以下、本発明の実施形態における電池について、図面を参照しながら説明する。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、以下で説明する各実施の形態は、本発明の一具体例を示すものである。以下の各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および接続形態、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、以下の各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)
まず、実施の形態1における蓄電素子10の構成概要について説明する。
図1は、実施の形態1における蓄電素子10の外観を示す斜視図である。
図2は、実施の形態1における蓄電素子10の容器100の本体111を分離して蓄電素子10が備える各構成要素を示す斜視図である。
図3は、実施の形態1における蓄電素子10を分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。なお、図3は、容器100の本体111を省略して図示している。
図4は、実施の形態1における電極体140の構成を示す斜視図である。
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。例えば、蓄電素子10は、高レートサイクルの充放電を行うようなハイブリッド電気自動車(HEV)などに適用される。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。
これらの図に示すように、蓄電素子10は、容器100と、負極端子200と、正極端子300とを備えている。また、容器100内方には、負極側の集電体120と、正極側の集電体130と、電極体140とが収容されている。
なお、蓄電素子10の容器100の内部には電解液(非水電解質)などの液体が封入されているが、当該液体の図示は省略する。容器100に封入される電解液としては、蓄電素子10の性能を損なうものでなければその種類に特に制限はなく様々なものを選択することができる。
容器100は、矩形筒状で底を備える本体111と、本体111の開口を閉塞する板状部材である蓋体110とで構成されている。また、容器100は、電極体140等を内部に収容後、蓋体110と本体111とが溶接等されることにより、内部を密封することができるものとなっている。なお、蓋体110および本体111の材質は、特に限定されないが、例えばステンレス鋼など溶接可能な金属であるのが好ましい。
電極体140は、図4に示すように、正極146と、セパレータ148aと、負極147と、セパレータ148bとがこの順に積層され、かつ、断面が長円形状になるように巻回されることで形成されている。つまり、本実施の形態では、極板(正極146および負極147)が積層されることで形成された電極体として、巻回型の電極体140が、蓄電素子10に備えられている。
正極146は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などからなる長尺帯状の金属箔の表面に、正極活物質を含む合剤層が形成されたものである。負極147は、銅または銅合金などからなる長尺帯状の金属箔の表面に、負極活物質層を含む合剤層が形成されたものである。セパレータ148a、148bは、例えば樹脂からなる微多孔性のシートである。
なお、正極活物質層に用いられる正極活物質、または負極活物質層に用いられる負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質または負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。
このように構成された電極体140において、より具体的には、正極146と負極147とは、セパレータ148a、148bを介し、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。
そして、正極146および負極147は、それぞれのずらされた方向の端縁部に、活物質が塗工されていない部分(未塗工部)を有し、未塗工部が積層されることで集束部が形成されている。
具体的には、負極147は、巻回軸方向の一端に、未塗工部147aが積層された集束部141、142を有している。また、正極146は、巻回軸方向の他端に、未塗工部146aが積層された集束部143、144を有している。
なお、巻回軸方向は、極板である正極146および負極147のそれぞれの積層方向に交差(本実施の形態では直交)する第一方向と平行な方向であり、第一方向は本実施の形態におけるX軸方向と平行である。
また、集束部141および集束部142のそれぞれは、1枚の負極147の一部であり、集束部141および集束部142を一括して1つの集束部として扱うことも可能である。正極146の集束部143および集束部144も同じく1つの集束部として扱うことも可能である。
しかし、本実施の形態では、例えば図2および図3に示すように、電極体140の負極147側の端部の集束部は、集電体120の2本の脚部(122、123)のそれぞれに対応する、2つの部分(集束部141、142)に分けて扱われる。また、電極体140の正極146側の端部の集束部は、集電体130の2本の脚部(132、133)のそれぞれに対応する、2つの部分(集束部143、144)に分けて扱われる。
電極体140の端部の集束部を一括して集電体に接合する態様については、例えば図9を用いて後述する。
負極端子200は、電極体140の負極147に電気的に接続された電極端子であり、正極端子300は、電極体140の正極146に電気的に接続された電極端子である。
負極端子200および正極端子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3に示すように、負極端子200は、突出部210が、蓋体110の貫通孔110aと、集電体120の端子接続部121に形成された貫通孔121aとに挿入されて、かしめられることにより、集電体120とともに蓋体110に固定される。
また同様に、正極端子300は、突出部310が、蓋体110の貫通孔110bと、集電体130の端子接続部131に形成された貫通孔131aとに挿入されて、かしめられることにより、集電体130とともに蓋体110に固定される。
