JP6766136B2 - 蓄電素子 - Google Patents

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Description

本発明は、電極体と電極体を収容する容器とを備える蓄電素子に関する。
従来、電極体と、電極体を収容する容器とを備える蓄電素子において、電極体と容器との間の空間に、当該空間の少なくとも一部を埋めるスペーサ等を配置する構成が知られている。例えば、特許文献１には、発電要素の負極タブを閉塞するように上部絶縁板を粘着テープにより発電要素に固着して配置した密閉型横巻電池が開示されている。
特開２００４−０１４３９５号公報
上記従来の密閉型横巻電池のように、蓄電素子において、電極体の正極または負極のタブが設けられた側に、例えば絶縁性を有するスペーサを配置する場合、正極及び負極よりも蓋板側に突出したシート状のセパレータの端縁の上にスペーサが配置されることになる。また、電極体に当該タブが設けられておらず活物質未塗工部が突出して形成されているような構成においても、当該活物質未塗工部の端縁の上にスペーサが配置されることになる。
つまり、セパレータまたは活物質未塗工部の端縁が並べられることで形成された柔らかい端面の上にスペーサが配置されるため、例えばスペーサの位置を安定させることが困難である。このことは、例えば蓄電素子の品質の向上の観点から好ましくない。
本発明は、上記従来の課題を考慮し、電極体と電極体を収容する容器とを備える蓄電素子であって、品質の高い蓄電素子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、電極体と、前記電極体を収容する容器とを備える蓄電素子であって、前記容器の蓋板、前記電極体のタブ部と電気的に接続された集電体、及び、前記蓋板と前記集電体との間に配置された絶縁部材を有する蓋板構造体と、前記電極体の、前記タブ部が設けられた側と前記蓋板との間に配置され、前記蓋板構造体の一部に係止される係止部を有する第一スペーサとを備える。
この構成によれば、電極体のタブ部が設けられた側と、蓋板との間に第一スペーサが配置される。そのため、例えば、電極体の蓋板側への移動を、第一スペーサによって直接的または間接的に抑制することができる。また、第一スペーサによって、例えば、電極体の正極及び負極の一方と、正極及び負極の他方に接続された、蓋板構造体が有する要素との電気的な絶縁をより確実化することができる。
また、第一スペーサは、蓋板を含む部品群で構成された蓋板構造体の一部に係止される係止部を有している。そのため、第一スペーサ自体が、蓋板構造体に係止されることで位置規制される。これにより、例えば、第一スペーサが正規の位置に配置され、また、その状態が維持される。つまり、複数の蓄電素子を製造した場合において、第一スペーサの位置のばらつきが抑制される。
さらに、第一スペーサの位置が、当該位置を規制するための専用部品を用いることなく規制されるため、例えば蓄電素子を効率よく製造することができる。
このように、本態様の蓄電素子によれば、電極体と電極体を収容する容器とを備える蓄電素子であって、品質の高い蓄電素子が実現される。
また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記蓋板構造体の前記一部及び前記係止部の一方は、前記電極体と前記蓋板との並び方向と交差する方向に突出する突起を有し、前記蓋板構造体の前記一部及び前記係止部の他方は、前記突起が挿入される挿入口を有するとしてもよい。
この構成によれば、第一スペーサ及び蓋板構造体は、一方が有する突起が、他方が有する挿入口に挿入されることで第一スペーサが蓋板構造体に係止される。また、突起の突出方向は、電極体と蓋板との並び方向に交差する方向である。つまり、電極体と蓋板との並び方向が上下方向である場合において、突起が挿入口に対して横から挿入された状態で、第一スペーサの係止部が蓋板構造体に係止される。そのため、例えば、容器内において、上下方向の空間を無駄に消費することなく、第一スペーサの容器内における上下方向の位置規制がなされる。このことは、例えば、容器の容積に占める電極体の割合の増加、すなわち、蓄電素子の容量の増加の観点から有利である。
また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記蓋板構造体の前記一部は、前記絶縁部材に設けられているとしてもよい。
この構成によれば、第一スペーサの係止部を係止する部分が、集電体と蓋板とを絶縁する絶縁部材に設けられる。絶縁部材は例えば樹脂成形によって作製されるため、係止部を係止するための形状の形成が容易である。つまり、第一スペーサの位置規制をするための要素の形状、位置または大きさについての自由度が高くなる。
また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記第一スペーサは、前記タブ部が挿入される開口部を有するとしてもよい。
この構成によれば、第一スペーサは、上面視（蓋板側から電極体を見た場合）において、タブ部が挿入される空間を確保しつつ、タブ部以外の部分を覆うように形成することができる。つまり、第一スペーサを、例えば、電極体の位置規制等をより確実に行う形状及びサイズに形成することができる。
また、本発明の一態様に係る蓄電素子は、さらに、前記電極体の、前記電極体と前記蓋板との並び方向と交差する方向の側面と、前記容器の内面との間に配置された第二スペーサを備え、前記第一スペーサの端部は、前記第二スペーサと前記蓋板構造体との間に挟まれているとしてもよい。
この構成によれば、第二スペーサによって、例えば、電極体の横方向の位置が規制される。さらに、第一スペーサの端部が、第二スペーサと蓋板構造体の間に挟まれるため、第一スペーサの位置規制がより確実化される。
