JP6089832B2

JP6089832B2 - 蓄電素子

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Publication number: JP6089832B2
Application number: JP2013055757A
Authority: JP
Inventors: 眞弘内田
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2013-03-18
Filing date: 2013-03-18
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2033-03-18
Also published as: JP2014182900A

Description

本発明は、複数の電極体と、電極端子と、複数の電極体及び電極端子に電気的に接続される集電体とを備える蓄電素子及びその製造方法に関する。

世界的な環境問題への取り組みとして、ガソリン自動車から電気自動車への転換が重要になってきている。このため、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子を動力源に用いた電気自動車の開発が進められている。そして、このような蓄電素子においては、一般的に、正極と負極とを有する電極体と、電極端子と、電極体及び電極端子を電気的に接続する集電体とを備えている。

ここで、従来、例えば高レートサイクルの充放電を行うハイブリッド電気自動車（ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）に用いられるような蓄電素子においては、複数の電極体を備え、集電体を当該複数の電極体に接続する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１０８６４４号公報

しかしながら、上記従来の蓄電素子では、複数の電極体を有する構成において、電極体に集電体を接続する作業が困難であるという問題がある。

つまり、特許文献１に開示された従来の蓄電素子においては、２つの電極体（電極組立体）と２本の集電リードを有する集電体とを備えており、一方の電極体のエッジ部分に一方の集電リードを接続し、他方の電極体のエッジ部分に他方の集電リードを接続する。このため、１つの電極体のエッジ部分に１つの集電リードを接続する必要があるが、１つの電極体のエッジ部分には非常に多くの枚数の金属箔が積層されているため、当該多くの枚数の金属箔に集電リードを溶接などで接続することは困難である。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、複数の電極体を有する構成において、容易に、電極体に集電体を接続することができる蓄電素子及びその製造方法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、正極及び負極を有し第一方向に並列に配置される複数の電極体と、電極端子と、前記複数の電極体及び前記電極端子に電気的に接続される集電体とを備える蓄電素子であって、前記複数の電極体のそれぞれは、前記正極または前記負極の活物質層の非形成部が積層された積層部であって、前記第一方向とは交差する第二方向に延びる積層部を前記第一方向に並列に複数有し、前記集電体は、前記複数の電極体が有する複数の前記積層部であって前記第一方向に並列に配置された複数の前記積層部のうち両端に配置される２つの積層部である外側積層部のそれぞれに接合される、前記第二方向に延びる２つの接合部を有し、前記２つの接合部は、前記２つの外側積層部のそれぞれと束ねられて接合されている。

これによれば、蓄電素子は、複数の積層部を有する電極体を複数備えており、集電体は、複数の電極体が有する複数の積層部のうち両端に配置される２つの積層部のそれぞれと束ねられて接合される２つの接合部を有している。つまり、電極体が有する複数の積層部のうちの１つの積層部に接合部が接合される。ここで、接合部を電極体が有する複数の積層部と接合させる場合には、非常に多くの枚数の金属箔と接合部とを束ねて接合する必要があるが、１つの積層部と接合させるので、少ない枚数の金属箔と接合部とを束ねて接合すればよい。このため、複数の電極体を有する蓄電素子において、容易に、電極体に集電体を接続することができる。

また、前記集電体は、さらに、前記電極端子側に配置される端子接続部を有し、前記２つの接合部は、前記端子接続部の対向する両側面部から前記第二方向に垂れ下がるように配置されていることにしてもよい。

これによれば、集電体の２つの接合部は、端子接続部の対向する両側面部から垂れ下がるように配置されている。つまり、集電体は、平板状の部材を折り曲げたような簡単な形状であるため、容易に集電体を製造することができる。

また、前記２つの接合部は、前記端子接続部の対向する両側面部から捻られることなく折り曲げられて形成されていることにしてもよい。

これによれば、２つの接合部は、端子接続部から捻られることなく折り曲げられて形成されているため、捻り部分と電極体との干渉を回避するような必要がない。つまり、捻りによって集電体を製造した場合には、捻り部分が電極体と干渉するのを避けるために、電極体の積層部をフォーミング加工する必要があるが、当該蓄電素子においては、集電体は捻られることなく製造されているため、当該積層部をフォーミング加工する必要がない。このため、当該蓄電素子において、容易に、電極体に集電体を接続することができる。

また、前記集電体は、前記複数の電極体が有する前記複数の積層部のうち、前記２つの外側積層部と異なる積層部である内側積層部とは接合されることなく、前記２つの接合部で前記２つの外側積層部と接合されていることにしてもよい。

これによれば、集電体の２つの接合部のそれぞれを両端の積層部に接合させればよいので、外側から溶接作業を行うことができ、容易に、電極体の積層部に集電体の接合部を接合させることができる。

また、前記複数の積層部のうち隣り合う２つの前記内側積層部であって異なる電極体に含まれる２つの前記内側積層部は、束ねられて接合されていることにしてもよい。

これによれば、隣り合う電極体に含まれる内側積層部同士が束ねられて接合されているため、当該隣り合う電極体間の隙間を塞ぐことができている。ここで、隣り合う電極体間に隙間が生じている場合には、例えば超音波溶接で積層部に接合部を接合する際に、金属箔の粉塵等の異物が当該隙間に入り込むおそれがある。特に負極側から正極側に粉塵が移動（銅片がアルミ側へ移動）した場合には、蓄電素子の容量低下が生じるおそれがある。このため、当該蓄電素子においては、隣り合う電極体間の隙間を塞いでいるため、金属箔の粉塵等の異物が移動するのを抑制し、容量低下の防止を図ることができる。また、隣り合う電極体の内側積層部同士を束ねることで、当該隣り合う電極体同士の電気的均衡を保つこともできる。

