JP6867746B2 - 蓄電素子 - Google Patents

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Description

本発明は、電極体と、電極体に接続された集電体とを備える蓄電素子に関する。
従来、電気自動車（ＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの動力源として、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子が用いられている。このような蓄電素子は、一般的に、電極体及び電極体に接続された集電体等を備えている。
蓄電素子が備える電極体は、例えば、正極板及び負極板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が巻き回されて形成されている。このように、正極板と負極板とが対向して配置された構造を有する電極体内に、例えば金属片または金属粉などの導電性の異物が進入した場合、微短絡等の不具合が生じる可能性がある。
例えば特許文献１には、電極ユニットにおける両電極シートの重なり部分からはみ出した電極シートと集電端子とが超音波溶接によって接合された構造を有する電池の製造方法が開示されている。この製造方法によれば、超音波溶接を行う際に、両電極シートの重なり部分に圧縮力を加えることで、超音波溶接によって生じた金属粉が重なり部分に進入することを阻止可能としている。
特開２００７−５３００２号公報
蓄電素子の内部における金属片または金属粉等の導電性の異物は、電極体と集電体との溶接などの製造工程において発生するだけなく、例えば、使用時に与えられる衝撃等に起因して発生する場合も考えられる。
従って、蓄電素子１０の内部において、仮に、製造後に何らかの外的要因により異物が発生した場合であっても、その異物を電極体の内方に進入（移動）させないことが、不具合の発生の抑制のためには重要である。
本発明は、上記従来の課題を考慮し、信頼性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、極板が積層された電極体と、前記電極体の端部に接続された集電体とを備える蓄電素子であって、前記電極体の前記端部は、（ａ）積層された前記極板が積層方向に溶接された部分であって、前記集電体と接合されていない部分である極板溶接部と、（ｂ）前記集電体と接合された部分であって、前記積層方向と交差する方向において前記極板溶接部と並んで配置された集電体接合部とを有する。
この構成によれば、電極体の端部の一部に極板溶接部が形成され、他の部分に集電体接合部が形成される。言い換えると、電極体の端部の、集電体と接合される以外の部分も極板同士で溶接されるため、当該端部における極板間の隙間の量が低減される。その結果、例えば、電極体の端部からの金属粉等の異物の進入が抑制される。
また、電極体の端部の集電体接合部は、積層方向と交差する方向において極板溶接部と並ぶ位置に配置される。つまり、電極体の端部において、溶接のための加振または加熱等の作業がなされていない部分と、集電体とが、超音波溶接等の手法を用いて接合される。これにより、例えば、電極体の端部と集電体との接合の品質が保証される。以上のように、本態様の蓄電素子は、信頼性の高い蓄電素子である。
また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記電極体は、対向する一対の扁平部と、前記一対の扁平部を繋ぐ湾曲部とを有する巻回型の電極体であり、前記極板溶接部は、前記一対の扁平部における積層された前記極板が溶接された部分であり、前記集電体接合部は、前記一対の扁平部における積層された前記極板が前記集電体と接合された部分であり、前記電極体の前記端部はさらに、前記湾曲部の位置に、積層された前記極板が溶接されていない部分である非溶接部を有するとしてもよい。
この構成によれば、巻回型の電極体の一対の扁平部における端部に、極板溶接部と集電体接合部とが形成される。そのため、例えば、巻回型の電極体の端部から電極体の内部への異物の進入が抑制される。また、電極体の湾曲部には、非溶接部が設けられるため、例えば、電解液の電極体への浸透のための経路は確保される。
また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記極板溶接部は、前記一対の扁平部における積層された前記極板が一括して溶接された部分であり、前記集電体接合部は、前記一対の扁平部における積層された前記極板が一括して前記集電体と溶接された部分であるとしてもよい。