なお、負極端子200および正極端子300と蓋体110との間にはパッキン等も配置されているが、それらの図示は省略されている。
集電体120は、電極体140の負極147と容器100の本体111の側壁との間に配置され、負極端子200と電極体140の負極147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。集電体120は、電極体140の負極基材箔と同様、銅または銅合金などで形成されている。
集電体130は、電極体140の正極146と容器100の本体111の側壁との間に配置され、正極端子300と電極体140の正極146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、集電体130は、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などで形成されている。
集電体120は、電極体140の集束部141および142を両側から挟むように配置された脚部122および123を有する。脚部122および123は、集電体120が有する端子接続部121の端部から延設された長尺状の部分である。脚部122は、集束部141と接合され、脚部123は、集束部142と接合される。これにより、集電体120は、電極体140の負極147に電気的に接続される。
集電体130は、電極体140の集束部143および144を両側から挟むように配置された脚部122および123を有する。脚部132および133は、集電体130が有する端子接続部131の端部から延設された長尺状の部分である。脚部132は、集束部143と接合され、脚部133は、集束部144と接合される。これにより、集電体130は、電極体140の正極146に電気的に接続される。
本実施の形態では、集電体120および130は、電極体140と、超音波溶接によって接合される。また、この接合には補助部材150が用いられる。補助部材150は、集電体(120、130)と電極体140との接合時に、振動または衝撃等によって集束部(141〜144)が損傷しないように、または、集電体(120、130)と電極体140との接合力を向上させるために補助的に用いられる金属部材である。
つまり補助部材150は、一般に「当て板」と呼ばれる部材としての機能を有している。補助部材150により、電極体140の集束部(141〜144)の保護と、溶接による接合の信頼性の向上とが図られている。
以下、図5A〜図5C、および図6を用いて補助部材150についてより詳細に説明する。
なお、本実施の形態では、負極147側の部材(集電体120および補助部材150等)と、正極146側の部材(集電体130および補助部材150等)の形状および取り付け構造等は、実質的に同一である。そのため、以下では、主として、負極147側の部材に関する事項について説明し、正極146側の部材に関する事項についてはその説明を適宜省略する。
図5Aは、実施の形態1における補助部材150の外観を示す斜視図である。
図5Bは、実施の形態1における補助部材150の正面図であり、図5Cは、実施の形態1における補助部材150の側面図である。
なお、図5Bおよび図5Cにおける「正面図」および「側面図」は、補助部材150が電極体140に対して取り付けられた場合の姿勢を基準にしている。具体的には、「正面図」は、補助部材150を。電極体140の巻回軸方向(第一方向)から見た場合の図である。「側面図」は、補助部材150を、集束部141および142の並び方向(Y軸方向)から見た場合の図である。
図5A〜図5Cに示すように、補助部材150は、第一板部151および第二板部152、並びに、第一方向に平行な面を含み、第一板部151と第二板部152とを接続する接続部153を有する。
第一板部151および第二板部152は、少なくとも一方が、電極体140の第一方向の端部の集束部と接合される。本実施の形態では、第一板部151は、電極体140の集束部141と接合され、第二板部152は、電極体140の集束部142と接合される。
第一板部151および第二板部152は、ほぼ平板状であり、例えば図5Cに示されるように、電極体140と接合される部分である接合部159を有している。
このような構成を有する補助部材150は、電極体140と集電体120との接合に用いられる。具体的には、集電体120の脚部122と第一板部151との間に集束部141が挟まれた状態で、接合部159が加圧され、かつ、超音波による振動が与えられる。これにより、脚部122および第一板部151は、集束部141に接合される。また、集束部142についても同様の手法(超音波溶接)でおよび脚部123および第二板部152が接合される。
なお、集束部141に対する集電体120および補助部材150の接合の手法は、超音波溶接には限定されず、抵抗溶接等の他の種類の溶接でもよく、または、クリンチ接合等の機械的な接合の手法が用いられてもよい。
接続部153は、本実施の形態では、第一板部151および第二板部152それぞれの、積層方向および第一方向と交差する第二方向(本実施の形態ではZ軸方向)の一端を接続する。
つまり、長尺状の第一板部151および第二板部152それぞれの長手方向の端部が、接続部153によって接続されている。そのため、第一板部151および第二板部152のほぼ全域を、電極体140の集束部141および142との接合のための領域として有効に用いることができる。
また、接続部153は、第一方向から見た場合において湾曲または屈曲した部分である曲げ部153aを有する。本実施の形態では、接続部153は、第一板部151および第二板部152それぞれの接合部159から遠ざかる向き(本実施の形態ではZ軸マイナス側)に突出するように湾曲した1つの曲げ部153aを有している。
なお、本実施の形態では、補助部材150は、長尺状の金属板が、長手方向の少なくとも一ヶ所で折り曲げられることで第一板部151、第二板部152、および接続部153が一体に形成されている。つまり、補助部材150は、1枚の金属板に対する折り曲げ等の加工によって容易に作製することができる。
