JP6864863B2 - 蓄電素子、及び蓄電素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ケースの内部で電極体と集電体とが絶縁部材に覆われている蓄電素子、及びこの蓄電素子の製造方法に関する。

従来から、電池缶の内部で捲回電極群と集電板とが絶縁シートに覆われた二次電池が知られている（特許文献１参照）。この二次電池では、捲回電極群が絶縁シートによって、その周囲を覆われることで電池缶に直接触れないように絶縁されている。

具体的に、二次電池では、絶縁シートは、捲回電極群の合剤層積層領域と電池缶との間、及び、集電板と電池缶との間の一部に介在する部位を有する第一の絶縁シートと、捲回電極群の金属箔露出部と電池缶との間、及び、集電板と電池缶との間に介在する部位を有する第二の絶縁シートと、を有している。

第一の絶縁シートは、一枚の矩形のシート部材を二つに折り畳むようにして、捲回電極群に被せることにより、捲回電極群の捲回軸方向の両側の端部間にわたって覆うように構成されている。第二の絶縁シートは、金属箔露出部を覆う断面コ字状の立体形状を有し、捲回電極群に取り付けることによって、第一の絶縁シートを捲回電極群に押さえ付けている。

上記の二次電池において、絶縁シート（第一の絶縁シート、第二の絶縁シート）は、捲回電極群を単に覆っているだけである。

特開２０１３−２１９０６１号公報

電極体に対して絶縁部材がずれやすい。本実施形態は、絶縁部材が電極体に対してずれ難い蓄電素子及びこの蓄電素子の製造方法を提供することを目的とする。

上記のように、絶縁部材が電極体を単に覆っているだけでは、電極体に対して絶縁部材がずれやすいが、絶縁部材として電極体及び集電体を覆う大きさのものが使用された場合、蓄電素子に振動が加わっても、絶縁部材が電極体に対して大きくずれる前に他の部材に衝突することでそれ以上のずれが生じないため、ケース内での絶縁部材の電極体に対する位置ずれが問題となって短絡が生じることは大きな問題となっていなかった。このため、電極体や集電体の全体を覆う絶縁部材を、電極体や集電体に固定する必要があるという認識は電池業界にはほとんど無かった。

しかし、本発明の発明者らは、鋭意研究を行った結果、蓄電素子が衝撃によって破損してケースの蓋板が外れた場合や、蓄電素子の材料をリサイクルするために解体作業で電極体をケースから取り出す場合などに、絶縁部材が電極体や集電体に対してずれることに起因するケースを通じての短絡が実使用上問題となる程度に発生しうることを見出した。そこで、発明者らは、この知見に着目することによって以下の構成の蓄電素子等を創作し、これにより、上記課題を解消した。

本発明の一実施形態に係る蓄電素子は、
ケースと、
前記ケースの内部に配置される電極体と、
前記電極体と前記ケースの外側に配置される外部端子又は前記ケースの少なくとも一部によって構成される外部端子とを繋ぐ集電体と、
前記ケースの内部で前記電極体及び前記集電体を覆う絶縁部材と、を備え、
前記集電体及び前記絶縁部材は、互いに凹凸嵌合している。

かかる構成によれば、集電体と絶縁部材とが互いに凹凸嵌合しているため、電極体とこれに接続された集電体とに対する嵌合方向と直交する方向への絶縁部材のずれが抑えられる。これにより、例えば、蓄電素子の材料をリサイクルするために解体作業で電極体をケースから取り出す場合などに、絶縁部材が電極体及び集電体に対してずれることに起因するケースを通じての短絡の発生を抑制することができる。

前記蓄電素子では、
前記集電体は、前記電極体に接続される接続部を有し、
前記接続部は、前記電極体と対向する第一凹部及び該第一凹部に対して表裏の関係にある第二凸部、又は前記電極体と対向する第一凸部及び該第一凸部に対して表裏の関係にある第二凹部、を有し、
前記接続部の前記第一凹部又は前記第一凸部が前記電極体と凹凸嵌合すると共に、前記接続部の前記第二凸部又は前記第二凹部が前記絶縁部材と凹凸嵌合してもよい。

かかる構成によれば、接続部の表裏における同じ位置（表裏の関係にある位置）において電極体と絶縁部材とがそれぞれ接続部に対して凹凸嵌合しているため、接続部と電極体とが凹凸嵌合する部位と、接続部と絶縁部材とが凹凸嵌合する部位とを別々に形成することなく、電極体と集電体とに対する嵌合方向と直交する方向への絶縁部材の相対移動を抑えることができる。

また、前記蓄電素子では、
前記電極体は、活物質層が配置されている本体と、前記本体と隣接し且つ前記集電体の前記接続部が接続される被接続部と、を有し、
前記絶縁部材と前記接続部と前記電極体とが凹凸嵌合している嵌合部位は、前記被接続部から前記本体に向かう方向から見て前記本体の内側に位置してもよい。

このように、被接続部から本体に向かう方向（所定方向）から見て嵌合部位（絶縁部材と接続部と電極体とが凹凸嵌合している部位）が本体の内側に位置しているため、前記所定方向と直交する方向においてケースを電極体の本体に近接させて配置するときに、嵌合部位が邪魔をしない。

また、前記蓄電素子では、
前記絶縁部材は、前記第二凸部が嵌り込む絶縁凹部、又は前記第二凹部に嵌り込む絶縁凸部を有し、
前記絶縁凹部又は前記絶縁凸部は、前記第二凸部又は前記第二凹部に沿っていてもよい。