また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記電極体は、電極が巻回されることで形成されており、前記第一スペーサは、前記電極体の、前記タブ部が設けられた側である、前記電極体の、巻回軸方向側に配置されているとしてもよい。
この構成によれば、巻回軸方向に第一スペーサ及び蓋板構造体が存在する姿勢で巻回型の電極体が容器に収容され、第一スペーサは、蓋板構造体に係止された状態で配置される。そのため、例えば、電極とともに巻回されたシート状のセパレータの端縁によって形成された柔らかな端面に依存することなく、第一スペーサを配置することができる。
また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記電極体は、セパレータが前記巻回軸方向側に突出して形成されているとしてもよい。
ここで、セパレータが突出して電極体が形成されている場合には、柔らかいセパレータの端面の上に第一スペーサが配置されることになるため、第一スペーサの位置決めが困難になる。しかし、本発明に係る蓄電素子によれば、このような場合でも、第一スペーサの位置決めを容易にして、蓄電素子を製造することができる。
また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、電極体と、前記電極体を収容する容器とを備える蓄電素子であって、前記容器の蓋板、前記電極体と電気的に接続された集電体、及び、前記蓋板と前記集電体との間に配置された絶縁部材を有する蓋板構造体と、前記電極体と前記蓋板との間に配置され、前記蓋板構造体の一部に係止される係止部を有する第一スペーサとを備えるとしてもよい。
この構成によれば、電極体がタブ部を有していない構成であっても、上述した通り、品質の高い蓄電素子が実現される。
本発明によれば、電極体と電極体を収容する容器とを備える蓄電素子であって、品質の高い蓄電素子を提供することができる。
実施の形態に係る蓄電素子の外観を示す斜視図である。 実施の形態に係る蓄電素子の分解斜視図である。 実施の形態に係る蓋板構造体の分解斜視図である。 実施の形態に係る電極体の構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る正極リード板及びその周辺の構造を示す断面概要図である。 実施の形態に係る蓋板構造体による上部スペーサの係止構造を示す第１の図である。 実施の形態に係る蓋板構造体による上部スペーサの係止構造を示す第２の図である。 実施の形態に係るサイドスペーサと上部スペーサとの構造上の関係を示す斜視図である。
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形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、製造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。
まず、図１〜図３を用いて、実施の形態における蓄電素子１０の全般的な説明を行う。
図１は、実施の形態に係る蓄電素子１０の外観を示す斜視図である。図２は、実施の形態に係る蓄電素子１０の分解斜視図である。図３は、実施の形態に係る蓋板構造体１８０の分解斜視図である。なお、図３では、蓋板構造体１８０が有する正極集電体１４０及び負極集電体１５０に接合される正極リード板１４５及び負極リード板１５５は、点線で図示されている。
また、図１及び以降の図について、説明の便宜のため、Ｚ軸方向を上下方向として説明しているが、実際の使用態様において、Ｚ軸方向と上下方向とが一致しない場合もある。
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。蓄電素子１０は、例えば、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）またはプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）等に適用される。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。
図１に示すように、蓄電素子１０は、容器１００と、正極端子２００と、負極端子３００とを備えている。また、図２に示すように、容器１００内方には電極体４００が収容されており、電極体４００の上方に、蓋板構造体１８０が配置されている。
蓋板構造体１８０は、容器１００の蓋板１１０、電極体４００のタブ部と電気的に接続された集電体、及び、蓋板１１０と集電体との間に配置された絶縁部材を有する。本実施の形態では、蓋板構造体１８０は、上記集電体として、電極体４００の正極側のタブ部４１０と電気的に接続された正極集電体１４０、及び、電極体４００の負極側のタブ部４２０と電気的に接続された負極集電体１５０を有している。また、蓋板構造体１８０は、上記絶縁部材として、蓋板１１０と正極集電体１４０との間に配置された下部絶縁部材１２０、及び、蓋板１１０と負極集電体１５０との間に配置された下部絶縁部材１３０とを有している。
本実施の形態に係る蓋板構造体１８０はさらに、正極端子２００、負極端子３００、蓋板１１０と正極端子２００との間に配置された上部絶縁部材１２５、及び、蓋板１１０と負極端子３００との間に配置された上部絶縁部材１３５を有している。
上記構成を有する蓋板構造体１８０と、電極体４００との間には、上部スペーサ５００と緩衝シート６００とが配置されている。