この構成によれば、巻回型の電極体の一対の扁平部における端部を閉じるように、極板溶接部と集電体接合部とが形成される。そのため、例えば、巻回型の電極体に存在する、巻回軸を中心とした空間（巻回軸空間）の開口をほぼ塞いだ状態にすることが可能となる。つまり、巻回型の電極体において、通常では比較的に大きな開口を有する部分が閉じられた状態にされるため、電極体の内部への異物の進入の抑制効果をさらに向上させることができる。
また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記極板溶接部は、積層された前記極板を超音波溶接によって溶接することで形成されており、前記集電体接合部において、前記電極体の前記端部と前記集電体とは超音波溶接によって接合されているとしてもよい。
この構成によれば、極板溶接部及び集電体接合部は、ともに超音波を用いて形成されるため、例えば、極板溶接部及び集電体接合部の形成に、共通する設備を用いることができる。また、極板溶接部及び集電体接合部それぞれの形成を、短時間でかつ確実に行うことが可能となる。
また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記電極体はさらに、前記電極体の最も外側に配置されたセパレータを有し、前記蓄電素子はさらに、前記セパレータにおける、前記電極体の前記端部に近い端縁部分を、前記電極体の内側の方向に押さえる押さえ部材を備えるとしてもよい。
この構成によれば、例えば、極板溶接部及び集電体接合部によっては塞がれない隙間であって、電極体の最外周のセパレータの内側の隙間が、押さえ部材によって塞がれる。そのため、電極体の内部に進入する異物に起因する不具合の発生を、より確実に抑制することができる。
また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記押さえ部材は、（ｉ）前記セパレータにおける、前記電極体の前記端部に近い端縁と、前記セパレータの内側の極板との境界を跨ぐように貼付されたテープ、または、（ｉｉ）前記電極体の前記集電体側に取り付けられたスペーサであって、前記セパレータの前記端縁部分を押さえる凸部を有するスペーサであるとしてもよい。
この構成によれば、押さえ部材が、テープまたはスペーサという簡易な構造の物体によって実現される。つまり、電極体の内部への異物の進入の抑制効果を、簡易な構造によって向上させることができる。
また、本発明の一態様に係る蓄電素子は、極板が積層された電極体と、前記電極体の端部に接続された集電体とを備える蓄電素子であって、前記電極体の最も外側に配置されたセパレータにおける、前記電極体の前記端部に近い端縁と、前記セパレータの内側の極板との境界を跨ぐように貼付されたテープを備える。
この構成によれば、電極体の最も外側のセパレータの端縁と、その内側の極板との隙間がテープによって塞がれるため、当該隙間からの金属粉等の異物の進入が抑制される。従って、本態様の蓄電素子は、信頼性の高い蓄電素子である。
本発明によれば、信頼性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容器の容器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。 実施の形態に係る蓄電素子を分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。 実施の形態に係る電極体の構成概要を示す斜視図である。 実施の形態に係る正極集電体の構成を示す図である。 実施の形態に係る極板溶接部と集電体接合部とを示す斜視図である。 実施の形態の変形例１に係る押さえ部材の概要を示す斜視図である。 実施の形態の変形例２に係る押さえ部材の概要を示す斜視図である。 図８に示す押さえ部材による電極体の押さえ位置の一例を示す断面図である。 実施の形態の変形例３に係る正極集電体の形状の一例を示す正面図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係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及びその変形例は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態及び変形例で示される数値、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、以下の実施の形態及び変形例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。