また、前記２つの内側積層部は、溶接またはかしめによって接合されていることにしてもよい。

これによれば、２つの内側積層部を、超音波溶接、抵抗溶接などの溶接やかしめを利用することで、容易に接合することができる。

また、前記複数の電極体のそれぞれが有する前記複数の積層部は、前記正極または前記負極の活物質層の非形成部が巻回されて積層されることで形成された前記第一方向に並ぶ２つの積層部であり、前記２つの接合部は、前記２つの積層部で構成される前記複数の積層部のうちの前記２つの外側積層部のそれぞれと束ねられて接合されていることにしてもよい。

これによれば、複数の電極体は巻回型の電極体であるため、それぞれの電極体は、電極を巻回することにより、容易に、２つの積層部を形成することができる。

また、前記蓄電素子は、前記複数の電極体として、２つの電極体である第一電極体と第二電極体とを備え、前記第一電極体は、前記複数の積層部として、前記第一方向に並ぶ２つの積層部である第一積層部と第二積層部とを有し、前記第二電極体は、前記複数の積層部として、前記第一方向に並ぶ２つの積層部である第三積層部と第四積層部とを有し、前記２つの接合部は、前記２つの外側積層部としての前記第一積層部及び前記第四積層部のそれぞれと束ねられて接合されるとともに、前記第二積層部と前記第三積層部とは、束ねられて接合されていることにしてもよい。

これによれば、蓄電素子が２つの電極体を備えている場合には、２つの接合部は、外側の２つの積層部のそれぞれと束ねられて接合されており、内側の積層部同士も束ねられて接合されている。このように、容易に、電極体と集電体との接合を行うことができる。

また、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の製造方法は、正極及び負極を有し第一方向に並列に配置される複数の電極体と、電極端子と、前記複数の電極体及び前記電極端子に電気的に接続される集電体とを備える蓄電素子の製造方法であって、前記複数の電極体のそれぞれは、前記正極または前記負極の活物質層の非形成部が積層された積層部であって、前記第一方向とは交差する第二方向に延びる積層部を前記第一方向に並列に複数有しており、前記蓄電素子の製造方法は、前記複数の電極体が有する複数の前記積層部であって前記第一方向に並列に配置された複数の前記積層部のうち両端に配置される２つの積層部である外側積層部のそれぞれに、前記集電体が有する前記第二方向に延びる２つの接合部を隣接して配置する接合部配置工程と、前記２つの接合部を、前記２つの外側積層部のそれぞれと束ねて接合する接合部接合工程とを含む。

これによれば、蓄電素子の製造方法において、複数の電極体が有する複数の積層部のうち両端の２つの積層部のそれぞれに、集電体の２つの接合部を隣接して配置し、当該２つの接合部を当該２つの積層部のそれぞれと束ねて接合する。つまり、電極体が有する複数の積層部のうちの１つの積層部に接合部が接合されるので、少ない枚数の金属箔と接合部とを束ねて接合すればよい。このため、当該蓄電素子の製造方法において、容易に、電極体に集電体を接続することができる。

また、さらに、前記集電体の前記電極端子側に配置される端子接続部の対向する両側面部から、前記２つの接合部を捻ることなく折り曲げて前記集電体を形成する集電体形成工程を含むことにしてもよい。

これによれば、蓄電素子の製造方法において、端子接続部から２つの接合部を捻ることなく折り曲げて集電体を形成する。つまり、集電体は、平板状の部材を折り曲げたような簡単な形状であるため、容易に集電体を製造することができる。また、集電体を捻ることなく形成するため、捻り部分と電極体との干渉を回避するために積層部をフォーミング加工するというような必要がない。このため、当該蓄電素子の製造方法において、容易に、電極体に集電体を接続することができる。

また、さらに、前記複数の電極体に含まれる前記複数の積層部のうちの前記２つの外側積層部と異なる積層部である内側積層部のうち、異なる電極体に含まれる２つの隣り合う内側積層部同士を束ねて接合する内側積層部接合工程を含むことにしてもよい。

これによれば、蓄電素子の製造方法において、隣り合う電極体に含まれる内側積層部同士を束ねて接合する。このため、当該蓄電素子の製造方法においては、隣り合う電極体間の隙間を塞いでいるため、金属箔の粉塵等の異物が移動するのを抑制し、容量低下の防止を図ることができる。また、隣り合う電極体の内側積層部同士を束ねることで、当該隣り合う電極体同士の電気的均衡を保つこともできる。

本発明における蓄電素子によれば、複数の電極体を有する構成において、容易に、電極体に集電体を接続することができる。

本発明の実施の形態に係る蓄電素子の外観を模式的に示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る蓄電素子の容器の本体を分離して蓄電素子が備える各構成要素を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る蓄電素子を分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。本発明の実施の形態に係る正極集電体の構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る正極集電体の製造過程を説明するための図である。本発明の実施の形態に係る正極集電体及び負極集電体が第一電極体及び第二電極体に接合される構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る正極集電体及び負極集電体が第一電極体及び第二電極体に接合される構成を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る正極集電体及び負極集電体が第一電極体及び第二電極体に接合される構成を示す側面図である。本発明の実施の形態に係る蓄電素子の製造方法を示すフローチャートである。本発明の実施の形態の変形例１に係る正極集電体及び負極集電体が第一電極体及び第二電極体に接合される構成を示す断面図である。本発明の実施の形態の変形例２に係る蓄電素子が３つの電極体を備える場合において正極集電体及び負極集電体が電極体に接合される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、いずれも本発明の好ましい一具体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、工程、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、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。

（実施の形態）
まず、蓄電素子１０の構成について、説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０の外観を模式的に示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０の容器１００の本体１１１を分離して蓄電素子１０が備える各構成要素を示す斜視図である。図３は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０を分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。なお、図３は、容器１００の本体１１１を省略して図示している。

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、より具体的には、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。特に、蓄電素子１０は、高レートサイクルの充放電を行うようなハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）に適用される。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。

これらの図に示すように、蓄電素子１０は、容器１００と、正極端子２００と、負極端子３００とを備えている。また、容器１００内方には、正極集電体１２０と、負極集電体１３０と、２つの電極体である第一電極体１４０及び第二電極体１５０とが収容されている。