上部スペーサ５００は、第一スペーサの一例であり、電極体４００の、タブ部４１０及び４２０が設けられた側と蓋板１１０との間に配置され、蓋板構造体１８０の一部に係止される係止部５１０を有している。言い換えると、上部スペーサ５００は、蓋板構造体１８０の一部に引っ掛かる部分である係止部５１０を有している。
具体的には、上部スペーサ５００は全体として平板状であり、かつ、２つの係止部５１０と、タブ部４１０及び４２０が挿入される（タブ部４１０及び４２０を貫通させる）２つの開口部５２０とを有している。本実施の形態では、開口部５２０は、上部スペーサ５００において切り欠き状に設けられている。上部スペーサ５００は、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、または、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等の絶縁性を有する素材によって形成されている。
上部スペーサ５００は、例えば、電極体４００の上方（蓋板１１０の方向）への移動を直接的もしくは間接的に規制する部材、または、蓋板構造体１８０と電極体４００との間における短絡を防止する部材として機能する。上部スペーサ５００は、２つの係止部５１０を有し、２つの係止部５１０のそれぞれは、蓋板構造体１８０が有する取付部１２２または１３２に係止される。緩衝シート６００は、発泡ポリエチレンなどの、柔軟性の高い多孔質の素材で形成されており、電極体４００と上部スペーサ５００との間の緩衝材として機能する部材である。蓄電素子１０における上部スペーサ５００の配置のための構造については、図６Ａ及び図６Ｂを用いて後述する。
また、本実施の形態では、電極体４００の、電極体４００と蓋板１１０との並び方向（Ｚ軸方向）と交差する方向の側面（本実施の形態ではＸ軸方向の両側面）と、容器１００の内面との間にサイドスペーサ７００が配置されている。サイドスペーサ７００は、第二スペーサの一例であり、例えば、電極体４００の位置を規制する役割を果たしている。サイドスペーサ７００は、例えば上部スペーサ５００と同様に、ＰＣ、ＰＰ、ＰＥ、またはＰＰＳ等の絶縁性を有する素材によって形成されている。また、本実施の形態では、サイドスペーサ７００は、上部スペーサ５００の位置を規制するための部材としても利用されている。サイドスペーサ７００と上部スペーサ５００との構造上の関係については、図７を用いて後述する。
なお、蓄電素子１０は、図１〜図３に図示された要素に加え、例えば電極体４００を包み込む絶縁フィルム、電極体４００と容器１００（本体１１１）の底面との間に配置された緩衝シートなど、他の要素を備えてもよい。また、蓄電素子１０の容器１００の内部には電解液（非水電解質）が封入されているが、電解液の図示は省略する。
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板１１０とで構成されている。また、容器１００は、電極体４００等を内部に収容後、蓋板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、蓋板１１０及び本体１１１の材質は、特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金など溶接可能な金属であるのが好ましい。
蓋板１１０には、図２及び図３に示されるように、安全弁１７０、注液口１１７、貫通孔１１０ａ及び１１０ｂ、並びに、突部である２つの膨出部１６０が形成されている。安全弁１７０は、容器１００の内圧が上昇した場合に開放することで、容器１００の内部のガスを放出する役割を有する。
注液口１１７は、蓄電素子１０の製造時に電解液を注液するための貫通孔である。また、図１〜図３に示すように、蓋板１１０には、注液口１１７を塞ぐように、注液栓１１８が配置されている。つまり、蓄電素子１０の製造時に、注液口１１７から容器１００内に電解液を注入し、注液栓１１８を蓋板１１０に溶接して注液口１１７を塞ぐことで、電解液が容器１００内に収容される。
なお、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。
２つの膨出部１６０のそれぞれは、本実施の形態では、蓋板１１０の一部が膨出状に形成されていることで蓋板１１０に設けられており、例えば、上部絶縁部材１２５または１３５の位置決めに利用される。また、膨出部１６０の裏側（電極体４００に対向する側）には上方に凹状の部分である凹部（図示せず）が形成されており、凹部の一部に、下部絶縁部材１２０または１３０の係合部１２０ｂまたは１３０ｂが係合する。これにより、下部絶縁部材１２０または１３０も位置決めされ、その状態で蓋板１１０に固定される。
上部絶縁部材１２５は、正極端子２００と蓋板１１０とを電気的に絶縁する部材であり、下部絶縁部材１２０は、正極集電体１４０と蓋板１１０とを電気的に絶縁する部材である。上部絶縁部材１３５は、負極端子３００と蓋板１１０とを電気的に絶縁する部材であり、下部絶縁部材１３０は、負極集電体１５０と蓋板１１０とを電気的に絶縁する部材である。上部絶縁部材１２５及び１３５は、例えば上部パッキンと呼ばれる場合もあり、下部絶縁部材１２０及び１３０は、例えば下部パッキンと呼ばれる場合もある。つまり、本実施の形態では、上部絶縁部材１２５及び１３５並びに下部絶縁部材１２０及び１３０は、電極端子（２００または３００）と容器１００との間を封止する機能も有している。
なお、上部絶縁部材１２５及び１３５、並びに、下部絶縁部材１２０及び１３０は、例えば上部スペーサ５００と同様に、ＰＣ、ＰＰ、ＰＥ、またはＰＰＳ等の絶縁性を有する素材によって形成されている。また、下部絶縁部材１２０の、注液口１１７の直下に位置する部分には、注液口１１７から流入する電解液を電極体４００の方向に導く貫通孔１２１が設けられている。
