JP6187148B2 - 蓄電素子及び電源モジュール - Google Patents

Description

本発明は、例えば二次電池その他の電池等の蓄電素子及びそれを用いた電源モジュールに関する。

二次電池は、一次電池の置きかえ用途はもとより、携帯電話、ＩＴ機器などの電子機器の電源として広く普及している。とりわけ、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池は、高エネルギー密度であることから、電気自動車などの産業用大型電気機器への応用も進められている。

非水電解質二次電池は、一般に導電性を有する金属製の収納容器の内部に、微多孔膜のセパレータで離隔された正負の極板を重ね合わせてなる電極体と電解液とが封入された構成を有する（例えば特許文献１、図２等を参照）。

特開２０１２−２１６４５９号公報

このような従来の非水電解質二次電池においては、以下のような課題があった。すなわち、収納容器内において、電極体は、収納容器内に固定された集電体に接続されているが、集電体との接合箇所は、電極体を構成する、重ねあわされた極板の表面に位置している。

したがって、収納容器に振動や衝撃が加わった際に電極体が揺動すると、集電体と電極体の接合箇所には大きな負荷がかかり、電極体又は集電体に損傷を与える恐れがあった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、収納容器内において集電体と電極体を安定して固定することが可能な蓄電素子及びそれを用いた電源モジュールを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、
電極体と、
前記電極体を収納する収納容器と、
前記収納容器に固定され、前記電極体に接合される複数の集電体と、
前記複数の集電体を連結する絶縁性の連結部材とを備え、
前記連結部材は、
前記電極体の表面と前記収納容器の内壁とが対向し、前記収納容器の前記内壁と前記電極体及び前記集電体の接合面に平行な面とが更に対向する空間内に配置されている、
蓄電素子である。

本発明の第２の側面は、
前記電極体は、正極の極板、負極の極板及び少なくとも前記正極の極板及び前記負極の極板の間に位置するセパレータが重ねあわされており、
前記連結部材は、
前記電極体の前記正極の極板、前記負極の極板及び前記セパレータが平坦面を形成するよう重ねあわせられる箇所に対向して配置されている、
本発明の第１の側面の蓄電素子である。

本発明の第３の側面は、
前記電極体は、前記正極の極板、前記負極の極板及び前記セパレータが巻回軸周りに巻き回された巻回型であって、
前記正極の極板が重なりあって一端にて前記複数の集電体の一つに接合され、
前記負極の極板が重なりあって他端にて前記複数の集電体の他の一つに接合され、
前記連結部材は、
前記巻回軸を介して対向する、一体に重ねられた前記正極の極板、前記負極の極板及び前記セパレータに隣接して配置され、
前記巻回軸と平行に延伸している、
本発明の第１又は第２の側面の蓄電素子である。

本発明の第４の側面は、
前記収納容器は、前記連結部材に対向する内壁が最も面積の大きい面である平行六面体の内部空間を有する、
本発明の第１から第３のいずれかの側面の蓄電素子である。

本発明の第５の側面は、
前記連結部材は、前記電極体に対向する面が、凸に湾曲又は屈曲している、
本発明の第１から第４のいずれかの側面の蓄電素子である。

本発明の第６の側面は、
前記集電体は、
前記収納容器に固定される基台部と前記電極体に接合される脚部とを有し、
前記連結部材は、前記脚部と嵌合することにより前記集電体に装着されている、
本発明の第１から第５のいずれかの側面の蓄電素子である。

本発明の第７の側面は、
前記脚部は前記基台部から延出する平板状の形状を有し、延出する先端の少なくとも一部が屈曲又は湾曲することにより形成される凸部を有し、
前記連結部材には、前記凸部が嵌り込む凹部が形成されている、
本発明の第６の側面の蓄電素子である。

本発明の第８の側面は、
前記集電体は、
前記収納容器に固定される基台部と前記電極体に接合される脚部とを有し、
前記連結部材は、前記脚部と前記電極体とを挟持している、
本発明の第１から第５のいずれかの側面の蓄電素子である。

本発明の第９の側面は、
前記連結部材は、
前記集電体と前記電極体の接合面を覆っている、
本発明の第１から第８のいずれかの側面の蓄電素子である。

本発明の第１０の側面は、
本発明の第１から第９のいずれかの側面の蓄電素子を少なくとも一つ含む複数の蓄電素子を備えた、
電源モジュールである。

以上のような本発明は、蓄電素子において集電体と電極体を安定して固定することが可能になるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の構成を示す分解斜視図 本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の構成を示す正面図 本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の構成を示す側面図 本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の要部の構成を示す分解斜視図 （ａ）従来の非水電解質二次電池における電極体の状態を説明するための図（ｂ）従来の非水電解質二次電池における電極体の状態を説明するための図 （ａ）本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の連結部材の他の構成例を示す図（ｂ）本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の連結部材の他の構成例を示す図 （ａ）本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池における連結部材及び集電体の他の構成例を示す図（ｂ）本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池における連結部材及び集電体の他の構成例を示す図 本発明の実施の形態２に係る非水電解質二次電池の構成を示す分解斜視図 本発明の実施の形態２に係る非水電解質二次電池の構成を示す要部断面図 本発明の実施の形態２に係る非水電解質二次電池の連結部材の構成を示す分解斜視図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池１の構成を、一部を分解した状態で模式的に示す斜視図であり、図２は非水電解質二次電池１の正面図である。図３は非水電解質二次電池１の側面図である。