また、以下の説明及び図面中において、蓄電素子の電極体の巻回軸方向をＸ軸方向と定義する。つまり、Ｘ軸方向は、集電体もしくは電極端子の並び方向、または、容器の短側面の対向方向として定義できる。また、蓄電素子の上下方向をＺ軸方向と定義する。つまり、Ｚ軸方向は、集電体の接続板部が延びる方向、または、容器の短側面の長手方向として定義できる。また、Ｘ軸方向及びＺ軸方向と交差する方向をＹ軸方向と定義する。つまり、Ｙ軸方向は、容器の長側面の対向方向、容器の短側面の短手方向、または、容器の厚さ方向として定義できる。
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の容器１００の容器本体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、実施の形態に係る蓄電素子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。図４は、実施の形態に係る電極体１６０の構成概要を示す斜視図である。なお、図３では、容器１００の容器本体１１１の図示は省略されている。また、図４の（ａ）及び（ｂ）では、後述する極板溶接部及び集電体接合部が形成される前の状態の電極体１６０の構成概要が示されている。
蓄電素子１０は、極板が積層された電極体と、電極体の端部に接続された集電体とを備える蓄電素子である。本実施の形態に係る蓄電素子１０は、具体的には以下のように説明される。
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。特に、蓄電素子１０は、電気自動車（ＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）、またはハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）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、正極端子２００と、負極端子３００とを備えている。正極端子２００は上部絶縁部材１２５を介して蓋体１１０に取り付けられており、負極端子３００は上部絶縁部材１３５を介して蓋体１１０に取り付けられている。容器１００内方には、下部絶縁部材１２０及び１３０と、正極集電体１４０と、負極集電体１５０と、２つの電極体１６０とが収容されている。
また、蓄電素子１０の容器１００の内部には電解液（非水電解液）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。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。
容器１００は、矩形筒状で底を備える容器本体１１１と、容器本体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、２つの電極体１６０等を内部に収容後、蓋体１１０と容器本体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及び容器本体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。
２つの電極体１６０は、並列に配置される２つの発電要素であり、ともに、正極集電体１４０及び負極集電体１５０と電気的に接続される。なお、本実施の形態において、２つの電極体１６０は、同一の構成を有している。
電極体１６０は、極板が積層された電極体の一例である。本実施の形態では、図４の（ａ）に示すように、電極体１６０は、２種類の極板である正極板１６３及び負極板１６４と、セパレータ１６５または１６６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。
より詳細には、電極体１６０は、正極板１６３と、セパレータ１６５と、負極板１６４と、セパレータ１６６とがこの順に積層され、かつ、巻回されることで形成されている。
また、図４の（ｂ）に示すように、電極体１６０は、巻回軸方向と直交する方向（本実施の形態ではＹ軸方向）に扁平な形状である。つまり、電極体１６０は、巻回軸方向から見た場合に、全体として長円形状であり、長円形状の直線部分が平坦な形状となり、長円形状の曲線部分が湾曲した形状となる。このため、図４の（ｂ）に示すように、電極体１６０は、対向する一対の扁平部１６９と、対向する一対の湾曲部１６８とを有している。
正極板１６３は、アルミニウムからなる長尺帯状の金属箔（正極基材層）の表面に、正極活物質を含む合剤層（正極合剤層）が形成されたものである。負極板１６４は、銅からなる長尺帯状の金属箔（負極基材層）の表面に、負極活物質層を含む合剤層（負極合剤層）が形成されたものである。
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。また、セパレータ１６５及び１６６としては、例えば樹脂からなる微多孔性のシートが採用される。