正極端子２００は、正極集電体１４０を介して、電極体４００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、負極集電体１５０を介して、電極体４００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４００に蓄えられている電気を蓄電素子１０の外部空間に導出し、また、電極体４００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。なお、正極端子２００及び負極端子３００は、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。
また、正極端子２００には、容器１００と正極集電体１４０とを締結する締結部２１０が設けられ、負極端子３００には、容器１００と負極集電体１５０とを締結する締結部３１０が設けられている。
締結部２１０は、正極端子２００から下方に延設された部材（リベット）であり、正極集電体１４０の貫通孔１４０ａに挿入されてかしめられる。具体的には、締結部２１０は、上部絶縁部材１２５の貫通孔１２５ａ、蓋板１１０の貫通孔１１０ａ、下部絶縁部材１２０の貫通孔１２０ａ、及び、正極集電体１４０の貫通孔１４０ａに挿入されてかしめられる。これにより、正極端子２００と正極集電体１４０とが電気的に接続され、正極集電体１４０は、正極端子２００、上部絶縁部材１２５及び下部絶縁部材１２０とともに、蓋板１１０に固定される。
締結部３１０は、負極端子３００から下方に延設された部材（リベット）であり、負極集電体１５０の貫通孔１５０ａに挿入されてかしめられる。具体的には、締結部３１０は、上部絶縁部材１３５の貫通孔１３５ａ、蓋板１１０の貫通孔１１０ｂ、下部絶縁部材１３０の貫通孔１３０ａ、及び、負極集電体１５０の貫通孔１５０ａに挿入されてかしめられる。これにより、負極端子３００と負極集電体１５０とが電気的に接続され、負極集電体１５０は、負極端子３００、上部絶縁部材１３５及び下部絶縁部材１３０とともに、蓋板１１０に固定される。
なお、締結部２１０は、正極端子２００との一体物として形成されていてもよく、正極端子２００とは別部品として作製された締結部２１０が、かしめまたは溶接などの手法によって正極端子２００に固定されていてもかまわない。締結部３１０と負極端子３００との関係についても同様である。
正極集電体１４０は、電極体４００と容器１００との間に配置され、電極体４００と正極端子２００とを電気的に接続する部材である。正極集電体１４０は、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。本実施の形態では、正極集電体１４０は、正極リード板１４５を介して電極体４００の正極側のタブ部４１０と電気的に接続される。
負極集電体１５０は、電極体４００と容器１００との間に配置され、電極体４００と負極端子３００とを電気的に接続する部材である。負極集電体１５０は、銅または銅合金などで形成されている。本実施の形態では、負極集電体１５０は、負極リード板１５５（図２参照）を介して電極体４００の負極側のタブ部４２０と電気的に接続される。
なお、リード板を介した集電体とタブ部との接続部分の詳細については、図５を用いて後述する。
次に、電極体４００の構成について、図４を用いて説明する。図４は、実施の形態に係る電極体４００の構成を示す斜視図である。なお、図４では、電極体４００の巻回状態を一部展開して図示している。
電極体４００は、電気を蓄えることができる発電要素であり、図４に示すように、正極４５０及び負極４６０と、セパレータ４７０ａ及び４７０ｂとが交互に積層されかつ巻回されることで形成されている。つまり、電極体４００は、正極４５０と、セパレータ４７０ａと、負極４６０と、セパレータ４７０ｂ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。また、電極体４００は、セパレータ４７０ａ及び４７０ｂが巻回軸方向側（Ｚ軸方向プラス側及びマイナス側）に突出して形成されている。これにより、当該巻回軸方向側において電極体４００が他の導電部材と短絡することを抑制することができている。
正極４５０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である正極基材層の表面に、正極活物質層が形成された電極板である。なお、正極活物質層に用いられる正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。例えば、正極活物質として、ＬｉＭＰＯ４、ＬｉＭＳｉＯ４、ＬｉＭＢＯ３（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、ＬｉＭＯ２（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。
負極４６０は、銅または銅合金などからなる長尺帯状の金属箔である負極基材層の表面に、負極活物質層が形成された電極板である。なお、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負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。例えば、負極活物質として、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−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、及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（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２等）、ポリリン酸化合物などが挙げられる。
