JP6135518B2 - 蓄電池及びその製造方法 - Google Patents

Description

本明細書に開示する技術は、蓄電池とその製造方法に関する。特に、電気自動車、燃料電池車、及び、モータとエンジンの双方を搭載するハイブリッド車等に使用に適した蓄電池に関し、典型的にはリチウムイオン二次電池に関する。

電気自動車は走行用のモータを駆動するためにリチウムイオン二次電池等の蓄電池を備えている。図６に従来の蓄電池の一例を示す。この蓄電池は、ケース（不図示）内に収容された電極体６６を備えている。電極体６６は、正極活物質９ａが塗布された正極シート９と、負極活物質６８ａが塗布された負極シート６８と、セパレータ６９とを有している。また、電極体６６の外形形状に着目すると、電極体６６は、正極シート９と負極シート６８とセパレータ６９とが積層された電極積層部６４を有している。また、電極体６６は、電極積層部６４の一方の端から正極シート９が突出する正極側の突出部６１と、他方の端から負極シート６８が突出する負極側の突出部（不図示）を有している。突出部６１では、突出している正極シート９の先端部が積層方向に束ねられて拘束部６２が形成されると共に、拘束部６２に電極端子６０が接合される。同様な構成を有する蓄電池が、特許文献１〜３に開示されている。

なお、正極シート９、負極シート６８は、共に、シート幅方向の一方の側端を残して活物質が塗布されている。活物質が塗布された領域は塗工部と呼ばれ、シートの側端で長手方向に伸びる帯状の活物質が塗布されていない領域は未塗工部と呼ばれる。正極シート９と負極シート６８は、塗工部だけが重なるようにシート幅方向に未塗工部の幅だけ相互にずらして積層される。また、セパレータ６９は、塗工部だけに積層される。上記拘束部６２は、未塗工部が束ねられたものに相当し、集箔部あるいは集電部と呼ばれることもある。図６に示されているように、電極積層部６４は正極シート９と負極シート６８とセパレータ６９が多層に積層されているのに対して拘束部６２は正極シート９だけが多層に積層されているので、拘束部６２は電極積層部６８と比較して厚みが薄くなる。

国際公開第２０１３／１２５２７１号公報 特開２００９−２６７０５号公報 特開２００２−８７０８号公報

図６のような蓄電池では、通常、以下に示す手順で製造される。まず、図７に示すように電極積層部６４から正極シート９が真っ直ぐに突出している状態とされる。ここで、個々の正極シート９を区別する際には正極シート９１、９２、９３、９４、９５と呼ぶことにする。図７に示すように、通常、積層方向の外側に位置している正極シート９１が突出する長さと、積層方向の中央に位置している正極シート９３が突出する長さとは等しい。電極体６６が図７の状態とされた後、拘束部６２が形成されると共に電極端子６０が接合される(図６の状態）。電極端子６０と拘束部６２とは、積層方向における外側（図６、図７上側）に位置する電極シート９１と電極端子６０とが重なっている範囲（二点鎖線６０ｆと先端部９ｄとの間の範囲）において接合される。また、拘束部６２が形成される際には、積層方向における上側（図６、図７上側）に位置している正極シート９１と、積層方向における下側（図６、図７下側）に位置している正極シート９５とは、その先端部が積層方向における中央側に変位するように変形する。即ち、先端部は厚み方向に束ねられて厚みが薄くなる。一方、積層方向における中央に位置している正極シート９３はほとんど変形しない。このため、拘束部６２において、上側に位置する正極シート９１の先端部９ｄが突出方向（図６における右方向）に向かって突出する長さ（二点鎖線６０ｆから先端部９ｄまでの長さ）は、中央に位置する正極シート９３の先端部９ｃが突出方向に向かって突出する長さ（二点鎖線６０ｆから先端部９ｃまでの長さ）よりも短くなる。

