JP6375610B2 - 蓄電素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電極体と、電極端子と、電極体および電極端子に接続された集電体とを備える蓄電素子に関する。

世界的な環境問題への取り組みとして、ガソリン自動車から電気自動車への転換が重要になってきている。このため、非水電解質二次電池などの蓄電素子を電気自動車の電源として使用することが検討されている。

このような蓄電素子は、例えば、正極及び負極と、正極と負極との間に配置されたセパレータとが積層された電極体を有する。電極体の正極及び負極のそれぞれの端部には、活物質が塗布されていない金属箔部分が積層された電極積層部が形成され、当該電極積層部には、集電体と呼ばれる金属製の部材が接続される。また、集電体には、正極端子または負極端子である電極端子が接続され、電極端子を介して、モータ等の負荷に当該電極体からの電力が供給される。

高出力が要求される上記構造の蓄電素子における、電極積層部と集電体とを接合する手法として、電極積層部と集電体との接触部に電流を流して溶融させる抵抗溶接が挙げられる。

特許文献１には、電極体の電極積層部と集電部材とが抵抗溶接によって接合された電池の構造について開示されている。

図７は、特許文献１に記載された蓄電素子の抵抗溶接部の拡大分解断面図である。同図に示された従来の蓄電素子において、負極集電体５３０の表面に設けられた突起５８０と、その上部の電極積層部に相当する負極芯体露出部５４１及び負極集電体受け部品５４５とが、抵抗溶接装置の両電極棒で挟み込まれ抵抗溶接される。このとき、負極集電体５３０、負極芯体露出部５４１、及び負極集電体受け部品５４５が圧接されることで、突起５８０の周囲に、絶縁シール材として、開口部５９０Ａを有する熱溶着性樹脂製テープ５９０が配置される。この構成によれば、突起５８０、負極芯体露出部５４１、及び負極集電体受け部品５４５を流れる抵抗溶接電流は、開口部５９０Ａ内を通過するので、溶接に関与しない無効電流が減少し、効率よく強固に抵抗溶接を行うことができる。さらに、抵抗溶接部分の周囲は熱溶着性樹脂製テープ５９０で囲まれているので、抵抗溶接時に発生したスパッタ異物は熱溶着性樹脂製テープ５９０に捕獲され、外部に飛散することがない。よって、内部短絡の発生が少なく、信頼性の高い密閉電池が得られるとしている。

特許第５１００２８１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された蓄電素子の抵抗溶接構造では、突起５８０と熱溶着性樹脂製テープ５９０とは密着していない。よって、突起５８０以外で負極集電体５３０と負極芯体露出部５４１とが接触し、突起５８０を介さない電流径路を形成する可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電極積層部と集電体との高効率な抵抗溶接が可能な蓄電素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電素子は、正極、負極及びセパレータが積層されて形成される電極体と、電極端子と、当該電極端子及び前記電極体を電気的に接続する集電体とを備えた蓄電素子であって、前記蓄電素子は、さらに、前記電極体と前記集電体との間に配置され、前記電極体及び前記集電体と接合される接合体と、前記電極体と前記集電体との間に配置された絶縁部材とを備え、前記接合体は、前記絶縁部材を貫通する貫通部を備える。

上記構成によれば、電極体と集電体とを接合する接合体が、電極体と集電体との間に配置された絶縁部材を貫通する貫通部を備えるので、電極体と集電体とが抵抗溶接される際の通電経路が貫通部に制限され、電流集中による高効率な抵抗溶接が可能となる。

また、前記絶縁部材は、前記集電体の前記電極体に対向する面を覆うように配置されていることにしてもよい。

これにより、集電体の電極体に対向する面が絶縁部材で覆われているので、集電体と電極体とが、接合体以外の部分で直接接触することを防止できる。

また、前記貫通部は、前記絶縁部材と当接していることにしてもよい。

これによれば、集電体と電極体とを接続するための貫通部が絶縁部材と接しているので、抵抗溶接時の電流が分散することを低減できる。

また、前記接合体は、さらに、前記絶縁部材の前記電極体側に配置され、前記電極体と接合された電極体側接合部と、前記絶縁部材の前記集電体側に配置され、前記集電体と接合され、前記電極体側接合部とで前記絶縁部材を挟み込む集電体側接合部とを備え、前記貫通部は、前記電極体側接合部と前記集電体側接合部とを接続することにしてもよい。

これによれば、接合体が絶縁部材を挟み込んでいるので、接合体から絶縁体が脱落することを防止できる。よって、捕獲されたスパッタ異物の飛散を防止できる。

また、前記接合体は、さらに、前記絶縁部材の前記電極体側に配置され、前記電極体と接合された電極体側接合部と、前記絶縁部材の前記集電体側に配置され、前記集電体と接合された集電体側接合部とを備え、前記貫通部は、前記電極体側接合部と前記集電体側接合部とを接続し、前記電極体は、前記正極、前記セパレータ及び前記負極が積層された積層本体部と、前記積層本体部から前記正極または前記負極が露出し、前記電極体側接合部と接合された露出部とを有し、前記絶縁部材は、前記積層本体部と前記露出部との境界に対向する領域に、前記絶縁部材の形成面方向に対して前記集電体側へ傾斜した絶縁傾斜部を備えることにしてもよい。