図１及び２に示すように、非水電解質二次電池１は、アルミニウム製の開口箱状の容器本体１０と、容器本体１０の開口１０ｘを封止する、容器本体と同一材料製の板状の蓋部２０とから構成される外形が六面体状の収納容器を外装として備える。容器本体１０においては、蓋部２０に正対する外形略矩形の内底１０ｙ１と、内底１０ｙ１の短辺に対応する一対の内壁１０ｙ２と、内底１０ｙ１の長辺に対応し、最も面積の広大な一対の内壁１０ｙ３とにより内部空間１０ｚが形成される。

なお、収納容器の各辺は、図１に示す直交座標をなすＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸にそれぞれ平行に位置している。

次に、非水電解質二次電池１の内部構成を説明するため、容器本体１０は、図１中においては破線により輪郭のみ示した。同様の理由により、容器本体１０及び蓋部２０は、図２中においては図中のＺ−Ｙ平面に平行な面で切断した要部断面図として示し、図３中においては図中のＺ−Ｘ平面に平行な面で切断した要部断面図として示した。

容器本体１０の内部空間１０ｚには、帯状の極板である正極と負極を、間にセパレータを介して、図中Ｙ軸に平行な軸を巻回軸として長円筒形に巻回した構成を有する電極体１１が配置されている。

電極体１１は、巻回軸周りの側面のうち、一対の平行面である側面１１ａ１が容器本体１０の一対の内壁１０ｙ３にそれぞれ対向し、側面１１ａ１の間を繋ぐ一対の湾曲面が蓋部２０及び容器本体１０の内底１０ｙ１にそれぞれ対向している。一方、巻回軸に直交する端面１１ｃは、容器本体の一対の内壁１０ｙ２にそれぞれ対向している。

更に、電極体１１においては、最外周に位置するセパレータ１１ａを間に挟んで正極の金属箔及び負極の金属箔が単体で重なりあった状態で露出し、金属箔露出部１１ｂとして端面１１ｃを含む両端に位置している。金属箔露出部は電極体１１の周縁に沿って形成され、端面１１ｃの中央には、電極体１１の作成時において極板及びセパレータが重ね合わせて巻回される芯材が抜き取られることにより生じた空隙１１ｘが位置している。

なお、金属箔露出部１１ｂの図中Ｚ軸方向及びＸ軸方向の寸法は、金属箔露出部セパレータと極板が重なりあって巻回される中央部分に比して小さい。これにより電極体１１は両端が細く成形され、側面１１ａ１と金属箔露出部１１ｂとの間には段差が生じている。

なお、図１においては、金属箔露出部１１ｂとして負極側の金属箔が露出した側の構成のみ符号を付して説明するが、正極側の金属箔露出部も金属の材質を除いて同様の構成を有する。また、説明のため、電極体１１は蓋部２０と分離し、容器本体１０から半ば抜き出された状態として示した。

金属箔露出部１１ｂは集電体１２に接続される。集電体１２は、蓋部２０に固定された基台部１２ａと、基台部１２ａから図中Ｚ方向に沿って容器本体１０の内底１０ｙ１に向かって延出した一対の平板状の脚部１２ｂとを有する。一対の脚部１２ｂの対向面のそれぞれは電極体１１の金属箔露出部１１ｂの表面を挟み込むように配置され、超音波溶接等することにより、脚部１２ｂの先端近傍の接合面Ｃにて電極体１１と接合される。

集電体１２は、蓋部２０上に位置する金属製の中継板２２から連続して形成され、基台部１２ａ上の貫通孔１２ａ１に挿入される接続棒２４が、かしめや圧着等の周知の技術的手段により結合されることにより、電気的、機械的に接続される。更に中継板２２は外部接続用の電極端子２３と電気的に接続され、これにより、電極体１１から収納容器の外部に電気が取り出される。

なお、中継板２２と接続棒２４とは、図中には一体化した態様にて示したが、正極側においては一体成形された部品として作成され、負極側においては各々が独立した部材としての中継板２２及び接続棒２４が圧入等の手段により組み合わされた部品として作成されることもある。

電極端子２３と電極体１１とを結ぶ導電路は、絶縁体である合成樹脂製のパッキン２１ａ及び２１ｂによって収納容器と絶縁されている。なお、図２中においてパッキン２１ａ及び２１ｂは断面図として示す。パッキン２１ａは蓋部２０の表面側に配置され、蓋部２０と電極端子２３の中継板２２とを絶縁する。パッキン２１ｂは蓋部２０の裏面側に配置され、蓋部２０と集電体１２とを絶縁する。パッキン２１ａ及び２１ｂは一体的に組み合わされた状態で集電体１２と接続棒２４により締結されており、これにより、導電路と収納容器との間の空間、隙間を封止して、収納容器内部からの電解液の漏出を防いでいる。

次に、電極体１１の長手方向、すなわち図中Ｙ軸に平行な側面に沿って一対の連結部材１３が設けられている。連結部材１３は絶縁性の合成樹脂製の部材であって、特にポリプロピレンポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又はポリプロピレン（ＰＰ）等の、電解液に対する耐腐食性を有する材料であることが望ましい。

