JP6149570B2 - 蓄電素子 - Google Patents

Description

この発明は、蓄電素子に関し、特に、端子接続部と脚部とを含む集電体を備えた蓄電素子に関する。

従来、端子接続部と脚部とを含む集電体を備えた蓄電素子が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、発電要素と、外部端子と、集電体とを備える二次電池が開示されている。この二次電池の集電体は、外部端子と接続される基部と、発電要素に接続される脚部と、基部の周囲に形成された壁状のリブとを含んでいる。ここで、発電要素に接続される脚部は、基部の幅方向における両周縁部から折り曲げられて形成されており、その結果、脚部は、脚部以外の周縁部よりも少なくとも厚み分、幅方向の外側に突出している。

特開２０１２−１３８３４３号公報

しかしながら、上記特許文献１の二次電池では、集電体の脚部が脚部以外の周縁部よりも幅方向の外側に突出しているため、その分、二次電池が大型化する。また、二次電池が大型化するのを抑制するために、脚部の根元（脚部と基部との境界付近）に幅狭のくびれを設けて脚部が幅方向の外側に突出させないようにする構成も考えられるものの、くびれ部分が幅狭であることに起因して、くびれ部分の強度が弱くなってしまうという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、集電体の形状に起因して大型化するのを抑制しつつ、集電体の強度も向上した蓄電素子を提供することである。

この発明の一の局面による蓄電素子は、発電要素と、端子と、端子に接続される端子接続部と、発電要素に接続される脚部と、端子接続部と脚部との間に形成されたくびれ部とを含む集電体とを備え、少なくともくびれ部には、補強部が設けられており、脚部は、くびれ部から折り曲げられている。

この発明の一の局面による蓄電素子では、集電体の端子接続部と脚部との間にくびれ部を設けることによって、くびれ部を起点に折り曲げて脚部を形成することができるので、端子接続部の周縁部から折り曲げて脚部を形成する場合と異なり、端子接続部の周縁部よりも外側に脚部が突出するのを抑制することができる。これにより、集電体の形状に起因して蓄電素子が大型化するのを抑制することができる。さらに、大型化を抑制するために幅の小さい（幅狭の）くびれ部を設けたとしても、くびれ部に補強部を設けることによって、くびれ部の機械的強度（剛性）を向上させることができるので、集電体に加えられる振動や衝撃に起因してくびれ部の周縁部から集電体が破断するのを抑制することができる。この結果、集電体の形状に起因して蓄電素子が大型化するのを抑制しつつ、集電体の強度も向上させることができる。

上記一の局面による蓄電素子において、好ましくは、補強部は、くびれ部をまたがるように形成されている。このように構成すれば、くびれ部のみならず、くびれ部以外の部分においても機械的強度（剛性）を向上させることができるので、集電体に加えられる振動や衝撃に起因してくびれ部の周縁部から集電体が破断するのを効果的に抑制することができる。

上記一の局面による蓄電素子において、好ましくは、補強部は、くびれ部の厚み方向に突出する突出部を含む。このように構成すれば、くびれ部の厚み方向に突出する突出部により、くびれ部の機械的強度（剛性）を容易に向上させることができるので、集電体の強度を容易に向上させることができる。

この場合、好ましくは、突出部は、発電要素側に向かって突出する。このように構成すれば、発電要素側に向かって延びる脚部と同一の方向に突出部を突出させることができるので、脚部が発電要素側に向かって延びることによって形成された発電要素と集電体とに囲まれる空間の一部を、突出部を配置するための空間として用いることができる。これにより、突出部を配置する空間を別途確保する必要がないので、蓄電素子が大型化するのを容易に抑制することができる。

上記一の局面による蓄電素子において、好ましくは、補強部が形成された部分の厚みは、集電体の補強部が形成された部分以外の厚みよりも大きい。このように構成すれば、補強部が形成されたくびれ部の厚みを大きくしてくびれ部の強度を向上させることができるので、くびれ部の周縁部に加えられるせん断応力を小さくすることができ、その結果、集電体に加えられる振動や衝撃に起因してくびれ部の周縁部から集電体が破断するのを効果的に抑制することができる。また、補強部が形成された部分の厚みを大きくすることによって、補強部が形成されたくびれ部の断面積が大きくなり、その結果、大電流が集電体に流れた際にくびれ部に熱が集中するのを抑制することができる。これにより、熱に起因して集電体がくびれ部から溶断（断裂）するのを抑制することができる。

上記一の局面による蓄電素子において、好ましくは、集電体は、少なくとも一部において絶縁部材と隣りあって配置されており、絶縁部材は第１凹部または第１凸部を有し、補強部と第１凹部または第１凸部とが嵌合している。このように構成すれば、集電体の補強部と嵌合する第１凹部または第１凸部を有する絶縁部材により、集電体が移動するのを抑制することができる。これにより、集電体に加えられる振動や衝撃によるくびれ部の周縁部での応力を低減することができるので、より効果的に、くびれ部の周縁部から集電体が破断するのを抑制することができる。