抵抗溶接時に、セパレータが溶接電極と集電体との間に噛みこんでしまうと、溶接電極間の抵抗が大きくなった状態で、溶接装置が所定の溶接電流を流そうとするため、溶接電極間に過剰電圧がかかる。このとき、振動等により、噛みこんだセパレータが抜けると、溶接電極間の抵抗が急激に小さくなった状態で異常電流が流れてしまう。この異常電流により、正極または負極を構成する箔が溶断してしまう恐れがある。これに対し、上記構成によれば、絶縁傾斜部により、セパレータが溶接電極と集電体との間に噛み込んでしまうことを防止できるので、上記異常電流による箔の溶断を回避できる。

また、前記接合体と前記絶縁部材とは、かしめにより接合されていることにしてもよい。

これによれば、接合体と絶縁部材とが機械的に強固に接合されるので、接合体から絶縁体が脱落することを防止できる。

また、前記絶縁部材は、樹脂のインサート成型により前記接合体と一体形成されていることにしてもよい。

これによれば、接合体と絶縁部材とが樹脂成形により強固に接合されるので、接合体から絶縁体が脱落することを防止できる。

また、前記接合体は、前記集電体と一体形成されていることにしてもよい。

これによれば、接合体が集電体と一体形成されているので、絶縁部材を電極体と集電体との間に固定配置する工程が簡略化される。

また、上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電素子の製造方法は、正極、負極及びセパレータが積層されて形成される電極体と、電極端子と、当該電極端子及び前記電極体を電気的に接続する集電体とを備えた蓄電素子の製造方法であって、第１接合部と第２接合部とを接続する接続部を絶縁部材に貫通させ、前記電極体、前記第１接合部、前記接続部、前記第２接合部、及び前記集電体を、接合する。

これによれば、接続部周りに絶縁部材が配置されることで、電極体と集電体とが抵抗溶接される際の通電経路が接続部に制限され、電流集中による高効率な抵抗溶接ができる。

本発明に係る蓄電素子によれば、電極体と集電体とを接合する接合体が、電極体と集電体との間に配置された絶縁部材を貫通する貫通部を備えるので、電極体と集電体とが抵抗溶接される際の通電経路が制限され、電流集中による高効率な抵抗溶接ができる。

本発明の実施の形態１に係る蓄電素子の外観及び内部構造の概要を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る蓄電素子の容器の本体を分離して蓄電素子が備える各構成要素を示す斜視図である。 実施の形態１に係る電極体のＵ−Ｕ’断面図である。 本発明の実施の形態１に係る接合体と集電体との接合状態を表す電極体のＶ−Ｖ’断面図である。 本発明の実施の形態１に係る正極積層部と正極集電体との接合構造を表す電極体のＶ−Ｖ’断面図である。 本発明の実施の形態１の変形例１に係る正極積層部と正極集電体との接合構造を表す電極体のＶ−Ｖ’断面図である。 本発明の実施の形態１の変形例２に係る正極積層部と正極集電体との接合構造を表す電極体のＶ−Ｖ’断面図である。 本発明の実施の形態１の変形例３に係る正極積層部と正極集電体との接合構造を表す電極体のＶ−Ｖ’断面図である。 本発明の実施の形態１の変形例４に係る正極積層部と正極集電体との接合構造を表す電極体のＶ−Ｖ’断面図である。 本発明の実施の形態２に係る正極積層部と正極集電体との接合構造を表す電極体のＶ−Ｖ’断面図である。 特許文献１に記載された蓄電素子の抵抗溶接部の拡大分解断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態における蓄電素子について説明する。なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。

また、以下で説明する実施の形態は、本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、生産工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

（実施の形態１）
［蓄電素子の基本構成］
まず、蓄電素子として電池を例に挙げ、図１〜図３を用いて、実施の形態１に係る蓄電素子１０の全般的な説明を行う。

図１は、本発明の実施の形態１に係る蓄電素子の外観及び内部構造の概要を示す斜視図である。なお、同図は、容器内部を透視した図となっている。また、図２は、実施の形態１に係る蓄電素子の容器の本体を分離して蓄電素子が備える各構成要素を示す斜視図である。また、図３は、実施の形態１に係る電極体のＵ−Ｕ’断面図である。

蓄電素子１０は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。非水電解質二次電池としては、例えば、正極活物質がコバルト酸リチウムなどのリチウム遷移金属酸化物であり、負極活物質が炭素材料であるリチウムイオン二次電池を挙げることができる。蓄電素子１０は、例えば、高レートサイクルの充放電を行うハイブリッド電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）に使用される二次電池である。なお、蓄電素子１０は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。

図１に示すように、蓄電素子１０は、電池容器と、正極端子２００と、負極端子３００とを備える。電池容器は、金属からなる矩形筒状で底を備える筐体本体１１１と、筐体本体１１１の開口を閉塞する金属製の蓋体１１０とで構成されている。また、電池容器は、電極体１４０等を内部に収容後、蓋体１１０と筐体本体１１１とが溶接等されることにより、内部を密封する構造を有する。