連結部材１３は、断面矩形の棒状の本体部１３ａ、本体部１３ａの両端に位置して集電体１２の脚部１２ｂに接続される接続部１３ｂを有する。図３及び図４に示すように、本体部１３ａは、容器本体１０に収納された状態では、容器本体１０の内壁１０ｙ３と電極体１１の側面１１ａ１との間に位置し、電極体１１の側面１１ａ１は、本体部１３ａの形状及び寸法に対応した凹みＧが生じている。接続部１３ｂは脚部１２ｂの先端に重なって配置される。なお、連結部材１３及び脚部１２ｂの詳細な構成については後述する。

蓋部２０には、容器本体１０がレーザ溶接等により封止された後に電解液を注入するための注入口が設けられており、電解液注入後、封止栓２５により封止される。

以上の構成において、非水電解質二次電池１は本発明の蓄電素子に相当し、容器本体１０と蓋部２０の組合せは本発明の収納容器に相当する。電極体１１は本発明の電極体に相当し、連結部材１３は本発明の連結部材に相当する。

このような構成を有する本実施の形態１による非水電解質二次電池１は、電極体１１と集電体１２の脚部１２ｂとの接合部分の近傍にて正極の集電体１２の脚部１２ｂと負極の集電体１２の脚部１２ｂを連結する連結部材１３を備えたことを特徴とする。

従来の非水電解質二次電池においては、図６（ａ）に示すように、電極体１１と集電体１２との結合は集電体１２の脚部１２ｂを介することにより行われる。したがって、収納容器の外部から衝撃や振動が与えられた際には、電極体１１は蓋部２０と基台部１２ａとの接続部分を支点として揺動する。このとき、揺動及びその影響を図中Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向毎に検討すると、以下のことが見いだされた。

Ｚ軸方向については、電極体１１は、集電体１２の基台部１２ａから図中Ｚ軸方向に沿った脚部１２ｂにより吊り下げ固定されている。したがって、脚部１２ｂの延伸方向と揺動の方向が一致するため、脚部１２ｂの剛性によって揺動が抑えられている。

Ｘ軸方向については、電極体１１の寸法と容器本体１０の一対の内壁１０ｙ３の間隔が略一致又は微小であり、電極体１１は内壁１０ｙ３と干渉することとなり、移動が規制されているため、揺動が抑えられている。

次に、図中Ｙ軸方向については、電極体１１の寸法に対する容器本体１０の一対の内壁１０ｙ２の間隔が、Ｘ軸方向における場合と比べて大きくなっており、電極体１１が移動可能な余裕がある。

更に、図４の断面図に示すように、電極体１１における極板及びセパレータの積層方向は巻回軸に直交する図中Ｚ−Ｘ平面上に広がる一方、極板及びセパレータは、巻回軸と平行なＹ軸方向においては互いに干渉しないよう配置されている。

そして、巻回軸中央寄りの部位である電極体中央部１１ｙは、正負それぞれの極板が、表面に活物質層が形成された状態でセパレータを間に介して巻回された構成を有する。

一方、巻回軸の両端に位置し、正極及び負極の金属箔露出部１１ｂに対応する電極体端部１１ｚは、それぞれ極板が単体で巻回されることにより構成されており、電極体中央部１１ｙと比較して機械的強度において劣っている。

これらのことから、電極体１１及び集電体１２は、図中Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向に加わる力のうち、集電体１２の巻回軸と一致するＹ軸に沿った方向の力の影響をもっとも受けやすく、これが電極体１１及び集電体１２の破損の一因となっていると考えられる。

すなわち、収納容器外部から振動や衝撃が加わる際、電極体１１は、収納容器内にて余裕があり、かつ、極板及びセパレータが相互に干渉しない図中Ｙ軸方向に沿って揺動し、集電体１２の脚部１２ｂは電極体１１の揺動に追従して揺動する。その結果、集電体１２の脚部１２ｂと金属箔露出部との接合面Ｃに負荷が集中して、脚部１２ｂが集電体１２から剥離する。或いは、脚部１２ｂと金属箔露出部１１ｂの接合を保ちつつ、脚部１２ｂが変形する、又は電極体１１の金属箔露出部１１ｂが破断する。

特に後者の場合、電極体１１の揺動に応じて脚部１２ｂには継続的に負荷が加わることとなり、最終的には、図６（ｂ）に示すように、集電体１２は、正極側、負極側それぞれの脚部１２ｂがセパレータ１１ａに向かって湾曲することとなる。

以上のような不具合に対し、本実施の形態１は、電極体１１の巻回軸に平行な方向に沿って正負両極のそれぞれの脚部１２ｂを連結する連結部材１３を備えたことで、収納容器外部からの振動や衝撃に起因する電極体１１の揺動や集電体１２の変形を抑制している。

すなわち、連結部材１３は、両端の接続部１３ｂが集電体１２の脚部１２ｂに接続されることにより、正極側の脚部１２ｂと負極側の脚部１２ｂを橋渡しして、これら脚部が図中Ｙ軸方向において一定間隔となるよう固定している。

これにより、収納容器内に固定され、電極体１１に接合される集電体１２に関し、正負両極側の脚部１２ｂが、蓋部２０に固定された基台部１２ａ側に隣接する根元側に加えて、先端側においても一体化することとなる。その結果、収納容器外部からの振動や衝撃に対し、電極体１１は正負両極それぞれの集電体１２と一体として揺動することとなり、脚部１２ｂと金属箔露出部１１ｂの接合部分に集中する負荷は低減される。その結果、集電体１２と電極体１１の剥離又は電極体１１における金属箔露出部１１ｂの破損等を抑制することが可能となる。