また、電極体140の負極147側に取り付けられる補助部材150の素材としては、例えば、負極147と同じ素材である銅、または、銅合金が採用される。また、電極体140の正極146側に取り付けられる補助部材150の素材としては、例えば、正極146と同じ素材であるアルミニウム、または、アルミニウム合金が採用される。
上記構成を有する補助部材150は、補助部材150が備える弾性力によって、電極体140に安定的に取り付けられる。つまり、補助部材150は、自身が有する弾性力により、電極体140に仮止めされ、その状態で、電極体140と集電体120との接合作業(超音波溶接等)が行われる。
図6は、実施の形態1における補助部材150の電極体140への取り付け手順の一例を示す図である。
なお、図6において、電極体140については、手前側(X軸プラス側)の集束部141および142の端面の形状が図示されており、当該端面よりも奥側の部分の図示は省略されている。このことは、後述する図7〜図10、図16B、および図18における電極体(140、240)についても同じである。
補助部材150が電極体140に取り付けられる場合、まず、図6の(a)および(b)に示すように、補助部材150は、第一板部151と第二板部152とが近づくように、Y軸方向の幅が縮められる。
補助部材150は、例えば厚みが1mm以下の金属板により形成された部品であり、第一板部151および第二板部152が内側に押されることで弾性変形し、これにより、補助部材150のY軸方向の幅が縮められる。
その状態で、補助部材150は、図6の(c)に示すように、電極体140の、積層方向に離れて配置された集束部141および142の間に挿入される。
ここで、補助部材150の接続部153は、第一板部151および第二板部152それぞれの接合部159から遠ざかる向きに突出する曲げ部153aを有している。つまり、補助部材150は、第一方向(X軸方向)から見た場合において先細りの形状に形成されている。そのため、補助部材150を集束部141および142の間に挿入し易い。また、この挿入の際に、補助部材150が集束部141または142を損傷するような事態の発生が抑制される。
このようにして集束部141および142の間に配置された補助部材150には、弾性による復元力が生じる。
具体的には、接続部153は、第一板部151および第二板部152の少なくとも一方を集束部の方向に付勢する。本実施の形態では、接続部153の弾性力(復元力)によって、第一板部151および第二板部152のそれぞれが外側の集束部に付勢される。
つまり、第一板部151は集束部141に押し当てられ、第二板部152は集束部142に押し当てられた状態となる。これにより、補助部材150は、電極体140に対して安定的に取り付けられる。すなわち、補助部材150は、仮止め用の部品等を用いることなく、自身の弾性力によって電極体140に仮止めされ、例えば、補助部材150が電極体140に接合されるまでの間における補助部材150の脱落が抑制される。
また、補助部材150の電極体140に対する位置ずれも抑制されるため、補助部材150の、電極体140の集束部141および142に対する位置および姿勢の精度を向上させることができる。
さらに、補助部材150は、2つの集束部(141、142)に対応する2枚の当て板(第一板部151、第二板部152)を有する1つの部品として扱える。そのため、蓄電素子10の製造効率の向上、部品点数の削減、または部品管理の容易化等の効果を得ることも可能である。
なお、接続部153の形状、素材、または寸法等を変更することで、第一板部151および第二板部152を外側に付勢する付勢力を調整することも可能である。そのため、例えば、電極体140への取り付けが容易で、かつ、脱落し難い補助部材150を、電極体140の構造または寸法等に応じて作製することができる。
補助部材150が仮止めされた電極体140には、図6の(d)に示すように、集電体120が配置される。つまり、集電体120の脚部122と第一板部151との間に集束部141が挟まれ、集電体120の脚部123と第二板部152との間に集束部142が挟まれた状態となる。
なお、電極体140に対して集電体120を配置した後に、補助部材150が電極体140に取り付けられてもよい。
その後、上述のように、超音波溶接等の接合作業が行われ、その結果、第一板部151および脚部122は集束部141に接合され、第二板部152および脚部123は集束部142に接合される。
この接合作業では、集束部141および142に対しては、補助部材150を介して圧力および振動が加えられるため、集束部141および142は、補助部材150によって振動等から保護される。
また、第一板部151は集束部141の方向に付勢され、第二板部152は集束部142の方向の付勢されるため、未塗工部147aが積層されることで形成された集束部141および142のそれぞれを積層方向にまとめる役割を果たすこともできる。
なお、図6の(c)および(d)では、接続部153の先端が、電極体140の内周面から離れている。しかし、接続部153の先端を当該内周面にさせることで、例えば、補助部材150のZ軸方向の位置決めが行われてもよい。
以上の手順を含む各種の工程を経て製造される蓄電素子10は、以下の構成を有する。すなわち、電極体140は、積層方向に離れて配置された2つの集束部(141、142)を有し、集電体120は、2つの集束部(141、142)を積層方向の両側から挟むように配置された2つの脚部(122、123)を有する。
補助部材150は2つの集束部(141、142)の間に配置され、第一板部151および第二板部152それぞれの外側面が集束部と接合される。具体的には、第一板部151の外側面が集束部141と接合され、第二板部152の外側面が集束部142と接合される。
このように、本実施の形態では、補助部材150は、1つの電極体140の未塗工部147aの集まりが積層方向に分割されることで形成された2つの集束部(141、142)の間に挟まれた状態で、電極体140に対して安定的に配置される。つまり、蓄電素子10の製造時における補助部材150の位置の安定化を簡素な構成で実現することができ、これにより、蓄電素子10の製造効率を向上させることができる。
ここで、本実施の形態の補助部材150は、例えば図6の(a)に示すように、自然状態(外力により変形されていない状態)において、第一板部151および第二板部152が、接続部153とは反対側の端部に近づくほど互いの距離が遠くなる非平行な形状である。また、補助部材150を、集束部141および142の間に挿入可能な程度に幅を縮めた場合に、第一板部151と第二板部152とが略平行(完全な平行も含む、以下同じ)となる。