上記一の局面による蓄電素子において、好ましくは、集電体は、少なくとも一部において絶縁部材と隣りあって配置されており、絶縁部材は第２凸部を有し、くびれ部の周縁部と第２凸部とが嵌合している。このように構成すれば、くびれ部の周縁部と嵌合する第２凸部を有する絶縁部材により、集電体が移動するのを抑制することができる。これにより、集電体に加えられる振動や衝撃によるくびれ部の周縁部での応力を低減することができるので、より効果的に、くびれ部の周縁部から集電体が破断するのを抑制することができる。また、上記一の局面による蓄電素子において、好ましくは、くびれ部の幅は、脚部の幅よりも小さい。

本発明によれば、上記のように、集電体の形状に起因して蓄電素子が大型化するのを抑制しつつ、集電体の強度も向上させることができる。

本発明の第１実施形態による電池の全体構成を示した斜視図である。 図１の７００−７００線に沿った断面図である。 本発明の第１実施形態による電池の全体構成を示した分解斜視図である。 本発明の第１実施形態による電池の正極集電体を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態による電池の正極集電体を示した上面図である。 本発明の第１実施形態による電池の正極集電体を脚部側から見た側面図である。 比較例２による集電体を示した斜視図である。 本発明の第２実施形態による電池の正極集電体および樹脂部材を示した斜視図である。 本発明の第３実施形態による電池の正極集電体および樹脂部材を示した斜視図である。 本発明の第４実施形態による電池の正極集電体および樹脂部材を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態の変形例による電池の正極集電体を示した斜視図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
まず、図１〜図６を参照して、本発明の第１実施形態による電池１００の構成について説明する。なお、電池１００は、本発明の「蓄電素子」の一例である。

本発明の第１実施形態による電池１００は、リチウムイオン電池であり、図１〜図３に示すように、上方に開口（図３参照）が形成された直方体状の電池容器１と、電池容器１の開口を封止する蓋材２と、電池容器１内に配置される発電要素３および図示しない電解液とを備えている。なお、電池容器１および蓋材２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成されている。

また、電池１００は、図２および図３に示すように、蓋材２の上面２ａから露出する負極端子４および正極端子５と、負極端子４と発電要素３の負極３ａとを接続する負極集電体６と、正極端子５と発電要素３の正極３ｂとを接続する正極集電体７とを備えている。また、電池１００は、蓋材２の上面２ａに固定される一対の樹脂部材８と、蓋材２の下面２ｂに配置される一対の樹脂部材９とを備えている。なお、負極端子４および正極端子５は、本発明の「端子」の一例であり、負極集電体６および正極集電体７は、本発明の「集電体」の一例である。

発電要素３では、負極３ａと、正極３ｂと、負極３ａおよび正極３ｂの間に配置されたセパレータ３ｃとが互いに重ね合わされた状態で巻回されている。また、発電要素３では、セパレータ３ｃが最外層に位置しているとともに、長手方向の一方側（Ｘ１側）および他方側（Ｘ２側）において、それぞれ、負極３ａおよび正極３ｂが露出している。

負極端子４および正極端子５は、上下方向（Ｚ方向）に延びるように形成されているとともに、樹脂部材８に挿入された状態で固定されている。この結果、負極端子４および正極端子５は、樹脂部材８を介して蓋材２に固定されている。また、負極端子４は、蓋材２の穴部２ｃ、樹脂部材９の穴部９ａ、および、負極集電体６の穴部６０ａに挿入されているとともに、正極端子５は、蓋材２の穴部２ｄ、樹脂部材９の穴部９ａ、および、正極集電体７の穴部７０ａに挿入されている。

一対の樹脂部材８は、それぞれ、蓋部材２と負極端子４および正極端子５とを絶縁する機能を有している。また、一対の樹脂部材９は、それぞれ、負極集電体６および正極集電体７の上部全体を上方（Ｚ１側）から略覆うように配置されており、蓋部材２と負極集電体６および正極集電体７とを絶縁する機能を有している。

図３に示すように、負極集電体６は、負極端子４に固定される端子接続部６０と、クリップ１０を介して発電要素３の負極３ａに接続（固定）される脚部６１と、端子接続部６０と脚部６１との間に形成されたくびれ部６２と、くびれ部６２をまたがるように形成され、下方（Ｚ２側）に突出する凸部６３とを含んでいる。なお、凸部６３は、本発明の「補強部」および「突出部」の一例である。

負極集電体６の端子接続部６０、脚部６１、くびれ部６２および凸部６３は一体的に形成されている。また、負極集電体６は、銅または銅合金から構成されている。負極集電体６は、上下方向（Ｚ方向）において、樹脂部材９と隣り合うように配置されている。

ここで、負極集電体６は、正極集電体７と同様の形状を有しているので、これ以降、正極集電体７の形状について詳細に説明し、負極集電体６の詳細な説明は省略する。

図４に示すように、正極集電体７は、端子接続部７０と、脚部７１と、くびれ部７２とを含んでおり、一体的に形成されている。脚部７１は更に、根元部７１ａと、一対の脚部分７１ｂおよび７１ｃとを有している。また、端子接続部７０、くびれ部７２および根元部７１ａの下面７ａには、くびれ部７２をまたがる凸部７３が形成されている。なお、凸部７３は、本発明の「補強部」および「突出部」の一例である。