次に、連結部材１３及び集電体１２の詳細な構成について、図３〜図５を参照して説明する。ただし図４は図３のＡ−Ａ直線による断面図であり、図５は電極体１１、集電体１２及び連結部材１３の構成を説明するための分解斜視図である。

図５に示すように、連結部材１３は、棒状の本体部１３ａと、本体部１３ａの両端に位置する接続部１３ｂとを有する。本体部１３ａと接続部１３ｂとの間には、電極体１１のセパレータ１１ａ側と金属箔露出部１１ｂとの厚みの異なりに対応した段差が設けられている。すなわち、電極体１１の側面１１ａ１と対向している本体部１３ａの対向面１３ａ１は、電極体１１の金属箔露出部１１ｂと対向している接続部１３ｂの対向面１３ｂ１よりもＸ軸に沿って容器本体１０の内壁１０ｙ３に向かって後退している。これにより、連結部材１３は、容器本体１０の内壁１０ｙ３との対向面１３ａ２が、本体部１３ａ及び接続部１３ｂを含めた一様な平坦面として形成される。

接続部１３ｂにおいては、金属箔露出部１１ｂとの対向面１３ｂ１に、図中Ｚ方向に沿って長大な矩形の凹部１３ｂ２が設けられている。凹部１３ｂ２は接続部１３ｂを貫通しない窪みであって、集電体１２の脚部１２ｂの凸部１２ｂ２が嵌り込む部位である。なお、凹部１３ｂ２は窪みに代えて貫通孔として実現してもよい。

次に、集電体１２において、脚部１２ｂは図中Ｚ−Ｙ平面に平行な板状の形状を有する。脚部１２ｂの先端の一部は、図中Ｙ軸方向に沿って設けられた切り込み１２ｂ１の終端を起点とし、図中Ｚ軸方向を折り線として、図中Ｘ軸方向に沿って、電極体１１の表面から突出するよう直角に屈曲することにより凸部１２ｂ２を形成する。先端の残りの一部は金属箔露出部１１ｂに接合される。

集電体１２が従来例と同様の工法で電極体１１に超音波溶接等により接合、固定された後、正極及び負極の集電体１２のそれぞれにおいて、脚部１２ｂの凸部１２ｂ２は電極体１１の表面から直立している。電極体１１の表面に連結部材１３を被せるように隣接させ、接続部１３ｂの凹部１３ｂ２を脚部１２ｂの凸部１２ｂ２に嵌め込むことにより、連結部材１３は脚部１２ｂに固定される。

次に、図３及び図４に示すように、集電体１２の一対の脚部１２ｂにそれぞれ装着された連結部材１３が容器本体１０に収納された状態では、一対の連結部材１３の本体部１３ａは、電極体１１の巻回軸を間に挟んで対向配置され、電極体１１の側面１１ａ１は、本体部１３ａの形状及び寸法に対応した凹みＧが生じている。

凹みＧは以下のように形成される。すなわち、長円筒形状の電極体１１において、巻回軸周りは電極体作成時に芯材が抜き取られることにより空隙１１ｘが生じている。そして、本体部１３ａに隣接して一対の側面１１ａ１を含む壁部は、極板及びセパレータが平坦面を形成するよう重ねあわされており、且つ、空隙１１ｘを間に挟んで対向していることにより、巻回軸に向かう図中Ｘ軸方向において変形しやすくなっている。

これにより、集電体１２に連結部材１３が装着された状態の電極体１１が容器本体１０に挿入されると、容器本体１０の内壁１０ｙ３と電極体１１の側面１１ａ１に挟まれた連結部材１３の本体部１３ａは、内壁１０ｙ３から空隙１１ｘに向かって押圧され、側面１１ａ１を含む壁部を変形させる。その結果、側面１１ａ１において凹みＧが形成される。

また、電極体１１の側面１１ａ１の他の部分及び連結部材１３の対向面１３ａ２は面一となって容器本体１０の内壁１０ｙ３にほぼ隙間無く密着した状態となっている。

本実施の形態１による非水電解質二次電池１においては、電極体１１、集電体１２及び連結部材１３が以上の構成を有することにより、以下の更なる効果を奏する。

すなわち、連結部材１３の本体部１３ａは、電極体１１の側面１１ａ１に生じた凹みＧ内に配置される。凹みＧは、本体部１３ａの形状、寸法に対応して、側面１１ａ１と容器本体１０の内壁１０ｙ３とに囲まれる細長い空間を形成している。このような凹みＧ内では、本体部１３ａは、側面１１ａ１又は内壁１０ｙ３との干渉により移動や変形が規制される。

これにより、連結部材１３は収納容器外部からの振動や衝撃によって変形することなく正負の集電体１２の距離を一定に保つことができ、電極体１１と集電体１２を一体化して揺動させることが可能となる。更に、連結部材１３において、材料の重量や剛性への依存の程度を低減させることができ、上述のように合成樹脂材料で作成することができる連結部材１３の軽量化、低コスト化が可能となる。

特に合成樹脂材料製とした場合、連結部材１３の装着が集電体１２にとって負荷となる恐れを低減することができる。ひいては、軽量、低コストで信頼性の高い非水電解質二次電池１を得ることができる。