正極端子２００は、電極体１４０の正極に電気的に接続された電極端子であり、負極端子３００は、電極体１４０の負極に電気的に接続された電極端子である。つまり、正極端子２００及び負極端子３００は、電極体１４０に蓄えられている電気を蓄電素子１０の外部空間に導出するための金属製の電極端子である。また、電極体１４０に電気を蓄えるために蓄電素子１０の内部空間に電気を導入するための金属製の電極端子である。

また、正極端子２００及び負極端子３００は、電極体１４０の上方に配置された蓋体１１０に取り付けられている。具体的には、図２に示すように、正極端子２００は、突出部２１０が蓋体１１０の貫通孔１１０ａと正極集電体１２０の貫通孔１２１ａとに挿入されて、かしめられることにより、正極集電体１２０とともに蓋体１１０に固定される。また同様に、負極端子３００は、突出部３１０が蓋体１１０の貫通孔１１０ｂと負極集電体１３０の貫通孔１３１ａとに挿入されて、かしめられることにより、負極集電体１３０とともに蓋体１１０に固定される。なお、パッキン等も配置されているが、同図では省略して図示している。

電池容器の内方には、電極体１４０が収容されており、さらに、正極集電体１２０と、負極集電体１３０とが配置されている。なお、電池容器の内部には電解液などの液体が封入される場合があるが、当該液体の図示は省略する。

正極集電体１２０は、電極体１４０と電池容器の内壁との間に配置され、正極端子２００と電極体１４０の正極積層部１４１Ａとに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、正極集電体１２０は、例えば、電極体１４０の正極基材箔と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。本実施の形態では、正極集電体１２０と正極積層部１４１Ａとは、抵抗溶接により接合されている。

負極集電体１３０は、電極体１４０と電池容器の内壁との間に配置され、負極端子３００と電極体１４０の負極積層部１４２Ｂとに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、負極集電体１３０は、例えば、電極体１４０の負極基材箔と同様、銅または銅合金で形成されている。本実施の形態では、負極集電体１３０と負極積層部１４２Ｂとは、抵抗溶接により接合されている。

電極体１４０は、正極と負極とセパレータとを備え、電気を蓄えることができる部材である。具体的には、電極体１４０は、図２及び図３に示すように、負極と正極との間にセパレータが挟み込まれるように層状に配置されたものを全体が長円形状となるように巻回されて形成されている。なお、図２では、電極体１４０の形状としては長円形状を示したが、円形状または楕円形状でもよい。また、電極体１４０の形状は巻回型に限らず、平板状極板を積層した形状でもよい。電極体１４０の詳細な積層構造について図３を用いて説明する。図３は、図１に示した電極体１４０のＵ−Ｕ’断面をＺ軸方向からみた図である。

図３に示すように、電極体１４０は、活物質層が形成された正極１４１、セパレータ１４３、活物質層が形成された負極１４２、セパレータ１４３がこの順で積層された積層部１４０Ｃと、活物質層が形成されていない正極１４１が積層された正極積層部１４１Ａと、活物質層が形成されていない負極１４２が積層された負極積層部１４２Ｂとで構成されている。そして図２に示すように、正極１４１と負極１４２とは、セパレータ１４３を介して、巻回軸（本実施の形態ではＸ軸方向に平行な仮想軸）の方向に互いにずらして巻回されている。言い換えれば、正極１４１及び負極１４２は、それぞれがずらされた方向の端縁部に、活物質層が形成されていない部分である正極積層部１４１Ａ及び負極積層部１４２Ｂを有している。

なお、正極１４１が有する活物質層に含まれる正極活物質としては、例えば、ＬｉＭＰＯ_４、ＬｉＭＳｉＯ_４、ＬｉＭＢＯ_３（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ等から選択される１種または２種以上の遷移金属元素）等のポリアニオン化合物、チタン酸リチウム、マンガン酸リチウム等のスピネル化合物、ＬｉＭＯ_２（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ等から選択される１種または２種以上の遷移金属元素）等のリチウム遷移金属酸化物等を用いることができる。

また、負極１４２が有する活物質層に含まれる負極活物質としては、例えば、リチウム金属、リチウム合金（リチウム−アルミニウム、リチウム−シリコン、リチウム−鉛、リチウム−錫、リチウム−アルミニウム−錫、リチウム−ガリウム、およびウッド合金等のリチウム金属含有合金）の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料（例えば黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、非晶質カーボン等）、金属酸化物、リチウム金属酸化物（Ｌｉ_４Ｔｉ_６Ｏ_１２等）、ポリリン酸化合物などが挙げられる。

正極１４１は、巻回軸方向の一端（Ｘ軸正方向の端部）に、正極積層部１４１Ａを有している。また、負極１４２は、巻回軸方向の他端（Ｘ軸負方向の端部）に、負極積層部１４２Ｂを有している。つまり、正極１４１の露出した金属箔の層によって正極積層部１４１Ａが形成され、負極１４２の露出した金属箔の層によって負極積層部１４２Ｂが形成されている。