セパレータ４７０ａ及び４７０ｂは、樹脂からなる微多孔性のシートである。なお、蓄電素子１０に用いられるセパレータ４７０ａ及び４７０ｂの素材としては、蓄電素子１０の性能を損なうものでなければ適宜公知の材料を使用できる。
正極４５０は、巻回軸方向の一端において外方に突出する複数の突出部４１１を有する。負極４６０も同様に、巻回軸方向の一端において外方に突出する複数の突出部４２１を有する。これら、複数の突出部４１１及び複数の突出部４２１は、活物質が塗工されず基材層が露出した部分（活物質未塗工部）である。
なお、巻回軸とは、正極４５０及び負極４６０等を巻回する際の中心軸となる仮想的な軸であり、本実施の形態では、電極体４００の中心を通るＺ軸方向に平行な直線である。
複数の突出部４１１と複数の突出部４２１とは、巻回軸方向の同一側の端（図４におけるＺ軸方向プラス側の端）に配置され、正極４５０及び負極４６０が積層されることにより、電極体４００の所定の位置で積層される。具体的には、複数の突出部４１１は、正極４５０が巻回によって積層されることにより、巻回軸方向の一端において周方向の所定の位置で積層される。また、複数の突出部４２１は、負極４６０が巻回によって積層されることにより、巻回軸方向の一端において、複数の突出部４１１が積層される位置とは異なる周方向の所定の位置で積層される。
その結果、電極体４００には、複数の突出部４１１が積層されることで形成されたタブ部４１０と、複数の突出部４２１が積層されることで形成されたタブ部４２０とが形成される。タブ部４１０は、例えば積層方向の中央に向かって寄せ集められて、正極リード板１４５と、例えば超音波溶接によって接合される。また、タブ部４２０は、例えば積層方向の中央に向かって寄せ集められて、負極リード板１５５と、例えば超音波溶接によって接合される。タブ部４１０と接合された正極リード板１４５は、正極集電体１４０と接合され、タブ部４２０と接合された負極リード板１５５は負極集電体１５０と接合される。
なお、タブ部（４１０、４２０）は、電極体４００において、電気の導入及び導出を行う部分であり、「リード（部）」、「集電部」等の他の名称が付される場合もある。
ここで、タブ部４１０は、基材層が露出した部分である突出部４１１が積層されることで形成されているため、発電に寄与しない部分となる。同様に、タブ部４２０は、基材層が露出した部分である突出部４２１が積層されることで形成されているため、発電に寄与しない部分となる。一方、電極体４００のタブ部４１０及び４２０と異なる部分は、基材層に活物質が塗工された部分が積層されることで形成されているため、発電に寄与する部分となる。以降、当該部分を発電部分４３０と称する。
次に、リード板を介した集電体とタブ部との接続部分の構成例について図５を用いて説明する。
図５は、実施の形態に係る正極リード板１４５及びその周辺の構造を示す断面概要図である。なお、図５には、図３におけるＶ−Ｖ線を通るＹＺ平面で切断した場合の蓄電素子１０の一部の断面が図示されており、Ｘ軸方向マイナス側のサイドスペーサ７００（図２参照）の図示は省略されている。また、電極体４００は簡略化されて図示されている。
図５に示すように、電極体４００のタブ部４１０と、正極集電体１４０とは、断面がＵ字状の正極リード板１４５を介して電気的に接続されている。このような接続構造は、例えば以下の手順で作製される。
平板状の正極リード板１４５の端部（第一端部）と電極体４００のタブ部４１０とを、例えば超音波溶接によって接合する。さらに、正極リード板１４５の第一端部とは反対側の端部（第二端部）を、蓋板構造体１８０に組み込まれた正極集電体１４０と、例えばレーザー溶接によって接合する。その後、正極リード板１４５を、第一端部と第二端部との間の所定の位置で折り曲げることでＵ字状に変形させる。その結果、図５に示すように、断面がＵ字状の正極リード板１４５を介した、電極体４００のタブ部４１０と正極集電体１４０との接続構造が形成される。
また、電極体４００の、タブ部４１０が設けられた側と蓋板１１０との間に上部スペーサ５００が配置されている。より詳細には、上部スペーサ５００によって、タブ部４１０と正極リード板１４５との接合部分と、電極体４００の発電部分４３０とが仕切られている。タブ部４１０は、上部スペーサ５００に設けられた開口部５２０に挿入されて配置されている。また、上部スペーサ５００と電極体４００の発電部分４３０との間には、図５に示すように、緩衝シート６００が挟まれている。
なお、図５では正極リード板１４５周辺の構造について図示し、その説明を行ったが、負極リード板１５５周辺の構造も同様である。すなわち、電極体４００のタブ部４２０と、負極集電体１５０とは、断面がＵ字状の負極リード板１５５（例えば図２参照）を介して電気的に接続されている。また、上部スペーサ５００によって、タブ部４２０と負極リード板１５５との接合部分と、電極体４００の発電部分４３０とが仕切られており、タブ部４２０は、上部スペーサ５００に設けられた開口部５２０に挿入されて配置される。
このように、電極体４００と、正極集電体１４０及び負極集電体１５０とを、正極リード板１４５及び負極リード板１５５とを介して接続することで、電極体４００のタブ部４１０及び４２０の長さ（巻回軸方向（Ｚ軸方向）の長さ）を比較的短くすることができる。
つまり、電極体４００の製造に必要な、正極４５０及び負極４６０の電極板の幅（巻回軸方向（Ｚ軸方向）の長さ）を比較的短くすることができる。このことは、例えば電極体４００の製造効率の観点から有利である。