かかる構成によれば、第二凸部又は第二凹部に絶縁凹部又は絶縁凸部が密接した状態で絶縁部材と集電体の接続部とが凹凸嵌合するため、嵌合方向と直交する方向において凹凸嵌合している部位同士がよりずれ難く（相対移動し難く）なる。

また、本発明の他の実施形態に係る蓄電素子は、
ケースと、
前記ケースの内部に配置される電極体と、
前記ケースの内部で前記電極体を覆う絶縁部材と、を備え、
前記電極体及び前記絶縁部材は、互いに凹凸嵌合している。

かかる構成によれば、電極体と絶縁部材とが互いに凹凸嵌合しているため、電極体に対する嵌合方向と直交する方向への絶縁部材のずれが抑えられる。これにより、例えば、蓄電素子の材料をリサイクルするために解体作業で電極体をケースから取り出す場合などに、絶縁部材が電極体に対してずれることに起因するケースを通じた短絡の発生を抑制することができる。

また、本発明の他の実施形態に係る蓄電素子の製造方法は、
ケースの内部に配置される電極体と前記ケースの外側に配置される外部端子又は前記ケースの少なくとも一部によって構成される外部端子とを繋ぐ集電体と、前記ケースの内部で前記電極体及び前記集電体を覆う絶縁部材と、を凹凸嵌合させること、を備える。

かかる構成によれば、製造された蓄電素子において、集電体と絶縁部材とが互いに凹凸嵌合しているため、電極体とこれに接続された集電体とに対する嵌合方向と直交する方向への絶縁部材のずれが抑えられる。これにより、上記製造方法によって製造された蓄電素子において、例えば、蓄電素子の材料をリサイクルするために解体作業で電極体をケースから取り出す場合などに、絶縁部材が電極体及び集電体に対してずれることに起因するケースを通じた短絡の発生が抑制される。

また、前記蓄電素子の製造方法では、
前記凹凸嵌合は、前記電極体と前記集電体と前記絶縁部材とが重なっている部位を重ね方向に加圧するカシメ接合によって行ってもよい。

かかる構成によれば、カシメ接合の際に集電体と絶縁部材との間における前記凹凸嵌合する部位において金属粉等が発生したとしても、集電体が絶縁部材に覆われているため金属粉等が集電体と絶縁部材との間に閉じ込められ、これにより、前記金属粉等が他の部位に飛散等することを抑制することができる。

また、本発明の他の実施形態に係る蓄電素子の製造方法は、
ケースの内部に配置される電極体と、前記ケースの内部で前記電極体を覆う絶縁部材と、を凹凸嵌合させること、を備える。

かかる構成によれば、製造された蓄電素子において、電極体と絶縁部材とが互いに凹凸嵌合しているため、電極体に対する嵌合方向と直交する方向への絶縁部材のずれが抑えられる。これにより、上記製造方法によって製造された蓄電素子において、例えば、蓄電素子の材料をリサイクルするために解体作業で電極体をケースから取り出す場合などに、絶縁部材が電極体に対してずれることに起因するケースを通じた短絡の発生が抑制される。

以上より、本実施形態によれば、絶縁部材が電極体に対してずれ難い蓄電素子及びこの蓄電素子の製造方法を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る蓄電素子の斜視図である。 図２は、図１のＩＩ―ＩＩ位置における断面図である。 図３は、前記蓄電素子の分解斜視図である。 図４は、前記蓄電素子の電極体を説明するための図である。 図５は、前記蓄電素子においてケース本体が取り除かれた状態の斜視図である。 図６は、嵌合部位の拡大断面図である。 図７は、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ位置において一部を省略した断面であって、嵌合部位と電極体の本体との位置関係を説明するための断面図である。 図８は、一対のクリップ部材の斜視図である。 図９は、前記蓄電素子においてケース本体が取り除かれた状態で、且つ、電極体と集電体と絶縁部材とがカシメ接合される前の状態の斜視図である。 図１０は、カシメ接合を説明するための図である。 図１１は、カシメ接合を説明するための図である。 図１２は、Ｘ軸方向から見たときに電極体の本体から嵌合部位が突出した状態を示す模式図である。 図１３は、前記蓄電素子を含む蓄電装置の模式図である。

以下、本発明に係る蓄電素子の一実施形態について、図１〜図１１を参照しつつ説明する。蓄電素子には、一次電池、二次電池、キャパシタ等がある。本実施形態では、蓄電素子の一例として、充放電可能な二次電池について説明する。尚、本実施形態の各構成部材（各構成要素）の名称は、本実施形態におけるものであり、背景技術における各構成部材（各構成要素）の名称と異なる場合がある。

本実施形態の蓄電素子は、非水電解質二次電池である。より詳しくは、蓄電素子は、リチウムイオンの移動に伴って生じる電子移動を利用したリチウムイオン二次電池である。この種の蓄電素子は、電気エネルギーを供給する。蓄電素子は、単一又は複数で使用される。具体的に、蓄電素子は、要求される出力及び要求される電圧が小さいときには、単一で使用される。一方、蓄電素子は、要求される出力及び要求される電圧の少なくとも一方が大きいときには、他の蓄電素子と組み合わされて蓄電装置に用いられる。この蓄電装置では、該蓄電装置に用いられる蓄電素子が電気エネルギーを供給する。