つまり、補助部材150は、略平行に配置された集束部141および142のそれぞれに対して、第一板部151または第二板部152が密着するように形成されており、かつ、自身の弾性力によって移動が抑制される。
そのため、補助部材150を用いた集電体120と電極体140との接合が精度よく行われ、このことは、蓄電素子10の品質の向上に寄与する。
ここで、補助部材150が有する接続部153は、第一方向(X軸方向)に平行な面を含み、第一板部151と第二板部152とを接続している。別の表現をすると、接続部153は、第一板部151と第二板部152とをX軸方向に平行な軸回りの方向に接続している。
接続部153は、このような態様で第一板部151と第二板部152とを接続していることで、例えば、第一板部151と第二板部152とをX軸方向に直交する面で接続する場合と比較すると、電極体140との密着度を向上させやすい等の利点を有する。
例えば、補助部材が、長尺状の第一板部および第二板部それぞれの長辺を接続する接続部であって、YZ平面に平行な面を有する接続部を有する場合を想定する。
この場合、第一板部および第二板部のX軸方向に平行な軸回りの変形が、接続部によって規制される。そのため、例えば、第一板部または第二板部が集束部に密着し難い場合が生じ得る。
また、予め、第一板部および第二板部の集束部に対する密着度を向上させるように接続部の形状を決定することも可能であるが、この場合、補助部材が特定の種類の電極体の専用部品となり、汎用性を失う可能性がある。
一方、本実施の形態における補助部材150では、第一板部151および第二板部152は、第一方向(X軸方向)に平行な面を有する接続153によって接続されており、X軸回りに傾くことまたは変形することが容易である。そのため、第一板部151および第二板部152のそれぞれを、集束部との密着度が高い状態で、集束部に接合することが可能である。
このような観点からも、補助部材150が、第一板部151と第二板部152とを接続する接続部153であって、第一方向(X軸方向)に平行な面を含む接続部153を備えることは有用である。
なお、本実施の形態では、接続部153は、全体がX軸方向に平行であるが、接続部153の全体がX軸方向に平行である必要はなく、接続部153の一部が、X軸方向に対して傾いていてもよい。例えば、接続部153の一部をY軸回りに湾曲させることで、接続部の弾性率(弾性係数)を向上させてもよい。
また、蓄電素子10は、補助部材150を、図1〜図6に示される態様とは異なる態様で備えることも可能である。また、補助部材150の形状についても、図5A〜図5C等に示される形状に限定されない。そこで、以下に、補助部材150に関する各種の変形例を、上記実施の形態1との差分を中心に説明する。
(実施の形態1の変形例1)
図7は、実施の形態1の変形例1における補助部材150の配置態様を示す図である。
なお、図7では、容器100等の図示は省略されており、主として当該変形例における特徴的な構成が図示されている。このことは、後述する図8〜図15についても同じである。
図7に示す蓄電素子10では、補助部材150が、集電体120の端子接続部121の側に接続部153が向く姿勢で、電極体140に取り付けられている。つまり、上記実施の形態1における補助部材150(例えば、図6の(d)参照)とは上下が逆となる姿勢で、電極体140に取り付けられている。
この場合であっても、接続部153の復元力により、第一板部151は集束部141の方向に付勢され、第二板部152は集束部142の方向に付勢される。そのため、例えば蓄電素子10の製造時における補助部材150の位置の安定化を、簡素な構成で実現することができ、これにより、蓄電素子10を効率よく製造することができる。
(実施の形態1の変形例2)
図8は、実施の形態1の変形例2における補助部材150の配置態様を示す図である。
図8に示す蓄電素子10は、4本の脚部(221〜224)を有する集電体220と、脚部221および222に挟まれて配置された電極体140と、脚部223および224に挟まれて配置された電極体140とを備える。また、2つの電極体140のそれぞれに対し、補助部材150が取り付けられている。
このように、1つの集電体220が、複数の電極体140それぞれの集束部を挟む構造を有する場合であっても、複数の電極体140のそれぞれに補助部材150を取り付けることができる。また、複数の補助部材150のそれぞれは、上記実施の形態1で説明したように、自身が有する弾性力により取り付け対象の電極体140に仮止めされる。
そのため、例えば蓄電素子10の製造時において、複数の電極体140各々における補助部材150の位置の安定化を、簡素な構成で実現することができ、これにより、蓄電素子10を効率よく製造することができる。
(実施の形態1の変形例3)
図9は、実施の形態1の変形例3における補助部材150の配置態様を示す図である。
図9に示す蓄電素子10は、2本の脚部(321、322)を有する集電体320と、脚部321に接合される電極体140と、脚部322に接合される電極体140とを備える。また、2つの電極体140に挟まれた状態で補助部材150が取り付けられている。
ここで、本変形例における電極体140は、上記実施の形態1に係る電極体140とは異なり、端部の未塗工部の集まりが1つの束にまとめられ、これにより、1つの集束部145が形成されている。
また、積層方向に離れて配置された2つの集束部145に対し、積層方向の両側から挟むように、集電体320の脚部321および322が配置されている。補助部材150は、第一板部151および第二板部152それぞれの外側面が集束部145と接合されている。
このように、1つの集電体320が有する2つの脚部(321、322)のそれぞれに接合される集束部145は、互いに別体である2つの電極体140に備えられていてもよい。
この場合であっても、例えば図9に示すように、これら2つの集束部145の間に補助部材150を配置することができる。なお、この場合、例えば、2つの電極体140の間の、巻回軸方向の中央部分に絶縁性のスペーサ(図示せず)を挟んだ状態で、2つの電極体140を絶縁シート等で結束する。これにより、2つの電極体140を1つの構造物として扱うことができ、2つの集束部145に補助部材150を挟持させるように、補助部材150を配置することができる。