正極集電体７は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成されているとともに、Ｙ方向（電池１００の幅方向）で略鏡像対称になるように形成されている。

正極集電体７の端子接続部７０は、図４に示すように、ＸＹ平面上に延びる平板状に形成されているとともに、平面的に見て、Ｘ１側の周縁部が半円状に形成されている。また、端子接続部７０は、正極端子５が挿入される穴部７０ａを有している。また、図２に示すように、穴部７０ａに挿入された正極端子５が端子接続部７０の発電要素３側（Ｚ２側）の下面７ａにかしめられることによって、正極端子５と正極集電体７とが互いに接続されている。

正極集電体７のくびれ部７２は、図５に示すように、端子接続部７０と脚部７１との間に形成されている。また、くびれ部７２は、幅方向（Ｙ方向）の両側が切り欠かれることによって、端子接続部７０のＹ方向の幅Ｗ１よりも小さな幅Ｗ２を有するように幅狭に形成されている。この結果、くびれ部７２のＹ１側の切り欠かれた周縁部７２ａは、端子接続部７０のＹ１側の周縁部７０ｂよりもＹ方向の内側（Ｙ２側）に形成されているとともに、Ｙ２側の切り欠かれた周縁部７２ｂは、端子接続部７０のＹ２側の周縁部７０ｃよりもＹ方向の内側（Ｙ１側）に形成されている。なお、周縁部７２ａおよび７２ｂは、円弧状に形成されている。

正極集電体７の脚部７１は、図４に示すように、くびれ部７２に隣接して形成されており、端子接続部７０と同一のＸＹ平面上に形成された根元部７１ａと、根元部７１ａのＹ１側およびＹ２側にそれぞれ配置され、発電要素３（図３参照）が配置された下方（Ｚ２側）に向かって延びる脚部分７１ｂおよび７１ｃとを有している。また、端子接続部７０と同一のＸＹ平面上の根元部７１ａと、下方（Ｚ２側）に延びる脚部分７１ｂおよび７１ｃとは、それぞれ、曲げ領域７１ｄおよび７１ｅを介してなだらかに接続されている。

脚部分７１ｂおよび７１ｃは、ＸＺ平面上で上下方向（Ｚ方向）に長い略長方形形状に形成されているとともに、互いに対向するように形成されている。これにより、脚部分７１ｂおよび７１ｃは、発電要素３の正極３ｂを挟み込むように配置された状態で、クリップ１１を介して、正極３ｂと超音波溶接などにより接合（固定）されている。

また、図４に示すように、脚部分７１ｂの下方（Ｚ２側）の端部７１ｆおよび脚部分７１ｃの下方の端部７１ｇは、丸みを帯びたＲ形状に形成されている。また、曲げ領域７１ｄおよび７１ｅは、Ｘ方向から見て、丸みを帯びたＲ形状（円弧形状）に形成されている。

なお、脚部７１の脚部分７１ｂは、端部７１ｆが端子接続部７０の下方（Ｚ２側）に位置するように、曲げ領域７１ｄにおいて折り曲げられて形成されているとともに、脚部７１の脚部分７１ｃは、端部７１ｇが端子接続部７０の下方に位置するように、曲げ領域７１ｅにおいて折り曲げられて形成されている。この結果、図６に示すように、脚部分７１ｂおよび７１ｃのＹ方向における厚みｔ１は、後述する凸部７３が形成された領域を除く端子接続部７０、根元部７１ａおよびくびれ部７２のＺ方向の厚みｔ２、および、曲げ領域７１ｄおよび７１ｅの厚みｔ３と同一になるように構成されている。なお、厚みｔ１、ｔ２およびｔ３は、共に約０．８ｍｍである。

ここで、比較例１として、図５の二点鎖線で示すようなくびれ部が設けられていない正極集電体１０７を想定する。この比較例１の正極集電体１０７では、くびれ部が設けられていないことにより、脚部１７１のＹ１側の脚部分１７１ｂを端子接続部７０のＹ１側の周縁部７０ｂから折り曲げて形成する必要があるとともに、脚部１７１のＹ２側の脚部分１７１ｃを端子接続部７０のＹ２側の周縁部７０ｃから折り曲げて形成する必要がある。このため、脚部分１７１ｂは、端子接続部７０の周縁部７０ｂよりも外側（Ｙ１側）に位置するとともに、脚部分１７１ｃは、端子接続部７０の周縁部７０ｃよりも外側（Ｙ２側）に位置する。このため、比較例１の正極集電体１０７の脚部１７１のＹ方向の幅Ｗ３は、端子接続部７０の幅Ｗ１よりも大きくなり、この結果、正極集電体１０７が幅方向（Ｙ方向）の外側に大きくなってしまう。