蓄電素子は、図１〜図５に示すように、電極体２と、電極体２を収容するケース３と、ケース３の外側に配置される外部端子４と、電極体２と外部端子４とを繋ぐ集電体５と、ケース３の内部において電極体２及び集電体５を覆う絶縁部材６と、を備える。本実施形態の蓄電素子１では、電極体２と集電体５と絶縁部材６とは、互いに凹凸嵌合している。尚、図３では、電極体２と集電体５と絶縁部材６とは、互いに凹凸嵌合する前の状態を示している。

電極体２は、活物質層（正極活物質層２３２、負極活物質層２４２）が配置されている本体２０と、本体２０と隣接し且つ集電体５が接続される被接続部２６とを有する（図３及び図４参照）。詳しくは、以下の通りである。

電極体２は、積層された状態で巻回される電極（正極２３及び負極２４）を有する。具体的に、電極体２は、巻芯２１と、正極２３と負極２４とが互いに絶縁された状態で積層され且つ巻芯２１の周囲に巻回された積層体２２と、を備える。電極体２においてリチウムイオンが正極２３と負極２４との間を移動することにより、蓄電素子１が充放電する。

巻芯２１は、通常、絶縁材料によって形成される。本実施形態の巻芯２１は、偏平な筒状である。この巻芯２１は、可撓性又は熱可塑性を有するシートを巻回することによって形成されている。

正極２３は、帯状の金属箔２３１と、金属箔２３１に重ねられる正極活物質層２３２と、を有する。この正極活物質層２３２は、金属箔２３１における幅方向の一方の端縁部（非被覆部）を露出させた状態で、該金属箔２３１に重ねられている。本実施形態の金属箔２３１は、例えば、アルミニウム箔である。

負極２４は、帯状の金属箔２４１と、金属箔２４１に重ねられる負極活物質層２４２と、を有する。この負極活物質層２４２は、金属箔２４１における幅方向の他方（正極２３の金属箔２３１の非被覆部と反対側）の端縁部（非被覆部）を露出させた状態で、該金属箔２４１に重ねられている。本実施形態の金属箔２４１は、例えば、銅箔である。

本実施形態の電極体２では、以上のように構成される正極２３と負極２４とがセパレータ２５によって絶縁された状態で巻回されている。即ち、本実施形態の電極体２では、正極２３、負極２４、及びセパレータ２５の積層体２２が巻回されている。

セパレータ２５は、絶縁性を有する部材であり、正極２３と負極２４との間に配置される。これにより、電極体２（詳しくは、積層体２２）において、正極２３と負極２４とが互いに絶縁される。また、セパレータ２５は、ケース３内において、電解液を保持する。これにより、蓄電素子１の充放電時において、セパレータ２５を挟んで交互に積層される正極２３と負極２４との間を、リチウムイオンが移動可能となる。このセパレータ２５は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、ポリアミドなどの多孔質膜によって構成される。

セパレータ２５の幅方向の寸法は、負極活物質層２４２の幅より大きい。セパレータ２５は、正極活物質層２３２と負極活物質層２４２とが厚さ方向（積層方向）に重なるように幅方向に位置ずれした状態で重ね合わされた正極２３と負極２４との間に配置される。このとき、正極２３の非被覆部と、負極２４の非被覆部とは重なっていない。即ち、正極２３の非被覆部が、正極２３と負極２４との重なる領域から幅方向（積層方向と直交する方向）に突出し、且つ、負極２４の非被覆部が、正極２３と負極２４との重なる領域から幅方向（正極２３の非被覆部の突出方向と反対の方向）に突出する。このような状態で積層された正極２３、負極２４、及びセパレータ２５（即ち、積層体２２）が巻回されることによって、電極体２が形成される。

本実施形態の電極体２において、正極２３の正極活物質層２３２が配置された部位、負極２４の負極活物質層２４２が配置された部位、及びセパレータ２５が積層されることで、電極体２の本体２０が構成される。また、正極２３の非被覆部又は負極２４の非被覆部のみが積層された部位によって、電極体２における被接続部２６が構成される。

被接続部２６は、電極体２における集電体５と導通される部位である。本実施形態の被接続部２６は、巻回された正極２３、負極２４、及びセパレータ２５の巻回中心軸Ｃ方向から見て、中空部２７（図３及び図４参照）を挟んで二つの部位（分割被接続部）２６１に分けられている。

以上のように構成される被接続部２６は、電極体２の各極に設けられる。即ち、正極２３の非被覆部のみが積層された被接続部２６が電極体２における正極の被接続部を構成し、負極２４の非被覆部のみが積層された被接続部２６が電極体２における負極の被接続部を構成する。

ケース３は、開口を有するケース本体３１と、ケース本体３１の開口を塞ぐ（閉じる）蓋板３２と、を有する。ケース３は、電極体２及び集電体５等と共に、電解液を内部空間３３（図２参照）に収容する。ケース３は、電解液に耐性を有する金属によって形成される。本実施形態のケース３は、例えば、アルミニウム、又は、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料によって形成される。

電解液は、非水溶液系電解液である。電解液は、有機溶媒に電解質塩を溶解させることによって得られる。有機溶媒は、例えば、プロピレンカーボネート及びエチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類である。電解質塩は、例えば、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、及びＬｉＰＦ_６である。

ケース３は、ケース本体３１の開口周縁部３４と、蓋板３２の周縁部とを重ね合わせた状態で接合することによって形成される。また、ケース３では、ケース本体３１と蓋板３２とによって内部空間３３が画定されている。