なお、正極１４１の金属箔及び負極１４２の金属箔の厚みは、それぞれ、例えば５μｍ〜２０μｍのうちのいずれかの値である。また、これら金属箔は、例えば３０枚など４０枚以下の枚数が重ねられることで、正極積層部１４１Ａ及び負極積層部１４２Ｂを形成している。

正極積層部１４１Ａの表面には、図２に示す領域Ｒ１内において正極集電体１２０が接合されており、負極積層部１４２Ｂの表面には、図２に示す領域Ｑ１内において負極集電体１３０が接合されている。また、電極体１４０は、領域Ｒ１内において正極積層部１４１Ａの裏面に接合された、正極積層部１４１Ａを保護するカバー１４５Ａを有している。また、電極体１４０は、領域Ｑ１内において負極積層部１４２Ｂの裏面に接合された、負極積層部１４２Ｂを保護するカバー１４５Ｂを有している。

正極積層部１４１Ａとカバー１４５Ａとは、図４以降で説明する接合体を介して正極集電体１２０と抵抗溶接され、同様に、負極積層部１４２Ｂとカバー１４５Ｂとは、図４以降で説明する接合体を介して負極集電体１３０と抵抗溶接されている。

［接合体及び集電体の接合構成］
図４は、本発明の実施の形態１に係る接合体と集電体との接合状態を表す電極体のＶ−Ｖ’断面図である。同図は、図１に示した電極体１４０の接合体１８０及び正極集電体１２０のＶ−Ｖ’断面（Ｙ方向への切断面）をＸ軸方向からみた図である。同図（左）に示すように、巻回された状態である正極積層部１４１Ａの外周表面に正極集電体１２０が接合され、正極積層部１４１Ａの内周裏面に、カバー１４５Ａが接合されている。具体的には、接合領域１７０において、正極積層部１４１Ａと、カバー１４５Ａと、正極集電体１２０とが抵抗溶接により接合されている。

より具体的には、接合領域１７０において、蓄電素子１０は、電極体１４０の正極積層部１４１Ａと正極集電体１２０との間に配置された、正極積層部１４１Ａと正極集電体１２０とを接合する接合体１８０と、正極積層部１４１Ａと正極集電体１２０との間に配置された絶縁部材１９０とを備える。また、接合体１８０は、絶縁部材１９０を貫通する貫通部（図５Ａにて図示）を備える。

接合体１８０は、例えば、電極体１４０の正極基材箔及び正極集電体１２０と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。

絶縁部材１９０は、図４におけるＸ方向及びＺ方向に延在する層状の部材であり、例えば、インサート成形により接合体１８０と一体成形され、また、接合体１８０とかしめ結合された絶縁性の樹脂材である。

上述したように、貫通部周りに絶縁部材１９０が配置されることで、正極積層部１４１Ａと正極集電体１２０とが抵抗溶接される際の通電経路が当該貫通部に制限され、電流集中による高効率な抵抗溶接が可能となる。また、電流集中による無効電流の排除により、溶接電流値を小さく設定できるので、スパッタ異物の発生リスクを低減できる。さらには、溶接条件が弱くなることで溶接装置側の溶接電極の消耗も少なくなり、電極にかかるランニングコストを抑えることができる。

なお、スパッタ異物の抑制という観点からは、図４（右図）に示すように、絶縁部材１９０の表面に突起部が形成されていることが好ましい。当該突起部は、例えば、Ｙ軸方向からみて接合体１８０を囲むように形成された円環状の凸部である。この突起部構造により、スパッタ異物が電極体１４０の内部に移動することを防止することが可能となる。

一方、特許文献１に記載された蓄電素子の抵抗溶接構造では、突起５８０と絶縁シール材とは密着しておらず、また、絶縁シール材の外周では負極集電体５３０と負極芯体露出部５４１とが対面している。これにより、突起５８０以外で負極集電体５３０と負極芯体露出部５４１とが接触し、突起５８０を介さない電流径路を形成してしまう恐れがある。また、絶縁シール材は熱溶着性樹脂製テープまたは糊材付き絶縁テープであり、集電体とは一体型となっていない。よって、絶縁シール材と突起５８０との位置関係が一定せず抵抗溶接時の位置合わせ工程が煩雑となる。さらに、絶縁シール材が上記テープで構成されていることにより、絶縁シール材が負極集電体５３０から剥がれてしまう可能性がある。絶縁シール材が負極集電体５３０から剥がれてしまうと、絶縁シール材の内側領域に捕獲されていた異物が分散し、突起５８０以外で負極集電体５３０と負極芯体露出部５４１とが短絡してしまう可能性がある。これに対して、本実施の形態に係る蓄電素子では、かしめ結合やインサート成形により、集電体と絶縁部材とは構造的（機械的）に接合されているため、絶縁部材は集電体上に強固に固定されている。よって、異物が分散するようなことはない。