一方、第１実施形態では、図５に実線で示すように、正極集電体７にくびれ部７２が設けられていることにより、端子接続部７０のＹ１側の周縁部７０ｂよりも内側（Ｙ２側）に位置する曲げ領域７１ｄ、および、端子接続部７０のＹ２側の周縁部７０ｃよりも内側（Ｙ１側）に位置する曲げ領域７１ｅからそれぞれ折り曲げることによって、脚部７１の脚部分７１ｂおよび７１ｃを形成することが可能である。これにより、脚部分７１ｂを、端子接続部７０の周縁部７０ｂよりも内側（Ｙ２側）に位置するように形成することができるとともに、脚部分７１ｃを、端子接続部７０の周縁部７０ｂよりも内側（Ｙ１側）に位置するように形成することが可能である。したがって、第１実施形態の正極集電体７の脚部７１のＹ方向の幅Ｗ４は、端子接続部７０の幅Ｗ１よりも小さくなり、この結果、正極集電体７が幅方向（Ｙ方向）の外側に大きくなるのが抑制されている。

また、第１実施形態では、図４および図５に示すように、凸部７３は、くびれ部７２をまたがるように、端子接続部７０の穴部７０ａのＸ２方向側方部位から、脚部７１の根元部７１ａのＸ２方向端部までにわたって形成されている。また、凸部７３は、図６に示すように、端子接続部７０、根元部７１ａおよびくびれ部７２における下面７ａ（Ｚ２側の面）から、脚部分７１ｂおよび７１ｃが延びる方向（発電要素３側）に、約０．２ｍｍの突出厚みｔ４で突出するように形成されている。すなわち、凸部７３が形成された部分のＺ方向の厚み（ｔ２＋ｔ４＝約１．０ｍｍ）は、凸部７３が形成された部分以外の端子接続部７０、根元部７１ａおよびくびれ部７２の厚みｔ２（約０．８ｍｍ）よりも大きくなるように形成されている。この結果、凸部７３が形成されたくびれ部７２の断面積は、くびれ部７２に凸部７３が形成されていない場合のくびれ部７２の断面積（図６の細い斜線部分）よりも、凸部７３が形成されている分（図６の太い斜線部分）だけ大きい。なお、凸部７３の突出厚みｔ４（約０．２ｍｍ）は、凸部７３以外の端子接続部７０、根元部７１ａおよびくびれ部７２の厚みｔ２（約０．８ｍｍ）の半分以下の大きさである。

また、凸部７３は、図５に示すように、Ｚ２側から平面的に見て、Ｘ方向に長く幅方向（Ｙ方向）に短い長方形形状に形成されている。また、凸部７３のＹ方向における幅Ｗ５は、くびれ部７２の幅Ｗ２よりも小さくなるように形成されている。つまり、凸部７３は、くびれ部７２のＹ方向の一部にのみ形成されている。

また、図６に示すように、Ｙ方向に延びる脚部７１の根元部７１ａと、Ｚ２側に突出する凸部７３とにより、Ｘ１側から見た際に、正極集電体７の凸部７３周辺は、Ｔ字形状に形成されている。なお、凸部７３は、脚部７１の折り曲げ加工前に削り出し加工されることなどによって形成されている。

ここで、外部からの振動や衝撃に起因して発電要素３がＸ方向に移動した場合、発電要素３に固定された脚部７１の脚部分７１ｂおよび７１ｃは発電要素３に伴ってＸ方向に移動する一方、正極端子５に固定された端子接続部７０はＸ方向に移動しない。このため、端子接続部７０と脚部７１との間に形成されたくびれ部７２にせん断応力を主とする応力が加えられる。しかしながら、正極集電体７に形成された凸部７３により正極集電体７の機械的強度（剛性）が向上されていることによって、くびれ部７２の周縁部７２ａおよび７２ｂに大きな応力が加えられるのが抑制されるように構成されている。

第１実施形態では、正極集電体７の端子接続部７０と脚部７１との間にくびれ部７２を設けることによって、くびれ部７２を起点に折り曲げて脚部７１を形成することができるので、端子接続部７０の周縁部７０ｂおよび７０ｃからそれぞれ折り曲げて脚部分７１ｂおよび７１ｃを形成する場合と異なり、端子接続部７０のＹ１側の周縁部７０ｂよりも外側（Ｙ１側）に脚部７１が突出するのを抑制することができるとともに、Ｙ２側の周縁部７０ｃよりも外側（Ｙ２側）に脚部７１が突出するのを抑制することができる。同様に、負極集電体６の端子接続部６０と脚部６１との間にくびれ部６２を設けることによって、端子接続部６０よりも外側に脚部６１が突出するのを抑制することができる。これにより、負極集電体６の形状および正極集電体７の形状に起因して電池１００が幅方向（Ｙ方向）に大型化するのを抑制することができる。さらに、大型化を抑制するために幅の小さいくびれ部６２および７２を設けたとしても、くびれ部６２および７２にそれぞれ凸部６３および７３を設けることによって、くびれ部６２および７２の機械的強度（剛性）を向上させることができるので、負極集電体６に加えられる振動や衝撃に起因してくびれ部６２の周縁部から負極集電体６が破断するのを抑制することができるとともに、正極集電体７に加えられる振動や衝撃に起因してくびれ部７２の周縁部７２ａおよび７２ｂから正極集電体７が破断するのを抑制することができる。この結果、負極集電体６および正極集電体７の形状に起因して電池１００が大型化するのを抑制しつつ、負極集電体６および正極集電体７の強度も向上させることができる。

