JP6364757B2 - 蓄電デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層コンデンサや電解コンデンサなどの蓄電デバイスおよびその製造方法に関する。

電気二重層コンデンサや電解コンデンサなどのコンデンサを含む蓄電デバイスではたとえば、陽極側および陰極側の各電極体の間にセパレータを挟み込んで巻回する蓄電素子を備えるものが知られている。

コンデンサに関し、コンデンサ素子の素子端面に電極張出部を形成し、この電極張出部を折り曲げて集電板を溶接することが知られている（たとえば、特許文献１）。

特開２００１−０６８３７９号公報

ところで、蓄電素子としてたとえばコンデンサ素子の素子端面に設けられた電極張出部を折り曲げる際、集電板が重ねられる部分に折り皺によって凹凸が生じるおそれがある。突出部分に集電板を重ねて溶接すると、電極張出部の溶接領域に未溶接部分が生じ、溶接にばらつきを生じる。電極張出部と集電板との溶接部に未溶接部分が生じると、集電板の接続が端子間の内部直列抵抗（ＤＣＩＲ：Direct Current Internal Resistance）にばらつきを生じるという課題がある。

また、図８に示すように、コンデンサ素子の素子端面４０に引き出された複数の電極タブ４２からなる電極張出部４４に集電板４６が押し当てられた際に、破線で包囲して示す素子中心側にある電極タブ４２では下向きに折れる場合がある。この場合、電極タブ４２と集電板４６とが非接触状態となることがある。このような非接触状態にある電極タブ４２にはレーザ照射を行っても、レーザエネルギーが電極タブ４２に到達しないため、集電板４６を溶接することができない。

また、集電板４６に接触する電極張出部４４側の接触面４８に皺を生じさせると、電極張出部４４と集電板４６との接触面４８に凹凸が生じ、接触が不安定化するなど、接触面積にばらつきが生じ、ＤＣＩＲがばらつくという課題がある。

そこで、本発明の目的は上記課題に鑑み、集電板と溶接される蓄電素子の電極張出部の接続面の安定化および接続強度を高めることにある。

上記目的を達成するため、本発明の蓄電デバイスは、蓄電素子の素子端面に形成された電極張出部に集電板を接続した蓄電デバイスであって、前記電極張出部が素子の中心部に向かって折り曲げられた第１の領域と、一部が前記第１の領域に重なるように前記電極張出部が素子の中心部に向かって折り曲げられた第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間に前記電極張出部の一部が折りたたまれた折込み領域とを備え、前記集電板と前記電極張出部とをレーザ接続する溶接部が、前記第１の領域および前記第２の領域の双方に重なる前記折込み領域を含む。

上記蓄電デバイスにおいて、前記折込み領域は、前記第２の領域を挟んで設定されてもよい。

上記目的を達成するため、本発明の蓄電デバイスの製造方法は、蓄電素子の素子端面に形成された電極張出部に集電板を接続した蓄電デバイスの製造方法であって、前記電極張出部を前記蓄電素子の中心部に向かって折り曲げて第１の領域を形成する工程と、前記第１の領域を形成した後に、一部が前記第１の領域に重なるように前記電極張出部を前記蓄電素子の中心部に向かって折り曲げて第２の領域を形成する工程とを有し、前記第２の領域を形成する工程によって、前記第１の領域と前記第２の領域の間に前記電極張出部の一部が折りたたまれた折込み領域が形成され、前記集電板と前記電極張出部とをレーザにより接続する溶接部に、前記第１の領域および前記第２の領域の双方に重なる前記折込み領域を含む。

上記蓄電デバイスの製造方法において、前記折込み領域が前記第２の領域を挟んで設定されてもよい。

本発明によれば、次のような効果が得られる。

(1) 電極張出部の集電板との接続面を安定化することができ、集電板との接続性を向上させることができるとともに、接続強度を高めることができる。

(2) ＤＣＩＲのばらつきを低減でき、電気的特性を高めることができる。

そして、本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面および各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。