このように、2つの電極体140それぞれの集束部145の間に補助部材150を配置した場合であっても、補助部材150は、上記実施の形態1で説明したように、自身が有する弾性力により取り付け対象の2つの電極体140に仮止めされる。
そのため、例えば蓄電素子10の製造時における2つの電極体140に対する補助部材150の位置の安定化を、簡素な構成で実現することができ、これにより、蓄電素子10の製造効率を向上させることができる。
(実施の形態1の変形例4)
図10は、実施の形態1の変形例4における補助部材150の配置態様を示す図である。
図10に示す蓄電素子10は、電極体240と、集電体120と、補助部材150とを備える。本変形例に係る電極体240は、上記実施の形態1に係る電極体140とは異なり、平板状の2種の極板(正極および負極)がセパレータを挟んで交互に積層された構造を有する積層型の電極体である。
電極体240は、積層方向に離れて配置された2つの集束部(241、242)を有する。具体的には、電極体240の端部の未塗工部の集まりが積層方向に2つに分割されることで、2つの集束部(241、242)が形成されている。
集電体120は、2つの集束部(241、242)を積層方向の両側から挟むように配置された2つの脚部(151、152)を有する。
補助部材150は、2つの集束部(241、242)の間に配置され、第一板部151および第二板部152それぞれの外側面が集束部と接合される。具体的には、第一板部151の外側面が集束部241と接合され、第二板部152の外側面が集束部242と接合される。
このように、集電体120が積層型の電極体240と接合される場合であっても、補助部材150は、例えば図10に示す態様で、集束部241および242の間に配置され、接合時における振動等から集束部241および242を保護することができる。
また、補助部材150は、上記実施の形態1で説明したように、自身が有する弾性力により電極体240に仮止めされる。そのため、蓄電素子10の製造時における電極体240に対する補助部材150の位置の安定化を、簡素な構成で実現することがきる。これにより、蓄電素子10を効率よく製造することができる。
なお、集電体120の脚部122および123のそれぞれに、互いに別体の電極体240が接合されてもよい。つまり、図10において、集束部241と集束部242とは、互いに別体である2つの電極体240が有する集束部であってもよい。
(実施の形態1の変形例5)
図11Aは、実施の形態1の変形例5における補助部材150aの外観を示す斜視図である。
図11Bは、実施の形態1の変形例5における補助部材150aの側面図である。
本変形例における補助部材150aは、第一板部151、第二板部152、および、第一方向(X軸方向)に平行な面を含む接続部153を有し、実施の形態1における補助部材150と同じく、自身が有する弾性力により電極体140に仮止めされる。そのため、上述のように、蓄電素子10を効率よく製造することができるという効果が奏される。
本変形例における補助部材150aはさらに、補助部材150aの、接続部153側の端部が、先端に近づくほど第一方向(X軸方向)の幅が狭くなるように形成されている点に特徴を有する。
具体的には、図11Aおよび図11Bに示すように、接続部153は、X軸方向の幅がW1からW2(W1>W2)に変化するテーパ部154を有している。
つまり、補助部材150aは、電極体140の湾曲部(例えば図6の(c)において、Z軸プラス側およびマイナス側の、極板がターンしている部分)に近い端部が、積層方向(Y軸方向)から見た場合に先細りの形状である。これにより、巻回型の電極体140に対し、補助部材150aをより安定的に取り付けることができる。
巻回型の電極体140においては、積層方向に対向する2つの集束部(141、142)の間の距離は、湾曲部付近では、湾曲部に近づくに従って狭くなる。また、本実施の形態では、集電体120が電極体140の外周側に配置され、2つの集束部(141、142)のそれぞれは、集電体120側に寄せ集められるため、積層方向に対向する2つの集束部(141、142)の間の距離は、巻回軸方向においては、活物質層に近づくに従って狭くなる。
そのため、上述のように端部が先細り形状の補助部材150aを、2つの集束部(141、142)の間に挿入した場合、電極体140の内周面が、補助部材150aの当該端部を押し出すように作用することが抑制される。
従って、補助部材150aは、巻回型の電極体140に無理なく取り付けることができ、かつ、自身が有する弾性力により、電極体140に対する位置ずれが抑制される。このように、本変形例における補助部材150aは、巻回型の電極体140に適した形状を有することで、電極体140に対してより安定的に取り付けることができる。
(実施の形態1の変形例6)
図12は、実施の形態1の変形例6における補助部材150bの外観を示す斜視図である。
本変形例における補助部材150bは、第一板部151、第二板部152、および、第一方向(X軸方向)に平行な面を含む接続部153を有し、実施の形態1における補助部材150と同じく、自身が有する弾性力により電極体140に仮止めされる。そのため、上述のように、蓄電素子10を効率よく製造することができるという効果が奏される。
本変形例における補助部材150bはさらに、集束部(141または142)、および、集電体120の少なくとも一方に係止されることで、補助部材150の、電極体140の中央部に向かう方向への移動を規制する係止片部155を有する。本変形例では、図12に示すように、第一板部151および第二板部152のそれぞれに、2つの係止片部155が設けられている。
つまり、補助部材150bを電極体140の最内周に挿入した場合、補助部材150bが有する少なくとも1つの係止片部155が、集束部(141または142)、および、集電体120の少なくとも一方に当接する。これにより、補助部材150bの電極体140の内方への移動が規制される。
従って、例えば蓄電素子10の製造時において、補助部材150bの巻回軸方向における位置規制がより確実化される。また、補助部材150bが電極体140の中央向きに移動することよる、電極体140の損傷の発生が抑制される。
