JP6155997B2 - 蓄電素子および蓄電素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、巻回型の電極体を有する蓄電素子に関する。
例えばリチウムイオン電池を含む蓄電素子には、帯状の正極体と帯状の負極体が帯状のセパレータを介して交互に積層されるように巻回された巻回型の電極体が用いられることがある。
巻回型の電極体における巻回軸方向の一端部には、正極体の巻回体からなる正極リード部が設けられ、巻回軸方向の他端部には、負極体の巻回体からなる負極リード部が設けられている。正極リード部は、正極集電体を介して正極外部端子に電気的に接続され、負極リード部は、負極集電体を介して負極外部端子に電気的に接続される。
巻回型の電極体のリード部に接合される集電体の集電部の構造として、リード部を外側から挟み込む一対の脚部がそれぞれリード部の外周に接合される外周接合タイプのもの、及び、集電部の一部がリード部の巻回中心に入り込むように折り曲げられてリード部の内周に接合される内周接合タイプのものを含む種々の構造が知られている。
特許文献１には、内周接合タイプの集電部の一例が開示されている。特許文献１に開示された例では、リード部の端面に沿って配置される集電部の上下方向中間部に、上下方向に延びる切り込みが設けられ、該切り込みを挟んだ両側縁部が内側へ折り込まれてリード部の内周に溶接されている。この種の集電体を用いる場合、外周接合タイプの集電体を用いる場合に比べて、リード部の上端湾曲部が集電部によって外周側から圧迫されて変形することを回避できる利点がある。
ところで、電極体のリード部と集電体とを超音波溶接によって接合するとき、溶接箇所から金属粉末が飛散することがある。蓄電素子の性能向上の観点において、電極体の内部への金属粉末の混入はできるだけ抑制されることが好ましい。
しかしながら、従来技術では、巻回型の電極体のリード部の端面において、巻回中心から電極体の内部への金属粉末の侵入を抑制することについて、十分な考慮は払われていない。
そこで、本発明は、巻回型の電極体のリード部に集電体が接合される蓄電素子において、電極体の内部への金属粉末の侵入を抑制することを課題とする。
本発明の一態様に係る蓄電素子は、
金属箔が巻回された扁平な巻回体からなるリード部を有する電極体と、
前記リード部を外部端子に電気的に接続する集電体と、を備え、
前記集電体は、
前記リード部の巻回中心の内部空間を巻回軸方向に仕切るように且つ前記リード部の端面側から見て前記巻回中心の略全長に亘って延びるように配置された隔壁部と、
該隔壁部から巻回軸方向外側に突設されて前記リード部の内周に接合される被接合壁部と、
前記隔壁部の長さ方向先端部から巻回軸方向外側に突出する突出壁部と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の別の態様に係る蓄電素子は、
金属箔が巻回された扁平な巻回体からなるリード部を有する複数の電極体と、
前記リード部を外部端子に電気的に接続する集電体と、を備え、
前記集電体は、それぞれ異なる１つの電極体のリード部に接合される複数の集電部を備え、
各集電部は、
前記リード部の巻回中心の内部空間を巻回軸方向に仕切るように且つ前記リード部の端面側から見て前記巻回中心の略全長に亘って延びるように配置された隔壁部と、
該隔壁部から巻回軸方向外側に突設されて前記リード部の内周に接合される被接合壁部と、を備えることを特徴とする。
金属箔が巻回された扁平な巻回体からなるリード部を有する電極体と、
前記リード部を外部端子に電気的に接続する集電体と、を備え、
前記集電体は、
前記リード部の巻回中心の内部空間を巻回軸方向に仕切るように且つ前記リード部の端面側から見て前記巻回中心の略全長に亘って延びるように配置された隔壁部と、
該隔壁部から巻回軸方向外側に突設されて前記リード部の内周に接合される被接合壁部と、
前記隔壁部の長さ方向先端部から巻回軸方向外側に突出する突出壁部と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の別の態様に係る蓄電素子は、
金属箔が巻回された扁平な巻回体からなるリード部を有する複数の電極体と、
前記リード部を外部端子に電気的に接続する集電体と、を備え、
前記集電体は、それぞれ異なる１つの電極体のリード部に接合される複数の集電部を備え、
各集電部は、
前記リード部の巻回中心の内部空間を巻回軸方向に仕切るように且つ前記リード部の端面側から見て前記巻回中心の略全長に亘って延びるように配置された隔壁部と、
該隔壁部から巻回軸方向外側に突設されて前記リード部の内周に接合される被接合壁部と、を備えることを特徴とする。
なお、本願明細書でいう「巻回中心の略全長」とは、リード部の端面側から見て、長円状または楕円状の巻回中心の長さ方向における両端湾曲部を除いた部分全体を意味する。