次に、接続部１３ｂと集電体１２の脚部１２ｂとの結合が、接続部１３ｂの凹部１３ｂ２を、電極体１１の表面側から被せるようにして脚部１２ｂの凸部１２ｂ２に嵌め込む簡易な構成により実現されている。これにより連結部材１３の集電体１２への装着を容易に行うことができ、電池の生産性を向上させることができる。

更に、脚部１２ｂの凸部１２ｂ２の形状はＺ−Ｘ平面に平行な矩形の板状であり、振動の影響が大きく現れるＹ軸方向への抵抗が大きくなっている。これにより接続部１３ｂと集電体１２の脚部１２ｂとの結合を強固に保つことができる。

更に、上述のように、本実施の形態１においては、連結部材１３が、本体部１３ａの形状及び寸法に対応して形成された、電極体１１の側面１１ａ１と容器本体１０の内壁１０ｙ３とに囲まれた細長い空間である凹みＧ内に配置された構成を有することにより、接続部１３ｂと集電体１２の脚部１２ｂとの結合の機械的強度も、接続部１３ｂが脚部１２ｂから脱落しない程度に小さく抑えることが可能となっている。

次に、連結部材１３は、電極体１１が容器本体１０に挿入される際に、電極体１１の中央部分が押圧されて外形に凹みを生じさせることで、電極体１１の輪郭を連結部材１３の装着の前後でほとんど変えることなく、電極体１１を収納容器に収納させることができる。これにより、連結部材１３の付加に伴う収納容器の形状の変更や容積の増加を抑制することができ、従来と同一形状の収納容器を用いつつ、収納容器において電極体の占める分量の低下を抑制して、高密度又は大容量の電池を得ることが可能となる。

更に、接続部１３ｂは、脚部１２ｂの表面に重なって配置されることにより、電極体１１と集電体１２との接合面Ｃを覆っている。これにより、接合面Ｃ及びその近傍から生ずる金属粉等のコンタミネーションが電極体１１から剥落して収納容器の内部空間１０ｚに散逸することを抑制することが可能となる。

このように、本実施の形態１の非水電解質二次電池１によれば、電極体１１に接合される集電体１２を正負双方の電極間に渡って連結する連結部材１３を備えたことにより、電極体１１及び集電体１２の揺動を制御して、電極体１１と集電体１２とを安定して固定することができる。

なお、上記の説明においては、連結部材１３の本体部１３ａは図中Ｙ軸に沿った延伸方向における断面が矩形であって、電極体１１の側面１１ａ１との対向面１３ａ１は平面であるとしたが、図７（ａ）に示すように、延伸方向における断面形状に角を与える一対の傾斜面１３ａ３を備えた構成としてもよい。この場合、一対の傾斜面１３ａ３がなす稜線１３ａ４が電極体１１の側面１１ａ１に接することとなり、連結部材１３が電極体１１を押圧する際に側面１１ａ１の変形を容易に行わせることができる。

更に、図７（ｂ）に示すように、連結部材１３は、延伸方向における断面形状が凸に湾曲した曲面１３ａ５を備えた構成としてもよい。この場合、図７（ａ）に示す構成と同様の効果を奏することに加えて、電極体１１の側面１１ａ１との接触面が丸みを有することにより、セパレータ１１ａに損傷を与える恐れを低減することが可能となる。なお、図７（ａ）及び図１〜５に示す構成において、本体部１３ａの角を丸める構成としてもよく、図７（ｂ）の構成と同様の効果を奏する。

次に、上記の説明においては、連結部材１３の接続部１３ｂと結合する集電体１２の脚部１２ｂの構成は、脚部１２ｂの先端の一部を、図中Ｚ軸方向を折り線として、Ｘ軸方向に向かって直角に屈曲することにより形成された凸部１２ｂ２を有するものとしたが、凸部の構成は、図８（ａ）に示す凸部１２ｂ３のように、脚部１２ｂの先端を、図中Ｙ軸方向を折り線としてＺ軸方向に向かって屈曲させることにより形成するものとしてもよい。なお、凸部１２ｂ３は図中Ｙ軸方向に長大な突起として形成され、これに対応する接続部１３ｂの凹部１３ｂ３も、図中Ｙ軸方向に長大な窪みとして形成される。

この場合、脚部１２ｂに切り込みを入れる工程を省略することができ、より簡易な構成で集電体１２と連結部材１３との結合を実現することができる。更に、凸部１２ｂ２又は凸部１２ｂ３は脚部１２ｂを屈曲させることにより形成されるものとしたが、湾曲させることにより形成するものであってもよい。

更に、連結部材の集電体への装着は、連結部材と脚部との嵌合の態様によって限定されるものではない。例として、図８（ｂ）に示す構成においては、連結部材側に凸部を設け、集電体側に凸部に嵌め込まれる凹部を設けた。接続部１３ｂの対向面１３ｂ１上に突起１３ｂ４を設け、脚部１２ｂの先端に突起１３ｂ４に対応した貫通孔１２ｂ４を開口している。この場合、脚部１２ｂの加工を凸部１２ｂ２等より容易に行うことができる。

（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２に係る非水電解質二次電池２の構成を示す分解斜視図であり、図１０は図４と同一位置に対応する非水電解質二次電池２の断面図である。ただし、図１〜５と同一又は相当する構成については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。以下、各図を参照して説明する。