ケース本体３１は、板状の閉塞部３１１と、閉塞部３１１の周縁に接続される筒状の胴部３１２と、を備える。

閉塞部３１１は、ケース本体３１が開口を上に向けた姿勢で配置されたときにケース本体３１の下端に位置する（即ち、前記開口が上を向いたときのケース本体３１の底壁となる）部位である。閉塞部３１１は、該閉塞部３１１の法線方向から見て、矩形状である。

以下では、閉塞部３１１の長辺方向をＸ軸方向とし、閉塞部３１１の短辺方向をＹ軸方向とし、閉塞部３１１の法線方向をＺ軸方向とする。

胴部３１２は、偏平な角筒状である。胴部３１２は、閉塞部３１１の周縁における長辺から延びる一対の長壁部３１３と、閉塞部３１１の周縁における短辺から延びる一対の短壁部３１４とを有する。即ち、一対の長壁部３１３は、Ｙ軸方向に間隔（詳しくは、閉塞部３１１の周縁における短辺に相当する間隔）を空けて対向し、一対の短壁部３１４は、Ｘ軸方向に間隔（詳しくは、閉塞部３１１の周縁における長辺に相当する間隔）を空けて対向する。

以上のように、ケース本体３１は、開口方向（Ｚ軸方向）における一方の端部が塞がれた角筒形状（即ち、有底角筒形状）を有する。このケース本体３１には、電極体２が巻回中心軸Ｃ方向をＸ軸方向と一致させた状態で収容される。

蓋板３２は、ケース本体３１の開口を塞ぐ板状の部材である。具体的に、蓋板３２の輪郭形状は、Ｚ軸方向から見て、ケース本体３１の開口周縁部３４に対応している。即ち、蓋板３２は、Ｚ軸方向から見て、Ｘ軸方向に長い矩形板状の部材である。

本実施形態の蓋板３２には、電解液を注入するための注液穴３２５が設けられている（図３参照）。注液穴３２５は、蓋板３２をＺ軸方向（厚さ方向）に貫通する。この注液穴３２５は、注液栓３２６によって密閉（封止）されている。即ち、ケース３は、蓋板３２の注液穴３２５を密閉する注液栓３２６を有する。本実施形態の注液栓３２６は、溶接によって蓋板３２に固定されている。

外部端子４は、他の蓄電素子の外部端子又は外部機器等と電気的に接続される部位である。外部端子４は、導電性を有する部材によって形成される。例えば、外部端子４は、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料、銅又は銅合金等の銅系金属材料等の溶接性の高い金属材料によって形成される。本実施形態の外部端子４は、バスバ等が溶接可能な面４１を有する（図１〜図３参照）。

集電体５は、電極体２に接続される接続部５２を有する。この集電体５は、導電性を有する部材によって形成され、ケース３の内面に沿って配置される。また、集電体５は、電極体２と通電可能に直接又は間接に接続される。本実施形態の集電体５は、クリップ部材５０を介して電極体２と通電可能に接続される。即ち、蓄電素子１は、電極体２と集電体５とを通電可能に接続するクリップ部材５０を備える。

具体的に、集電体５は、外部端子４と接続される本体５１と、本体５１から延びる接続部５２と、を有する。本体５１は、蓋板３２に沿ってＸ軸方向に延びる板状の部位であり、接続部５２は、本体５１の短壁部３１４側の端部から長壁部３１３に沿って閉塞部３１１側に延びる板状の部位である。本実施形態の集電体５では、Ｙ軸方向における本体５１の一方の端縁及び他方の端縁のそれぞれから接続部５２が延びている。即ち、本実施形態の集電体５は、一つの本体５１と、一対の接続部５２と、を有する。この接続部５２は、例えばＴＯＸ（登録商標）による接合のようなカシメ接合によって電極体２の被接続部２６と接合されている。本実施形態の蓄電素子１では、図６にも示すように、接続部５２と、クリップ部材５０と、電極体２の被接続部２６と、絶縁部材６と、が積層された状態でカシメ接合され、互いに凹凸嵌合している。

このカシメ接合されている部位（詳しくは、図６における絶縁部材６外側の面６０２の凹部６０２Ａから、クリップ部材５０の対向片５０２の中空部側の面の凸部５０２Ａまでの部位：以下、「嵌合部位」とも称する。）７は、電極体２の中空部２７に向けて突出する（即ち、外側（絶縁部材６側）が凹で内側（中空部２７側）が凸となる）ように構成されている。そして、図７に示すように、嵌合部位７は、Ｘ軸方向（被接続部２６から本体２０に向かう方向）から見て本体２０の内側に位置している。

図６に示すように、嵌合部位７において、接続部５２は、電極体２（被接続部２６）と対向する第一面５２１に形成される第一凸部５２１Ａと、第一凸部５２１Ａに対して表裏の関係にある（第一面５２１の反対側の第二面（第一面５２１の裏面）５２２にある）第二凹部５２２Ａと、を有する。そして、この接続部５２の第一凸部５２１Ａが電極体２（詳しくは、クリップ部材５０を介して電極体２）と凹凸嵌合すると共に、接続部５２の第二凹部５２２Ａが絶縁部材６と凹凸嵌合している。