なお、補助部材150bが有する係止片部155のそれぞれを、集束部、または、集束部および脚部を抱持するように折り曲げてもよい。例えば、第一板部151に設けられた2つの係止片部155のそれぞれを、集束部141および脚部122(例えば、図6の(d)参照)を抱持するように折り曲げてもよい。
これにより、例えば、補助部材150bが電極体140に接合されるまでの間における補助部材150bの脱落がより確実に抑制される。また、超音波溶接等の接合作業時における補助部材150bの位置ずれがより確実に抑制される。
(実施の形態1の変形例7)
図13は、実施の形態1の変形例7における補助部材150cの外観を示す斜視図である。
本変形例における補助部材150cは、第一板部151、第二板部152、および、第一方向(X軸方向)に平行な面を含む接続部153を有し、実施の形態1における補助部材150と同じく、自身が有する弾性力により電極体140に仮止めされる。そのため、上述のように、蓄電素子10を効率よく製造することができるという効果が奏される。
本変形例における補助部材150cはさらに、接続部153が、複数の曲げ部を有する点に特徴を有する。
具体的には、本変形例における接続部153は、接合部159(図5C参照)とは反対側に突出するように湾曲した2つの曲げ部153aと、2つの曲げ部153aの間に形成された、接合部159側に突出するように湾曲した1つの曲げ部153bとを有する。その結果、接続部153は、X軸方向から見た場合に、例えばW字形状と呼ばれる形状を有している。
このように、接続部153が複数の曲げ部(153a、153b)を有することで、例えば接続部153の弾性率(弾性係数)を向上させることができ、これより、第一板部151および第二板部152を外側に付勢する付勢力を増加させることができる。その結果、例えば補助部材150cの電極体140に対する仮止めがより確実に行われる。
このように、蓄電素子10に備えられる補助部材の第一方向(X軸方向)から見た場合の全体的な形状は、例えば図5Bに示される形状に限定されず、各種の形状を採用することができる。そこで、以下に、蓄電素子10に配置可能な補助部材の各種の形状例を、他の変形例として図14および図15を用いて説明する。
(実施の形態1の他の変形例)
図14は、蓄電素子10に配置可能な補助部材の各種の形状例を示す第1の図であり、図15は、蓄電素子10に配置可能な補助部材の各種の形状例を示す第2の図である。
なお、図14および図15では、補助部材150d〜150kのそれぞれの、第一方向(X軸方向)から見た場合の、自然状態の形状と、電極体140への取り付けの際の形状(幅を縮めた形状)とが図示されている。
図14および図15に示される補助部材150d〜150kのそれぞれは、いずれも、第一方向(X軸方向)に平行な面を含み、第一板部151と第二板部152とを接続する接続部153を有している。そのため、補助部材150d〜150kのそれぞれは、実施の形態1における補助部材150と同じく、自身が有する弾性力により電極体140に仮止めされる。これにより、蓄電素子10を効率よく製造することができるという効果が奏される。
以下、図14および図15を参照しながら、補助部材150d〜150kそれぞれの特徴について説明する。
図14の(a)に示す補助部材150dは、接続部153が有する曲げ部153aが屈曲形状である点に特徴を有する。つまり、上記実施の形態1における曲げ部153a(例えば図5B参照)の湾曲形状と比較すると、補助部材150dの曲げ部153aは、急峻に曲げられた屈曲形状である。なお、湾曲形状は例えばU字状と表現してもよく、屈曲形状は例えばV字状と表現してもよい。
このように、接続部153が有する曲げ部153aが屈曲形状であることにより、曲げ部153aの先端が、電極体140の内周面に接触する場合に、当該先端と当該内周面との接触面積が比較的に小さくなる。
つまり、例えば、曲げ部153aの先端を電極体140の内周面に当接させることで、補助部材150dのZ軸方向の位置決めを行う場合、曲げ部153aと電極体140の内周面とが干渉することによる電極体140の損傷の可能性を低減させることができる。
図14の(b)に示す補助部材150eは、接続部153が平板状である点に特徴を有する。つまり、接続部153は、湾曲または屈曲している必要はなく、全体として平板状の形状であってもよい。
この場合、例えば、接続部153を、接合部159(図5C参照)とは反対側に突出させないことで、補助部材150eのZ軸方向の全長を抑えることができる。また、接続部153を、接合部159の側に突出させないことで、第一板部151および第二板部152と電極体140との接合作業が行いやすくなる。
図14の(c)に示す補助部材150fは、接続部153が、第一板部151および第二板部152それぞれの長手方向の途中の位置を接続している点に特徴を有する。これにより、例えば、補助部材150fのZ軸方向の全長を抑えつつ、接続部153の復元力の作用点を第一板部151および第二板部152の長手方向の途中に位置させることができる。これにより、例えば、第一板部151および第二板部152のそれぞれを、長手方向についてバランスよく外側に付勢することができる。
このように、接続部153は、第一板部151および第二板部152それぞれの第二方向(Z軸方向)の一端を接続する必要はない。
なお、このような形状の補助部材150fは、第一板部151および第二板部152を、第一板部151および第二板部152とは別体の板材(接続部153)で接続することで作製される。つまり、第一板部151、第二板部152、および接続部153は一体に形成されていなくてもよい。
また、第一板部151および第二板部152と、接続部153との接続の手法としては、溶接、接着または圧着(かしめ)など、各種の手法が採用し得る。
接続部153が、第一板部151および第二板部152とは別体である場合、例えば樹脂または炭素繊維等の非金属部材を、接続部153として採用することも可能である。
なお、補助部材150fの接続部153は、Z軸マイナス側に突出した曲げ部153aを有している。しかし、接続部153が、第一板部151および第二板部152それぞれの長手方向の途中の位置を接続している場合、図14の(d)に示す補助部材150gのように、接続部153はZプラス側に突出した曲げ部153bを有してもよい。