以下、本実施の形態に係る接合体１８０の具体的な構造について説明する。

図５Ａは、本発明の実施の形態１に係る正極積層部と正極集電体との接合構造を表す電極体のＶ−Ｖ’断面図である。同図に示された接合体１８０は、正極積層部１４１Ａと接合された電極体側接合部１８１と、電極体側接合部１８１とで絶縁部材１９０を挟み込む集電体側接合部１８２と、絶縁部材を貫通する貫通部１８３とを備える。電極体側接合部１８１は、絶縁部材１９０の電極体１４０側（正極積層部１４１Ａ側）に配置されている。正極積層部１４１Ａは、正極１４１が露出し、電極体側接合部１８１と接合された露出部である。集電体側接合部１８２は、絶縁部材１９０の正極集電体１２０側に配置され、正極集電体１２０と接合されている。貫通部１８３は、電極体側接合部１８１と集電体側接合部１８２とを接続する。上記構造は、例えば、接合体１８０に、樹脂材からなる絶縁部材１９０をインサート成形することにより形成される。

上記構成によれば、接合体１８０が絶縁部材１９０を挟み込むので、接合体１８０から絶縁部材１９０が脱落することを防止できる。つまり、絶縁部材１９０と接合体１８０とが一体となる。よって、絶縁部材１９０と抵抗溶接される接合体１８０との位置関係が一定するので、抵抗溶接時の位置合わせの工程が簡略化される。また、接合体１８０が機械的に絶縁部材１９０を挟み込んでいるので、絶縁部材１９０が接合体１８０から外れず、この結果、捕獲されたスパッタ異物が飛散しない。

カバー１４５Ａと正極積層部１４１Ａと接合体１８０と正極集電体１２０とは、抵抗溶接された状態である。具体的には、溶接電極４０１と４０２との間において、正極積層部１４１Ａとカバー１４５Ａと正極集電体１２０とが積層されている方向に溶接電流が接合体１８０を介して供給されることにより、正極積層部１４１Ａとカバー１４５Ａと正極集電体１２０とが接合される。これにより、正極積層部１４１Ａと正極集電体１２０とが電気的に接続された状態となっている。

また、貫通部１８３は、絶縁部材１９０と当接している。これにより、抵抗溶接時の電流径路が、貫通部１８３以外に分散することを低減できる。

また、絶縁部材１９０は、正極集電体１２０の正極積層部１４１Ａに対向する面を覆うように配置されている。これにより、正極集電体１２０と電極体１４０とが、接合体１８０以外の部分で直接接触することを防止できる。よって、電流集中による高効率な抵抗溶接が可能となる。

また、接合領域１７０における接合体１８０の形状は、図５Ａに記載された形状に限定されない。

図５Ｂは、本発明の実施の形態１の変形例１に係る正極積層部と正極集電体との接合構造を表す電極体のＶ−Ｖ’断面図である。同図に示された抵抗溶接部の構造は、図５Ａに示されたそれと比較して、正極集電体と接合体とが一体となっている点のみが異なる。図５Ａに示された抵抗溶接部の構造と同じ点は説明を省略し、以下、異なる点のみ説明する。本変形例に係る抵抗溶接部の構造において、正極集電体１２１に形成された接合体は、集電体と一体形成されている。図５Ｂに示された構造は、例えば、集電体基台と貫通部と電極体側接合部とを有する正極集電体１２１に、樹脂材からなる絶縁部材１９０をインサート成形することにより形成される。上記構造により、正極集電体１２１と絶縁部材１９０とが強固に接合されるので、正極集電体１２１から絶縁部材１９０が脱落することを防止できる。また、接合体が集電体と一体形成されているので、絶縁部材１９０を電極体１４０と正極集電体１２１との間に固定配置する工程が簡略化される。また、正極集電体１２１が絶縁部材１９０を挟み込んでいるので、絶縁部材１９０が正極集電体１２１から外れず、この結果、捕獲されたスパッタ異物が飛散しない。

図５Ｃは、本発明の実施の形態１の変形例２に係る正極積層部と正極集電体との接合構造を表す電極体のＶ−Ｖ’断面図である。同図に示された抵抗溶接部の構造は、図５Ｂに示されたそれと比較して、正極集電体と接合体との結合形態のみが異なる。図５Ｂに示された抵抗溶接部の構造と同じ点は説明を省略し、以下、異なる点のみ説明する。本変形例に係る抵抗溶接部の構造において、接合体は、集電体と一体形成されている。図５Ｃに示された構造は、例えば、集電体基台と貫通部と電極体側接合部とを有する正極集電体１２２の電極体側接合部をかしめることにより、正極集電体１２２と絶縁部材１９０とを結合している。上記構造により、正極集電体１２２と絶縁部材１９０とが強固に接合されるので、正極集電体１２２から絶縁部材１９０が脱落することを防止できる。また、接合体が集電体と一体形成されているので、絶縁部材１９０を電極体１４０と正極集電体１２２との間に固定配置する工程が簡略化される。また、正極集電体１２２が絶縁部材１９０を挟み込んでいるので、絶縁部材１９０が正極集電体１２２から外れず、この結果、捕獲されたスパッタ異物が飛散しない。