また、第１実施形態では、凸部６３および７３を厚み方向（Ｚ方向）に突出するように形成することによって、くびれ部６２および７２の機械的強度（剛性）を容易に向上させることができるので、負極集電体６および正極集電体７の強度を容易に向上させることができる。

また、第１実施形態では、正極集電体７の凸部７３を、端子接続部７０、根元部７１ａおよびくびれ部７２における下面７ａ（Ｚ２側の面）から、脚部分７１ｂおよび７１ｃが延びる発電要素３側（Ｚ２側）に向かって突出させる。これにより、脚部分７１ｂおよび７１ｃが発電要素３側に向かって延びることによって形成された発電要素３と正極集電体７とに囲まれる空間の一部を、凸部７３を配置するための空間として用いることができるので、凸部７３を配置する空間を別途確保する必要がない。同様に、負極集電体６の凸部６３を脚部６１が延びる発電要素３側（Ｚ２側）に向かって突出させることにより、凸部６３を配置する空間を別途確保する必要がない。これにより、電池１００が上下方向（Ｚ方向）に大型化するのを容易に抑制することができる。

また、仮に、正極集電体７の凸部７３が樹脂部材９が配置された蓋部材２側（Ｚ１側）に突出する場合には、凸部７３の突出高さｔ４分、電池１００が上下方向（Ｚ方向）に大型化してしまう。また、樹脂部材９に凹部を設けて凸部７３を収容するように構成した場合であっても、凹部を形成するために樹脂部材９の厚みをある程度確保する必要があり、その結果、電池１００が上下方向に多少大型化してしまう。一方、第１実施形態では、正極集電体７の凸部７３を発電要素３側（Ｚ２側）に向かって突出させることによって、発電要素３側には樹脂部材などが配置されていないので、電池１００が上下方向に大型化するのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、正極集電体７の凸部７３が形成された部分のＺ方向の厚み（ｔ２＋ｔ４）を、凸部７３が形成された部分以外の端子接続部７０、根元部７１ａおよびくびれ部７２の厚みｔ２よりも大きくする。これにより、凸部７３が形成されたくびれ部７２の厚みを大きくしてくびれ部７２の強度を向上させることができるので、くびれ部７２の周縁部７２ａおよび７２ｂに加えられるせん断応力を小さくすることができ、その結果、正極集電体７に加えられる振動や衝撃に起因して周縁部７２ａおよび７２ｂから正極集電体７が破断するのを効果的に抑制することができる。同様に、負極集電体６の凸部６３が形成された部分の厚みを凸部６３が形成された部分以外の厚みよりも大きくすることによって、くびれ部６２の周縁部に加えられるせん断応力を小さくすることができるので、負極集電体６に加えられる振動や衝撃に起因して負極集電体６の周縁部から負極集電体６が破断するのを効果的に抑制することができる。

また、第１実施形態では、正極集電体７の凸部７３が形成された部分の厚み（ｔ２＋ｔ４）を厚みｔ２よりも大きくすることによって、凸部７３が形成されたくびれ部７２の断面積が大きくなり、その結果、大電流が正極集電体７に流れた際にくびれ部７２に熱が集中するのを抑制することができる。これにより、熱に起因して正極集電体７がくびれ部７２から溶断（断裂）するのを抑制することができる。なお、凸部７３の厚み（ｔ２＋ｔ４）の調整によって、くびれ部７２の断面積が、端子接続部７０の凸部７３がない部分の断面積に比べて等しいか大きければさらに好ましい。

また、第１実施形態では、正極集電体７の凸部７３を、くびれ部７２をまたがるように、端子接続部７０の穴部７０ａのＸ２側から、脚部７１の根元部７１ａのＸ２側の周縁までＸ方向に延びるように形成する。これにより、くびれ部７２のみならず、くびれ部以外の端子接続部７０および脚部７１の根元部７１ａにおいても機械的強度（剛性）を向上させることができるので、正極集電体７に加えられる振動や衝撃に起因して周縁部７２ａおよび７２ｂから正極集電体７が破断するのを効果的に抑制することができる。同様に、負極集電体６の凸部６３をくびれ部６２をまたがるように形成することによって、負極集電体６の周縁に加えられる振動や衝撃に起因してくびれ部６２の周縁部から負極集電体６が破断するのを効果的に抑制することができる。

次に、本発明の効果を確認するために行った、本発明の第１実施形態による正極集電体７（集電体）に対する構造解析について説明する。

この構造解析では、実施例として、図４に示す第１実施形態の凸部７３（補強部）が設けられた正極集電体７（集電体）を想定するとともに、比較例２として、図７に示すような、凸部（補強部）が設けられておらず、下面２０７ａが平坦面状の集電体２０７を想定して構造解析を行った。

具体的な構造解析としては、正極集電体７および集電体２０７において、端子接続部７０を固定する一方、脚部分７１ｂおよび７１ｃにそれぞれ３Ｎの力Ｆが加えられることにより、脚部７１に合計６Ｎの力が加えられるように想定した。この際、図４および図７に示すように、端子接続部７０の穴部７０ａに向かう方向（Ｘ１側）に力Ｆが加えられるように想定した。そして、正極集電体７および集電体２０７の各部に発生する応力を解析した。