第１の実施の形態に係るコンデンサおよびその製造方法に用いるコンデンサ素子の素子端面を示す平面図である。 電極張出部の折曲げおよび集電板の載置状態を示す図である。 図２のＢの部分断面および集電板の接触状態を示す図である。 第２の実施の形態に係るコンデンサ素子の素子端面を示す平面図である。 電極張出部の折曲げおよび集電板の載置状態を示す図である。 図５のＢの部分断面および集電板の接触状態を示す図である。 第３の実施の形態に係る集電板および電極張出部のレーザ溶接位置を示す図である。 従来の集電板および電極張出部の接触状態を示す図である。

〔第１の実施の形態〕

図１は、第１の実施の形態に係るコンデンサおよびその製造方法に用いるコンデンサ素子の素子端面を示している。この実施の形態では、この実施の形態では、蓄電デバイスの一例であるコンデンサとして電気二重層コンデンサを例示している。コンデンサ素子は蓄電素子の一例である。

このコンデンサ素子２は、陽極側および陰極側の電極体の間にセパレータ４を介在させて円柱状に巻回されている。このコンデンサ素子２には、筒状の素子中心６を備えた素子端面８が形成されている。この素子端面８は、セパレータ４の縁部によって形成されている。

この素子端面８には、陽極側および陰極側の電極張出部１０−１、１０−２が形成されている。電極張出部１０−１をたとえば、陽極側とすれば、電極張出部１０−２は陰極側である。各電極張出部１０−１、１０−２は電極体の一部である電極タブ１１をセパレータ４より突出させて形成し、曲率半径に比例した長さで円弧状に形成されている。

各電極張出部１０−１、１０−２には素子中心６を通る仮想線Ｌを想定し、この仮想線Ｌを中心に角度θ１からなる扇形の第１の領域１２と、この第１の領域１２を挟んで角度θ２からなる扇形の第２の領域１４−１、１４−２とが設定されている。電極張出部１０−２側の第２の領域１４−１、１４−２は第１の領域１２より上部に設定され、集電板１６−２（図２）が載置される領域である。これに対し、各第１の領域１２は、各第２の領域１４−１、１４−２に挟まれて、第２の領域１４−１、１４−２より下部に設定される領域である。角度θ１、θ２の大きさはθ１＜θ２の関係にある。

図２のＡは、折り曲げられた各電極張出部１０−１、１０−２を示している。図２のＡにおいて、ＩおよびIIは電極張出部１０−１、１０−２の折曲げ順序を示している。

各第１の領域１２は、第２の領域１４−１、１４−２に先行して折曲げを行う。各第１の領域１２にはコンデンサ素子２の外周方向から素子中心６に向かって折曲げ治具２０が押し当てられる。これにより、第１の領域１２がコンデンサ素子２の外周方向から素子中心６に向かって折り曲げられ、平坦化される。

この第１の領域１２の先行折曲げの後、各第２の領域１４−１、１４−２にはコンデンサ素子２の外周方向から素子中心６に向かって折曲げ治具２２が押し当てられる。これにより、各第２の領域１４−１、１４−２が第１の領域１２に続いて折り曲げられ、コンデンサ素子２の外周方向から素子中心６に向かって折り曲げられ、平坦化される。

このように先行して折曲げられ平坦化された第１の領域１２に対して各第２の領域１４−１、１４−２が折り曲げられると、第１の領域１２と各第２の領域１４−１、１４−２との折り際には境界部２４が生じる。この境界部２４には、第１の領域１２に各第２の領域１４−１、１４−２の折り際が重なって折り畳まれた折曲げ部２６が形成される。折曲げ部２６は第２の領域１４−１、１４−２の隣接領域にある電極タブ１１の折曲げ領域ないし折込み領域の一例である。

図２のＢは、各電極張出部１０−１、１０−２に集電板１６−１、１６−２が設置された状態を示している。各電極張出部１０−１、１０−２には集電板１６−１、１６−２が重ねられ、第２の領域１４−１、１４−２の上に集電板１６−１、１６−２がレーザ溶接によって溶接される。