図９及び図１０に示すように、連結部材１４の基本的な構成は実施の形態１の連結部材１３と同様であって、本体部１３ａに対応して同一形状、同一寸法の本体部１４ａと、本体部１４ａの両端に位置し、集電体１２の脚部１２ｂに接続される一対の接続部１４ｂとを有する。

本実施の形態２における接続部１４ｂは、集電体１２の脚部１２ｂ側と対向する対向部１４ｂ１と、金属箔露出部１１ｂの、電極体１１の空隙１１ｘ側に露出する表面と対向する対向部１４ｂ２と、対向部１４ｂ１及び対向部１４ｂ２を繋ぐ渡り部１４ｂ３とから構成される。更に対向部１４ｂ１においては、脚部１２ｂと電極体１１の金属箔露出部１１ｂとの境界に対応する位置に、脚部１２ｂを係止するための爪部１４ｂ４が形成されている。

図１０に示すように、連結部材１４は、接続部１４ｂにおいて、本体部１４ａから直線状に延びて形成される対向部１４ｂ１に対して、渡り部１４ｂ３及び対向部１４ｂ２が鉤状に屈曲した形状を有する。これにより、対向部１４ｂ２が電極体１１の空隙１１ｘを介して極板の積層部分である電極体端部１１ｚの縁端に係合する。

更に、対向部１４ｂ１が脚部１２ｂの表面に、対向部１４ｂ２が電極体１１の金属箔露出部１１ｂにそれぞれ対向して密着することで、接続部１４ｂは電極体１１ごと脚部１２ｂを挟持している。更に、対向部１４ｂ１が集電体１２の脚部１２ｂを挟持する際に、爪部１４ｂ４が脚部１２ｂの側端に係止する。これにより、脚部１２ｂは爪部１４ｂ４と渡り部１４ｂ３の間に固定される。

以上の構成を有する本実施の形態２の非水電解質二次電池２は、実施の形態１同様、連結部材１４が電極体１１に接合される集電体１２の脚部１２ｂ同士を正負電極間に渡って連結して一定距離で固定することにより、電極体１１及び集電体１２の揺動を制御することを可能とする。

更に、本実施の形態２は、連結部材１４が、接続部１４ｂが電極体１１ごと脚部１２ｂを挟持することにより集電体１２同士を連結する構成としたことにより、集電体１２の脚部１２ｂの形状を、従来例同様の平板状とすることができる。したがって、従来の非水電解質二次電池の構成に連結部材１４のみの付加だけで、本発明を低コストに実現することができる。

なお、連結部材１４の、集電体１２及び電極体１１への装着は、本体部１４ａ並びに接続部１４ｂの各部を適宜曲げ、ねじり等することによって行う。換言すれば、連結部材１４は曲げやねじりに対応可能な可撓性を有する必要があるが、この可撓性によって連結部材１４の、集電体１２間の距離を一定に保つ機能が損なわれることはない。これは以下の理由に基づく。

すなわち、実施の形態１にて説明したように、連結部材１４は電極体１１の側面１１ａ１と容器本体１０の内壁１０ｙ３とに囲まれた細長い空間である凹みＧ内に配置されることで、材料の剛性への依存の程度が低減されている。したがって、ＰＰ等の合成樹脂材料において、本体部１４ａや接続部１４ｂが電極体１１への装着に必要な可撓性を有する場合であっても、上記機能を損なうことなく、好適な連結部材１４を得ることができる。

ただし、連結部材１４は、図１１に示すように、脱着自在な一対のサブ部材１４ｘ及び１４ｙから構成されるようにしてもよい。サブ部材１４ｘ、１４ｙは本体部１４ａを中央から分割してなる部品である。サブ部材１４ｘの接続部１４ｂの対端には雄型１４ｘ１が、サブ部材１４ｙの接続部１４ｂの対端には雌型１４ｙ１がそれぞれ形成されている。

雄型１４ｘ１と雌型１４ｙ１は、図中Ｘ軸方向において挿抜自在に結合され、本体部１４ａの延伸方向である図中Ｙ軸方向においては互いに干渉して分離不可能な形状を有する。これにより、電極体１１の空隙１１ｘに対して接続部１４ｂを係合させつつ雄型１４ｘ１と雌型１４ｙ１を結合して、連結部材１４を完成させることができる。本構成によれば、連結部材１４において図９及び１０の構成よりも剛性の高い材料を用いることができ、連結部材１４の性能を向上できる効果がある。

このように、本発明の実施の形態２の非水電解質二次電池２によれば、連結部材１４が、接続部１４ｂが電極体１１ごと脚部１２ｂを挟持することにより集電体１２同士を連結する構成としたことにより、電極体１１及び集電体１２を安定して固定できるとともに、本発明を低コストで実現することができる。

以上説明した通り、本発明の各実施の形態の非水電解質二次電池によれば、電極体に接合される集電体の脚部同士を連結する連結部材を備えたことにより、集電体１２と電極体１１とを安定して固定することが可能になる。

しかしながら、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。

上記の各実施の形態においては、連結部材１３又は１４は、収納容器に収納された状態で電極体１１の側面１１ａ１が押圧されて表面が巻回軸に向かって凹むよう変形させるものとした。一方で、連結部材１３又は１４は収納容器への収納の前後で電極体１１の形状に変化を生じさせることなく側面１１ａ１に隣接した状態で集電体１２の脚部１２ｂ同士を連結するものとしてもよい。

