよい。
蓄電素子10は、第一部材710及び第二部材720のうちの一方のみを有してもよい。例えば、蓄電素子10は、第一部材710及び第二部材720のうちの第一部材710のみを有してもよい。この場合、電極体600を容器本体130の内部に挿入する前に、電極体600の第二接続部620と第二導電部材520とを接合してもよい。この接合の後に、容器本体130の外部において、第二部材720を用いることなく第二導電部材520を曲げることで、第二導電部材520を、図10に示す形状に形成できる。このように、電極体600に第二蓋体ユニット192が接続されている状態で、電極体600を、第二開口部132から容器本体130の内部に挿入する(図4参照)。これにより、電極体600は、容器本体130における所定の位置に配置され、その結果、図5に示すように、第一導電部材510のX軸プラス方向の端部が第一開口部131から容器本体130の外部に露出する。このとき、電極体600の第二接続部620には、第二導電部材520を介して第二蓋体ユニット192が接続されている。そのため、電極体600をX軸プラス方向に移動させて第一導電部材510を第一開口部131から外部に引き出すことはできない。つまり、容器本体130の外部で、第一導電部材510を曲げることは実質的に不可能である。しかしながら、図5に示すように、第一導電部材510と、容器本体130の内側面135との間に第一部材710を配置することで、第一部材710を利用して第一導電部材510を曲げることができる。つまり、容器本体130の内部で第一導電部材510を容易に曲げることができる。その結果、第一導電部材510の全体を容器本体130の内部に収容でき、かつ、第一蓋体110を、第一開口部131を塞ぎ、かつ、容器本体130との接合に適した位置に配置できる。
例えば、電極体本体601のX軸プラス方向の端部に、正極のタブ部である第一接続部610と、負極のタブ部である第二接続部620とが、Z軸方向に並んで配置されている場合を想定する。この場合、蓄電素子10は、第一部材710及び第二部材720のうちの第一部材710のみを有してもよい。この場合、第一接続部610に接合された第一導電部材510、及び、第二接続部620に接合された第二導電部材520の両方を、第一部材710を支点として容易に曲げることができる。
本実施の形態では、第一部材710及び第二部材720の両方を有することで、電極体600に機械的及び電気的に接続された第一導電部材510及び第二導電部材520を、容器本体130の内部で曲げることができる。これにより、第一導電部材510及び第二導電部材520の両方を、より確実に、容器本体130の内部の収容に適した形状に形成できる。または、電極体600に機械的に接続された第一蓋体110及び第二蓋体120の両方を、より確実に、容器本体130への接合に適した位置に配置できる。すなわち、蓄電素子10は、第一部材710及び第二部材720の少なくとも一方を備えればよく、より好ましくは、第一部材710及び第二部材720の両方を備える。
電極体600は、Z軸方向の長さに対し、X軸方向の長さが3倍以上である必要はない。電極体600は、X軸方向の長さがZ軸方向の長さの3倍未満であってもよく、さらに、X軸方向の長さがZ軸方向の長さ以下であってもよい。つまり、電極体600が、巻回軸方向(X軸方向)に長尺状であるか否かにかかわらず、蓄電素子10が第一部材710を備えることによる効果であって、電極体600を容器本体130の内部に挿入した状態で、第一導電部材510を容易に曲げることができる効果は奏される。
電極体600は、巻回型の電極体である必要はない。電極体600は、例えば、複数の平板状の極板が積層されて形成された積層型(スタック型)の電極体、または、極板を蛇腹状に折り畳んだ蛇腹型の電極体であってもよい。いずれの場合であっても、電極体がX軸方向の両端部に正極及び負極の接続部を有する場合、少なくとも一方の接続部に接合される導電部材を、第一部材710または第二部材720を利用して、容器本体130の内部で容易に曲げることができる。
第一部材710の形状は、図3及び図5に示すような略直方体形状である必要はない。例えばZ軸方向から見た場合、第一部材710は、楕円形(円形を含む)、矩形以外の多角形、またはI字形状等の形状を有する物体であってもよい。第一部材710は、例えばハニカム構造体のような、複数の凹部または孔を有することで軽量化が可能な物体であってもよい。つまり、第一部材710は、第一導電部材510を曲げる際の支点となり得る機械的な強度を有すればよい。
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、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 第一蓋体
120 第二蓋体
130 容器本体
131 第一開口部
132 第二開口部
135 内側面
200 第一端子
300 第二端子
510 第一導電部材
511 第一曲げ部
512 第二曲げ部
519 第一接合部
520 第二導電部材
521 第三曲げ部
522 第四曲げ部
600 電極体
601 電極体本体
610 第一接続部
620 第二接続部
710 第一部材
720 第二部材

Claims (7)

  1. 第一方向の一方側に第一開口部を有する容器本体、及び、前記第一開口部を塞ぐ第一蓋体を有する容器と、
    前記容器に収容された電極体であって、前記第一方向の一方側に第一接続部を有する電極体と、
    前記第一蓋体に配置された第一端子と、
    前記第一接続部と前記第一端子とを電気的に接続する第一導電部材と、
    前記第一導電部材と前記容器本体の内側面との間に配置された第一部材と、を備え、
    前記第一導電部材は、前記第一方向と交差する第二方向の一方側に曲がった第一曲げ部であって、前記第一部材に沿う形状に形成された第一曲げ部を有する、
    蓄電素子。
  2. 前記第一部材は、前記第一導電部材と前記容器本体の前記内側面との間に挟まれて配置されている、
    請求項1記載の蓄電素子。
  3. 前記第一導電部材と前記第一接続部とは接合部で接合されており、
    前記接合部の少なくとも一部は、前記第二方向において前記第一部材と並ぶ位置に配置されている、
    請求項1または2記載の蓄電素子。
  4. 前記第一部材の、前記第一方向及び前記第二方向に交差する第三方向の幅は、前記第一導電部材の前記第三方向の幅よりも大きい、
    請求項1または2記載の蓄電素子。
  5. 前記第一導電部材は、前記第一曲げ部の前記第二方向の一方側に設けられた第二曲げ部であって、前記第二方向の他方側に曲がった第二曲げ部を有する、
    請求項1または2記載の蓄電素子。
  6. 前記容器本体は、前記第一方向の他方側の第二開口部を有し、
    前記容器は、前記第二開口部を塞ぐ第二蓋体を有し、
    前記第二蓋体には第二端子が配置されており、
    前記電極体は、前記第一方向の他方側に第二接続部を有し、
    前記第二接続部と前記第二端子とは第二導電部材により電気的に接続されており、
    前記第二導電部材と前記容器本体の内側面との間には第二部材が配置されており、
    前記第二導電部材は、前記第一方向と交差する方向に曲がった第三曲げ部であって、前記第二部材に沿う形状に形成された第三曲げ部を有する、
    請求項1または2記載の蓄電素子。
  7. 蓄電素子の製造方法であって、
    前記蓄電素子は、
    第一方向の一方側に第一開口部を有する容器本体及び前記第一開口部を塞ぐ第一蓋体を有する容器と、
    前記容器に収容された電極体であって、前記第一方向の一方側に第一接続部を有する電極体と、
    前記第一蓋体に配置された第一端子と、
    前記第一接続部と前記第一端子とを電気的に接続する第一導電部材と、
    第一部材と、を備え、
    前記製造方法は、
    前記第一導電部材と前記容器本体の内側面との間に前記第一部材を配置することと、
    前記第一導電部材を、前記第一部材に沿って曲げることと、
    を含む、蓄電素子の製造方法。
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