ここで、上部スペーサ５００は、緩衝シート６００を介して電極体４００の発電部分４３０の上端面に配置される。つまり、セパレータ４７０ａ及び４７０ｂの端縁が並べられることで形成された柔らかい端面の上に上部スペーサ５００が配置されることになる。そのため、上部スペーサ５００の位置を、当該端面に依存して決定することは困難である。
そこで、本実施の形態に係る蓄電素子１０では、上部スペーサ５００に設けられた係止部５１０を、蓋板構造体１８０の一部（図５では取付部１２２を図示）に係止させ、これにより、上部スペーサ５００が位置決めされるように構成されている。この係止構造について、図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。
図６Ａは、実施の形態に係る蓋板構造体１８０による上部スペーサ５００の係止構造を示す第１の図であり、図６Ｂは、当該係止構造を示す第２の図である。なお、図６Ａにおいて、蓋板構造体１８０については、下部絶縁部材１２０及び１３０のみを図示し、他の要素の図示は省略されている。このことは、後述する図７についても同じである。
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、上部スペーサ５００は係止部５１０を有し、係止部５１０は、蓋板構造体１８０の一部（本実施の形態では、取付部１２２または１３２）に係止される。これにより、蓄電素子１０における上部スペーサ５００の位置が決定され、維持される。つまり、上部スペーサ５００を、正規の位置に精度よく配置することが可能となり、また、その状態が維持される。
特に、セパレータが突出して電極体４００が形成されている場合には、柔らかいセパレータの端面の上に上部スペーサ５００が配置されることになるため、上部スペーサ５００の位置決めが困難になるが、このような場合でも、上部スペーサ５００の位置決めを容易にすることができる。
そのため、例えば、蓄電素子１０を複数製造した場合において、蓄電素子１０ごとの上部スペーサ５００の位置のばらつきが抑制され、各々の蓄電素子１０における上部スペーサ５００の位置が、製造時に決定された位置に維持される。
また、上部スペーサ５００の位置が、当該位置を規制するための専用部品を用いることなく規制されるため、例えば蓄電素子１０を効率よく製造することができる。
さらに、例えば、電極体４００の発電部分４３０と蓋板１１０とを、上部スペーサ５００を挟んで近づけることが可能となるため、容器１００の容積に占める電極体４００の割合を増加させることが可能となる。
より具体的には、本実施の形態では、電極体４００は、正極４５０及び負極４６０が巻回されることで形成されており、上部スペーサ５００は、電極体４００の、タブ部４１０及び４２０が設けられた側である、電極体４００の巻回軸方向側に配置されている。
つまり、電極体４００の巻回軸方向に、上部スペーサ５００及び蓋板構造体１８０が存在する姿勢で巻回型の電極体４００が容器１００に収容され、上部スペーサ５００は、蓋板構造体１８０に係止された状態で配置される。そのため、例えば、正極４５０及び負極４６０とともに巻回されたシート状のセパレータ４７０ａ及び４７０ｂの端縁によって形成された柔らかな端面に依存することなく、上部スペーサ５００を配置することができる。
また、本実施の形態では、上部スペーサ５００及び緩衝シート６００は、発電部分４３０の上方に配置される。そのため、仮に、容器１００内において、微小な金属片等の異物が存在する場合であっても、積層方向に並ぶセパレータ４７０ａ及び４７０ｂの端縁の隙間から発電部分４３０の内方への当該異物の侵入が、上部スペーサ５００または緩衝シート６００によって抑制される。
ここで、本実施の形態では、上部スペーサ５００は、長手方向（Ｘ軸方向）の両端部のそれぞれに、係止部５１０が設けられており、蓋板構造体１８０は、２つの係止部５１０に対応する位置に、取付部１２２及び１３２を有している。つまり、蓄電素子１０では、上部スペーサ５００が長手方向にバランスよく支持されるように、係止部と取付部との組が２つ備えられている。なお、係止部と取付部との組の数は１であってもよく、３以上であってもよい。例えば、上部スペーサ５００または蓋板構造体１８０のサイズ及び形状等に応じて、係止部と取付部との組が１以上、蓄電素子１０に備えられていればよい。
また、本実施の形態では、係止部５１０は、電極体４００と蓋板１１０との並び方向と交差する方向（本実施の形態ではＹ軸方向マイナス側）に突出する突起５１０ａを有している。さらに、蓋板構造体１８０の取付部１２２は、突起５１０ａが挿入される挿入口１２２ａを有している。取付部１３２も同様に突起５１０ａが挿入される挿入口１３２ａを有している。
つまり、突起５１０ａが挿入口１２２ａ（１３２ａ）に対して横から挿入された状態で、上部スペーサ５００の係止部５１０が蓋板構造体１８０に係止されている。そのため、例えば、容器１００内において、上下方向（Ｚ軸方向）の空間を無駄に消費することなく上部スペーサ５００の容器１００内における上下方向の位置規制がなされる。このことは、例えば、容器１００の容積に占める電極体４００の割合の増加、すなわち、蓄電素子１０の容量の増加の観点から有利である。
また、本実施の形態では、取付部１２２は、下部絶縁部材１２０に設けられており、取付部１３２は、下部絶縁部材１３０に設けられている。下部絶縁部材１２０及び１３０は、ＰＣ等の樹脂を成形すること作製されるため、例えば、取付部１２２及び１３２の形状の形成が容易である。つまり、取付部１２２及び１３２の形状、位置または大きさについての自由度が高いと言える。
また、本実施の形態では、上部スペーサ５００は、タブ部４１０及び４２０それぞれが挿入される開口部５２０を有している。つまり、上部スペーサ５００は、上面視において、タブ部４１０及び４２０が挿入される空間を確保しつつ、タブ部４１０及び４２０以外の部分を覆うように形成することができる。すなわち、上部スペーサ５００を、例えば、電極体４００の位置規制等をより確実に行う形状及びサイズに形成することができる。