構造解析の結果としては、実施例の正極集電体７および比較例２の集電体２０７のいずれにおいても、くびれ部７２の周縁部７２ａおよび７２ｂに最も大きな応力（最大応力）が発生した。ここで、実施例の正極集電体７では、約２．７１×１０^８Ｎ／ｍ^２の最大応力が発生した。一方、比較例２の集電体２０７では、約３．６６×１０^８Ｎ／ｍ^２の最大応力が発生した。

この結果、実施例の正極集電体７では、比較例２の集電体２０７と比べて、くびれ部７２の周縁部７２ａおよび７２ｂに発生する最大応力が約２６％減少することが判明した。したがって、実施例の正極集電体７は、比較例２の集電体２０７と比べて、周縁部７２ａおよび７２ｂに大きな応力が加えられるのを抑制することができ、くびれ部７２の機械的強度が向上していることが確認できた。したがって、正極集電体７の強度が向上しており、その結果、正極集電体７に加えられる振動や衝撃に起因して周縁部７２ａおよび７２ｂから正極集電体７が破断するのを抑制することができると考えられる。すなわち、実施例の正極集電体７の安全性が高いことが確認できた。

（第２実施形態）
次に、図８を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、上記第１実施形態の凸部７３（図４参照）の代わりに、厚みが集電体（正極集電体３０７）の他の部分の厚みと略同一になるように形成された補強部３７３を設けた例について説明する。なお、正極集電体３０７は、本発明の「集電体」の一例である。

第２実施形態による正極集電体３０７では、図８に示すように、くびれ部７２の機械的強度を高めるための補強部３７３の形状が、上記第１実施形態の補強部である凸部７３と異なっている。この補強部３７３は、くびれ部７２をまたがるようにＸ方向に延び、正極集電体３０７の下面７ａから下方（Ｚ２側）に突出する突出部３７３ａと、くびれ部７２をまたがるようにＸ方向に延び、正極集電体３０７の上面３０７ｂから下方に窪んだ溝部３７３ｂとを有している。正極集電体３０７は金属部品であるため、溝部３７３がいわゆる形鋼（溝形鋼）の断面形状となって、くびれ部７２の機械的強度（剛性）が向上する。このため、溝部３７３の構造は、正極集電体３０７に加えられる振動や衝撃に対して、補強部として機能する。また、補強部３７３は、上方（Ｚ１側）から見て、Ｘ方向に長く幅方向（Ｙ方向）に短い長方形形状に形成されている。なお、補強部３７３は、プレス加工などによって容易に形成することが可能である。

また、正極集電体３０７の端子接続部７０と上下方向（Ｚ方向）において隣り合うように配置された樹脂部材３０９の下面３０９ｃには、下方（Ｚ２側）に突出する凸部３０９ｄが一体的に設けられている。この凸部３０９ｄでは、正極集電体３０７の溝部３７３ｂに合うように、幅方向（Ｙ方向）の長さと、幅方向と直交するＸ方向の長さと、下方への突出長さとが設計されており、その結果、正極集電体３０７の溝部３７３ｂと樹脂部材３０９の凸部３０９ｄとは互いに嵌合するように構成されている。なお、樹脂部材３０９および凸部３０９ｄは、それぞれ、本発明の「絶縁部材」および「第１凸部」の一例である。

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、上記のように、正極集電体３０７にくびれ部７２を設けることによって、正極集電体３０７の形状に起因して電池が幅方向（Ｙ方向）に大型化するのを抑制することができる。さらに、くびれ部７２に補強部３７３を設けることによって、正極集電体３０７に加えられる振動や衝撃に起因してくびれ部７２の周縁部７２ａおよび７２ｂから正極集電体３０７が破断するのを抑制することができる。この結果、正極集電体３０７の形状に起因して電池が大型化するのを抑制しつつ、正極集電体３０７の強度も向上させることができる。

また、第２実施形態では、正極集電体３０７の補強部３７３の溝部３７３ｂと樹脂部材３０９の凸部３０９ｄとを互いに嵌合するように構成することによって、補強部３７３の溝部３７３ｂと嵌合する凸部３０９ｄを有する樹脂部材３０９により、正極集電体３０７が移動するのを抑制することができる。これにより、正極集電体３０７に加えられる振動や衝撃によるくびれ部７２の周縁部７２ａおよび７２ｂでの応力を低減することができるので、より効果的に、くびれ部７２の周縁部７２ａおよび７２ｂから正極集電体３０７が破断するのを抑制することができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
次に、図９を参照して、第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、上記第１実施形態の下方に突出した凸部７３（図４参照）の代わりに、正極集電体４０７に上方に突出した凸部４７３を設けた例について説明する。なお、正極集電体４０７は、本発明の「集電体」の一例であり、凸部４７３は、本発明の「補強部」および「突出部」の一例である。

第３実施形態による正極集電体４０７では、上記第１実施形態の下面７ａから下方に突出するように形成された凸部７３（図４参照）とは異なり、凸部４７３が上方に突出している。具体的には、図９に示すように、凸部４７３は、くびれ部７２をまたがるようにＸ方向に延び、正極集電体４０７の上面４０７ｂから上方（Ｚ１側）に突出するように形成されている。これにより、凸部４７３が形成された部分のＺ方向の厚みは、凸部４７３が形成された部分以外の正極集電体４０７の厚みよりも大きくなり、その結果、凸部４７３が形成されたくびれ部７２の断面積は、凸部４７３が形成されていない場合のくびれ部７２の断面積よりも大きい。また、凸部４７３は、下方（Ｚ２側）から見て、Ｘ方向に長く幅方向（Ｙ方向）に短い長方形形状に形成されている。