以上のように構成される集電体５は、図２、図３、及び図５に示すように、電極体２の正極側と負極側とにそれぞれ配置される。本実施形態の蓄電素子１では、ケース３内において、電極体２の正極の被接続部２６と、負極の被接続部２６とに対応する位置にそれぞれ配置される。正極の集電体５と負極の集電体５とは、異なる素材によって形成される。具体的に、正極の集電体５は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成され、負極の集電体５は、例えば、銅又は銅合金によって形成される。

クリップ部材５０は、電極体２の被接続部２６（詳しくは、分割被接続部２６１）において積層された正極２３又は負極２４を束ねるように挟む。これにより、クリップ部材５０は、被接続部２６において積層される正極２３同士、又は負極２４同士を確実に導通させる。具体的に、クリップ部材５０は、図６〜図８にも示すように、被接続部２６の分割被接続部２６１（積層された正極２３又は負極２４）を挟んで対向する一対の対向片５０１、５０２と、対向片５０１、５０２の対応する一方の端部同士を連結する連結部５０３と、を有する。クリップ部材５０は、導電性を有する部材によって形成される。本実施形態のクリップ部材５０は、板状の金属材料を断面がＵ字状となるように曲げ加工することによって形成される。

嵌合部位７では、クリップ部材５０の一方の対向片（集電体５と対向する対向片）５０１に、第一凸部５２１Ａが嵌り込み（凹凸嵌合し）、他方の対向片５０２には、分割被接続部２６１を介して一方の対向片５０１が嵌り込んでいる（凹凸嵌合している）。

絶縁部材６は、ケース３（詳しくはケース本体３１）と電極体２及び集電体５との間に配置される。この絶縁部材６は、絶縁性を有する樹脂によって形成されている。本実施形態の絶縁部材６は、所定の形状に裁断された絶縁性を有するシート状の部材を折り曲げることで形成された袋状である。

嵌合部位７において、絶縁部材６は、集電体５（接続部５２）と対向する面６０１に形成され且つ第二凹部５２２Ａに嵌り込む凸部（絶縁凸部）６０１Ａを有する。この凸部６０１Ａは、第二凹部５２２Ａに沿っている（本実施形態では、密接している）。また、絶縁部材６は、凸部６０１Ａに対して表裏の関係にある（集電体５と対向する面６０１の反対側の面（面６０１の裏面）６０２にある）凹部６０２Ａも有する。

次に、以上のように構成される蓄電素子１の製造方法について、図９〜図１１も参照しつつ説明する。

先ず、外部端子４と集電体５とが蓋板（注液栓３２６が取り付けられる前の状態の蓋板）３２に組み付けられる。次に、電極体２が集電体５にカシメ接合によって取り付けられる。このとき、絶縁部材６も一緒にカシメ接合される。これにより、電極体２と集電体５と絶縁部材６とが互いに凹凸嵌合する。具体的には、以下の通りである。

先ず、電極体２の分割被接続部２６１のそれぞれがクリップ部材５０によって挟み込まれる。次に、クリップ部材５０によって挟み込まれた状態の分割被接続部２６１と、集電体５の接続部５２と、絶縁部材６とが、重ね合わされる。このとき、図９に示すように、絶縁部材６のＸ軸方向の両端部は、折り曲げられる前の状態である。即ち、絶縁部材６が袋状になっておらず、Ｘ軸方向の端部が開放された状態である。

続いて、クリップ部材５０によって挟み込まれた状態の分割被接続部２６１と、集電体５の接続部５２と、絶縁部材６とが重なっている部位が積層方向へ加圧され、これにより、カシメ接合される。このカシメ接合は、例えば図１０及び図１１に示すように、中空部２７側にダイ（雌金型）８１が配置されると共に、電極体２の外側にパンチ（雄金型）８０が配置され、重ね合わされた部位（本実施形態の例では、絶縁部材６と、集電体５の接続部５２と、クリップ部材５０に挟み込まれた状態の分割被接続部２６１）の一部をパンチ８０がダイ８１の凹部８２に押し込み、これにより、押し込まれた部位が局所的に折れ曲がり、内側の部材にインターロック部（拡径された部位）が形成することによって接合される（圧縮接合される）。本実施形態では、カシメ接合（メカニカルクリンチ）の一種であるＴＯＸ（登録商標）接合されている。

以上のカシメ接合が接続部５２毎に二箇所ずつ行われ、カシメ接合が終わると、絶縁部材６のＸ軸方向の両端部がＹ軸方向の内側に向けて折り曲げられ、絶縁部材６によって電極体２及び集電体５が覆われた状態となる（図５参照）。

次に、蓋板３２がケース本体３１の開口周縁部３４に当接するまで、絶縁部材６によって覆われた状態の電極体２がケース本体３１に挿入される。これにより、電極体２等が組み付けられた蓋板３２によって、ケース本体３１の開口が塞がれる。

続いて、蓋板３２の周縁部がケース本体３１の開口周縁部３４と重なった状態で、蓋板３２の周縁部とケース本体３１の開口周縁部３４とが溶接（本実施形態の例では、レーザ溶接）される。溶接が終わると、蓋板３２の注液穴３２５からケース本体３１内に電解液が注入（注液）され、その後、注液穴３２５が注液栓３２６によって封止されることで、蓄電素子１が完成する。