また、本実施の形態に係る蓄電素子１０はさらに、サイドスペーサ７００に、上部スペーサ５００の位置決め（位置規制）の役割を担わせている。図７は、実施の形態に係るサイドスペーサ７００と上部スペーサ５００との構造上の関係を示す斜視図である。
図７及び上述の図２に示すように、本実施の形態において、電極体４００のＸ軸方向の両側面それぞれと、容器１００の内面との間には、サイドスペーサ７００が配置される。さらに、上部スペーサ５００の端部は、サイドスペーサ７００と蓋板構造体１８０との間に挟まれる。
つまり、電極体４００の側方にサイドスペーサ７００が配置されることで、サイドスペーサ７００による電極体４００の位置規制がなされる。さらに、上部スペーサ５００の端部が、サイドスペーサ７００と蓋板構造体１８０とによって挟持されるため、上部スペーサ５００の位置規制がより確実化される。
本実施の形態では、具体的には、上部スペーサ５００の長手方向の両端部に配置された当接部５３０それぞれの下面が、サイドスペーサ７００の上端部に設けられた支持部７１０と当接する。さらに、当接部５３０それぞれの上面は、蓋板構造体１８０によって上方から押さえられる。
より詳細には、図７においてＸ軸方向マイナス側の当接部５３０は、同じ側のサイドスペーサ７００の支持部７１０と、下部絶縁部材１２０とによって挟まれる。また、図７においてＸ軸方向プラス側の当接部５３０は、同じ側のサイドスペーサ７００の支持部７１０と、下部絶縁部材１３０とによって挟まれる。
このように、本実施の形態に係る蓄電素子１０では、蓋板構造体１８０が上部スペーサ５００を係止する構造に加え、上部スペーサ５００の端部が、サイドスペーサ７００と蓋板構造体１８０とで挟持される構造を有している。そのため、蓄電素子１０の製造時における上部スペーサ５００の取り付けが容易化され、かつ、蓄電素子１０の使用時における上部スペーサ５００の位置の安定化が図られる。
具体的には、例えば、電極体４００と蓋板構造体１８０とを接続する工程（電極体４００のタブ部４１０と正極リード板１４５との接合、及び正極リード板１４５と正極集電体１４０との接合等）を終えた後に、上部スペーサ５００の蓋板構造体１８０への取り付けが行われる。この取り付けは、上部スペーサ５００の２つの係止部５１０を、蓋板構造体１８０が有する取付部１２２及び１３２に係止させることで行われる（図６Ａ及び図６Ｂ参照）。これにより、上部スペーサ５００の蓋板構造体１８０への取り付けが容易に行われ、かつ、上部スペーサ５００の上下方向の位置が決定される。
さらに、この状態において、蓋板１１０と本体１１１（図２参照）とが、例えばレーザー溶接によって接合される。つまり、蓋板構造体１８０が本体１１１に固定される。その結果、上部スペーサ５００の両端部それぞれが、サイドスペーサ７００と蓋板構造体１８０とに挟持された状態となる。これにより、上部スペーサ５００の容器１００内における位置が実質的に固定される。
このように、本実施の形態に係る蓄電素子１０では、その製造時において、上部スペーサ５００の２つの係止部５１０が、蓋板構造体１８０の取付部１２２及び１３２に係止されることで、上部スペーサ５００が仮固定される。さらに、上部スペーサ５００の両端の当接部５３０のそれぞれが、サイドスペーサ７００と蓋板構造体１８０とに挟持されることで、上部スペーサ５００が本固定される。つまり、本実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、上部スペーサ５００の正規の位置への取り付けを容易に行うことができ、かつ、その後の、上部スペーサ５００の位置ずれの発生が抑制される。
（他の実施の形態）
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、上記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上記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、蓄電素子１０が備える電極体４００の個数は１には限定されず、２以上であってよい。蓄電素子１０が複数の電極体４００を備える場合、同一体積（容積）の容器１００に単数の電極体４００を収容する場合に比べ、容器１００のコーナー部のデッドスペースを減らすことができる。このため、容器１００の容積に占める電極体４００の割合を増加させることが可能となり、その結果、蓄電素子１０の容量の増加が図られる。
また、蓄電素子１０が備える電極体４００は巻回型である必要はない。蓄電素子１０は、例えば平板状極板を積層した積層型の電極体を備えてもよい。また、蓄電素子１０は、例えば、長尺帯状の極板を山折りと谷折りとの繰り返しによって蛇腹状に積層した構造を有する電極体を備えてもよい。
また、電極体４００が有する正極側のタブ部４１０と負極側のタブ部４２０との位置関係は特に限定されない。例えば、巻回型の電極体４００において、タブ部４１０とタブ部４２０とが巻回軸方向の互いに反対側に配置されていてもよい。また、蓄電素子１０が、積層型の電極体を備える場合、積層方向から見た場合において、正極側のタブ部と負極側のタブ部とが異なる方向に突出して設けられていてもよい。
つまり、蓄電素子１０が備える電極体の、正極側のタブ部および負極側のタブ部の少なくとも一方が設けられた側と、蓋板１１０との間に上部スペーサ５００を配置する構造において、上部スペーサ５００の係止部５１０を、蓋板構造体１８０の一部に係止させる。これにより、例えば、電極体の端面に依存せずに、上部スペーサ５００の位置決めを行うことができる。