さらに、各正極シート９は、通常、例えば薄板状の金属や、箔状の金属によって形成される。このため、各正極シート９は、柔軟性を有する一方、ある程度の剛性も有する。このため、積層方向外側に位置する正極シート９１は、厚みが薄くなった拘束部６２が形成される際に、電極積層部６４から先端部にかけて積層方向の外側（図６上側）に向かって膨らむように湾曲する。つまり、正極シート９１の先端部が中央側に変位することに加え、正極シート９１が外側に膨らむように湾曲することによっても、正極シート９１の先端部９ｄが突出方向に向かって突出する長さが短くなる。

正極シート９１の先端部９ｄが突出方向に向かって突出する長さが短くなると、電極端子６０と拘束部６２とが接合される領域の（突出部の突出方向における）幅が狭くなる。このため、電極端子６０と拘束部６２とが接合される面積が小さくなる。その結果、電極端子６０と拘束部６２との間の電気抵抗が増大する。負極シート６８の突出部についても同様である。

本明細書は、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書は、蓄電池において、電極端子と電極体とが接合される面積を増加させることができる技術を提供する。

本明細書は、蓄電池を開示する。その蓄電池は、電極体と、電極端子を備える。電極体は、正極シート及び負極シートがセパレータを介して積層されている電極積層部、及び、正極シート及び負極シートのうちの一方の電極シートが電極積層部から突出している突出部、を有する。電極端子は、突出部に接続される。突出部は、突出している電極シートの先端部が積層方向に束ねられてその厚みが電極積層部の厚みよりも薄くなっている拘束部、及び、電極積層部と拘束部との間に位置する中間部、を有している。中間部は、その厚みが電極積層部の厚みから先端部の厚みへと徐々に薄くなっている部位である。電極端子は、平板で形成されており、拘束部に接合される第１平坦部と、第１平坦部に対して電極積層部の積層方向外側にオフセットしており、第１平坦部よりも電極積層部をその積層方向からみたときの電極積層部の中心側へ延びており、端辺が電極積層部側の端辺が中間部に当接する第２平坦部とを有する。

上記の蓄電池では、第２平坦部の端辺が、電極体の突出部の中間部に当接する。このため、拘束部が形成される際に、電極積層部から先端部にかけて厚みが徐々に薄くなる部位において電極シートが積層方向外側に膨らむように湾曲することを抑制することができる。このため、第２平坦部が電極体の中間部に当接しない場合と比較して、積層方向外側に位置する電極シートの先端部が拘束部において突出方向に突出する長さを長くすることができる。このため、電極端子と、電極体の拘束部とが接合される幅を広くすることができる。つまり、電極端子と拘束部とが接合される面積を広くすることができる。その結果、電極端子と拘束部との間の電気抵抗を低減させることができる。

拘束部が形成される前の電極端子は、第１平坦部が拘束部に相当する部位、すなわち突出部に対向し、第２平坦部が上記中間部に相当する部位、即ち、第１平坦部よりも積層方向にみたときの電極積層部の中心に近い位置にて突出部に対向する。なお、第２平坦部は、第１平坦部よりも積層方向からみたときの電極積層部の中心に近い位置にて第１平坦部に対して電極積層部の積層方向外側にオフセットしている。そのような電極端子を、拘束部形成時の中間部の膨らみ抑制に利用する。電極端子を使った製造工程は次の通りである。即ち、電極端子を突出部に押し付ける際、第１平坦部が突出部を押圧しながら、第２平坦部の電極積層部側の端辺が第１平坦部よりも電極積層部の中心に近い位置で突出部を押圧する。そして、突出部が所定の厚みとなったら第１平坦部を突出部に接合する。接合された部位が拘束部に相当し、第２平坦部に押圧された部位が中間部に相当する。そのような製造方法は、中間部の膨らみを防止する専用の治具を不要とし、蓄電池の製造コスト削減に貢献する。

なお、本明細書が開示する蓄電池では、第１平坦部における電極積層部側の端辺が、セパレータにおける電極シートの突出方向側の端部よりも、電極シートの突出方向側に位置しているとよい。上記の蓄電池では、第１平坦部を電極シートに溶接する際に、セパレータが溶接時の熱によって損傷することを抑制することができる。