また、正極集電体４０７の端子接続部７０と上下方向（Ｚ方向）において隣り合うように配置された樹脂部材４０９の下面４０９ｃには、上方（Ｚ１側）に窪む溝部４０９ｅが設けられている。この溝部４０９ｅでは、正極集電体４０７の凸部４７３に合うように、幅方向（Ｙ方向）の長さと、幅方向と直交するＸ方向の長さと、上方への窪みの長さ（深さ）とが設計されており、その結果、正極集電体４０７の凸部４７３と樹脂部材４０９の溝部４０９ｅとは互いに嵌合するように構成されている。なお、樹脂部材４０９および溝部４０９ｅは、それぞれ、本発明の「絶縁部材」および「第１凹部」の一例である。

なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第３実施形態では、上記のように、正極集電体４０７にくびれ部７２を設けることによって、正極集電体４０７の形状に起因して電池が幅方向（Ｙ方向）に大型化するのを抑制することができる。さらに、くびれ部７２に凸部４７３を設けることによって、正極集電体４０７に加えられる振動や衝撃に起因してくびれ部７２の周縁部７２ａおよび７２ｂから正極集電体４０７が破断するのを抑制することができる。この結果、正極集電体４０７の形状に起因して電池が大型化するのを抑制しつつ、正極集電体４０７の強度も向上させることができる。

また、第３実施形態では、正極集電体４０７の凸部４７３と樹脂部材４０９の溝部４０９ｅとを互いに嵌合するように構成することによって、凸部４７３と嵌合する溝部４０９ｅを有する樹脂部材４０９により、正極集電体４０７が移動するのを抑制することができる。これにより、正極集電体４０７に加えられる振動や衝撃によるくびれ部７２の周縁部７２ａおよび７２ｂでの応力を低減することができるので、より効果的に、くびれ部７２の周縁部７２ａおよび７２ｂから正極集電体４０７が破断するのを抑制することができる。なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第４実施形態）
次に、図１０を参照して、第４実施形態について説明する。この第４実施形態では、上記第１実施形態の構成に加えて、樹脂部材５０９に、くびれ部７２の周縁部７２ａおよび７２ｂにそれぞれ嵌合される突起部５０９ｆおよび５０９ｇを設けた例について説明する。なお、樹脂部材５０９は、本発明の「絶縁部材」の一例であり、突起部５０９ｆおよび５０９ｇは、本発明の「第２凸部」の一例である。

第４実施形態による樹脂部材５０９の下面５０９ｃには、下方（Ｚ２側）に突出する一対の突起部５０９ｆおよび５０９ｇが一体的に設けられている。この突起部５０９ｆおよび５０９ｇは、正極集電体７のくびれ部７２の切り欠かれた周縁部７２ａおよび７２ｂにそれぞれ嵌合するように下方に突出している。また、突起部５０９ｆのＹ２側の側端部および突起部５０９ｇのＹ１側の側端部は、それぞれ、円弧状の周縁部７２ａおよび７２ｂに沿って配置されるように、円弧状に形成されている。なお、第４実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第４実施形態では、上記のように、樹脂部材５０９の下面５０９ｃに、正極集電体７のくびれ部７２の切り欠かれた周縁部７２ａおよび７２ｂにそれぞれ嵌合するように下方に突出する一対の突起部５０９ｆおよび５０９ｇを設ける。これにより、くびれ部７２の切り欠かれた周縁部７２ａおよび７２ｂとそれぞれ嵌合する突起部５０９ｆおよび５０９ｇを有する樹脂部材５０９によって、正極集電体７が移動するのを抑制することができる。これにより、正極集電体７に加えられる振動や衝撃によるくびれ部７２の周縁部７２ａおよび７２ｂでの応力を低減することができるので、より効果的に、くびれ部７２の周縁部７２ａおよび７２ｂから正極集電体７が破断するのを抑制することができる。なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべ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、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１〜第４実施形態では、負極集電体６の凸部６３を、端子接続部６０、脚部６１およびくびれ部６２と一体的に形成するとともに、正極集電体７（３０７、４０７）の凸部７３（３７３）を、端子接続部７０、脚部７１およびくびれ部７２と一体的に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、集電体の補強部を集電体の他の部分とは別に設けてもよい。たとえば、図１１に示す第１実施形態の変形例における正極集電体６０７のように、上記第１実施形態の凸部７３の代わりに、くびれ部７２の機械的強度を高めるための補強部材６７３を、正極集電体６０７の平坦面状の下面６０７ａに接合してもよい。補強部材６７３は、くびれ部７２の機械的強度を高めることが可能な材料であればよく、例えば金属製の板状部材から構成してもよい。また、接合方法は、補強部材６７３の材質に合わせて、溶接など種々の方法を採用することが可能である。なお、正極集電体６０７は、本発明の「集電体」の一例であり、補強部材６７３は、本発明の「補強部」および「突出部」の一例である。また、補強部材を正極集電体の平坦面状の上面に接合してもよい。この場合、正極集電体と上下方向において隣り合うように配置された樹脂部材の下面に、補強部材が嵌合する溝部を設けるのが好ましい。また、補強部としての別部材を、くびれ部に接合してもよい。これによっても、くびれ部の機械的強度を高めることが可能である。