また、蓄電素子１０の容器１００の内部には電解液（非水電解液）などの液体が封入されているが、当該液体の図示は省略する。なお、容器１００に封入される電解液としては、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。

容器１００は、矩形筒状で底を備える本体１１１と、本体１１１の開口を閉塞する板状部材である蓋体１１０とで構成されている。また、容器１００は、第一電極体１４０及び第二電極体１５０等を内部に収容後、蓋体１１０と本体１１１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１１０及び本体１１１の材質は、特に限定されないが、例えばステンレス鋼など溶接可能な金属であるのが好ましい。

第一電極体１４０及び第二電極体１５０は、並列に配置される２つの発電要素であり、ともに、正極集電体１２０及び負極集電体１３０と電気的に接続される。ここで、第一電極体１４０及び第二電極体１５０が並列に配置される方向（Ｙ軸方向）を、以下では第一方向とする。なお、第一電極体１４０と第二電極体１５０とは、同様の構成を有するため、以下では第一電極体１４０についての説明を中心に行い、第二電極体１５０についての説明は省略または簡略化する。

第一電極体１４０は、正極と負極とセパレータとを備え、電気を蓄えることができる部材である。正極は、アルミニウムや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箔上に正極活物質層が形成されたものである。また、負極は、銅や銅合金などからなる長尺帯状の金属箔である負極基材箔上に負極活物質層が形成されたものである。また、セパレータは、樹脂からなる微多孔性のシートである。

ここで、正極活物質層に用いられる正極活物質、または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または負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。

そして、第一電極体１４０は、負極と正極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き回されて形成されている。なお、同図では、第一電極体１４０の形状としては長円形状を示したが、円形状または楕円形状でもよい。また、第一電極体１４０の形状は巻回型に限らず、平板状極板を積層した形状でもよい。なお、第一電極体１４０及び第二電極体１５０の構成の詳細な説明については、後述する。

以上のように、蓄電素子１０は、複数の電極体（本実施の形態では２つの電極体）を有しているため、同一体積（容積）の容器１００に単数の電極体を用いる場合に比べ、以下の点で好ましい。つまり、複数の電極体を用いることで、単数の電極体を用いる場合に比べ、容器１００のコーナー部のデッドスペースが減り、電極体の占める割合が向上するため、蓄電素子１０の容量アップにつながる。また、特に、高入出力（ハイレート）用の電極体では、高容量タイプの電極体に比べて、金属箔上の活物質の量を減らす必要があり、電極体中での金属箔やセパレータの割合が高まる。このため、単数の電極体を用いた場合は電極の巻き数が多くなるため硬くて柔軟性が低く容器１００に挿入しづらくなるが、複数の電極体を用いることで１つの電極体における巻き数を少なくし、柔軟性が高い電極体を実現することができる。

正極端子２００は、第一電極体１４０の正極及び第二電極体１５０の正極に電気的に接続された電極端子であり、負極端子３００は、第一電極体１４０の負極及び第二電極体１５０の負極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、第一電極体１４０及び第二電極体１５０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、第一電極体１４０及び第二電極体１５０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。

また、正極端子２００及び負極端子３００は、第一電極体１４０及び第二電極体１５０の上方に配置された蓋体１１０に取り付けられている。具体的には、図３に示すように、正極端子２００は、突出部２１０が蓋体１１０の貫通孔１１０ａと正極集電体１２０の貫通孔１２１ａとに挿入されて、かしめられることにより、正極集電体１２０とともに蓋体１１０に固定される。また同様に、負極端子３００は、突出部３１０が蓋体１１０の貫通孔１１０ｂと負極集電体１３０の貫通孔１３１ａとに挿入されて、かしめられることにより、負極集電体１３０とともに蓋体１１０に固定される。なお、パッキン等も配置されているが、同図では省略して図示している。

正極集電体１２０は、第一電極体１４０及び第二電極体１５０の正極と容器１００の本体１１１の側壁との間に配置され、正極端子２００と第一電極体１４０及び第二電極体１５０の正極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、正極集電体１２０は、第一電極体１４０及び第二電極体１５０の正極基材箔と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。

負極集電体１３０は、第一電極体１４０及び第二電極体１５０の負極と容器１００の本体１１１の側壁との間に配置され、負極端子３００と第一電極体１４０及び第二電極体１５０の負極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、負極集電体１３０は、第一電極体１４０及び第二電極体１５０の負極基材箔と同様、銅または銅合金で形成されている。

次に、正極集電体１２０及び負極集電体１３０の構成について、詳細に説明する。なお、正極集電体１２０と負極集電体１３０とは、同様の構成を有するため、以下では正極集電体１２０についての説明を中心に行い、負極集電体１３０についての説明は省略または簡略化する。

図４は、本発明の実施の形態に係る正極集電体１２０の構成を示す斜視図である。また、図５は、本発明の実施の形態に係る正極集電体１２０の製造過程を説明するための図である。

図４に示すように、正極集電体１２０は、端子接続部１２１と、２つの接合部１２２、１２３とを備えている。

端子接続部１２１は、正極端子２００側（Ｚ軸プラス側）に配置される平板状の部位である。端子接続部１２１には、正極端子２００の突出部２１０が挿入される貫通孔１２１ａが形成されている。つまり、端子接続部１２１は、突出部２１０が貫通孔１１０ａに挿入されて蓋体１１０とともにかしめられることにより、蓋体１１０に固定される。

２つの接合部１２２、１２３は、端子接続部１２１の両側面部に接続された棒状の部材である。具体的には、２つの接合部１２２、１２３は、端子接続部１２１の対向する両側面部から第二方向に垂れ下がるように配置された第二方向に延びる平板状の部材であり、後述の外側積層部のそれぞれに接合される。ここで、第二方向とは、第一方向（Ｙ軸方向）とは交差する方向であり、本実施の形態では、Ｚ軸方向である。