本発明に係る蓄電素子によれば、集電体の被接合壁部を電極体のリード部の内周に接合することで、電極体と集電体とを電気的に接続することができる。また、集電体は、被接合壁部よりも巻回軸方向内側においてリード部の細長い巻回中心の略全長に亘って延びるように配置された隔壁部を有するため、例えば超音波溶接によってリード部と被接合壁部とを接合するときに飛散する金属粉末は、巻回軸方向内側への移動が隔壁部によって規制される。そのため、電極体の内部への金属粉末の侵入を抑制することができる。
本発明に係る蓄電素子において、
前記被接合壁部は、
前記巻回中心を挟んだ一方の側において前記リード部の内周に接合される第１被接合壁部と、
第１被接合壁部から前記リード部の厚み方向に間隔を空けて配置され、前記巻回中心を挟んだ他方の側において前記リード部の内周に接合される第２被接合壁部と、を含むことが好ましい。
前記被接合壁部は、
前記巻回中心を挟んだ一方の側において前記リード部の内周に接合される第１被接合壁部と、
第１被接合壁部から前記リード部の厚み方向に間隔を空けて配置され、前記巻回中心を挟んだ他方の側において前記リード部の内周に接合される第２被接合壁部と、を含むことが好ましい。
これにより、集電体は、巻回中心を挟んだ両側においてリード部の内周にされるため、リード部に対する集電体の取付け状態を安定させることができる。また、巻回中心を挟んだ両側の接合部分において、集電体の隔壁部とリード部の内周との間の隙間が生じないため、金属粉末の侵入を効果的に抑制できる。
本発明に係る蓄電素子において、第１被接合壁部と第２被接合壁部とは、前記隔壁部の略全長に亘って設けられてもよい。この場合、隔壁部の略全長に亘って、隔壁部とリード部の内周との間を通る金属粉末の侵入を確実に規制できる。
本発明に係る蓄電素子において、前記集電体が、前記隔壁部の長さ方向先端部から巻回軸方向外側に突出する突出壁部を備える場合、隔壁部よりも巻回軸方向外側において、隔壁部の長さ方向への金属粉末の移動が突出壁部によって遮断されることで、隔壁部の長さ方向先端部とリード部の内周との間を通って電極体の内部に金属粉末が入り込むことを抑制できる。
本発明に係る蓄電素子において、前記電極体が複数設けられ、前記集電体が、それぞれ異なる１つの電極体のリード部に接合される複数の集電部を備え、各集電部に前記隔壁部と前記被接合壁部とが設けられる場合、電極体毎に、それぞれ対応する集電部によって、上述した金属粉末混入防止効果が得られる。
本発明に係る蓄電素子の製造方法は、
金属箔が巻回された巻回体からなるリード部を有する電極体と、前記リード部を外部端子に電気的に接続する集電体と、を備えた蓄電素子を製造する蓄電素子の製造方法であって、
隔壁部と該隔壁部の周縁部から立ち上がる周壁とを備えた筐体をプレス加工によって成形して、該筐体を有する前記集電体を形成し、
前記隔壁部を挟んだ巻回軸方向外側において、前記周壁に前記リード部の内周を接合する、ことを特徴とする。
金属箔が巻回された巻回体からなるリード部を有する電極体と、前記リード部を外部端子に電気的に接続する集電体と、を備えた蓄電素子を製造する蓄電素子の製造方法であって、
隔壁部と該隔壁部の周縁部から立ち上がる周壁とを備えた筐体をプレス加工によって成形して、該筐体を有する前記集電体を形成し、
前記隔壁部を挟んだ巻回軸方向外側において、前記周壁に前記リード部の内周を接合する、ことを特徴とする。
本発明に係る蓄電素子の製造方法によれば、電極体のリード部の巻回中心からの金属粉末の侵入を規制しつつリード部内周に接合される筐体をプレス加工によって成形することで、該筐体を有する集電体を簡単に形成することができる。したがって、集電体の生産性、ひいては蓄電素子の生産性を高めることができる。
本発明によれば、巻回型の電極体のリード部に集電体が接合される蓄電素子において、電極体の内部への金属粉末の侵入を抑制することができる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、本願明細書において方向を示すために使用される「上」及び「下」を含む用語は、添付図面に図示された蓄電素子の姿勢における方向を示すものであり、必ずしも実際の使用状態における方向と一致するものでない。
図１及び図２は、本発明の実施形態に係る蓄電素子１を示している。蓄電素子１は、例えばリチウムイオン電池等の非水電解質二次電池である。ただし、本発明は、リチウムイオン電池以外にも、キャパシタを含む種々の蓄電素子に適用できる。
図１及び図２に示すように、蓄電素子１は、例えば略直方体のケース２を有する。ケース２には、例えば２つの電極体１０（１０Ａ，１０Ｂ）（図４及び図５参照）と、各電極体１０を負極外部端子１４に電気的に接続する負極集電体２０Ａと、各電極体１０を正極外部端子１５に電気的に接続する正極集電体２０Ｂと、電解液（図示せず）とが収容される。ただし、本発明において、電極体１０の個数は１つ又は３つ以上であってもよい。