このように構成された電極体１６０において、より具体的には、正極板１６３と負極板１６４とは、セパレータ１６５または１６６を介し、巻回軸方向に互いにずらして巻回されている。
そして、正極板１６３及び負極板１６４は、それぞれのずらされた方向の端部に、活物質が塗工されていない部分である未塗工部を有する。
具体的には、正極板１６３は、巻回軸方向の一端に、正極活物質が塗工されていない未塗工部を有している。また、負極板１６４は、巻回軸方向の他端に、負極活物質が塗工されていない未塗工部を有している。これにより、電極体１６０は、巻回軸方向の一端に、正極板１６３の未塗工部が積層された正極側端部１６１を有し、巻回軸方向の他端に、負極板１６４の未塗工部が積層された負極側端部１６２を有している。
つまり、正極板１６３の露出した金属箔の層によって正極側端部１６１が形成され、負極板１６４の露出した金属箔の層によって負極側端部１６２が形成されている。正極側端部１６１は正極集電体１４０と接合され、負極側端部１６２は負極集電体１５０と接合される。これら接合の手法としては、例えば超音波溶接が採用される。
なお、本実施の形態では、電極体１６０の端部（正極側端部１６１及び負極側端部１６２のそれぞれ）には、積層された極板（未塗工部）が積層方向に溶接されることで極板溶接部が形成され、極板溶接部以外の部分が、集電体と接合される。この特徴については、図５及び図６を用いて後述する。
また、蓄電素子１０が備える２つの電極体１６０は、図２及び図３に示すように、絶縁フィルム１７０が周囲に巻きつけられて束ねられている。絶縁フィルム１７０は、長方形状のシート状の樹脂製の部材であり、２つの電極体１６０に巻きつけられて、巻き終わり部分を絶縁テープなどにより留められることで、固定される。
なお、蓄電素子１０が備える電極体１６０の数に特に限定はなく、１でもよく、また３以上でもよい。蓄電素子１０が複数の電極体（本実施の形態では２つの電極体１６０）を有する場合、同一体積（容積）の容器１００に単数の電極体を収容する場合に比べ、例えば、以下の点で好ましい。
つまり、複数の電極体を用いることで、単数の電極体を用いる場合に比べ、容器１００のコーナー部のデッドスペースが減り、電極体の占める割合が向上するため、蓄電素子１０の蓄電容量アップにつながる。また、特に、高入出力（ハイレート）用の電極体では、高容量タイプの電極体に比べて、金属箔上の活物質の量を減らす必要があり、電極体における金属箔及びセパレータの割合が高まる。このため、単数の電極体を用いた場合は電極の巻き数が多くなり、その結果、硬くて柔軟性が低く容器１００に挿入しづらくなる。しかし、複数の電極体を用いる場合は、１つの電極体における巻き数を少なくすることができるため、柔軟性が高い電極体を実現することができる。これにより、容器１００におけるデッドスペースを比較的に小さくすることが可能である。
正極集電体１４０は、２つの電極体１６０の正極側に配置され、正極端子２００と２つの電極体１６０の正極板１６３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１４０は、電極体１６０の正極基材層と同様、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。
具体的には、正極集電体１４０は、２つの電極体１６０それぞれの正極側端部１６１に接合されることで、２つの電極体１６０それぞれの正極板１６３と接続される。また、正極集電体１４０には、開口部１４０ａが形成されており、開口部１４０ａに後述の正極端子２００の接続部２１０が挿入されることで、正極集電体１４０と正極端子２００とが接続される。
負極集電体１５０は、２つの電極体１６０の負極側に配置され、負極端子３００と２つの電極体１６０の負極板１６４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１５０は、電極体１６０の負極基材層と同様、銅または銅合金などで形成されている。
具体的には、負極集電体１５０は、２つの電極体１６０それぞれの負極側端部１６２に接合されることで、２つの電極体１６０それぞれの負極板１６４と接続される。また、負極集電体１５０には、開口部１５０ａが形成されており、開口部１５０ａに後述の負極端子３００の接続部３１０が挿入されることで、負極集電体１５０と負極端子３００とが接続される。