図３は、図２のＢのIIIA−IIIA線断面の概要を示している。先行して折り曲げられた第１の領域１２を挟んで第２の領域１４−１、１４−２が折り曲げられている。各境界部２４には折曲げ部２６が形成され、この折曲げ部２６により第１の領域１２の外側に第２の領域１４−１、１４−２が重なる状態で維持される。

そして、各集電板１６−１、１６−２には、図示しない外装ケースを封口する封口板にある外部端子が接続される。コンデンサ素子２が収納された外装ケースは、コンデンサ素子２に一体化された封口板によって封口される。

＜第１の実施の形態の効果＞

(1) この実施の形態によれば、折曲げ部２６により、素子中心６側へ第２の領域１４−１、１４−２が折り曲げられるのを抑制できる。つまり、集電板１６−１に接触する第２の領域１４−１、１４−２の各電極タブ１１の接触面２８が下向きに折れ曲がらず、集電板１６−１との接触の安定化を図ることができ、接触面積を拡大できる。これにより、ＤＣＩＲのばらつきや増加を防止できる。このような機能は電極張出部１０−２および集電板１６−２側でも同様である。

(2) 集電板１６−１との接触面２８には図３のＢに示すように、応力Ｆが生じるが、この応力Ｆを折曲げ部２６で吸収できる。折曲げによって生じる屈曲つまり、皺を折曲げ部２６に生じさせることができる。つまり、接触面２８は平坦状態に維持され、皺の発生がなく、集電板１６−１との接触面２８の安定化、接触面積の拡大を図ることができる。これにより、ＤＣＩＲのばらつきや増加を防止できる。このような機能は電極張出部１０−２および集電板１６−２側でも同様である。また、接触面積の拡大に伴い溶接面積が拡大し、溶接強度が向上し、耐振動性が向上する。

(3) また、集電板１６−１との接触面２８に折り皺による凹凸が生じないので、集電板１６−１と電極張出部１０の第２の領域との未接触部が生じにくい。集電板１６−１に第２の領域との未接触部にレーザ照射した場合、レーザエネルギーが第２の領域に分散されないので、該未接触部に集中し、集電板１６−１の一部が過溶融することがあるが、本構成にすることによって、過溶融を抑制することができる。

〔第２の実施の形態〕

図４は、第２の実施の形態に係るコンデンサのコンデンサ素子の素子端面を示している。図４において、図１と同一部分には同一符号を付してある。

第１の実施の形態では、単一の第１の領域１２を挟んで第２の領域１４−１、１４−２を設定したが、この実施の形態では、２つの第２の領域１４−１、１４−２の間に第１の領域１２を設定するとともに、各第２の領域１４−１、１４−２の外側にも第１の領域１２が設定されている。つまり、各第２の領域１４−１、１４−２が第１の領域１２で挟まれる形態である。

この実施の形態では、中心部の第１の領域１２−１の角度をθ１１、各第１の領域１２−２の角度をθ１２に設定し、各第２の領域１４−１、１４−２の角度をθ３に設定している。たとえば、θ３≦θ２、θ１１＋θ１２×２≧θ１に設定すればよい。

図５のＡは、折り曲げられた各電極張出部１０−１、１０−２を示している。図５のＡにおいて、ＩおよびIIは電極張出部１０−１、１０−２の折曲げ順序を示している。

各第１の領域１２−１、１２−２は、第２の領域１４−１、１４−２に先行して折曲げを行う。各第１の領域１２−１、１２−２の折曲げは第１の実施の形態と同様である。これにより、第１の領域１２−１、１２−２がコンデンサ素子２の外周方向から素子中心６に向かって折り曲げられ、平坦化される。

この第１の領域１２−１、１２−２の先行折曲げの後、各第２の領域１４−１、１４−２の折曲げを行う。これにより、各第２の領域１４−１、１４−２が第１の領域１２−１、１２−２に続いて折り曲げられ、コンデンサ素子２の外周方向から素子中心６に向かって折り曲げられ、平坦化される。