ケース２は、上面開口部を有するケース本体３と、ケース本体３の上面開口部を塞ぐ蓋体４とを有する。ケース本体３の材料には、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金等の金属が用いられる。なお、ケース本体３の表面は、例えば樹脂からなる絶縁層（図示せず）で全体的に覆われるようにしてもよい。蓋体４は矩形の金属板である。蓋体４は、ケース本体３の開口縁部に溶接されている。
蓋体４には、ケース２内のガスを排出するための安全弁８と、前記電解液用の注液口を閉鎖する液栓９とが設けられている。なお、注液口及び液栓９はケース本体３に設けられてもよい。また、蓋体４には、正極及び負極の外部端子１４，１５と、正極及び負極の集電体２０（２０Ａ，２０Ｂ）とが固定されている。各外部端子１４，１５は、蓋体４の上面に上パッキン１６を介して例えばかしめによって固定されている。外部端子１４，１５の材料には、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル等の金属が用いられる。各集電体２０（２０Ａ，２０Ｂ）は、蓋体４の下面に下パッキン１８を介して例えばかしめによって固定されている。集電体２０の具体的構成については後に説明する。
図３に示すように、各電極体１０は、帯状の負極体１１、帯状の正極体１２、及び２枚の帯状のセパレータ１３が互いに積層されながら巻回された巻回体である。より具体的に、負極体１１、正極体１２及びセパレータ１３は、長円状の端面１１ｅ，１２ｅを形成するように面状の巻回中心Ｃ周りに巻回され、これにより、扁平な巻回型の電極体１０が形成されている。端面１１ｅ，１２ｅ側から見て、巻回中心Ｃは細長い長円状である。ケース２内において、各電極体１０は、巻回中心Ｃが略上下方向に沿うような姿勢で配置され、２つの電極体１０Ａ，１０Ｂは厚み方向（矢印Ｙ方向）に並べて配置される（図４及び図５参照）。
セパレータ１３は、負極体１１と正極体１２の間に介装されることで、両者を電気的に絶縁している。セパレータ１３は、例えば、多孔性の樹脂フィルムで構成されている。
負極体１１は、負極金属箔１１ａと、負極金属箔１１ａに負極活物質を塗工して設けた負極活物質層１１ｂと、を備えている。負極活物質層１１ｂは、セパレータ１３により全体が覆われる。負極体１１の巻回軸方向（図３における符号Ｘで示す方向）一端部には、活物質が塗工されていない負極未塗工部１１ｃが設けられている。負極未塗工部１１ｃは、正極体１２及びセパレータ１３よりも巻回軸方向外側にはみ出して配置され、負極リード部１１ｄを構成している。具体的に、負極リード部１１ｄは、負極未塗工部１１ｃのみが複数層に積層されながら巻回された扁平な巻回体で構成されている。
負極金属箔１１ａの材料には、例えば銅が用いられるが、これ以外の金属を用いてもよい。負極活物質としては、例えばグラファイト層間化合物が用いられるが、他の炭素材料、リチウム金属、リチウム合金、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）、ケイ素、一酸化ケイ素、スズ等のリチウム吸蔵可能な材料、またはこれらの混合物を用いてもよい。
正極体１２は、正極金属箔１２ａと、正極金属箔１２ａに正極活物質を塗工して設けた正極活物質層１２ｂと、を備えている。正極活物質層１２ｂは、セパレータ１３により全体が覆われる。正極体１２の巻回軸方向一端部には、活物質が塗工されていない正極未塗工部１２ｃが設けられている。正極未塗工部１２ｃは、巻回軸方向において負極未塗工部１１ｃとは反対側に設けられている。正極未塗工部１２ｃは、負極体１１及びセパレータ１３よりも巻回軸方向外側にはみ出して配置され、正極リード部１２ｄを構成している。具体的に、正極リード部１２ｄは、正極未塗工部１２ｃのみが複数層に積層されながら巻回された扁平な巻回体で構成されている。
正極金属箔１２ａの材料には、例えばアルミニウムが用いられるが、これ以外の金属を用いてもよい。正極活物質としては、例えば、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム（ＬｉＮｉｘＣｏｙＭｎ１−ｘ−ｙＯ２）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）、リン酸マンガンリチウム（ＬｉＭｎＰＯ４）、これらに置換添加物を用いたもの、又は、これらの混合物などが用いられるが、他のリチウム含有遷移金属酸化物を用いてもよい。
以上のように構成された電極体１０は、巻回軸方向の両端部にリード部１１ｄ，１２ｄを有し、負極リード部１１ｄと正極リード部１２ｄとの間に本体部１０ａを有する。負極リード部１１ｄ、正極リード部１２ｄ及び本体部１０ａは、共通の巻回中心Ｃ及び共通の巻回軸方向を有する扁平な巻回体で構成されている。以下、電極体１０全体の「巻回中心Ｃ」又は「巻回軸方向」に言及する場合、及び、負極リード部１１ｄ、正極リード部１２ｄ又は本体部１０ａのいずれか１つの「巻回中心Ｃ」又は「巻回軸方向」に言及する場合のいずれにおいても、単に「巻回中心Ｃ」又は「巻回軸方向」ということがある。
以下、集電体２０（２０Ａ，２０Ｂ）及びこれに関連する構成について実施形態毎に説明する。