図５Ｄは、本発明の実施の形態１の変形例３に係る正極積層部と正極集電体との接合構造を表す電極体のＶ−Ｖ’断面図である。同図に示された抵抗溶接部の構造は、図５Ｂに示されたそれと比較して、接合体で絶縁部材１９０を挟み込んでいない点が異なる。図５Ｂに示された抵抗溶接部の構造と同じ点は説明を省略し、以下、異なる点のみ説明する。本変形例に係る抵抗溶接部の構造において、例えば正極集電体１２３の裏面（下面）から表面（上面）に向けて押圧することにより、当該表面に突起が形成されている。当該突起は、絶縁部材１９０を挟み込んでいないが、正極集電体１２３に、樹脂材からなる絶縁部材１９０がインサート成形されている。上記構造により、正極集電体１２３と絶縁部材１９０とが密着するので、正極集電体１２３から絶縁部材１９０が脱落することを防止できる。また、接合体が集電体と一体形成されているので、絶縁部材１９０を電極体１４０と正極集電体１２３との間に固定配置する工程が簡略化される。

図５Ｅは、本発明の実施の形態１の変形例４に係る正極積層部と正極集電体との接合構造を表す電極体のＶ−Ｖ’断面図である。同図に示された抵抗溶接部の構造は、図５Ａに示されたそれと比較して、正極集電体と接合体との結合形態のみが異なる。図５Ａに示された抵抗溶接部の構造と同じ点は説明を省略し、以下、異なる点のみ説明する。本変形例に係る抵抗溶接部の構造において、接合体１８５は、正極積層部１４１Ａと接合された電極体側接合部１８６と、電極体側接合部１８６とで絶縁部材１９０を挟み込む集電体側接合部１８７と、絶縁部材１９０を貫通する貫通部１８８とを備える。電極体側接合部１８６は、絶縁部材１９０の電極体１４０側（正極積層部１４１Ａ側）に配置されている。図５Ｅに示された構造は、例えば、電極体側接合部１８６をかしめることにより、接合体１８５と絶縁部材１９０とを結合している。上記構造によれば、接合体１８５が絶縁部材１９０を挟み込むので、接合体１８５から絶縁部材１９０が脱落することを防止できる。つまり、絶縁部材１９０と接合体１８５とが一体となる。よって、絶縁部材１９０と抵抗溶接される接合体１８５との位置関係が一定するので、抵抗溶接時の位置合わせの工程が簡略化される。また、接合体１８５が絶縁部材１９０を挟み込んでいるので、絶縁部材１９０が接合体１８５から外れず、この結果、捕獲されたスパッタ異物が飛散しない。

なお、図４及び図５Ａ〜図５Ｅには記載されていないが、負極積層部１４２Ｂと負極集電体１３０との接合形態も、上述した正極積層部１４１Ａと正極集電体１２０との接合形態と同様であり、同様の効果が奏される。

（実施の形態２）
本実施の形態に係る蓄電素子は、溶接電極間にセパレータが噛み込んでしまうことを防止する構造を備える。以下、実施の形態１に係る蓄電素子１０と同じ基本構成は説明を省略し、接合領域１７０の構造として異なる部分を中心に説明をする。

［接合体及び集電体の接合構成］
図６は、本発明の実施の形態２に係る正極積層部と正極集電体との接合構造を表す電極体のＶ−Ｖ’断面図である。同図は、図１に示した電極体１４０の接合体１８０及び正極集電体１２０のＶ−Ｖ’断面（Ｙ方向への切断面）をＸ軸方向からみた図である。同図に示された接合体１８０は、図５Ａに示された構造である。つまり、接合体１８０は、正極積層部１４１Ａと接合された電極体側接合部１８１と、電極体側接合部１８１とで絶縁部材１９０を挟み込む集電体側接合部１８２と、絶縁部材を貫通する貫通部１８３とを備える。電極体側接合部１８１は、絶縁部材１９０の電極体１４０側（正極積層部１４１Ａ側）に配置されている。正極積層部１４１Ａは、正極１４１が露出し、電極体側接合部１８１と接合された露出部である。集電体側接合部１８２は、絶縁部材１９０の正極集電体１２０側に配置され、正極集電体１２０と接合されている。貫通部１８３は、電極体側接合部１８１と集電体側接合部１８２とを接続する。

本実施の形態に係る蓄電素子は、実施の形態１に係る蓄電素子１０の有する構成要素において、絶縁部材１９０が、電極体１４０の積層本体部である積層部１４０Ｃと正極積層部１４１Ａとの境界に対向する領域に、絶縁部材１９０の形成面方向に対して正極集電体１２０側へ傾斜した絶縁傾斜部１９１を備える。より具体的には、絶縁傾斜部１９１は、絶縁部材１９０のうちＸ−Ｚ平面へ延在した部材本体のＺ軸負方向の端部から、Ｚ軸負方向とＹ軸負方向とがなす領域へ延在する板状部材である。なお、電極体１４０は、正極１４１、セパレータ１４３及び負極１４２が積層された積層部１４０Ｃと、露出部である正極積層部１４１Ａとを有する。