実施例の蓄電池２の全体の構成を示す側面図である。 実施例の蓄電池２を示す、図１のII−II断面における断面図である。 実施例の蓄電池２に用いられる電極体６の斜視図である。 実施例の蓄電池２を示す、図１のIＶ−IＶ断面における拡大断面図である。 他の形態の蓄電池１０２の断面図である。 従来の蓄電池２０２の正極側の突出部６１を示す断面図である。 従来の蓄電池２０２の正極側の突出部６１（電極端子６０を接合する前の状態）を示す断面図である。

実施例の蓄電池２は、ケース５と、ケース５に収容された電極体６と、電極体６から電力を取り出す正極端子２０及び負極端子２１とを有している（図１、図２）。ケース５は、略直方体で容器状のケース本体３と、蓋４とを有している。正極端子２０は、端子本体部１８とリード部１０とを有している。正極端子２０の端子本体部１８は、絶縁部材１７を介して蓋４に取り付けられている。リード部１０は、一端が端子本体部１８に接続され、他端が電極体６に接続されている。同様に、負極端子２１は、端子本体部１９とリード部５１とを有している。

図３に示すように、電極体６は、正極シート７と負極シート８とセパレータ１５を有している。これらの正極シート７と負極シート８とセパレータ１５は、互いに重ねられると共に扁平に巻回されている。正極シート７は、シートの厚み方向の両側に電極活物質が塗布された塗工部７ａと、電極活物質が塗工されていない未塗工部７ｂを有している。負極シート８も、正極シート７と同様に、塗工部８ａと未塗工部８ｂを有している。幅方向の一端に未塗工部７ｂが残り他端に未塗工部８ｂが残るように、正極シート７と負極シート８は幅方向にずらされて積層されている。なお、正極シート７の塗工部７ａと、負極シート８の塗工部８ａと、セパレータ１５とが重なっている部分は、電極積層部８４に相当する（後に詳述する）。また、正極シート７の未塗工部７ｂが電極積層部８４から突出している部分は、正極側の突出部８１に相当する（後に詳述する）。負極シート８の未塗工部８ｂが電極積層部８４から突出している部分は、負極側の突出部８５に相当する（負極側の突出部８５は、正極側の突出部８１と同様の構造であるので詳しい説明を省略する）。このように、本実施例の蓄電池２は、電極シート積層型である。

図４に示すように、電極体６は、正極シート７と負極シート８とセパレータ１５が積層された電極積層部８４と、電極積層部８４の一方の端から正極シート７が突出する正極側の突出部８１とを有する。図４に示されているように、電極積層部８４は正極シート７と負極シート８とセパレータ１５が多層に積層されている。これに対して、拘束部８２は正極シート７だけが多層に積層されている。このため、拘束部８２は電極積層部８４と比較して厚みが薄い。また、中間部８３は、電極積層部８４と拘束部８２との間に位置している。中間部８３は、その厚みが電極積層部８４の厚みから先端部（拘束部８２）の厚みへと徐々に薄くなっている。拘束部８２には、正極端子２０が接続される。

正極端子２０のリード部１０は、平板で形成されている。リード部１０は、端子本体部１８の側から順に、基端部１４、第２平坦部１２、接続部１３、第１平坦部１１を有している（図１、図２、図４）。基端部１４は、ケース５の蓋４に平行である（図２）。第２平坦部１２は、基端部１４における図２左側の端部から図２下方向に延びている。第１平坦部１１は、接続部１３を介して第２平坦部１２と接続されている。第２平坦部１２は、第１平坦部１１に対して電極積層部８４の積層方向外側（Ｙ軸正方向）にオフセットしている。図４に示すように、リード部１０の第１平坦部１１は、拘束部８２に接合される。第１平坦部１１と拘束部８２とは具体的には溶接されている。ただし、第１平坦部１１と拘束部８２とは、他の方法（例えば半田付等）で接合されていてもよい。なお、第２平坦部１２の電極積層部８４側の端辺１２ａは、中間部８３に当接する（図４）。