［第１の実施形態］
図４〜図６に示すように、負極集電体２０Ａは、２つの電極体１０Ａ，１０Ｂの各負極リード部１１ｄに接合され、これらの負極リード部１１ｄを負極外部端子１４に電気的に接続する。負極集電体２０Ａの材料には、例えば、銅等の金属が用いられる。同様に、正極集電体２０Ｂは、２つの電極体１０Ａ，１０Ｂの各正極リード部１２ｄに接合され、これらの正極リード部１２ｄを正極外部端子１５に電気的に接続する。正極集電体２０Ｂの材料には、例えば、アルミニウム等の金属が用いられる。なお、図５及び図６は、集電体２０と電極体１０との接合構造を説明するために負極側の構造のみを代表的に図示しているが、正極側の構造も負極側の構造と同様である。
図４〜図６に示すように、負極集電体２０Ａは、２つの電極体１０Ａ，１０Ｂの各負極リード部１１ｄに接合され、これらの負極リード部１１ｄを負極外部端子１４に電気的に接続する。負極集電体２０Ａの材料には、例えば、銅等の金属が用いられる。同様に、正極集電体２０Ｂは、２つの電極体１０Ａ，１０Ｂの各正極リード部１２ｄに接合され、これらの正極リード部１２ｄを正極外部端子１５に電気的に接続する。正極集電体２０Ｂの材料には、例えば、アルミニウム等の金属が用いられる。なお、図５及び図６は、集電体２０と電極体１０との接合構造を説明するために負極側の構造のみを代表的に図示しているが、正極側の構造も負極側の構造と同様である。
負極集電体２０Ａと正極集電体２０Ｂとは互いに同じ形状を有する。以下、集電体２０（２０Ａ，２０Ｂ）の形状及びこれに関連する構成について説明する。
図７及び図８に示すように、第１の実施形態に係る集電体２０は、蓋体４の下面に固定される基部２２と、それぞれ第１延長部２６ａ，２６ｂ及び第２延長部２８ａ，２８ｂを介して基部２２の下方に連なる第１集電部３０ａ及び第２集電部３０ｂとを備えている。
負極集電体２０Ａの基部２２は、蓋体４の下面に下パッキン１８を介して固定され、負極外部端子１４に電気的に接続される。正極集電体２０Ｂの基部２２は、蓋体４の下面に下パッキン１８を介して固定され、正極外部端子１５に電気的に接続される（図２参照）。蓋体４への基部２２の固定には、例えば、基部２２の貫通穴２４に挿通されるリベットが用いられる。
図５、図７及び図８に示すように、第１延長部２６ａ，２６ｂは、電極体１０の厚み方向（矢印Ｙ方向）に互いに間隔を空けて一対設けられている。各第１延長部２６ａ，２６ｂは、基部２２の巻回軸方向外側端部から下方に帯状に延設されている。集電体２０と電極体１０Ａ，１０Ｂとの接合状態において、第１延長部２６ａ，２６ｂは、リード部１１ｄ（１２ｄ）の端面１１ｅ（１２ｅ）に沿って、リード部１１ｄ（１２ｄ）の巻回中心Ｃの上端湾曲部Ｃ１よりも下側に突出しないように配置される。すなわち、リード部１１ｄ（１２ｄ）の端面側から見て、第１延長部２６ａ，２６ｂは、巻回中心Ｃに対して、上端湾曲部Ｃ１のみに重なり、上端湾曲部Ｃ１よりも下側の部分には重ならないように配置される。第２延長部２８ａ，２８ｂは、各第１延長部２６ａ，２６ｂの下端から巻回軸方向内側へ帯状に延設されており、リード部１１ｄ（１２ｄ）の巻回中心Ｃの上端部に挿入される。
図５及び図６に示すように、第１集電部３０ａと第２集電部３０ｂとは、２つの電極体１０Ａ，１０Ｂの並び方向（各電極体１０Ａ，１０Ｂの厚み方向、すなわち、矢印Ｙ方向）に互いに間隔を空けて配置されている。第１集電部３０ａは、一方の電極体１０Ｂ（１０Ａ）のリード部１１ｄ（１２ｄ）に接合され、第２集電部３０ｂは、他方の電極体１０Ａ（１０Ｂ）のリード部１１ｄ（１２ｄ）に接合される。具体的に、負極集電体２０Ａの第１集電部３０ａは第２電極体１０Ｂの負極リード部１１ｄに接合され、負極集電体２０Ａの第２集電部３０ｂは第１電極体１０Ａの負極リード部１１ｄに接合される。他方、正極集電体２０Ｂの第１集電部３０ａは第２電極体１０Ｂの正極リード部１２ｄに接合され、正極集電体２０Ｂの第２集電部３０ｂは第１電極体１０Ａの正極リード部１２ｄに接合される。
図５〜図８に示すように、各集電部３０ａ，３０ｂは、対応する電極体１０Ａ，１０Ｂのリード部１１ｄ（１２ｄ）の巻回中心Ｃに挿入されて、リード部１１ｄ（１２ｄ）の内周１１ｇ（１２ｇ）に接合される。
各集電部３０ａ，３０ｂは、リード部１１ｄ（１２ｄ）の巻回中心Ｃの内部空間を巻回軸方向に仕切るように配置される隔壁部３２と、該隔壁部３２から巻回軸方向外側に突設されてリード部１１ｄ（１２ｄ）の内周１１ｇ（１２ｇ）に接合される一対の被接合壁部３４ａ，３４ｂと、を有する。
隔壁部３２は、第２延長部２８ａ，２８ｂの先端から下方へ帯状に延設されている。隔壁部３２は、リード部１１ｄ（１２ｄ）の巻回中心Ｃにおいて、巻回軸方向に略直角な面に沿って且つリード部１１ｄ（１２ｄ）の端面１１ｅ（１２ｅ）側から見て巻回中心Ｃの長さ方向に沿って配置される。また、リード部１１ｄ（１２ｄ）の端面１１ｅ（１２ｅ）側から見て、隔壁部３２は、リード部１１ｄ（１２ｄ）の巻回中心Ｃにおける上端湾曲部Ｃ１および下端湾曲部Ｃ２を除く部分の全長に亘って延びるように配置される。