正極集電体１２０と正極積層部１４１Ａとカバー１４５Ａとを、接合体１８０を介して抵抗溶接する場合、絶縁傾斜部１９１がない構造では、セパレータ１４３が正極集電体１２０と溶接電極４０２との接合界面に侵入してしまうことが想定される。抵抗溶接時に、セパレータ１４３が正極集電体１２０と溶接電極４０２との間に噛みこんでしまうと、溶接電極間の抵抗が大きくなった状態で、溶接装置が所定の溶接電流を流そうとするため、溶接電極間に過剰電圧がかかる。このとき、振動等により、噛みこんだセパレータ１４３が抜けると、溶接電極間の抵抗が急激に小さくなった状態で過剰電圧が印加されるので異常電流が流れ、正極１４１を構成する正極基材箔が溶断してしまう恐れがある。

これに対し、上記構成によれば、絶縁傾斜部１９１により、セパレータ１４３が溶接電極４０２と正極集電体１２０との間に噛み込んでしまうことを防止できるので、上記異常電流による箔の溶断を回避できる。

なお、実施の形態２においても、接合領域１７０における正極集電体及び接合体の構造は、図６に記載された形状に限定されない。本実施の形態における正極集電体及び接合体の構造は、実施の形態１において示された図５Ｂ〜図５Ｅに示された構造であってもよく、同様の効果が奏される。

（その他）
以上、本発明に係る蓄電素子について、実施の形態に基づいて説明した。しかしながら、本発明は、実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態に施したものも、あるいは、上記説明された複数の構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

例えば、実施の形態１及び２において、正極積層部１４１Ａ及び負極積層部１４２Ｂの上には、それぞれ、カバー１４５Ａ及び１４５Ｂが形成されているものとしたが、カバーは必須の構成要素ではなく、カバーがない構成であってもよい。

また、電極体側接合部１８１、集電体側接合部１８２、及び貫通部１８３等の接合体を構成する部材は、円柱形状でもよく、また、角柱形状などでもよい。

また、正極側の抵抗溶接箇所及び負極側の抵抗溶接箇所は、それぞれ１点であることに限られない。正極側及び負極側の抵抗溶接箇所の少なくともいずれかが多点接合の形態をとってもよい。

また、電極体１４０の構造は巻回型ではなくてもよく、平板状の正極と負極とがセパレータを挟んで交互に積層された構造であってもよい。また、電極体１４０は、長尺帯状の正極と負極とがセパレータを挟んで蛇腹状に折り畳まれた構造であってもよい。つまり、電極体１４０の構造として、集電体と接合可能な部分を有する構造であれば、どのような構造が採用されてもよい。

また、蓄電素子１０において、正極側および負極側の双方に抵抗溶接による接合が配置されるとしたが、正極側および負極側のいずれか一方にのみ、上記実施の形態１〜２に係る、抵抗溶接による接合が形成されていてもよい。

なお、本発明は、上述した特徴的な構成を備える蓄電素子として実現することができるだけでなく、当該蓄電素子の製造方法として実現することができる。

つまり、本発明に係る蓄電素子の製造方法は、正極、負極及びセパレータが積層されて形成される電極体と、電極端子と、当該電極端子及び電極体を電気的に接続する集電体とを備えた蓄電素子の製造方法であって、第１接合部と第２接合部とを接続する接続部を絶縁部材に貫通させ、電極体、第１接合部、接続部、第２接合部、及び集電体を接合する。

ここで、上記第１接合部は、例えば実施の形態１における電極体側接合部１８１であり、上記第２接合部は、例えば実施の形態１における集電体側接合部１８２であり、上記接続部は、例えば実施の形態１における貫通部１８３である。

これにより、接続部周りに絶縁部材が配置されることで、電極体と集電体とが抵抗溶接される際の通電経路が接続部に制限され、電流集中による高効率な抵抗溶接ができる。また、溶接電流値を小さく設定できるので、スパッタ異物の発生リスクを低減できる。また、絶縁部材の配置により、溶接電極が溶接部以外の領域に触れてスパッタ異物を発生させるケースを回避できる。

本発明は、電極体と集電体とが抵抗溶接により接合された蓄電素子であって、高品質の蓄電素子を提供することができる。従って、本発明に係る蓄電素子は、大電流を長時間必要とする自動車等に搭載される電池として有用である。

１０ 蓄電素子
１１０ 蓋体
１１０ａ、１１０ｂ、１２１ａ、１３１ａ 貫通孔
１１１ 筐体本体
１２０、１２１、１２２、１２３ 正極集電体
１３０ 負極集電体
１４０ 電極体
１４０Ｃ 積層部
１４１ 正極
１４１Ａ 正極積層部
１４２ 負極
１４２Ｂ 負極積層部
１４３ セパレータ
１４５Ａ、１４５Ｂ カバー
１７０ 接合領域
１８０、１８５ 接合体
１９０ 絶縁部材
１８１、１８６ 電極体側接合部
１８２、１８７ 集電体側接合部
１８３、１８８ 貫通部
１９１ 絶縁傾斜部
２００ 正極端子
２１０、３１０ 突出部
３００ 負極端子
４０１、４０２ 溶接電極
５３０ 負極集電体
５４１ 負極芯体露出部
５４５ 負極集電体受け部品
５８０ 突起
５９０ 熱溶着性樹脂製テープ
５９０Ａ 開口部