つまり、２つの接合部１２２、１２３は、Ｚ軸方向に延びる部材であり、ＸＺ平面に平行な面を対向して有している。なお、第二方向は、Ｚ軸方向には限定されず、Ｙ軸方向と交差する方向であればよい。

また、図５に示すように、２つの接合部１２２、１２３は、端子接続部１２１の対向する両側面部から捻られることなく折り曲げられて形成されている。つまり、折り曲げられる前の接合部１２４、１２５は、端子接続部１２１と同一平面（ＸＹ平面）内に配置されており、この接合部１２４、１２５がＺ軸マイナス方向に折り曲げられることで、端子接続部１２１と垂直な方向（Ｚ軸方向）に延びる接合部１２２、１２３が形成される。

次に、正極集電体１２０及び負極集電体１３０が第一電極体１４０及び第二電極体１５０に接合される構成について、詳細に説明する。なお、以下においても、正極集電体１２０が第一電極体１４０及び第二電極体１５０に接合される構成と、負極集電体１３０が第一電極体１４０及び第二電極体１５０に接合される構成とは、同様の構成を有するため、以下では正極集電体１２０についての説明を中心に行い、負極集電体１３０についての説明は省略または簡略化する。

図６は、本発明の実施の形態に係る正極集電体１２０及び負極集電体１３０が第一電極体１４０及び第二電極体１５０に接合される構成を示す斜視図である。

図７は、本発明の実施の形態に係る正極集電体１２０及び負極集電体１３０が第一電極体１４０及び第二電極体１５０に接合される構成を示す断面図である。具体的には、同図は、図６に示した正極集電体１２０及び負極集電体１３０が第一電極体１４０及び第二電極体１５０に接合された状態をＸＹ平面に平行な平面で切断した場合の断面を示す断面図である。

図８は、本発明の実施の形態に係る正極集電体１２０及び負極集電体１３０が第一電極体１４０及び第二電極体１５０に接合される構成を示す側面図である。具体的には、同図の（ａ）は、図６に示した正極集電体１２０及び負極集電体１３０が第一電極体１４０及び第二電極体１５０に接合された状態をＹ軸マイナス方向から見た場合の側面図である。また、同図の（ｂ）は、図６に示した正極集電体１２０及び負極集電体１３０が第一電極体１４０及び第二電極体１５０に接合された状態をＹ軸プラス方向から見た場合の側面図である。

これらの図に示すように、第一電極体１４０及び第二電極体１５０のそれぞれは、正極または負極の活物質層の非形成部が積層された積層部であって、第一方向（Ｙ軸方向）とは交差する第二方向（本実施の形態ではＺ軸方向）に延びる積層部を第一方向に並列に複数有している。

つまり、第一電極体１４０及び第二電極体１５０において、正極と負極とは、セパレータを介して、巻回軸（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、正極及び負極は、それぞれのずらされた方向の端縁部に、活物質層が形成されていない部分（活物質層非形成部）を有している。

具体的には、正極は、巻回軸方向の一端（Ｘ軸プラス方向の端部）に、正極活物質層の非形成部が積層された積層部を有している。また、負極は、巻回軸方向の他端（Ｘ軸マイナス方向の端部）に、負極活物質層の非形成部が積層された積層部を有している。つまり、正極の露出した金属箔の層によって正極側の積層部が形成され、負極の露出した金属箔の層によって負極側の積層部が形成されている。

なお、正極の金属箔及び負極の金属箔の厚みは、それぞれ、例えば５μｍ〜２０μｍのうちのいずれかの値である。また、これら金属箔は、例えば３０枚など４０枚以下の枚数が重ねられることで、積層部を形成している。

以上のように、第一電極体１４０は、正極側に、複数の積層部として、第一方向に並ぶ２つの積層部である第一正極積層部１４１と第二正極積層部１４２とを有している。また、第二電極体１５０は、正極側に、複数の積層部として、第一方向に並ぶ２つの積層部である第三正極積層部１５１と第四正極積層部１５２とを有している。

つまり、第一正極積層部１４１及び第二正極積層部１４２は、第一電極体１４０の正極のうち正極活物質層が形成されていない正極基材箔が積層された金属箔群である。また、第三正極積層部１５１及び第四正極積層部１５２は、第二電極体１５０の正極のうち正極活物質層が形成されていない正極基材箔が積層された金属箔群である。

そして、正極集電体１２０の２つの接合部１２２、１２３は、第一電極体１４０及び第二電極体１５０が有する複数の積層部であって第一方向に並列に配置された複数の積層部のうち両端に配置される２つの積層部である外側積層部のそれぞれに接合されている。つまり、第一正極積層部１４１、第二正極積層部１４２、第三正極積層部１５１及び第四正極積層部１５２のうち両端に配置される第一正極積層部１４１及び第四正極積層部１５２が外側積層部であり、接合部１２２、１２３は、第一正極積層部１４１及び第四正極積層部１５２のそれぞれと接合されている。

具体的には、２つの接合部１２２、１２３は、２つの外側積層部としての第一正極積層部１４１及び第四正極積層部１５２のそれぞれと束ねられて接合されている。つまり、接合部１２２は、第一正極積層部１４１に沿って第二方向に延びるように第一正極積層部１４１の外側（Ｙ軸方向マイナス側）に配置されており、第一正極積層部１４１と束ねられて接合されている。また、接合部１２３は、第四正極積層部１５２に沿って第二方向に延びるように第四正極積層部１５２の外側（Ｙ軸方向プラス側）に配置されており、第四正極積層部１５２と束ねられて接合されている。

なお、束ねられて接合とは、集電体の接合部と電極体の基材箔の金属箔群とを束ねて、超音波溶接、抵抗溶接などの溶接やかしめなどによって、当該接合部と当該金属箔群とを接合することをいう。