なお、図５及び図６に図示された例では、電極体１０Ａ，１０Ｂの厚み方向（矢印Ｙ方向）に関して、巻回中心Ｃの幅は、本体部１０ａにおいては隔壁部３２よりも小さな幅となっているが、リード部１１ｄ（１２ｄ）においては、内周側に配置された集電部３０ａ，３０ｂによって外側へ押し拡げられることにより、隔壁部３２の幅以上の幅となっている。また、図５及び図６に図示された例では、集電部３０ａ，３０ｂを挟んだ両側において、リード部１１ｄ（１２ｄ）を構成する複数の箔は、厚み方向（矢印Ｙ方向）の中央部に集められて集電部３０ａ，３０ｂに溶接されている。ただし、集電部３０ａ，３０ｂの幅が図示された例よりも小さい場合、リード部１１ｄ（１２ｄ）を構成する複数の箔は、図示された位置よりも内周側に集められて集電部３０ａ，３０ｂに溶接される。逆に、集電部３０ａ，３０ｂの幅が図示された例よりも大きい場合、リード部１１ｄ（１２ｄ）を構成する複数の箔は、図示された位置よりも外周側に集められて集電部３０ａ，３０ｂに溶接される。
一対の被接合壁部３４ａ，３４ｂは、巻回中心Ｃを挟んだ一方の側（図５及び図６における左側）においてリード部１１ｄ（１２ｄ）の内周１１ｇ（１２ｇ）に接合される第１被接合壁部３４ａと、第１被接合壁部３４ａからリード部１１ｄ（１２ｄ）の厚み方向（矢印Ｙ方向）に間隔を空けて配置され、巻回中心Ｃを挟んだ他方の側（図５及び図６における右側）においてリード部１１ｄ（１２ｄ）の内周１１ｇ（１２ｇ）に接合される第２被接合壁部３４ｂとで構成されている。
第１被接合壁部３４ａは、隔壁部３２の短手方向一端部から巻回軸方向外側に突出しており、第２被接合壁部３４ｂは、隔壁部３２の短手方向他端部から巻回軸方向外側に突出している。第１被接合壁部３４ａと第２被接合壁部３４ｂとは、それぞれ、隔壁部３２に略直角な面に沿って、上下方向に帯状に延びるように設けられている。これにより、平面から見た集電部３０ａ，３０ｂの断面形状は、巻回軸方向外側に開放するＵ字形となっている（図６参照）。集電部３０ａ，３０ｂは、開放部とは反対側、すなわち隔壁部３２側からリード部１１ｄ（１２ｄ）の巻回中心Ｃに挿入されるため、挿入時に被接合壁部３４ａ，３４ｂがリード部１１ｄ（１２ｄ）の箔に引っ掛かり難く、箔の損傷が抑制される。
また、第１被接合壁部３４ａと第２被接合壁部３４ｂとは、隔壁部３２の略全長に亘って設けられている。第１被接合壁部３４ａ及び第２被接合壁部３４ｂの巻回軸方向外側の上端コーナー部３６及び下端コーナー部３８は面取り加工されている。
図５及び図６に示すように、第１被接合壁部３４ａと第２被接合壁部３４ｂとは、リード部１１ｄ（１２ｄ）の内周１１ｇ（１２ｇ）における上下方向に延びる部分に沿って配置され、例えば超音波溶接によってリード部１１ｄ（１２ｄ）に接合される。なお、図５及び図６に示す例では、被接合壁部３４ａ，３４ｂと金属製の押さえプレート４０との間にリード部１１ｄ（１２ｄ）を挟み込んだ状態で超音波溶接が行われる。第１集電部３０ａと第２集電部３０ｂは、被接合壁部３４ａ，３４ｂがリード部１１ｄ（１２ｄ）の内周１１ｇ（１２ｇ）に接合されることで、電極体１０Ａ，１０Ｂに電気的に接続される。このような接合構造により、２つの電極体１０Ａ，１０Ｂは、各負極リード部１１ｄに接合された負極集電体２０Ａと、各正極リード部１２ｄに接合された正極集電体２０Ｂとによって吊り下げ支持される。
第１の実施形態によれば、各集電部３０ａ，３０ｂは、巻回中心Ｃを挟んだ両側においてリード部１１ｄ（１２ｄ）の内周１１ｇ（１２ｇ）に接合されるため、リード部１１ｄ（１２ｄ）に対する集電部３０ａ，３０ｂの取付け状態を安定させることができる。さらに、各集電部３０ａ，３０ｂにおいて、一対の被接合壁部３４ａ，３４ｂは隔壁部３２を介して断面Ｕ字状に連なっているため、集電部３０ａ，３０ｂの剛性が高められている。
また、第１の実施形態によれば、被接合壁部３４ａ，３４ｂよりも巻回軸方向内側において、隔壁部３２がリード部１１ｄ（１２ｄ）の巻回中心Ｃの略全長に亘って延びるように配置されるため、例えば超音波溶接によってリード部１１ｄ（１２ｄ）と被接合壁部３４ａ，３４ｂとを接合するときに飛散する金属粉末は、巻回軸方向内側への移動が隔壁部３２によって規制される。また、集電部３０ａ，３０ｂは、巻回中心Ｃにおける上端湾曲部Ｃ１および下端湾曲部Ｃ２を除いた略全周に亘ってリード部１１ｄ（１２ｄ）の内周１１ｇ（１２ｇ）に接合される。この接合部分において、隔壁部３２とリード部１１ｄ（１２ｄ）の内周１１ｇ（１２ｇ）との間に隙間が生じないため、隔壁部３２とリード部１１ｄ（１２ｄ）の内周１１ｇ（１２ｇ）との間を通って電極体１０Ａ，１０Ｂの内部に金属粉末が入り込むことを効果的に抑制できる。特に、負極リード部１１ｄの巻回中心Ｃから銅粉末が入り込むことを抑制することで、銅粉末が負極側から正極側へ移動したときに生じ得る蓄電素子１の微小短絡による容量低下を抑制できる。