以上の蓄電素子１によれば、集電体５と絶縁部材６とが互いに凹凸嵌合しているため、電極体２とこれに接続された集電体５とに対する嵌合方向（Ｙ軸方向）と直交する方向への絶縁部材６のずれ（相対移動）が抑えられる。これにより、例えば、蓄電素子１が衝撃によって破損してケース３の蓋板３２が外れた場合や、蓄電素子１の材料をリサイクルするために解体作業で電極体２をケース３から取り出す場合などに、絶縁部材６が電極体２及び集電体５に対してずれることに起因するケース３を通じた短絡の発生を抑制することができる。

本実施形態の蓄電素子１では、接続部５２の第一凸部５２１Ａが電極体２と凹凸嵌合すると共に、第二凹部５２２Ａが絶縁部材６と凹凸嵌合している。このように、接続部５２の表裏における同じ位置（表裏の関係にある位置）において電極体２と絶縁部材６とがそれぞれ接続部５２に対して凹凸嵌合しているため、本実施形態の蓄電素子１では、接続部５２と電極体２とが凹凸嵌合する部位と、接続部５２と絶縁部材６とが凹凸嵌合する部位とを別々に形成することなく、電極体２と集電体５とに対する嵌合方向と直交する方向への絶縁部材６の相対移動を抑えることができる。

また、本実施形態の蓄電素子１では、嵌合部位７が、Ｘ軸方向（電極体２における被接続部２６から本体２０に向かう方向）から見て本体２０の内側に位置している（図７参照）。このため、Ｘ軸方向と直交する方向（本実施形態では、Ｙ軸方向）においてケース３（詳しくは、長壁部３１３）を電極体２の本体２０に近接させて配置するときに、嵌合部位７が邪魔をしない。即ち、前記直交する方向において、図１２に示すように電極体２の本体２０から嵌合部位７が突出していると、ケース３が該嵌合部位７と当接するため、該ケース３をぎりぎりまで電極体２の本体２０に近づけた状態で配置することができないが、本実施形態の蓄電素子１では、ケース３（長壁部３１３）をぎりぎりまで電極体２の本体２０に近づけた状態で配置することができる。

本実施形態の蓄電素子では、絶縁部材６の凸部６０１Ａが、集電体５の第二凹部５２２Ａに沿った状態で、絶縁部材６と集電体５（接続部５２）とが嵌合部位７において凹凸嵌合している。このように、集電体５の第二凹部５２２Ａに絶縁部材６の凸部６０１Ａが密接した状態で絶縁部材６と集電体５の接続部５２とが凹凸嵌合しているため、嵌合方向（Ｙ軸方向）と直交する方向において嵌合している部位同士（第二凹部５２２Ａと凸部６０１Ａ）がよりずれ難く（相対移動し難く）なる。

本実施形態の蓄電素子１の製造方法では、製造された蓄電素子１において、集電体５と絶縁部材６とが互いに凹凸嵌合しているため、電極体２とこれに接続された集電体５とに対する嵌合方向と直交する方向への絶縁部材６のずれが抑えられる。これにより、本実施形態の製造方法によって製造された蓄電素子１において、例えば、蓄電素子１が衝撃によって破損して蓋板３２がケース本体３１から外れた場合や、蓄電素子１の材料をリサイクルするために解体作業で電極体２をケース３から取り出す場合などに、絶縁部材６が電極体２及び集電体５に対してずれることに起因するケース３を通じての短絡の発生が抑制される。

また、本実施形態の蓄電素子１の製造方法では、電極体２と集電体５と絶縁部材６との接合（凹凸嵌合）は、これら電極体２と集電体５と絶縁部材６とが重なっている部位を重ね方向に加圧するカシメ接合によって行われる。このため、カシメ接合の際に集電体５と絶縁部材６との間における嵌合部位７を構成する部位において金属粉等が発生したとしても、集電体５が絶縁部材６に覆われているため前記金属粉等が集電体５と絶縁部材６との間に閉じ込められる。これにより、前記金属粉等が他の部位（例えば、電極２３、２４とセパレータ２５との間等）に移動等することを抑制することができる。

尚、本発明の蓄電素子及び蓄電素子の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。

上記実施形態の蓄電素子１では、絶縁部材６が、正極の集電体５と負極の集電体５とのそれぞれと凹凸嵌合しているが、この構成に限定されない。絶縁部材６が正極の集電体５と負極の集電体５とのいずれか一方のみと凹凸嵌合する構成でもよい。

また、上記実施形態の蓄電素子１では、電極体２は、クリップ部材５０を介して集電体５に接続されているが、この構成に限定されない。電極体２は、集電体５に直接接続されてもよい。この場合、例えば、塑性変形可能な板状の部材が、集電体５（上記実施形態の例では接続部５２）との間に分割被接続部２６１又は被接続部２６を挟み込むように配置され、かかる部位がカシメ接合等されることで電極体２と集電体５とが接合される。

また、上記実施形態の蓄電素子１では、絶縁部材６は、集電体５と凹凸嵌合しているが、この構成に限定されない。例えば、集電体５が電極体２の中空部２７に差し込まれた状態で電極体２に接合される構成のように、被接続部２６と絶縁部材６との間に集電体５が存在しない構成では、絶縁部材６は、電極体２と凹凸嵌合してもよい。この場合、絶縁部材６と電極体２とは、直接、凹凸嵌合してもよく、絶縁部材６と電極体２との間に塑性変形可能で且つ導電性を有する板状の部材等が配置された状態で凹凸嵌合していてもよい。