つまり、接合部１２２と第一正極積層部１４１とを束ねて、領域Ｒ１内で溶接やかしめなどによる固定を行うことで、接合部１２２と第一正極積層部１４１とを接合する。また、同様に、接合部１２３と第四正極積層部１５２とを束ねて、領域Ｒ２内で溶接やかしめなどによる固定を行うことで、接合部１２３と第四正極積層部１５２とを接合する。

また、負極側についても同様に、第一電極体１４０は、第一方向に並ぶ第一負極積層部１４３と第二負極積層部１４４とを有している。また、第二電極体１５０は、第一方向に並ぶ第三負極積層部１５３と第四負極積層部１５４とを有している。つまり、第一負極積層部１４３及び第二負極積層部１４４は、第一電極体１４０の負極のうち負極活物質層が形成されていない負極基材箔が積層された金属箔群である。また、第三負極積層部１５３及び第四負極積層部１５４は、第二電極体１５０の負極のうち負極活物質層が形成されていない負極基材箔が積層された金属箔群である。

そして、第一負極積層部１４３、第二負極積層部１４４、第三負極積層部１５３及び第四負極積層部１５４のうち両端に配置される第一負極積層部１４３及び第四負極積層部１５４が外側積層部であり、負極集電体１３０の２つの接合部１３２、１３３は、第一負極積層部１４３及び第四負極積層部１５４のそれぞれと接合されている。

具体的には、接合部１３２は、第一負極積層部１４３に沿って第二方向に延びるように第一負極積層部１４３の外側（Ｙ軸方向マイナス側）に配置されており、第一負極積層部１４３と束ねられて接合されている。また、接合部１３３は、第四負極積層部１５４に沿って第二方向に延びるように第四負極積層部１５４の外側（Ｙ軸方向プラス側）に配置されており、第四負極積層部１５４と束ねられて接合されている。

つまり、接合部１３２と第一負極積層部１４３とを束ねて、領域Ｑ１内で溶接やかしめなどによる固定を行うことで、接合部１３２と第一負極積層部１４３とを接合する。また、同様に、接合部１３３と第四負極積層部１５４とを束ねて、領域Ｑ２内で溶接やかしめなどによる固定を行うことで、接合部１３３と第四負極積層部１５４とを接合する。

このように、第一電極体１４０及び第二電極体１５０は巻回型の電極体であるため、第一電極体１４０及び第二電極体１５０のそれぞれが有する複数の積層部は、正極または負極の活物質層非形成部が巻回されて積層されることで形成された第一方向に並ぶ２つの積層部である。そして、正極または負極の２つの接合部は、当該２つの積層部で構成される複数の積層部のうちの２つの外側積層部のそれぞれと束ねられて接合されている。

また、正極集電体１２０は、第一電極体１４０及び第二電極体１５０が有する複数の積層部のうち、２つの外側積層部と異なる積層部である内側積層部とは接合されることなく、２つの接合部１２２、１２３で２つの外側積層部と接合されている。

つまり、第一正極積層部１４１、第二正極積層部１４２、第三正極積層部１５１及び第四正極積層部１５２のうち外側積層部である第一正極積層部１４１及び第四正極積層部１５２と異なる第二正極積層部１４２及び第三正極積層部１５１が内側積層部であり、接合部１２２、１２３は、第二正極積層部１４２及び第三正極積層部１５１とは接合されていない。

そして、複数の積層部のうち隣り合う２つの内側積層部であって異なる電極体である第一電極体１４０及び第二電極体１５０に含まれる２つの内側積層部は、束ねられて接合されている。具体的には、隣り合う２つの内側積層部である、第一電極体１４０に含まれる第二正極積層部１４２と、第二電極体１５０に含まれる第三正極積層部１５１とは、束ねられて接合されている。

ここで、束ねられて接合とは、上述の通り、電極体の基材箔の金属箔群同士を束ねて、超音波溶接、抵抗溶接などの溶接やかしめなどによって、当該金属箔群同士を接合することをいう。

つまり、第二正極積層部１４２と第三正極積層部１５１とを束ねて、領域Ｒ３内で溶接やかしめなどによる固定を行うことで、第二正極積層部１４２と第三正極積層部１５１とを接合する。このように、当該２つの内側積層部は、溶接またはかしめによって接合されている。

また、負極側についても同様に、第一負極積層部１４３、第二負極積層部１４４、第三負極積層部１５３及び第四負極積層部１５４のうち外側積層部である第一負極積層部１４３及び第四負極積層部１５４と異なる第二負極積層部１４４及び第三負極積層部１５３が内側積層部であり、接合部１３２、１３３は、第二負極積層部１４４及び第三負極積層部１５３とは接合されていない。

そして、隣り合う２つの内側積層部である第二負極積層部１４４と第三負極積層部１５３とは、束ねられて接合されている。つまり、第二負極積層部１４４と第三負極積層部１５３とを束ねて、領域Ｑ３内で溶接やかしめなどによる固定を行うことで、第二負極積層部１４４と第三負極積層部１５３とを接合する。

次に、蓄電素子１０の製造方法について、説明する。

図９は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０の製造方法を示すフローチャートである。具体的には、同図は、第一電極体１４０及び第二電極体１５０に正極集電体１２０及び負極集電体１３０を接合する工程を説明するフローチャートである。なお、以下においても、正極集電体１２０を第一電極体１４０及び第二電極体１５０に接合する工程と、負極集電体１３０を第一電極体１４０及び第二電極体１５０に接合する工程とは同様であるため、以下では正極集電体１２０についての説明を中心に行い、負極集電体１３０についての説明は省略または簡略化する。

同図に示すように、まず、集電体形成工程として、正極集電体１２０の正極端子２００側に配置される端子接続部１２１の対向する両側面部から、２つの接合部１２２、１２３を捻ることなく折り曲げて正極集電体１２０を形成する（Ｓ１０２）。

つまり、上述の通り、図５に示したように平板状の部材を折り曲げることで、図４に示した正極集電体１２０を形成する。また、同様にして、負極集電体１３０についても形成する。