第１の実施形態に係る集電体２０は、１枚の金属板を所定形状に切り抜いて折り曲げることによって簡単に成形することができる。具体的には、図７及び図８に示すように、一対の第１延長部２６ａ，２６ｂをそれぞれ折り目Ｒ１に沿って基部２２に対して略直角に折り曲げ、一対の第２延長部２８ａ，２８ｂをそれぞれ折り目Ｒ２に沿って第１延長部２６ａ，２６ｂに対して略直角に折り曲げ、一対の集電部３０ａ，３０ｂの各隔壁部３２をそれぞれ折り目Ｒ３に沿って第２延長部２８ａ，２８ｂに対して略直角に折り曲げる。また、集電部３０ａ，３０ｂ毎に、一対の被接合壁部３４ａ，３４ｂをそれぞれ折り目Ｒ４，Ｒ５に沿って隔壁部３２に対して略直角に折り曲げる。このように、ねじりを加えるような高度な加工を行うことなく、金属板を直角に複数回折り曲げるだけで簡単に集電体２０を成形することができる。
ところで、リード部１１ｄ（１２ｄ）の外周を一対の脚部で挟み込むタイプの集電体を用いる場合には、リード部１１ｄ（１２ｄ）の上端湾曲部を集電体の脚部の付け根部分に干渉しないように変形させるフォーミング加工が行われることがある。これに対して、本実施形態に係る集電体２０を用いる場合、電極体１０Ａ，１０Ｂに上記のようなフォーミング加工を施す必要がないため、蓄電素子１の生産性が高められる。
［第２の実施形態］
図９及び図１０を参照しながら、第２の実施形態に係る集電体５０の構成について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成要素については、説明を省略するとともに、図９及び図１０において同じ符号を付している。
図９及び図１０を参照しながら、第２の実施形態に係る集電体５０の構成について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成要素については、説明を省略するとともに、図９及び図１０において同じ符号を付している。
図９及び図１０に示すように、第２の実施形態では、各集電部３０ａ，３０ｂに、隔壁部３２の下端部から巻回軸方向外側に突出する突出壁部５２が設けられている。突出壁部５２は、隔壁部３２に略直角な面に沿って配置された矩形の板状部で構成されている。突出壁部５２は、折り目Ｒ６に沿って隔壁部３２に対して略直角に折り曲げることで形成される。そのため、第２の実施形態に係る集電体５０は、第１の実施形態と同様、１枚の金属板を切り抜いて折り曲げることで容易に成形することができる。
図５及び図６の二点鎖線に示されるように、第２の実施形態によれば、突出壁部５２は、隔壁部３２よりも巻回軸方向外側において、例えば電極体１０Ａ，１０Ｂのリード部１１ｄ，１２ｄと被接合壁部３４ａ，３４ｂとの溶接時に発生する金属粉末の下方への移動を遮断するように配置される。そのため、金属粉末が隔壁部３２の下端とリード部１１ｄ，１２ｄの内周１１ｇ，１２ｇとの間を通って電極体１０Ａ，１０Ｂの内部に入り込むことを抑制できる。
なお、隔壁部３２の上端部には、第２延長部２８ａ，２８ｂが巻回軸方向外側に突設されているため、隔壁部３２よりも巻回軸方向外側における金属粉末の上方への移動は第２延長部２８ａ，２８ｂによって遮断される。そのため、隔壁部３２の上端とリード部１１ｄ，１２ｄの内周１１ｇ，１２ｇとの間を経由した金属粉末の侵入も効果的に抑制される。
［第３の実施形態］
図１１を参照しながら、第３の実施形態に係る集電体６０の構成について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成要素については、説明を省略するとともに、図１１において同じ符号を付している。
図１１を参照しながら、第３の実施形態に係る集電体６０の構成について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成要素については、説明を省略するとともに、図１１において同じ符号を付している。
図１１に示すように、第３の実施形態に係る集電体６０は、集電部３０を１つのみ有する点で、第１の実施形態に係る集電体２０と異なる。そのため、集電体６０には１つの電極体１０のみが接合される。したがって、第３の実施形態に係る集電体６０は、蓄電素子１が電極体１０を１つのみ有する場合に好適に用いられる。なお、集電体６０の別の用途として、集電体６０の集電部３０を挟んだ両側に電極体を配置して、これら２つの電極体を集電部３０に接合することも可能である。この場合、一方の電極体のリード部の外周を第１被接合壁部３４ａに接合し、他方の電極体のリード部の外周を第２被接合壁部３４ｂに接合すればよい。
第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様、集電部３０は、第１延長部２６及び第２延長部２８を介して基部２２の下方に連ねて設けられ、該集電部３０には、隔壁部３２と一対の被接合壁部３４ａ，３４ｂとが設けられている。そのため、第１の実施形態と同様、集電部３０は、電極体１０の内部への金属粉末の侵入を規制しつつ、該電極体１０のリード部１１ｄ，１２ｄの内周１１ｇ，１２ｇに接合される。