また、上記第１実施形態では、くびれ部６２が設けられた負極集電体６に凸部６３を設け、くびれ部７２が設けられた正極集電体７に凸部７３を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、くびれ部が設けられた負極集電体または正極集電体のいずれか一方にのみ、補強部を設けてもよい。この場合、一般的にアルミニウムまたはアルミニウム合金から構成されている正極集電体は、銅または銅合金から構成されている負極集電体と比べて強度が劣るので、正極集電体に補強部を設ける方が好ましい。また、他の材料からなる集電体にくびれ部と補強部とを設けてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、補強部を、くびれ部７２をまたがるように、端子接続部７０の穴部７０ａのＸ２側から、脚部７１の根元部７１ａのＸ２側の周縁までＸ方向に延びるように形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、補強部は、少なくとも集電体のうち、幅の小さいくびれ部にのみ設けられていればよい。また、補強部の形状は、長方形形状に限定されず、たとえば、正方形形状や、円形状、ドット形状などであってもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、くびれ部７２を、幅方向（Ｙ方向）の両側を切り欠くことによって形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、幅方向の一方側のみを切り欠くことによって、集電体にくびれ部を形成してもよい。この場合、脚部の脚部分（下方に延びる部分）を、切り欠かれた一方側に少なくとも設けることになる。

また、上記第２実施形態では、樹脂部材３０９の凸部３０９ｄ（第１凸部）を樹脂部材３０９に一体的に設けた例を示し、上記第４実施形態では、樹脂部材５０９の突起部５０９ｆおよび５０９ｇ（第２凸部）を樹脂部材５０９に一体的に設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１凸部および第２凸部を、樹脂部材とは別に設け、後に樹脂部材に接着等により固定してもよい。

また、上記第２および第３実施形態と上記第１実施形態の変形例とでは、上記第１実施形態と異なる補強部を正極集電体３０７、４０７および６０７にそれぞれ設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、上記第２および第３実施形態と上記第１実施形態の変形例とに示した補強部を、負極集電体に設けてもよい。

また、上記第１実施形態では、電池１００がリチウムイオン電池からなる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明の集電体を備える電池が、リチウムイオン電池以外の非水系電解質電池からなるように構成してもよいし、ニッケル水素電池などの水系電解質電池からなるように構成してもよい。

３ 発電要素
４ 負極端子（端子）
５ 正極端子（端子）
６ 負極集電体（集電体）
７、３０７、４０７、６０７ 正極集電体（集電体）
６０、７０ 端子接続部
６１、７１ 脚部
６２、７２ くびれ部
７２ａ、７２ｂ 周縁部
６３、７３、４７３ 凸部（補強部、突出部）
１００ 電池（蓄電素子）
３０９、４０９、５０９ 樹脂部材（絶縁部材）
３０９ｄ 凸部（第１凸部）
３７３ 補強部
３７３ａ 突出部
４０９ｅ 溝部（第１凹部）
５０９ｆ、５０９ｇ 突起部（第２凸部）
６７３ 補強部材（補強部、突出部）

Claims (8)

1. 発電要素と、
   端子と、
   前記端子に接続される端子接続部と、前記発電要素に接続される脚部と、前記端子接続部と前記脚部との間に形成されたくびれ部とを含む集電体とを備え、
   少なくとも前記くびれ部には、補強部が設けられており、
   前記脚部は、くびれ部に隣接する根元部と脚部分とを有し、
   前記脚部は、前記根元部と脚部分との間で折り曲げられている、蓄電素子。
2. 前記補強部は、前記くびれ部をまたがるように形成されている、請求項１に記載の蓄電素子。
3. 前記補強部は、前記くびれ部の厚み方向に突出する突出部を含む、請求項１または２に記載の蓄電素子。
4. 前記突出部は、前記発電要素側に向かって突出する、請求項３に記載の蓄電素子。
5. 前記補強部が設けられた部分の厚みは、前記集電体の前記補強部が設けられた部分以外の厚みよりも大きい、請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電素子。
6. 前記集電体は、少なくとも一部において絶縁部材と隣りあって配置されており、
   前記絶縁部材は第１凹部または第１凸部を有し、
   前記補強部と前記第１凹部または前記第１凸部とが嵌合している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電素子。
7. 前記集電体は、少なくとも一部において絶縁部材と隣りあって配置されており、
   前記絶縁部材は第２凸部を有し、
   前記くびれ部の周縁部と前記第２凸部とが嵌合している、請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄電素子。
8. 前記集電体は、少なくとも一部において絶縁部材と隣りあって配置されており、
   前記絶縁部材は第２凸部を有し、
   前記くびれ部の周縁部と前記第２凸部とが嵌合している、請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄電素子。
   

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