この場合、連結部材１３の表面と容器本体１０の内壁１０ｙ３との隙間の大きさは、連結部材１３の本体部１３ａの厚み（図中Ｘ軸方向の寸法）以下であることが望ましい。これにより、本体部１３ａは、内壁１０ｙ３との干渉により移動や変形が規制され、正負の集電体１２の距離を一定に保つことができ、電極体１１と集電体１２を一体化して揺動させることが可能となる。

更に、上記の各実施の形態においては、集電体１２は一対の平板状の脚部１２ｂを有し、一対の脚部１２ｂの対向面のそれぞれが電極体１１の正極側及び負極側の金属箔露出部１１ｂの表面を挟み込むように配置され、当該表面に接合される構成であるとした。一方で、本発明は連結部材が集電体同士の距離を一定に保つように脚部を連結していればよく、集電体と電極体との接合の具体的な態様により限定されるものではない。

したがって、脚部は、図４に示す電極体１１の空隙１１ｘ側の表面のような、電極体の最内周面に接合される構成であってもよい。更に、脚部は、電極体１１の端面１１ｃのような、電極体の端面に接合される構成であってもよい。

更に、上記の各実施の形態においては、集電体１２の脚部１２ｂと金属箔露出部１１ｂとの接合面Ｃは、連結部材１３の接合部１３ｂに対向して位置しているものとしたが、本発明は、電極体及び集電体の接合面の位置と、連結部材及び集電体の連結位置との関係によって限定されるものではない。したがって、脚部１２ｂと金属箔露出部１１ｂとの接合面Ｃは、脚部１２ｂ上の任意の箇所であって、連結部材１３の接合部１３ｂから離れた場所に位置してもよい。

更に、上記の各実施の形態においては、連結部材１３又は１４は、正負の電極を一組として集電体１２が有する一対の平板状の脚部１２ｂのそれぞれを連結する構成であるとしたが、いずれか一方のみを連結する構成であるとしてもよい。

すなわち、集電体が、電極体と接合する複数の脚部を有する場合において、本発明の連結部材は集電体同士の距離を一定に保つことにより、収納容器内にて電極体と集電体とが一体化するように各脚部を連結するものであればよく、集電体と電極体との接合の具体的な態様により限定されるものではない。したがって、脚部が複数有る場合は、全ての脚部を連結の対象とすることなく、任意の数の脚部を選択的に連結する構成であってもよい。更に、単一の脚部同士を複数の連結部材により連結する構成であってもよい。

更に、上記の各実施の形態においては、外形長円筒形の電極体１１が、収納容器として内部空間が六面体を形成する容器本体１０及び蓋部２０内に配置され、棒状の連結部材１３又は１４が容器本体１０の内壁１０ｙ３と電極体１１において内壁１０ｙ３に対する平行面をなす側面１１ａ１との間に配置される構成であるとした。一方で、本発明は連結部材が電極体の表面と収納容器の内壁とが対向しており、収納容器の内壁と電極体及び集電体の接合面に平行な面とが更に対向する空間内に配置されている構成であればよい。

図３を例にとれば、連結部材１３は、電極体１１の側面１１ａ１と容器本体１０の内壁１０ｙ３とが対向し、内壁１０ｙ３と接合面Ｃに平行な面とが更に対向する空間内であれば、任意の箇所に配置することができる。

更に、本発明は、収納容器又は電極体の他の部分の具体的な形状により限定されるものではない。例えば、形状は外形六面体としたが、底面が三角形又は五角形以上の多角形である角柱形状であるとしてもよい。更には円筒形状であってもよい。

この場合において、連結部材は収納容器において最も面積の大きな内壁に対向して配置されることが望ましい。これにより収納容器内部で電極体が揺動する方向に連結部材の向きが一致して、電極体及び集電体を安定して固定することができる。

更に、上記の各実施の形態においては、連結部材１３又は１４は、外形長円筒形の電極体１１の平坦な側面１１ａ１に対向して配置される構成であるとした。一方で、本発明は、連結部材が電極体の、極板及びセパレータが重ねあわされ平坦面を形成する箇所に対向している構成であればよく、電極体の他の部分の具体的な形状により限定されるものではない。

例えば、電極体１１は正負それぞれ単一の極板を間にセパレータを介して巻回することにより極板及びセパレータが重ねあわされる巻回型であるとしたが、電極体は正負それぞれ複数の極板を間にセパレータを介して重ねられる積層型の電極体としてもよい。これにより収納容器内部で電極体が揺動する方向に連結部材の向きが一致して、電極体及び集電体を安定して固定することができる。また、収納容器内にて電極体の形状を容易に変形させることができ、連結部材１３の付加に伴う収納容器の容積の増加を抑制して、高密度又は大容量の電池を得ることが可能となる。

更に、連結部材１３及び１４は、異極の脚部同士である、正極側の脚部１２ｂと負極側の脚部１２ｂとを連結するものとしたが、本発明の連結部材は、同極の集電体に属する脚部同士を連結する構成であるとしてもよい。これは、図１等に示す電極体１１が図中Ｘ軸方向に複数個並列して配置された場合や、Ｘ方向に長大化した構成とした場合のように、電極体１１の揺動がＸ軸方向に大きく現れる場合において好適である。