また、第２の実施形態と同様、集電部３０には、隔壁部３２の下端部から巻回軸方向外側に突出する突出壁部６２が設けられている。そのため、第２の実施形態と同様、金属粉末が隔壁部３２の下端とリード部１１ｄ，１２ｄの内周１１ｇ，１２ｇとの間を通って電極体１０Ａ，１０Ｂの内部に入り込むことを抑制できる。ただし、第３の実施形態において、突出壁部６２を省略してもよい。
［第４の実施形態］
図１２を参照しながら、第４の実施形態に係る集電体７０の構成について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成要素については、説明を省略するとともに、図１２において同じ符号を付している。
図１２を参照しながら、第４の実施形態に係る集電体７０の構成について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成要素については、説明を省略するとともに、図１２において同じ符号を付している。
図１２に示すように、第４の実施形態に係る集電体７０が有する集電部３０ａ，３０ｂは、隔壁部３２と該隔壁部３２の周縁部から立ち上がる周壁７２とを備えた筐体で構成されている。隔壁部３２の形状は長尺の矩形であり、周壁７２の形状は、隔壁部３２の輪郭と同じ断面形状を有する角筒状である。これにより、周壁７２には、互いに対向する一対の長尺壁部３４ａ，３４ｂと、互いに対向する一対の短尺壁部７４，７６とが形成されている。一方の長尺壁部３４ａは第１被接合壁部を構成し、他方の長尺壁部３４ｂは第２被接合壁部を構成する。
このようにして構成された集電部３０ａ，３０ｂは、第１延長部２６ａ，２６ｂを介して基部２２の下方に連なっている。第１の実施形態と同様、第１延長部２６ａ，２６ｂは、基部２２の巻回軸方向外側端部から下方に帯状に延設されており、第１延長部２６ａ，２６ｂの下端に、集電部３０ａ，３０ｂにおける一方の短尺壁部７４の巻回軸方向外側端部が連なっている。
第４の実施形態においても、集電部３０ａ，３０ｂは、電極体１０Ａ，１０Ｂのリード部１１ｄ，１２ｄの巻回中心Ｃに挿入されて、リード部１１ｄ，１２ｄに接合される。具体的に、集電部３０ａ，３０ｂの隔壁部３２は、リード部１１ｄ，１２ｄの巻回中心Ｃの内部空間を巻回軸方向に仕切るように且つリード部１１ｄ，１２ｄの端面１１ｅ，１２ｅ側から見て巻回中心Ｃの略全長に亘って延びるように配置され、集電部３０ａ，３０ｂの周壁７２は、隔壁部３２を挟んだ巻回軸方向外側に配置される。このように集電部３０ａ，３０ｂが配置された状態で、被接合壁部３４ａ，３４ｂは、第１の実施形態と同様、例えば超音波溶接によりリード部１１ｄ，１２ｄの内周１１ｇ，１２ｇに接合される。
このような接合構造によれば、被接合壁部３４ａ，３４ｂとリード部１１ｄ，１２ｄとの接合により発生する金属粉末は、隔壁部３２によって巻回軸方向内側への移動が遮断されるとともに、周壁７２によって径方向外側から完全に包囲されるため、電極体１０Ａ，１０Ｂの内部への金属粉末の侵入を効果的に抑制することができる。また、集電部３０ａ，３０ｂが筐体で構成されているため、集電部３０ａ，３０ｂの剛性を効果的に高めることができる。
集電部３０ａ，３０ｂを構成する筐体は、成形型を用いたプレス加工によって極めて簡単に成形することができる。一方、基部２２及び一対の第１延長部２６ａ，２６ｂは、１枚の金属板を所定形状に切り抜いて、各第１延長部２６ａ，２６ｂを折り目Ｒ１に沿って基部２２に対して略直角に折り曲げることで成形される。このように成形された曲げ加工部分８０に、上記のように成形型を用いて成形された集電部３０ａ，３０ｂが接合されることで、集電体７０が形成される。曲げ加工部分８０と集電部３０ａ，３０ｂとの接合は、曲げ加工部分８０における各第１延長部２６ａ，２６ｂの先端に集電部３０ａ，３０ｂにおける短尺壁部７４の縁部を例えば溶接により接合することで行われる。
第４の実施形態によれば、成形型を用いて集電部３０ａ，３０ｂを極めて簡単に成形することができるため、集電体７０の生産性を高めることができる。よって、当該集電体７０を備えた蓄電素子１の生産性を高めることができる。
なお、第４の実施形態では、集電体７０が一対の集電部３０ａ，３０ｂを有する場合について説明したが、蓄電素子１が電極体１０を１つのみ有する場合、集電体７０には、上記のように構成された集電部３０ａ，３０ｂを１つのみ設けるようにすればよい。
以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。
例えば、上述の実施形態では、蓄電素子が１つ又は２つの電極体を有する場合について説明したが、本発明は、蓄電素子が３つ以上の電極体を有する場合にも適用できる。この場合、集電体には、電極体の個数と同数の集電部を設ければよい。
また、上述の実施形態では、超音波溶接によって集電体と電極体のリード部とが接合される場合について説明したが、本発明において、集電体と電極体のリード部との接合は、例えば、抵抗溶接、レーザ溶接、機械的接合方法によって行ってもよい。