Claims (9)

1. 正極、負極及びセパレータが積層されて形成される電極体と、電極端子と、当該電極端子及び前記電極体を電気的に接続する集電体とを備えた蓄電素子であって、
   前記蓄電素子は、さらに、
   前記電極体と前記集電体との間に配置され、前記電極体及び前記集電体と接合される接合体と、
   前記電極体と前記集電体との間に配置された絶縁部材とを備え、
   前記接合体は、
   前記絶縁部材と当接し、前記絶縁部材を貫通する貫通部と、
   前記絶縁部材の前記電極体側に配置され、前記電極体と接合された電極体側接合部と、
   前記絶縁部材の前記集電体側に配置され、前記集電体と接合され、前記電極体側接合部とで前記絶縁部材を挟み込む集電体側接合部とを備え、
   前記貫通部は、前記電極体側接合部と前記集電体側接合部とを接続し、
   前記電極体と前記接合体との接合は、抵抗溶接である、
   蓄電素子。
2. 前記絶縁部材は、前記集電体の前記電極体に対向する面を覆うように配置されている
   請求項１に記載の蓄電素子。
3. 前記接合体は、さらに、
   前記絶縁部材の前記電極体側に配置され、前記電極体と接合された電極体側接合部と、
   前記絶縁部材の前記集電体側に配置され、前記集電体と接合された集電体側接合部とを備え、
   前記貫通部は、前記電極体側接合部と前記集電体側接合部とを接続し、
   前記電極体は、前記正極、前記セパレータ及び前記負極が積層された積層本体部と、前記積層本体部から前記正極または前記負極が露出し、前記電極体側接合部と接合された露出部とを有し、
   前記絶縁部材は、前記積層本体部と前記露出部との境界に対向する領域に、前記絶縁部材の形成面方向に対して前記集電体側へ傾斜した絶縁傾斜部を備える
   請求項１または２に記載の蓄電素子。
4. 前記接合体と前記絶縁部材とは、かしめにより接合されている
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
5. 前記絶縁部材は、樹脂のインサート成型により前記接合体と一体形成されている
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
6. 前記接合体は、前記集電体と一体形成されている
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電素子。
7. 正極、負極及びセパレータが積層されて形成される電極体と、電極端子と、当該電極端子及び前記電極体を電気的に接続する集電体とを備えた蓄電素子であって、
   前記蓄電素子は、さらに、
   前記電極体と前記集電体との間に配置され、前記電極体及び前記集電体と接合される接合体と、
   前記電極体と前記集電体との間に配置された絶縁部材とを備え、
   前記接合体は、
   前記絶縁部材と当接し、前記絶縁部材を貫通する貫通部と、
   前記絶縁部材の前記電極体側に配置され、前記電極体と接合された電極体側接合部と、
   前記絶縁部材の前記集電体側に配置され、前記集電体と接合された集電体側接合部とを備え、
   前記貫通部は、前記電極体側接合部と前記集電体側接合部とを接続し、
   前記電極体と前記接合体との接合は、抵抗溶接であり、
   前記電極体は、前記正極、前記セパレータ及び前記負極が積層された積層本体部と、前記積層本体部から前記正極または前記負極が露出し、前記電極体側接合部と接合された露出部とを有し、
   前記絶縁部材は、前記積層本体部と前記露出部との境界に対向する領域に、前記絶縁部材の形成面方向に対して前記集電体側へ傾斜した絶縁傾斜部を備える
   蓄電素子。
8. 正極、負極及びセパレータが積層されて形成される電極体と、電極端子と、当該電極端子及び前記電極体を電気的に接続する集電体とを備えた蓄電素子であって、
   前記蓄電素子は、さらに、
   前記電極体と前記集電体との間に配置され、前記電極体及び前記集電体と接合される接合体と、
   前記電極体と前記集電体との間に配置された絶縁部材とを備え、
   前記接合体は、
   前記絶縁部材と当接し、前記絶縁部材を貫通する貫通部と、
   前記絶縁部材の前記電極体側に配置され、前記電極体と接合された電極体側接合部と、
   前記絶縁部材の前記集電体側に配置され、前記集電体と接合された集電体側接合部とを備え、
   前記貫通部は、前記電極体側接合部と前記集電体側接合部とを接続し、
   前記電極体と前記接合体との接合は、抵抗溶接であり、
   前記接合体と前記絶縁部材とは、かしめにより接合されている
   蓄電素子。
9. 正極、負極及びセパレータが積層されて形成される電極体と、電極端子と、当該電極端子及び前記電極体を電気的に接続する集電体とを備えた蓄電素子の製造方法であって、
   第１接合部と第２接合部とを接続する接続部を、絶縁部材と当接するように、当該絶縁部材に貫通させ、前記第１接合部と前記第２接合部とで前記絶縁部材を挟み込み、
   前記電極体、前記第１接合部、前記接続部、前記第２接合部、及び前記集電体を、抵抗溶接により接合する
   蓄電素子の製造方法。

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