本実施例の蓄電池２の製造手順を説明する。本実施例の蓄電池２の製造工程では、まず、電極積層部８４から正極シート７が真っ直ぐに突出している状態とされる。なお、この状態は、図７に示す従来の蓄電池の製造工程と同様である（図７における電極積層６４が本実施例における電極積層部８４に、正極シート９が正極シート７に対応する）。ここで、個々の正極シート７を区別する際には正極シート７１、７２、７３、７４、７５と呼ぶことにする。本実施例の蓄電池２では、積層方向の外側（Ｙ軸正方向）に位置している正極シート７１が電極積層部８４から突出する長さと、積層方向の中央に位置している正極シート７３が電極積層部８４から突出する長さとは等しい。

電極体６に正極端子２０を接合する際は、正極端子２０が正極シート７の図４上方（Ｙ軸正方向）に配置される。この状態では、正極端子２０の第１平坦部１１が、正極シート７の先端部（拘束部８２に相当する部位）に対向する。また、第２平坦部１２が、正極シート７における中間部８３に相当する部位に対向する。ここで、第２平坦部１２は、Ｙ方向から見たとき、第１平坦部１１よりも電極積層部８４の中心に近い側に位置している。なお、第２平坦部１２は、第１平坦部１１に対して電極積層部８４の積層方向外側（Ｙ軸正方向）にオフセットしている。

次に、正極端子２０を突出部８１に押し付ける。この際、第１平坦部１１が突出部８１を押圧しながら、第２平坦部１２の電極積層部８４側の端辺１２ａが第１平坦部１１よりも電極積層部８４の中心に近い位置で突出部８１を押圧する（換言すると、端辺１２ａが突出部８１の中間部８３に当接する）。なお、突出部８１の正極端子２０とは反対側（図４の下側）には、突出部８１を挟んで第１平坦部１１と対向する支持板（不図示）が配置されている。別言すれば、突出部８１は、第１平坦部１１と不図示の支持板で挟まれる。正極端子２０の押し付け力を高めていくと、第１平坦部１１と不図示の支持板で挟まれている突出部８１の厚みが薄くなっていく。このとき、第２平坦部１２の端辺１２ａが突出部８１の電極積層部８４に近い部位を押圧し続ける。突出部８１の電極積層部８４に近い部位は、端辺１２ａに押圧されているので、積層方向外側へ膨らむことが抑制される。なお、端辺１２ａが接している部位が中間部８３に相当する。そして、突出部８１が所定の厚みとなったら第１平坦部１１をリード部１０に接合する。すなわち、上記の製造方法では、正極端子２０を、拘束部８２形成時の中間部８３の膨らみ抑制に利用している。そのような製造方法は、中間部８３の膨らみを防止する専用の治具を不要とし、蓄電池２の製造コスト削減に貢献する。

図４に示すように、正極シート７の先端部が束ねられて拘束部８２が形成されると共に正極端子２０のリード部１０が接合される。正極端子２０のリード部１０と拘束部８２とは、正極シート７１とリード部１０とが重なっている範囲（図４の二点鎖線１０ｆと先端部７ｄとの間の範囲）において接合される。また、拘束部８２が形成される際には、積層方向における外側（Ｙ軸正方向）に位置している正極シート７１と、積層方向における下側（Ｙ軸負方向）に位置している正極シート７５とは、その先端部が積層方向における中央側に変位するように変形する。即ち、拘束部８２では、各正極シート７の先端部が厚み方向に束ねられて厚みが薄くなる。

一方、積層方向における中央に位置している正極シート７３はほとんど変形しない。このため、拘束部８２において、上側に位置する正極シート７１の先端部７ｄが突出方向に向かって突出する長さ（二点鎖線１０ｆから先端部７ｄまでの長さ）は、中央に位置する正極シート７３の先端部７ｃが突出方向に向かって突出する長さ（二点鎖線１０ｆから先端部７ｃまでの長さ）よりも短くなる。

さらに、各正極シート９は、通常、例えば薄板状の金属や、箔状の金属によって形成される。このため、各正極シート９は、柔軟性を有する一方、ある程度の剛性も有する。このため、仮に、拘束部８２が形成される際に、第２平坦部１２が中間部８３に当接しなかった場合には、中間部８３における積層方向外側（Ｙ軸正方向）に位置する正極シート７１が、外側（Ｙ軸正方向）に向かって膨らむように湾曲する。なお、このように膨らんだ場合の正極シート７１の形状を、図４に二点鎖線７ｅで示す。