１ ：蓄電素子
２ ：ケース
３ ：ケース本体
４ ：蓋体
８ ：安全弁
９ ：液栓
１０ ：電極体
１０ａ ：本体部
１１ ：負極体
１１ａ ：負極金属箔
１１ｂ ：負極活物質層
１１ｃ ：負極未塗工部
１１ｄ ：負極リード部
１１ｅ ：負極側の端面
１１ｆ ：負極リード部の外周
１１ｇ ：負極リード部の内周
１２ ：正極体
１２ａ ：正極金属箔
１２ｂ ：正極活物質層
１２ｃ ：正極未塗工部
１２ｄ ：正極リード部
１２ｅ ：正極側の端面
１２ｆ ：正極リード部の外周
１２ｇ ：正極リード部の内周
１３ ：セパレータ
１４ ：負極外部端子
１５ ：正極外部端子
１６ ：上パッキン
１８ ：下パッキン
２０Ａ ：負極集電体
２０Ｂ ：正極集電体
２２ ：基部
３０ａ ：第１集電部
３０ｂ ：第２集電部
３２ ：隔壁部
３４ａ ：第１被接合壁部
３４ｂ ：第２被接合壁部
４０ ：押さえプレート
５０ ：集電体
５２ ：突出壁部
６０ ：集電体
６２ ：突出壁部
７０ ：集電体
７２ ：周壁
７４，７６：短尺壁部
８０ ：曲げ加工部分
Ｃ ：巻回中心
Ｘ ：巻回軸
Ｙ ：電極体（リード部）の厚み方向
２ ：ケース
３ ：ケース本体
４ ：蓋体
８ ：安全弁
９ ：液栓
１０ ：電極体
１０ａ ：本体部
１１ ：負極体
１１ａ ：負極金属箔
１１ｂ ：負極活物質層
１１ｃ ：負極未塗工部
１１ｄ ：負極リード部
１１ｅ ：負極側の端面
１１ｆ ：負極リード部の外周
１１ｇ ：負極リード部の内周
１２ ：正極体
１２ａ ：正極金属箔
１２ｂ ：正極活物質層
１２ｃ ：正極未塗工部
１２ｄ ：正極リード部
１２ｅ ：正極側の端面
１２ｆ ：正極リード部の外周
１２ｇ ：正極リード部の内周
１３ ：セパレータ
１４ ：負極外部端子
１５ ：正極外部端子
１６ ：上パッキン
１８ ：下パッキン
２０Ａ ：負極集電体
２０Ｂ ：正極集電体
２２ ：基部
３０ａ ：第１集電部
３０ｂ ：第２集電部
３２ ：隔壁部
３４ａ ：第１被接合壁部
３４ｂ ：第２被接合壁部
４０ ：押さえプレート
５０ ：集電体
５２ ：突出壁部
６０ ：集電体
６２ ：突出壁部
７０ ：集電体
７２ ：周壁
７４，７６：短尺壁部
８０ ：曲げ加工部分
Ｃ ：巻回中心
Ｘ ：巻回軸
Ｙ ：電極体（リード部）の厚み方向
Claims (5)
- 金属箔が巻回された扁平な巻回体からなるリード部を有する電極体と、
前記リード部を外部端子に電気的に接続する集電体と、を備え、
前記集電体は、
前記リード部の巻回中心の内部空間を巻回軸方向に仕切るように且つ前記リード部の端面側から見て前記巻回中心の略全長に亘って延びるように配置された隔壁部と、
該隔壁部から巻回軸方向外側に突設されて前記リード部の内周に接合される被接合壁部と、
前記隔壁部の長さ方向先端部から巻回軸方向外側に突出する突出壁部と、を備えることを特徴とする蓄電素子。 - 金属箔が巻回された扁平な巻回体からなるリード部を有する複数の電極体と、
前記リード部を外部端子に電気的に接続する集電体と、を備え、
前記集電体は、それぞれ異なる１つの電極体のリード部に接合される複数の集電部を備え、
各集電部は、
前記リード部の巻回中心の内部空間を巻回軸方向に仕切るように且つ前記リード部の端面側から見て前記巻回中心の略全長に亘って延びるように配置された隔壁部と、
該隔壁部から巻回軸方向外側に突設されて前記リード部の内周に接合される被接合壁部と、を備えることを特徴とする蓄電素子。 - 前記被接合壁部は、
前記巻回中心を挟んだ一方の側において前記リード部の内周に接合される第１被接合壁部と、
第１被接合壁部から前記リード部の厚み方向に間隔を空けて配置され、前記巻回中心を挟んだ他方の側において前記リード部の内周に接合される第２被接合壁部と、を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄電素子。 - 第１被接合壁部と第２被接合壁部とは、前記隔壁部の略全長に亘って設けられていることを特徴とする請求項３に記載の蓄電素子。
- 金属箔が巻回された巻回体からなるリード部を有する電極体と、前記リード部を外部端子に電気的に接続する集電体と、を備えた蓄電素子を製造する蓄電素子の製造方法であって、
隔壁部と該隔壁部の周縁部から立ち上がる周壁とを備えた筐体をプレス加工によって成形して、該筐体を有する前記集電体を形成し、
前記隔壁部を挟んだ巻回軸方向外側において、前記周壁に前記リード部の内周を接合する、ことを特徴とする蓄電素子の製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013189084A JP6155997B2 (ja) | 2013-09-12 | 2013-09-12 | 蓄電素子および蓄電素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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