絶縁部材６と電極体２とが、直接、凹凸嵌合する場合、例えば具体的には、複数枚の平板電極（正極板、負極板）を積層することによって電極体を構成し、その一方の端に配置される正極板の集電箔を十分厚くすると共に、もう一方の端に配置される負極板の集電箔を十分厚くし、それらの厚くした集電箔を塑性変形する部材として絶縁部材６との凹凸嵌合に使用する。また、絶縁部材６と電極体２とが、直接、凹凸嵌合する場合、絶縁部材６は、電極体２における集電体５との接合部位以外の部位で凹凸嵌合していてもよい。

上記実施形態の絶縁部材６では、凸部６０１Ａの反対側（表裏の関係にある部位）が凹部６０２Ａであるが、この構成に限定されない。絶縁部材６の凸部６０１Ａの反対側（表裏の関係にある部位）が平坦でもよい。この場合、絶縁部材６の凸部６０１Ａは、電極体２と集電体５とがカシメ接合された後に、集電体５に形成された凹部に嵌め込まれる。即ち、上記実施形態の蓄電素子１の製造方法では、電極体２と集電体５と絶縁部材６とが一緒にカシメ接合されることで互いに凹凸嵌合しているが、電極体２と集電体５とがカシメ接合された後、該カシメ接合によって形成された凹部（上記実施形態の例では、第二凹部５２２Ａ）に、絶縁部材６に設けられた凸部６０１Ａが嵌め込まれることで、絶縁部材６が電極体２及び集電体５と凹凸嵌合する構成でもよい。

上記実施形態の蓄電素子１では、集電体５が一対（二つ）の接続部５２を有しているが、この構成に限定されない。集電体５は、一つの接続部５２を有してもよく、三つ以上の接続部５２を有してもよい。

上記実施形態の蓄電素子１では、嵌合部位７がＹ軸方向における電極体２の外部から中空部２７に向かう方向に突出しているが、この構成に限定されない。嵌合部位７は、Ｙ軸方向における中空部２７から電極体２の外部に向かう方向に突出してもよい。この場合、上記実施形態の接続部５２における第一凸部５２１Ａに相当する部位が凹部（第一凹部）となり、第二凹部５２２Ａに相当する部位が凸部（第二凸部）となる。そして、前記凹部に電極体２（被接続部２６）が嵌り込むことで、接続部５２と電極体２（被接続部２６）とが凹凸嵌合し、且つ、前記凸部が絶縁部材６に嵌り込むことで、接続部５２と絶縁部材６とが凹凸嵌合する。

上記実施形態の蓄電素子１では、電極体２と集電体５とが凹凸嵌合する位置と、集電体５と絶縁部材６とが凹凸嵌合する位置とが同じ位置、即ち、嵌合部位７において電極体２と集電体５と絶縁部材６とが一体的に凹凸嵌合しているが、この構成に限定されない。電極体２と集電体５とが凹凸嵌合する位置と、集電体５と絶縁部材６とが凹凸嵌合する位置とが、異なる位置であってもよい。

上記実施形態の蓄電素子１では、嵌合部位７がＸ軸方向から見て本体２０の内側に位置している（図７参照）が、この構成に限定されない。例えば、嵌合部位７の一部が、Ｘ軸方向から見て、本体２０の外側に位置していてもよい（図１２参照）。

上記実施形態の蓄電素子１では、絶縁部材６は、袋状であるが、この構成に限定されない。例えば、絶縁部材６は、電極体２と、ケース３の長壁部３１３及び閉塞部３１１との間に配置される構成（Ｘ軸方向からみてＵ字状）であってもよい。

上記実施形態の蓄電素子１では、外部端子４がケース３の外側に配置されているが、この構成に限定されない。外部端子は、ケース３の少なくとも一部によって構成されていてもよい。例えば具体的には、ケース３がアルミニウムによって構成され、正極の集電体５とケース３とがケース３の内部で電気的に接続される（例えば、蓋板３２の内側の面に正極集電体５が直接接続されている）ことで、ケース３自体が正極端子（外部端子）を兼ねる構成でもよい。また、ケース３が鉄等によって構成され、負極の集電体５とケース３とがケース３の内部で電気的に接続されることで、ケース３自体が負極端子を兼ねる構成等でもよい。

また、上記実施形態においては、蓄電素子が充放電可能な非水電解質二次電池（例えばリチウムイオン二次電池）として用いられる場合について説明したが、蓄電素子の種類や大きさ（容量）は任意である。また、上記実施形態において、蓄電素子の一例として、リチウムイオン二次電池について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、本発明は、種々の二次電池、その他、一次電池や、電気二重層キャパシタ等のキャパシタの蓄電素子にも適用可能である。

蓄電素子（例えば電池）１は、図１３に示すような蓄電装置（蓄電素子が電池の場合は電池モジュール）１１に用いられてもよい。蓄電装置１１は、少なくとも二つの蓄電素子１と、二つの（異なる）蓄電素子１同士を電気的に接続するバスバ部材１２と、を有する。この場合、本発明の技術が少なくとも一つの蓄電素子１に適用されていればよい。