このように先行して折曲げられ平坦化された第１の領域１２−１、１２−２に対して各第２の領域１４−１、１４−２が折り曲げられると、第１の領域１２−１、１２−２と各第２の領域１４−１、１４−２との折り際には、境界部２４が生じることは第１の実施の形態と同様である。第１の実施の形態と異なる点は、各第２の領域１４−１、１４−２が第１の領域１２−１、１２−２によって挟まれ、各第２の領域１４−１、１４−２の両脇に境界部２４が生じている。各境界部２４には既述の折曲げ部２６が形成される。

図５のＢは、各電極張出部１０−１、１０−２に集電板１６−１、１６−２が設置された状態を示している。各電極張出部１０−１、１０−２には集電板１６−１、１６−２が重ねられ、レーザ溶接によって溶接される。

図６のＡは、図５のＢのVIA −VIA 線断面の概要を示している。先行して折り曲げられた第１の領域１２−１、１２−２を挟んで第２の領域１４−１、１４−２が折り曲げられ、折曲げ部２６により第１の領域１２−１、１２−２の外側で第２の領域１４−１、１４−２が重なる状態で維持される。

そして、各集電板１６−１、１６−２に外部端子が接続され、コンデンサ素子２が収納された外装ケースが、コンデンサ素子２に一体化された封口板によって封口されることは第１の実施の形態と同様である。

＜第２の実施の形態の効果＞

(1) この実施の形態によれば、上記実施の形態の効果に加え、集電板１６−１、１６−２の載置領域である第２の領域１４−１、１４−２の両側に折曲げ部２６が形成されることによる効果が加わる。これにより、第２の領域１４−１、１４−２の両側が補強され、第２の領域１４−１、１４−２の集電板１６−１、１６−２との接触面２８で電極タブ１１が下向きに折れるのを抑制することができる。

(2) 第２の領域１４−１、１４−２の両側に折曲げ部２６が形成され、各折曲げ部２６によって第２の領域１４−１、１４−２に弾性力Ｍが生じる。これにより、第２の領域１４−１、１４−２の集電板１６−１、１６−２との設置面と集電板１６−１、１６−２の密着性が向上し、接続の安定性を向上させることができる。このような機能は電極張出部１０−２および集電板１６−２側でも同様である。

〔第３の実施の形態〕

図７のＡおよびＢは、第３の実施の形態に係るコンデンサのコンデンサ素子の電極張出部と集電板の接続を示している。図７において、図１または図４と同一部分には同一符号を付してある。

電極張出部１０−１、１０−２に重ねられた集電板１６−１、１６−２の接続には、図７のＡに示すように、第１の領域１２に重なる第２の領域１４−１、１４−２の折曲げ部２６の部分にレーザ照射３０を行う。このようにレーザ照射３０を行えば、境界部２４の部分で溶接を行うことができる。

また、電極張出部１０−１、１０−２に重ねられた集電板１６−１、１６−２の接続には、図７のＢに示すように、第１の領域１２−１、１２−２に重なる第２の領域１４−１、１４−２の折曲げ部２６の部分にレーザ照射３０を行ってもよい。このようにレーザ照射３０を行えば、第２の領域１４−１、１４−２の各両側にある境界部２４の部分で溶接を行うことができる。

＜第３の実施の形態の効果＞

(1) 集電板１６−１、１６−２との接触面２８のうち、折曲げ部２６に重なる部分は、第２の領域１４−１、１４−２に皺による歪みが生じ難く、接触面２８を安定化させることができる。これにより、レーザ溶接による接続強度を高めることができる。

(2) 境界部２４では集電板１６−１、１６−２に接続される電極張出部１０−１、１０−２の積層数がたとえば、３枚以上となるので、接続強度を向上させることができる。

(3) 折曲げ部２６で溶接すれば、溶接領域を第１の領域１２、１２−１、１２−２の境界部２４まで拡大でき、溶接による電極張出部１０−１、１０−２と集電板１６−１、１６−２との接続面積を拡大し、接続強度を増強できる。