しかしながら、上述のように、本実施例の蓄電池２では、第２平坦部１２の端辺１２ａが、電極体６の突出部８１の中間部８３に当接する（詳しくは、正極シート７１に当接する）。このため、拘束部８２が形成される際に、電極積層部８４から先端部にかけて厚みが徐々に薄くなる部位（すなわち中間部８３）において正極シート７１が積層方向外側に膨らむように湾曲することを抑制することができる。このため、第２平坦部１２が電極体６の中間部８３に当接しない場合と比較して、積層方向外側に位置する正極シート７１の先端部が拘束部８２において突出方向に突出する長さ（二点鎖線１０ｆから先端部７ｄまでの長さ）を長くすることができる。このため、正極端子２０と、電極体６の突出部８１とが接合される幅を広くすることができる。つまり、正極端子２０と突出部８１とが接合される面積を広くすることができる。その結果、正極端子２０と突出部８１との間の電気抵抗を低減することができる。あるいは、電極体６から電極端子２０へと伝達される熱量を増加させることができる。つまり、電極体６の放熱性を向上することができる。また、正極端子２０と突出部８１とが接合される面積を広くすることにより、正極端子２０と突出部８１との接合強度を向上することができる。

図１に示すように、本実施例の蓄電池２では、第１平坦部１１の図１左右方向（Ｘ方向）の幅は、第２平坦部１２の図１左右方向の幅よりも狭い。また、第１平坦部１１における電極積層部８４側の端辺は、セパレータ１５における電極シート７の突出方向側（Ｘ軸負方向）の端部よりも、電極シート７の突出方向側に位置している。これにより、蓄電池２の体格の増大を抑制しつつ、第１平坦部１１のＸ軸正方向側の端部と、セパレータ１５との間の距離を大きくすることができる。その結果、第１平坦部１１を正極シート７に溶接する際に、セパレータ１５が溶接時の熱によって損傷することを抑制することができる。一方、第２平坦部１２のＸ方向の幅を、第１平坦部１１のＸ方向の幅よりも広くすることにより、正極端子２０の導電性、放熱性、強度等を向上することができる。

また、図４に示すように、第２平坦部１２の電極積層部８４側の端辺１２ａは、図４下側（Ｙ軸負方向）の角が丸くされている。これにより、正極シート７に当接する際に正極シート７の損傷が抑制される。また、第２平坦部１２の電極積層部８４側の端辺１２ａは、図４下側（Ｙ軸負方向）の角に面取りが設けられていてもよい。この場合も、面取り部が正極シート７に当接するため正極シート７の損傷が抑制される。

図２に示すように、正極端子２０の第２平坦部１２の図２左側（Ｙ軸正方向）の面は、電極体６の図２左側（Ｙ軸正方向）の面よりも、図２右側（Ｙ軸負向）に位置している。換言すると、正極端子２０は、正極シート７が束ねられてＹ軸方向の厚みが電極積層部８４（図３、図４参照）よりも薄くされることによって設けられたスペースの内に収められている。これにより、蓄電池２の体格の増大が抑制される。また、図１に示すように、リード１０の図１右側の端辺は、電極体６の端部よりも図１左側に位置している。これによっても、蓄電池２の体格の増大が抑制される。なお、本実施例では、第１平坦部１１の図１右側の端辺と第２平坦部１２の図１右側の端辺が一直線上に位置しているが、これらが一直線上に位置することは必須では無い。