次に、接合部配置工程として、第一電極体１４０及び第二電極体１５０が有する複数の積層部であって第一方向に並列に配置された複数の積層部のうち両端に配置される２つの積層部である外側積層部のそれぞれに、正極集電体１２０が有する第二方向に延びる２つの接合部１２２、１２３を隣接して配置する（Ｓ１０４）。

つまり、図６〜図８に示したように、接合部１２２、１２３を、第一正極積層部１４１及び第四正極積層部１５２のそれぞれと隣接して配置する。また、同様にして、負極集電体１３０の接合部１３２、１３３についても、第一負極積層部１４３及び第四負極積層部１５４のそれぞれと隣接して配置する。

次に、接合部接合工程として、２つの接合部１２２、１２３を、２つの外側積層部のそれぞれと束ねて接合する（Ｓ１０６）。

つまり、上述の通り、図６〜図８に示したように、接合部１２２、１２３を、第一正極積層部１４１及び第四正極積層部１５２のそれぞれと束ねて接合する。また、同様にして、負極集電体１３０の接合部１３２、１３３についても、第一負極積層部１４３及び第四負極積層部１５４のそれぞれと束ねて接合する。

次に、内側積層部接合工程として、第一電極体１４０及び第二電極体１５０に含まれる複数の積層部のうちの２つの外側積層部と異なる積層部である内側積層部のうち、異なる電極体である第一電極体１４０及び第二電極体１５０に含まれる２つの隣り合う内側積層部同士を束ねて接合する（Ｓ１０８）。

つまり、上述の通り、図６〜図８に示したように、第二正極積層部１４２と第三正極積層部１５１とを束ねて接合する。また、同様にして、第二負極積層部１４４と第三負極積層部１５３とを束ねて接合する。

なお、この内側積層部接合工程を行う順番は、接合部接合工程の後には限定されず、集電体形成工程の前、集電体形成工程と接合部配置工程との間、接合部配置工程と接合部接合工程との間など、どのような順番で内側積層部接合工程を行ってもかまわない。

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、複数の積層部を有する複数の電極体である第一電極体１４０及び第二電極体１５０を備えており、正極集電体１２０及び負極集電体１３０は、複数の電極体である第一電極体１４０及び第二電極体１５０が有する複数の積層部のうち両端に配置される２つの積層部のそれぞれと束ねられて接合される２つの接合部を有している。つまり、第一電極体１４０及び第二電極体１５０が有する複数の積層部のうちの１つの積層部に１つの接合部が接合される。ここで、接合部を電極体が有する複数の積層部と接合させる場合には、非常に多くの枚数の金属箔と接合部とを束ねて接合する必要があるが、１つの積層部と接合させるので、少ない枚数の金属箔（本実施の形態では４０枚以下の金属箔）と接合部とを束ねて接合すればよい。このため、蓄電素子１０において、容易に、第一電極体１４０及び第二電極体１５０に正極集電体１２０及び負極集電体１３０を接続することができる。

また、接合部と接合される金属箔の枚数を減らすことで、接合に必要な電極体の活物質層非形成部の幅（例えば図８に示された第一正極積層部１４１及び第一負極積層部１４３のＸ軸方向の長さ）を狭くすることができる。このため、電極体の活物質層の塗工部（例えば図８に示された第一電極体１４０の第一正極積層部１４１及び第一負極積層部１４３を除くＸ軸方向の長さ）を広くすることができる。これにより、電極体の電極面積を大きくすることができるため、蓄電素子１０の内部抵抗を低減し、容量を増加させることができる。

また、正極集電体１２０の２つの接合部１２２、１２３は、端子接続部１２１の対向する両側面部から垂れ下がるように配置されている。つまり、正極集電体１２０は、平板状の部材を折り曲げたような簡単な形状であるため、容易に正極集電体１２０を製造することができる。負極集電体１３０についても同様である。

また、正極集電体１２０の２つの接合部１２２、１２３は、端子接続部１２１から捻られることなく折り曲げられて形成されているため、捻り部分と電極体との干渉を回避するような必要がない。つまり、捻りによって正極集電体１２０を製造した場合には、捻り部分が電極体と干渉するのを避けるために、電極体の積層部をフォーミング加工する必要があるが、蓄電素子１０においては、正極集電体１２０は捻られることなく製造されているため、当該積層部をフォーミング加工する必要がない。このため、蓄電素子１０において、容易に、第一電極体１４０及び第二電極体１５０に正極集電体１２０を接続することができる。負極集電体１３０についても同様である。

また、正極集電体１２０の２つの接合部１２２、１２３のそれぞれを両端の積層部に接合させればよいので、外側から溶接作業を行うことができ、容易に、第一電極体１４０及び第二電極体１５０の積層部に正極集電体１２０の接合部１２２、１２３を接合させることができる。負極集電体１３０についても同様である。

また、隣り合う電極体である第一電極体１４０及び第二電極体１５０に含まれる内側積層部同士が束ねられて接合されているため、当該隣り合う電極体である第一電極体１４０及び第二電極体１５０間の隙間を塞ぐことができている。ここで、隣り合う電極体間に隙間が生じている場合には、例えば超音波溶接で積層部に接合部を接合する際に、金属箔の粉塵等の異物が当該隙間に入り込むおそれがある。特に負極側から正極側に粉塵が移動（銅片がアルミ側へ移動）した場合には、蓄電素子１０の容量低下が生じるおそれがある。このため、蓄電素子１０においては、隣り合う電極体である第一電極体１４０及び第二電極体１５０間の隙間を塞いでいるため、金属箔の粉塵等の異物が移動するのを抑制し、容量低下の防止を図ることができる。また、隣り合う電極体である第一電極体１４０及び第二電極体１５０の内側積層部同士を束ねることで、当該隣り合う電極体である第一電極体１４０及び第二電極体１５０同士の電気的均衡を保つこともできる。