図15の(a)に示す補助部材150hは、第一板部151および第二板部152それぞれのZ軸方向の両端が接続部153によって接続されている点に特徴を有する。
つまり、補助部材150hは環状の部材であってもよい。これにより、第一板部151および第二板部152は、2つの接続部153によって外側に付勢されるため、例えば、第一板部151および第二板部152の外側への付勢力を増加させることができる。
なお、このような形状の補助部材150hは、例えば、長尺状の金属板の形状を環状に整え、長手方向の両端を溶接、接着または圧着(かしめ)などの手法によって接合することで作製することができる。
また、図15の(b)に示す補助部材150iのように、2つの接続部153のそれぞれは、複数の曲げ部を有してもよい。
図15の(b)に示す補助部材150iでは、2つの接続部153のそれぞれは、2つの曲げ部153aと、2つの曲げ部153aの間に形成され1つの曲げ部153bとを有する。より詳細には、曲げ部153aは、接合部159(図5C参照)とは反対側(外側)に突出するように形成されており、曲げ部153bは接合部159の側(内側)に突出するように形成されている。
このように、補助部材150iが有する複数の接続部153のそれぞれが、複数の曲げ部を有することで、例えば、第一板部151および第二板部152の外側への付勢力をより増加させることができる。
図15の(c)に示す補助部材150jは、第一板部151および第二板部152それぞれの、長手方向(Z軸方向)のほぼ中央部分を接続する接続部153を有している。つまり、補助部材150jは、全体としてH型の形状を有している。
この場合、第一板部151および第二板部152のZ軸方向の中央部分を除いた領域を接合部159とすることで、補助部材150jと電極体140とを溶接等によって接合することができる。
例えば、図15の(c)において、第一板部151の接続部153より上の部分および接続部153より下の部分を電極体140と接合し、第二板部152の接続部153より上の部分および接続部153より下の部分を電極体140と接合してもよい。
なお、補助部材150jは、上述の補助部材150fおよび150gと同じく、第一板部151および第二板部152を、第一板部151および第二板部152とは別体の板材(接続部153)で接続することで作製される。そのため、例えば樹脂または炭素繊維等の非金属部材を、接続部153として採用することも可能である。
図15の(d)に示す補助部材150kは、第一板部151のZ軸プラス側の端部と、第二板部152のZ軸マイナス側の端部とを接続する接続部153を有している。つまり、補助部材150kは、全体としてN型の形状を有している。
この場合、接続部153を避けながら、第一板部151および第二板部152それぞれの接合部159(図5C参照)と、電極体140とを溶接等によって接合することは可能である。
以上、図11A〜図15を用いて、各種形状の補助部材150a〜150kの特徴について説明したが、これら特徴を組み合わせることも可能である。例えば、図14の(a)に示す補助部材150dの接続部153が、屈曲形状の曲げ部153aを複数有してもよい。また、例えば、図15の(c)に示す、全体としてH型の補助部材150jが、複数の曲げ部を有する波型の接続部153を有してもよい。
また、補助部材150a〜150kのそれぞれは、図7〜図10に示される、実施の形態1の変形例1〜4における蓄電素子10に備えられてもよい。
(実施の形態2)
上記実施の形態1では、補助部材150が有する第一板部151および第二板部152の両方が電極体140と接合されるとした。しかしながら、補助部材150が有する第一板部151および第二板部152の一方のみが電極体140に接続されてもよい。
そこで、実施の形態2として、第一板部151および第二板部152の一方のみが電極体140に接続される補助部材150を備える蓄電素子11について、上記実施の形態1における蓄電素子10との差分を中心に説明する。
図16Aは、実施の形態2における集電体420、補助部材150およびスペーサ450の外観を示す斜視図である。
図16Bは、実施の形態2における補助部材150の配置態様を示す図である。なお、図16Bでは、容器100等の図示は省略されており、主として当該実施の形態における特徴的な構成が図示されている。このことは、後述する実施の形態3における図18の(b)についても同じである。
図16Aおよび図16Bに示すように、実施の形態2における蓄電素子11は、電極体140と、集電体420と、補助部材150とを備える。
集電体420および補助部材150は、電極体140の第一方向(X軸方向)の端部の集束部145と接合されている。
具体的には、集電体420は、電極体140と接続される脚部422を一つのみ有する。また、電極体140は、上記実施の形態1の変形例3における電極体140と同じく、端部の未塗工部の集まり1つの束にまとめられ、これにより、1つの集束部145が形成されている。
このような構成において、補助部材150の第二板部152と集電体420の脚部422との間に集束部145が挟まれた状態で、第二板部152および脚部422が、例えば超音波溶接によって集束部145と接合される。
この接合作業の前に、補助部材150は、集束部145とスペーサ450との間に挟まれた状態で配置される。
具体的には、第一板部151は、第一板部151を挟んで集束部145とは反対側に少なくとも一部が配置されたスペーサ450に当接し、第二板部152は、集束部145に当接する。
スペーサ450は、本実施の形態では、絶縁性を有する樹脂で形成された部材であり、集電体420および電極体140に対して、図16Bに示す態様で取り付けられる。
スペーサ450は、例えば、集電体420および集束部145と、蓄電素子11の容器100(図示せず)との間に介在することで、集電体420および集束部145の位置を規制する機能を有する。
このように、集束部145とスペーサ450との間に配置された補助部材150は、上記実施の形態1で説明したように、自身が有する弾性力により取り付け対象の電極体140に仮止めされる。