１…蓄電素子、２…電極体、２０…本体、２１…巻芯、２２…積層体、２３…正極（電極）、２３１…金属箔、２３２…正極活物質層、２４…負極（電極）、２４１…金属箔、２４２…負極活物質層、２５…セパレータ、２６…被接続部、２６１…分割被接続部、２７…中空部、３…ケース、３１…ケース本体、３１１…閉塞部、３１２…胴部、３１３…長壁部、３１４…短壁部、３２…蓋板、３２５…注液穴、３２６…注液栓、３３…内部空間、３４…開口周縁部、４…外部端子、４１…面、５…集電体、５０…クリップ部材、５０１、５０２…対向片、５０２Ａ…凸部、５０３…連結部、５１…本体、５２…接続部、５２１…第一面、５２１Ａ…第一凸部、５２２…第二面、５２２Ａ…第二凹部、６…絶縁部材、６０１…面、６０１Ａ…凸部（絶縁凸部）、６０２…面、６０２Ａ…凹部、７…嵌合部位、１１…蓄電装置、１２…バスバ部材、８０…パンチ、８１…ダイ、８２…凹部、Ｃ…巻回中心軸

Claims (7)

1. ケースと、
   前記ケースの内部に配置される電極体と、
   前記電極体と前記ケースの外側に配置される外部端子又は前記ケースの少なくとも一部によって構成される外部端子とを繋ぐ集電体と、
   前記ケースの内部で前記電極体及び前記集電体を覆う絶縁部材と、を備え、
   前記集電体は、前記電極体に接続される接続部を有し、
   前記接続部は、前記電極体と対向する第一凹部及び該第一凹部に対して表裏の関係にある第二凸部、又は前記電極体と対向する第一凸部及び該第一凸部に対して表裏の関係にある第二凹部、を有し、
   前記接続部の前記第一凹部又は前記第一凸部が前記電極体と凹凸嵌合すると共に、前記接続部の前記第二凸部又は前記第二凹部が前記絶縁部材と凹凸嵌合する、蓄電素子。
2. 前記電極体は、活物質層が配置されている本体と、前記本体と隣接し且つ前記集電体の前記接続部が接続される被接続部と、を有し、
   前記絶縁部材と前記接続部と前記電極体とが凹凸嵌合している嵌合部位は、前記被接続部から前記本体に向かう方向から見て前記本体の内側に位置する、請求項１に記載の蓄電素子。
3. 前記絶縁部材は、前記第二凸部が嵌り込む絶縁凹部、又は前記第二凹部に嵌り込む絶縁凸部を有し、
   前記絶縁凹部又は前記絶縁凸部は、前記第二凸部又は前記第二凹部に沿っている、請求項１又は２に記載の蓄電素子。
4. ケースと、
   前記ケースの内部に配置される電極体と、
   前記電極体と前記ケースの外側に配置される外部端子又は前記ケースの少なくとも一部によって構成される外部端子とを繋ぐ集電体と、
   前記ケースの内部で前記電極体を覆う絶縁部材と、を備え、
   前記集電体は、前記電極体に接続される接続部を有し、
   前記電極体は、前記接続部と対向する第三凹部及び該第三凹部に対して表裏の関係にある第四凸部、又は前記接続部と対向する第三凸部及び該第三凸部に対して表裏の関係にある第四凹部、を有し、
   前記電極体の前記第三凹部又は前記第三凸部が前記接続部と凹凸嵌合すると共に、前記電極体の前記第四凸部又は前記第四凹部が前記絶縁部材と凹凸嵌合する、蓄電素子。
5. ケースの内部に配置される電極体と、該電極体と前記ケースの外側に配置される外部端子又は前記ケースの少なくとも一部によって構成される外部端子とを繋ぐ集電体と、前記ケースの内部で前記電極体及び前記集電体を覆う絶縁部材と、を凹凸嵌合させること、を備え、
   前記集電体は、前記電極体に接続される接続部を有し、
   前記凹凸嵌合された部位において、
   前記接続部は、前記電極体と対向する第一凹部及び該第一凹部に対して表裏の関係にある第二凸部、又は前記電極体と対向する第一凸部及び該第一凸部に対して表裏の関係にある第二凹部、を有し、
   前記接続部の前記第一凹部又は前記第一凸部が前記電極体と凹凸嵌合すると共に、前記接続部の前記第二凸部又は前記第二凹部が前記絶縁部材と凹凸嵌合している、蓄電素子の製造方法。
6. ケースの内部に配置される電極体と前記ケースの外側に配置される外部端子又は前記ケースの少なくとも一部によって構成される外部端子とを繋ぐ集電体と、前記ケースの内部で前記電極体及び前記集電体を覆う絶縁部材と、を凹凸嵌合させること、を備え、
   前記凹凸嵌合は、前記電極体と前記集電体と前記絶縁部材とが重なっている部位を重ね方向に加圧するカシメ接合によって行う、蓄電素子の製造方法。
7. ケースの内部に配置される電極体と、該電極体と前記ケースの外側に配置される外部端子又は前記ケースの少なくとも一部によって構成される外部端子とを繋ぐ集電体と、前記ケースの内部で前記電極体を覆う絶縁部材と、を凹凸嵌合させること、を備え、
   前記集電体は、前記電極体に接続される接続部を有し、
   前記凹凸嵌合された部位において、
   前記電極体は、前記接続部と対向する第三凹部及び該第三凹部に対して表裏の関係にある第四凸部、又は前記接続部と対向する第三凸部及び該第三凸部に対して表裏の関係にある第四凹部、を有し、
   前記電極体の前記第三凹部又は前記第三凸部が前記接続部と凹凸嵌合すると共に、前記電極体の前記第四凸部又は前記第四凹部が前記絶縁部材と凹凸嵌合している、蓄電素子の製造方法。

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