また、２つの内側積層部を、超音波溶接、抵抗溶接などの溶接やかしめを利用することで、容易に接合することができる。

また、複数の電極体である第一電極体１４０及び第二電極体１５０は巻回型の電極体であるため、それぞれの第一電極体１４０及び第二電極体１５０は、電極を巻回することにより、容易に、２つの積層部を形成することができる。

また、蓄電素子１０が２つの電極体である第一電極体１４０及び第二電極体１５０を備えている場合には、２つの接合部１２２、１２３は、外側の２つの積層部のそれぞれと束ねられて接合されており、内側の積層部同士も束ねられて接合されている。このように、容易に、第一電極体１４０及び第二電極体１５０と正極集電体１２０との接合を行うことができる。負極集電体１３０についても同様である。

また、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０の製造方法によれば、複数の電極体である第一電極体１４０及び第二電極体１５０が有する複数の積層部のうち両端の２つの積層部のそれぞれに、正極集電体１２０の２つの接合部１２２、１２３を隣接して配置し、当該２つの接合部１２２、１２３を当該２つの積層部のそれぞれと束ねて接合する。つまり、第一電極体１４０及び第二電極体１５０が有する複数の積層部のうちの１つの積層部に１つの接合部が接合されるので、少ない枚数の金属箔と接合部とを束ねて接合すればよい。このため、蓄電素子１０の製造方法において、容易に、第一電極体１４０及び第二電極体１５０の積層部に正極集電体１２０の接合部１２２、１２３を接続することができる。負極集電体１３０についても同様である。

また、蓄電素子１０の製造方法において、端子接続部１２１から２つの接合部１２２、１２３を捻ることなく折り曲げて正極集電体１２０を形成する。つまり、正極集電体１２０は、平板状の部材を折り曲げたような簡単な形状であるため、容易に正極集電体１２０を製造することができる。また、正極集電体１２０を捻ることなく形成するため、捻り部分と電極体との干渉を回避するために積層部をフォーミング加工するというような必要がない。このため、蓄電素子１０の製造方法において、容易に、第一電極体１４０及び第二電極体１５０に正極集電体１２０を接続することができる。負極集電体１３０についても同様である。

また、蓄電素子１０の製造方法において、隣り合う電極体である第一電極体１４０及び第二電極体１５０に含まれる内側積層部同士を束ねて接合する。このため、蓄電素子１０の製造方法においては、隣り合う電極体である第一電極体１４０及び第二電極体１５０間の隙間を塞いでいるため、金属箔の粉塵等の異物が移動するのを抑制し、容量低下の防止を図ることができる。また、隣り合う電極体である第一電極体１４０及び第二電極体１５０の内側積層部同士を束ねることで、当該隣り合う電極体である第一電極体１４０及び第二電極体１５０同士の電気的均衡を保つこともできる。

（変形例１）
次に、上記実施の形態の変形例１について、説明する。

図１０は、本発明の実施の形態の変形例１に係る正極集電体１２０ａ及び負極集電体１３０ａが第一電極体１４０及び第二電極体１５０に接合される構成を示す断面図である。具体的には、同図は、正極集電体１２０ａ及び負極集電体１３０ａが第一電極体１４０及び第二電極体１５０に接合された状態をＸＹ平面に平行な平面で切断した場合の断面を示す断面図である。

同図に示すように、接合部１２２ａは、第一正極積層部１４１に沿って第二方向に延びるように第一正極積層部１４１の内側（Ｙ軸方向プラス側）に配置されており、第一正極積層部１４１と束ねられて接合されている。つまり、接合部１２２ａは、第一正極積層部１４１の内側で第一正極積層部１４１と束ねられて、領域Ｒ１ａ内で溶接やかしめなどによる固定が行われることで、接合されている。

また、接合部１２３ａは、第四正極積層部１５２に沿って第二方向に延びるように第四正極積層部１５２の内側（Ｙ軸方向マイナス側）に配置されており、第四正極積層部１５２と束ねられて接合されている。つまり、接合部１２３ａは、第四正極積層部１５２の内側で第四正極積層部１５２と束ねられて、領域Ｒ２ａ内で溶接やかしめなどによる固定が行われることで、接合されている。

また、接合部１３２ａは、第一負極積層部１４３に沿って第二方向に延びるように第一負極積層部１４３の内側（Ｙ軸方向プラス側）に配置されており、第一負極積層部１４３と束ねられて接合されている。つまり、接合部１３２ａは、第一負極積層部１４３の内側で第一負極積層部１４３と束ねられて、領域Ｑ１ａ内で溶接やかしめなどによる固定が行われることで、接合されている。

また、接合部１３３ａは、第四負極積層部１５４に沿って第二方向に延びるように第四負極積層部１５４の内側（Ｙ軸方向マイナス側）に配置されており、第四負極積層部１５４と束ねられて接合されている。つまり、接合部１３３ａは、第四負極積層部１５４の内側で第四負極積層部１５４と束ねられて、領域Ｑ２ａ内で溶接やかしめなどによる固定が行われることで、接合されている。

以上のように、本発明の実施の形態の変形例１に係る正極集電体１２０ａ及び負極集電体１３０ａが第一電極体１４０及び第二電極体１５０に接合される構成によっても、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。

（変形例２）
次に、上記実施の形態の変形例２について、説明する。

図１１は、本発明の実施の形態の変形例２に係る蓄電素子が３つの電極体を備える場合において正極集電体１２０ｂ及び負極集電体１３０ｂが電極体に接合される構成を示す斜視図である。

同図に示すように、本変形例に係る蓄電素子は、３つの電極体である第一電極体１４０、第二電極体１５０及び第三電極体１６０を備えている。そして、正極集電体１２０ｂ及び負極集電体１３０ｂは、第一電極体１４０、第二電極体１５０及び第三電極体１６０が有する複数の積層部であって第一方向（Ｙ軸方向）に並列に配置された複数の積層部のうち両端に配置される２つの積層部である外側積層部のそれぞれに接合されている。