また、上部スペーサ５００の係止部５１０が挿入口を有し、蓋板構造体１８０の取付部１２２または１３２が、挿入口に挿入される突起を有してもよい。つまり。蓋板構造体１８０の一部及び係止部５１０の一方が、電極体４００と蓋板１１０との並び方向と交差する方向に突出する突起を有する場合、蓋板構造体１８０の一部及び係止部５１０の他方が、当該突起が挿入される挿入口を有すればよい。
また、本実施の形態では、挿入口１２２ａに挿入される突起５１０ａは、Ｙ軸方向マイナスの向きに突出しているが、突起の突出方向はこれに限定されない。つまり、蓋板構造体１８０の一部、及び、上部スペーサ５００の係止部の一方が有する突起は、電極体４００と蓋板１１０との並び方向（Ｚ軸方向）と交差する方向に突出する部分を有していれば、突起が挿入口等に係止されることによる、上部スペーサ５００の、少なくともＺ軸方向における位置規制は可能である。
また、蓋板構造体１８０の一部であって、上部スペーサ５００の係止部５１０を係止する部分（上記実施の形態では取付部１２２および１３２）は、下部絶縁部材１２０及び１３０以外に設けられてもよい。例えば、上部スペーサ５００の係止部５１０は、正極集電体１４０または負極集電体１５０に係止されてもよい。
また、上部スペーサ５００は、切り欠きまたは貫通孔など、明確に認識できる態様の開口部５２０を有する必要はない。つまり、上部スペーサ５００は、電極体４００のタブ部４１０及び４２０を上下方向に通過させる形状及びサイズで形成されていればよく、一般に「開口部」と認識できる部位を持たなくてもよい。例えば、平面視において矩形状の上部スペーサ５００と、容器１００との隙間に、電極体４００から延設されたタブ部４１０及び４２０を通過させてもよい。
また、電極体４００は、タブ部４１０、４２０を有していない構成であってもかまわない。つまり、例えば、電極体４００は、巻回軸方向側に活物質未塗工部が突出して形成されており、当該活物質未塗工部と電極端子とが集電体で接続されている構成でもかまわない。この場合でも、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。
本発明は、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子等に適用できる。

Claims (8)

  1. 電極体と、前記電極体を収容する容器とを備える蓄電素子であって、
    前記容器の蓋板、前記電極体のタブ部と電気的に接続された集電体、及び、前記蓋板と前記集電体との間に配置された絶縁部材を有する蓋板構造体と、
    前記電極体の、前記タブ部が設けられた側と前記蓋板との間に配置され、前記蓋板構造体の一部に係止される係止部を有する第一スペーサと、を備え、
    前記蓋板構造体の前記一部及び前記係止部の一方は、前記電極体と前記蓋板との並び方向と交差する方向に突出する突起を有し、
    前記蓋板構造体の前記一部及び前記係止部の他方は、前記突起が挿入される挿入口を有する
    蓄電素子。
  2. 電極体と、前記電極体を収容する容器とを備える蓄電素子であって、
    前記容器の蓋板、前記電極体のタブ部と電気的に接続された集電体、及び、前記蓋板と前記集電体との間に配置された絶縁部材を有する蓋板構造体と、
    前記電極体の、前記タブ部が設けられた側と前記蓋板との間に配置され、前記蓋板構造体の一部に係止される係止部を有する第一スペーサと、を備え、
    前記蓋板構造体の前記一部は、前記絶縁部材に設けられている
    蓄電素子。
  3. 前記第一スペーサは、前記タブ部が挿入される開口部を有する
    請求項１または２記載の蓄電素子。
  4. さらに、前記電極体の、前記電極体と前記蓋板との並び方向と交差する方向の側面と、前記容器の内面との間に配置された第二スペーサを備え、
    前記第一スペーサの端部は、前記第二スペーサと前記蓋板構造体との間に挟まれている
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
  5. 前記電極体は、電極が巻回されることで形成されており、
    前記第一スペーサは、前記電極体の、前記タブ部が設けられた側である、前記電極体の、巻回軸方向側に配置されている
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電素子。
  6. 前記電極体は、セパレータが前記巻回軸方向側に突出して形成されている
    請求項５記載の蓄電素子。
  7. 電極体と、前記電極体を収容する容器とを備える蓄電素子であって、
    前記容器の蓋板、前記電極体と電気的に接続された集電体、及び、前記蓋板と前記集電体との間に配置された絶縁部材を有する蓋板構造体と、
    前記電極体と前記蓋板との間に配置され、前記蓋板構造体の一部に係止される係止部を有する第一スペーサと、を備え、
    前記蓋板構造体の前記一部及び前記係止部の一方は、前記電極体と前記蓋板との並び方向と交差する方向に突出する突起を有し、
    前記蓋板構造体の前記一部及び前記係止部の他方は、前記突起が挿入される挿入口を有する
    蓄電素子。
  8. 電極体と、前記電極体を収容する容器とを備える蓄電素子であって、
    前記容器の蓋板、前記電極体と電気的に接続された集電体、及び、前記蓋板と前記集電体との間に配置された絶縁部材を有する蓋板構造体と、
    前記電極体と前記蓋板との間に配置され、前記蓋板構造体の一部に係止される係止部を有する第一スペーサと、を備え、
    前記蓋板構造体の前記一部は、前記絶縁部材に設けられている
    蓄電素子。
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