〔他の実施の形態〕

(1) 上記実施の形態では、蓄電デバイスの一例として電気二重層コンデンサを例示したが、本発明はリチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、電解コンデンサなどの他の蓄電デバイスであってもよい。

(2) 上記実施の形態では、電極張出部と集電板の接続にレーザ溶接を例示しているが、レーザ溶接に代え、電子ビーム溶接などの他の溶接であってもよい。

(3) 上記第１の実施の形態では、第１の領域の両端に第２の領域を形成したが、これに限らず、第２の領域を挟んで第１の領域が形成されてもよい。このようにすることによって、第２の領域を挟むように折込み領域が形成されるため、第２領域に弾性力が生じ、集電板との密着性が向上し、溶接の安定性が向上する。

(4) 上記第１の実施の形態では、第１の領域の角度θ１と第２に領域の角度θ２の大きさの関係をθ１＜θ２としたが、θ１＞θ２としてもよい。また、上記第２の実施の形態では、第１の領域の角度をθ１１、θ１２及び第２の領域の角度をθ３とし、その関係をθ３≦θ２、θ１１＋θ１２×２≧θ１としたが、これに限らない。

(5) 上記実施の形態では、第１の領域１２または１２−１、１２−２および第２の領域１４−１、１４−２をコンデンサ素子２の外周方向から素子中心６に向かって折曲げ治具２０を押し当てて、平坦化したが、これに限らず、素子中心６からコンデンサ素子の外周方向に向かって折曲げ治具２０を押し当ててもよく、また、上面から押しつぶすようにして折り曲げてもよい。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、又は発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明の蓄電デバイスおよびその製造方法は、素子端面に電極張出部に設定される溶接部と非溶接部との間に折曲げ部を形成し、この折曲げ部に皺を生じさせて溶接部の平坦化を図ることができ、集電板との接続面の安定化、接続面積を広げることができる。

２ コンデンサ素子
４ セパレータ
６ 素子中心
８ 素子端面
１０−１、１０−２ 陽極側および陰極側の電極張出部
１１ 電極タブ
１２、１２−１、１２−２ 第１の領域
１４−１、１４−２ 第２の領域
１６−１、１６−２ 集電板
２０、２２ 折曲げ治具
２４ 境界部
２６ 折曲げ部
２８ 接触面
３０ レーザ照射
４２ 電極タブ
４４ 電極張出部
４６ 集電板
４８ 接触面

Claims (4)

1. 蓄電素子の素子端面に形成された電極張出部に集電板を接続した蓄電デバイスであって、
   前記電極張出部が素子の中心部に向かって折り曲げられた第１の領域と、
   一部が前記第１の領域に重なるように前記電極張出部が素子の中心部に向かって折り曲げられた第２の領域と、
   前記第１の領域と前記第２の領域との間に前記電極張出部の一部が折りたたまれた折込み領域と
   を備え、
   前記集電板と前記電極張出部とをレーザ接続する溶接部が、前記第１の領域および前記第２の領域の双方に重なる前記折込み領域を含むことを特徴とする蓄電デバイス。
2. 前記折込み領域は、前記第２の領域を挟んで設定されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイス。
3. 蓄電素子の素子端面に形成された電極張出部に集電板を接続した蓄電デバイスの製造方法であって、
   前記電極張出部を前記蓄電素子の中心部に向かって折り曲げて第１の領域を形成する工程と、
   前記第１の領域を形成した後に、一部が前記第１の領域に重なるように前記電極張出部を前記蓄電素子の中心部に向かって折り曲げて第２の領域を形成する工程とを有し、
   前記第２の領域を形成する工程によって、前記第１の領域と前記第２の領域の間に前記電極張出部の一部が折りたたまれた折込み領域が形成され、
   前記集電板と前記電極張出部とをレーザにより接続する溶接部に、前記第１の領域および前記第２の領域の双方に重なる前記折込み領域を含むことを特徴とする蓄電デバイスの製造方法。
4. 前記折込み領域が前記第２の領域を挟んで設定されることを特徴とする請求項３に記載の蓄電デバイスの製造方法。

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