つまり、正極集電体１２０ｂの接合部１２２ｂは、外側積層部としての第一電極体１４０の外側（Ｙ軸方向マイナス側）の積層部と束ねられて、領域Ｒ１ｂ内で溶接やかしめなどによる固定が行われることで、接合されている。また、正極集電体１２０ｂの接合部１２３ｂは、外側積層部としての第三電極体１６０の外側（Ｙ軸方向プラス側）の積層部と束ねられて、領域Ｒ２ｂ内で溶接やかしめなどによる固定が行われることで、接合されている。負極集電体１３０ｂについても同様である。

また、正極集電体１２０ｂ及び負極集電体１３０ｂは、第一電極体１４０、第二電極体１５０及び第三電極体１６０が有する複数の積層部のうち、２つの外側積層部と異なる積層部である内側積層部とは接合されることなく、２つの接合部で２つの外側積層部と接合されている。そして、複数の積層部のうち隣り合う２つの内側積層部であって異なる電極体に含まれる２つの内側積層部は、束ねられて接合されている。

つまり、第一電極体１４０のＹ軸方向プラス側の積層部と第二電極体１５０のＹ軸方向マイナス側積層部とが束ねられて、領域Ｒ３ａ内で溶接やかしめなどによる固定が行われることで、接合されている。また、第二電極体１５０のＹ軸方向プラス側の積層部と第三電極体１６０のＹ軸方向マイナス側積層部とが束ねられて、領域Ｒ３ｂ内で溶接やかしめなどによる固定が行われることで、接合されている。負極集電体１３０ｂについても同様である。

なお、本変形例では、蓄電素子は３つの電極体を備えていることとしたが、蓄電素子は４以上の電極体を備えていることにしてもよい。この場合でも、集電体の２つの接合部は、両端の電極体の外側の積層部と束ねられて接合され、内側の積層部については、異なる電極体の隣り合う積層部同士が接合される。

以上のように、本発明の実施の形態の変形例２に係る正極集電体１２０ｂ及び負極集電体１３０ｂが電極体に接合される構成によっても、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。

以上、本発明の実施の形態及びその変形例に係る蓄電素子について説明したが、本発明は、上記実施の形態及びその変形例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及びその変形例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。

また、上記実施の形態及び上記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。例えば、上記変形例２に、変形例１に係る変形を施したりしてもよい。

また、上記実施の形態では、異なる電極体が有する隣り合う２つの内側積層部（例えば、第二正極積層部１４２及び第三正極積層部１５１）は接合されていることとしたが、当該２つの内側積層部は、接合されていなくともかまわない。

また、上記実施の形態及びその変形例では、集電体の接合部と積層部、または積層部同士は溶接またはかしめによって接合されていることとしたが、接合方法は溶接またはかしめには限定されず、どのような方法によって接合されていてもよい。

また、上記実施の形態及びその変形例では、積層部は巻回型の電極体における積層部であることとしたが、平板状極板を積層した積層型の電極体における積層部であってもよい。つまり、積層型の電極体における電極の活物質層非形成部が積層された部分を複数に分割して、複数の積層部を形成してもよい。

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蓋体
１１０ａ、１１０ｂ貫通孔
１１１本体
１２０、１２０ａ、１２０ｂ正極集電体
１２１端子接続部
１２１ａ、１３１ａ貫通孔
１２２、１２２ａ、１２２ｂ、１２３、１２３ａ、１２３ｂ、１２４、１２５接合部
１３０、１３０ａ、１３０ｂ負極集電体
１３２、１３２ａ、１３３、１３３ａ接合部
１４０第一電極体
１４１第一正極積層部
１４２第二正極積層部
１４３第一負極積層部
１４４第二負極積層部
１５０第二電極体
１５１第三正極積層部
１５２第四正極積層部
１５３第三負極積層部
１５４第四負極積層部
１６０第三電極体
２００正極端子
２１０突出部
３００負極端子
３１０突出部

Claims

正極及び負極を有し第一方向に並列に配置される複数の電極体と、電極端子と、前記複数の電極体及び前記電極端子に電気的に接続される集電体とを備える蓄電素子であって、
前記複数の電極体のそれぞれは、前記正極または前記負極の活物質層の非形成部が積層された積層部であって、前記第一方向とは交差する第二方向に延びる積層部を前記第一方向に並列に複数有し、
前記集電体は、前記複数の電極体が有する複数の前記積層部であって前記第一方向に並列に配置された複数の前記積層部のうち両端に配置される２つの積層部である外側積層部のそれぞれに接合される、前記第二方向に延びる２つの接合部を有し、
前記２つの接合部は、前記２つの外側積層部のそれぞれと束ねられて接合されており、
前記集電体は、前記複数の電極体が有する前記複数の積層部のうち、前記２つの外側積層部と異なる積層部である内側積層部とは接合されることなく、前記２つの接合部で前記２つの外側積層部と接合されている
蓄電素子。
前記集電体は、さらに、前記電極端子側に配置される端子接続部を有し、
前記２つの接合部は、前記端子接続部の対向する両側面部から前記第二方向に垂れ下がるように配置されている
請求項１に記載の蓄電素子。
前記２つの接合部は、前記端子接続部の対向する両側面部から捻られることなく折り曲げられて形成されている
請求項２に記載の蓄電素子。
前記複数の積層部のうち隣り合う２つの前記内側積層部であって異なる電極体に含まれる２つの前記内側積層部は、束ねられて接合されている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
前記２つの内側積層部は、溶接またはかしめによって接合されている
請求項４に記載の蓄電素子。
前記複数の電極体のそれぞれが有する前記複数の積層部は、前記正極または前記負極の活物質層の非形成部が巻回されて積層されることで形成された前記第一方向に並ぶ２つの積層部であり、
前記２つの接合部は、前記２つの積層部で構成される前記複数の積層部のうちの前記２つの外側積層部のそれぞれと束ねられて接合されている
請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電素子。