次に、図５を用いて、蓄電池２の他の形態である蓄電池１０２を説明する。蓄電池１０２は、上記の実施例の蓄電池２における正極端子２０を、正極端子１２０に変更したものである。正極端子１２０は、リード部１１０を有している。リード部１１０は、端子本体部１８に接続される基端部１１４を有している。基端部１１４の図５の左側の端部からは、第２平坦部１１２が図５下方向（Ｚ軸負方向）に伸びている。第２平坦部１１２には、接続部１１３を介して第１平坦部１１１が接続されている。基端部１１４の図５の右側の端部からも同様に、第２平坦部１１２が伸びている。また、第２平坦部１１２には接続部１１３を介して第１平坦部１１１が接続されている。本形態の蓄電池１０２では、電極積層部８４（図４参照）から突出した正極シート１０７が、図５の左右方向（Ｙ方向）において２等分されている。そして、図５左側半分の正極シート１０７の束の左側の面に（左側の）第１平坦部１１１が当接する。同様に、図５右側半分の正極シート１０７の束の右側の面に（右側の）第１平坦部１１１が当接する。このような構成を有することの利点として次のことがある。すなわち、蓄電池２の容量を向上するために、正極シート１０７の長さ（帯状の正極シート１０７の長手方向の長さ）を長くすると、突出部における正極シート１０７の積層数が増加する。ここで、正極シート１０７が多く積層されていると、第１平坦部１１１と正極シート１０７を溶接する際に、溶接不良となる虞がある。本形態の蓄電池１０２では、積層されている正極シート１０７が２等分されて、それぞれが別の第１平坦部１１１に接合される。これにより、溶接不良を低減することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：蓄電池
５：ケース
６：電極体
７、７１、７２、７３、７４、７５：正極シート
７ａ、８ａ：塗工部
７ｂ、８ｂ：未塗工部
７ｃ、７ｄ、９ｃ、９ｄ：先端部
８：負極シート
１０：リード部
１１：第１平坦部
１２：第２平坦部
１２ａ：端辺
１３：接続部
１４、１１４：基端部
１５：セパレータ
２０：正極端子
２１：負極端子
８１、８５：突出部
８２：拘束部
８３：中間部
８４：電極積層部

Claims (3)

1. 正極シート及び負極シートがセパレータを介して積層されている電極積層部、及び、前記正極シート及び負極シートのうちの一方の電極シートが電極積層部から突出している突出部、を有する電極体と、
   前記突出部に接続される電極端子と、を備え、
   前記突出部は、
   前記突出している電極シートの先端部が積層方向に束ねられて厚みが電極積層部の厚みよりも薄くなっている拘束部、及び、前記電極積層部と前記拘束部との間で厚みが前記電極積層部の厚みから前記先端部の厚みへ徐々に薄くなっている中間部、を有し、
   前記電極端子は、
   前記拘束部に接合される第１平坦部と、
   前記第１平坦部に対して前記電極積層部の積層方向外側にオフセットしており、前記電極積層部側の端辺が前記第１平坦部よりも前記電極積層部をその積層方向からみたときの前記電極積層部の中心側へ延びており、前記端辺が前記中間部に当接する第２平坦部と、
   を有する蓄電池。
2. 前記第１平坦部における前記電極積層部側の端辺が、前記セパレータにおける前記電極シートの突出方向側の端部よりも、前記電極シートの突出方向側に位置する、請求項１に記載の蓄電池。
3. 正極シート及び負極シートがセパレータを介して積層されている電極積層部、及び、前記正極シート及び負極シートのうちの一方の電極シートが電極積層部から突出している突出部、を有する電極体と、
   前記突出部に接続される電極端子と、
   を備える蓄電池の製造方法であり、
   前記電極端子は、前記突出部に対向する第１平坦部と、当該第１平坦部よりも積層方向にみたときの電極積層部の中心に近い位置にて第１平坦部に対して前記電極積層部の積層方向外側にオフセットしており、前記電極積層部側の端辺が前記第１平坦部よりも前記電極積層部をその積層方向からみたときの前記電極積層部の中心側へ延びている第２平坦部を有しており、
   前記電極端子を突出部に押し付け、前記第１平坦部が前記突出部を押圧しながら、前記第２平坦部の前記電極積層部側の端辺が前記第１平坦部よりも前記電極積層部の中心に近い位置で前記突出部を押圧し、
   前記突出部が所定の厚みとなったら前記第１平坦部を前記突出部に接合する、
   ことを特徴とする蓄電池の製造方法。

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