更に、上記の各実施の形態は任意に組み合わせて実施してもよい。一例として、図７（ａ）（ｂ）に示す実施の形態の、本体部１３ａの構成は、実施の形態２において実施してもよい。

更に、上記の説明においては、本発明の蓄電素子は、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池であるとしたが、電気化学反応により充放電可能な電池であれば、ニッケル水素電池その他各種の二次電池を用いてもよい。又、一次電池であってもよい。要するに、本発明の蓄電素子は電極体と電解液を収納容器内に封入してなる電気を蓄積可能な素子であれば、起電力を発生させるための具体的な方式によって限定されるものではない。

更に、上記の説明においては、本発明は、電極体１１を収納する容器本体１０及び集電体１２が固定される蓋部２０から構成される収納容器を有するものとしたが、本発明は、収納容器の具体的な構成に限定されるものではなく、例えば、集電体１２の固定位置は容器本体１０上であってもよい。

更に、上記の説明においては、容器本体１０はアルミニウム製であるとしたが、アルミニウム合金、ステンレスその他任意の金属又は金属化合物、樹脂、アルミニウムラミネートを材料とするものであってもよい。

更に、上記の説明においては、単体の非水電解質二次電池を例に取ったが、本発明は、複数の蓄電素子において少なくとも一つの蓄電素子に本発明の蓄電素子を含んでなる、電源モジュールとして実現してもよい。

要するに、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内であれば、以上説明したものを含め、上記実施の形態に種々の変更を加えたものとして実施してもよい。

以上のような本発明は、集電体と電極体を安定して固定することが可能になる効果を有し、例えば二次電池のような蓄電素子において有用である。

１ 非水電解質二次電池
１０ 容器本体
１０ｘ 開口
１０ｙ１ 内底
１０ｙ２、１０ｙ３ 内壁
１０ｚ 内部空間
１１ 電極体
１１ａ セパレータ
１１ａ１ 側面
１１ｂ 金属箔露出部
１１ｘ 空隙
１１ｙ 電極体中央部
１１ｚ 電極体端部
１２ 集電体
１２ａ 基台部
１２ａ１ 貫通孔
１２ｂ 脚部
１２ｂ１ 切り込み
１２ｂ２ 凸部
１３ 連結部材
１３ａ 本体部
１３ａ１、１３ｂ１ 対向面
１３ｂ 接続部
１３ｂ２ 凹部
２０ 蓋部
２１ａ、２１ｂ パッキン
２２ 中継板
２３ 電極端子
２４ 接続棒
２５ 封止栓

Claims (10)

1. 電極体と、
   前記電極体を収納する収納容器と、
   前記収納容器に固定され、前記電極体に接合される複数の集電体と、
   前記複数の集電体を連結する絶縁性の連結部材とを備え、
   前記連結部材は、
   前記電極体の表面と前記収納容器の内壁とが対向し、前記収納容器の前記内壁と前記電極体及び前記集電体の接合面に平行な面とが更に対向する空間内に配置されている、
   蓄電素子。
2. 前記電極体は、正極の極板、負極の極板及び少なくとも前記正極の極板及び前記負極の極板の間に位置するセパレータが重ねあわされており、
   前記連結部材は、
   前記電極体の前記正極の極板、前記負極の極板及び前記セパレータが平坦面を形成するよう重ねあわせられる箇所に対向して配置されている、
   請求項１に記載の蓄電素子。
3. 前記電極体は、前記正極の極板、前記負極の極板及び前記セパレータが巻回軸周りに巻き回された巻回型であって、
   前記正極の極板が重なりあって一端にて前記複数の集電体の一つに接合され、
   前記負極の極板が重なりあって他端にて前記複数の集電体の他の一つに接合され、
   前記連結部材は、
   前記巻回軸を介して対向する、一体に重ねられた前記正極の極板、前記負極の極板及び前記セパレータに隣接して配置され、
   前記巻回軸と平行に延伸している、
   請求項１又は２に記載の蓄電素子。
4. 前記収納容器は、前記連結部材に対向する内壁が最も面積の大きい面である平行六面体の内部空間を有する、
   請求項１から３のいずれかに記載の蓄電素子。
5. 前記連結部材は、前記電極体に対向する面が、凸に湾曲又は屈曲している、
   請求項１から４のいずれかに記載の蓄電素子。
6. 前記集電体は、
   前記収納容器に固定される基台部と前記電極体に接合される脚部とを有し、
   前記連結部材は、前記脚部と嵌合することにより前記集電体に装着されている、
   請求項１から５のいずれかに記載の蓄電素子。
7. 前記脚部は前記基台部から延出する平板状の形状を有し、延出する先端の少なくとも一部が屈曲又は湾曲することにより形成される凸部を有し、
   前記連結部材には、前記凸部が嵌り込む凹部が形成されている、
   請求項６に記載の蓄電素子。
8. 前記集電体は、
   前記収納容器に固定される基台部と前記電極体に接合される脚部とを有し、
   前記連結部材は、前記脚部と前記電極体とを挟持している、
   請求項１から５のいずれかに記載の蓄電素子。
9. 前記連結部材は、
   前記集電体と前記電極体の接合面を覆っている、
   請求項１から８のいずれかに記載の蓄電素子。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の蓄電素子を少なくとも一つ含む複数の蓄電素子を備えた、
    電源モジュール。

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