具体的には、第一板部151および第二板部152のそれぞれが外側に付勢される。これにより、第一板部151および第二板部152のいずれか一方(本実施の形態では第二板部152)が集束部145に押し当てられる。また、その状態で、電極体140と集電体420との接合作業(例えば超音波溶接)が行われる。
このように、実施の形態2における蓄電素子11は、製造時における補助部材150の位置の安定化を簡素な構成で実現することができ、これにより、蓄電素子11を効率よく製造することができる。
なお、スペーサ450の形状は、図16Aおよび図16Bに示される形状に限定されず、例えば、第一方向(X軸方向)から見た場合において環状の部材であってもよい。
また、補助部材150の、第一板部151および第二板部152のうちの集束部145に接合されない一方(本実施の形態では第一板部151)の外側面が当接する部材は、スペーサとしての機能(集電体420の位置規制など)を有していなくてもよい。
また、蓄電素子11は、補助部材150に代えて、上記実施の形態1の各変形例における補助部材150a〜150kのいずれかを備えてもよい。
また、蓄電素子11は、巻回型の電極体140に代えて、積層型の電極体240(図10参照)を備えてもよい。
(実施の形態3)
上記実施の形態1および2では、補助部材150が有する第一板部151および第二板部152のそれぞれが外側に付勢されることで、第一板部151および第二板部152の少なくとも一方が集束部に押し当てられるとした。
しかしながら、補助部材150が有する第一板部151および第二板部152のそれぞれが内側に付勢されることで、第一板部151および第二板部152の少なくとも一方が集束部に押し当てられてもよい。
そこで、実施の形態3として、第一板部251および第二板部252のそれぞれが内側に付勢される補助部材250を備える蓄電素子12について、上記実施の形態1における蓄電素子10との差分を中心に説明する。
図17は、実施の形態3における補助部材250の外観を示す斜視図である。
図18は、実施の形態3における補助部材250の電極体240への取り付け手順の一例を示す図である。
図17および図18に示すように、実施の形態3における蓄電素子12は、電極体240と、集電体120と、補助部材250とを備える。
補助部材250は、第一板部251および第二板部252、並びに、第一方向(X軸方向)に平行な面を含み、第一板部251と第二板部252とを接続する接続部253を有する。接続部253は、第一板部251および第二板部252の少なくとも一方を集束部の方向に付勢する。本実施の形態では、接続部253は、第一板部251を集束部241の方向に付勢し、第二板部252を集束部242の方向に付勢する。
電極体240は、積層方向に離れて配置された2つの集束部(241、242)を有する。集電体120は、2つの集束部(241、242)のそれぞれに、積層方向の内側から当接するように配置された、2つの脚部(122、123)を有する。
補助部材250は、2つの集束部(241、242)を積層方向の両側から挟むように配置され、第一板部251および第二板部252それぞれの内側面が集束部と接合される。
具体的には、第一板部251の内側面が集束部241と接合され、第二板部252の内側面が集束部242と接合される。
本実施の形態の補助部材250は、図17および図18の(a)に示すように、自然状態において、第一板部251および第二板部252が、接続部253とは反対側の端部に近づくほど互いの距離が狭くなる非平行な状態である。
このような形状を有する補助部材250が電極体240に取り付けられる場合、図18の(a)および(b)に示すように、補助部材250は、第一板部251と第二板部252とが略平行になるように、第一板部251および第二板部252が外側に開かれる。
なお、補助部材250は、補助部材150等と同じく例えば厚みが1mm以下の金属板により形成された部品であり、第一板部251および第二板部252の自由端の距離を離すように力が加えられることで弾性変形する。
このように、補助部材250が弾性変形することで、集束部241および242を挿入可能な程度に第一板部251および第二板部252が開かれた場合、第一板部251と第二板部252とが略平行となる。
つまり、補助部材250は、図18の(b)に示すように略平行に配置された集束部241および242のそれぞれに対して、第一板部251または第二板部252が密着するように形成されており、かつ、自身の弾性力によって移動が抑制される。
このように、本実施の形態における補助部材250は、上記実施の形態1に係る補助部材150と同じく、自身が有する弾性力により取り付け対象の電極体240に仮止めされる。
そのため、例えば蓄電素子12の製造時における電極体240に対する補助部材250の位置の安定化を簡素な構成で実現することができ、これにより、蓄電素子12を効率よく製造することができる。
また、第一板部251は集束部241に密着するように付勢され、第二板部252は集束部242に密着するように付勢される。そのらめ、補助部材250を用いた集電体120と電極体240との接合が精度よく行われる。このことは、蓄電素子12の品質の向上に寄与する。
なお、集電体120の脚部122および123のそれぞれに、互いに別体の電極体240が接合されてもよい。つまり、図18の(b)において、集束部241と集束部242とは、互いに別体の電極体240が有する集束部であってもよい。
また、補助部材250の接続部253は、第一方向(X軸方向)から見た場合において湾曲または屈曲した部分である曲げ部を1以上有してもよい。
また、巻回型の電極体140に対して、補助部材250が取り付けられてもよい。この場合、集電体120の脚部122および123は、集束部141および142の内側の面(巻回軸側の面)と接合可能な形状に形成されていればよい。
以上、本発明の実施の形態における蓄電素子について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態は全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。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
また、上記実施の形態および上記変形例を任意に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。