上部絶縁部材１２５は、正極端子２００と蓋体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と蓋体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と蓋体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と蓋体１１０とを電気的に絶縁する部材である。上部絶縁部材１２５、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、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、１３５及び下部絶縁部材１２０、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。
正極端子２００は、２つの電極体１６０の正極側端部１６１に電気的に接続された電極端子であり、負極端子３００は、２つの電極体１６０の負極側端部１６２に電気的に接続された電極端子である。また、図３に示すように、正極端子２００には、正極端子２００と正極集電体１４０とを電気的に接続する接続部２１０が設けられている。
接続部２１０は、正極集電体１４０の開口部１４０ａに挿入されて、正極集電体１４０に接続される部材であり、例えばリベットである。つまり、正極端子２００の接続部２１０は、上部絶縁部材１２５の開口部、蓋体１１０の貫通孔１１０ａ、下部絶縁部材１２０の開口部、及び正極集電体１４０の開口部１４０ａに挿入されてかしめられる。これにより、正極端子２００は、上部絶縁部材１２５、下部絶縁部材１２０、及び正極集電体１４０とともに蓋体１１０に固定される。
また同様に、負極端子３００には、負極端子３００と負極集電体１５０とを電気的に接続する接続部３１０が設けられている。負極端子３００の接続部３１０は、上部絶縁部材１３５の開口部、蓋体１１０の貫通孔１１０ｂ、下部絶縁部材１３０の開口部、及び負極集電体１５０の開口部１５０ａに挿入されてかしめられる。これにより、負極端子３００は、上部絶縁部材１３５、下部絶縁部材１３０、及び負極集電体１５０とともに蓋体１１０に固定される。
次に、本実施の形態に係る集電体の構成について、正極集電体１４０を用いて詳細に説明する。なお、正極集電体１４０と負極集電体１５０とは、同様の構成を有するため、以下では正極集電体１４０についての説明を行い、負極集電体１５０についての説明は省略する。
図５は、実施の形態に係る正極集電体１４０の構成を示す図である。具体的には、図５の（ａ）は、正極集電体１４０を正面（Ｘ軸方向プラス側）から見た場合の正面図であり、図５の（ｂ）は、正極集電体１４０を側方（Ｙ軸方向マイナス側）から見た場合の側面図である。
本実施の形態に係る正極集電体１４０は、正極端子２００と接続される端子接続部１４１であって、開口部１４０ａ（図３参照）が形成された端子接続部１４１と、２つの電極体１６０と接続される２つの接続板部１４２及び１４３を有する。
端子接続部１４１ならびに２つの接続板部１４２及び１４３のそれぞれは、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された板材に対し、曲げ及び絞り等の加工を施すことで一体に形成することができる。
なお、図４等に示す正極集電体１４０の形状は一例であり、正極端子２００と少なくとも１つの電極体１６０とを接続可能な形状であれば、正極集電体１４０の形状として各種の形状を採用し得る。
２つの接続板部１４２及び１４３のそれぞれは、電極体１６０の端部（本実施の形態では正極側端部１６１）と、例えば超音波溶接によって接合される。また、この接合部分では、正極側端部１６１を構成する積層された極板は、互いに溶接されて１つにまとめられ、かつ、正極集電体１４０の接続板部１４２に接合される。
なお、「積層された極板」には、例えば、１枚の極板が巻き回される又は折り畳まれることで得られる場合と、互いに別体である複数の極板が重ねられることで得られる場合とがある。本実施の形態では、具体的には、巻き回された正極板１６３の未塗工部が、正極側端部１６１における積層された極板に該当する。また、巻き回された負極板１６４の未塗工部が、負極側端部１６２における積層された極板に該当する。
本実施の形態に係る蓄電素子１０は、正極側端部１６１において、この接合部分（集電体接合部）以外に、積層された極板が溶接された部分（極板溶接部）を備える点に特徴を有する。
図６は、実施の形態に係る極板溶接部１６１ａと集電体接合部１６１ｂとを示す斜視図である。図６に示すように、電極体１６０の正極側端部１６１は、極板溶接部１６１ａと集電体接合部１６１ｂとを有する。
極板溶接部１６１ａは、積層された極板が積層方向（本実施の形態ではＹ軸方向）に溶接されることで形成された部分であって、正極集電体１４０と接合されていない部分である。集電体接合部１６１ｂは、正極集電体１４０と接合された部分である。集電体接合部１６１ｂは、積層方向と交差する方向（本実施の形態ではＺ軸方向）において極板溶接部１６１ａと並んで配置されている。なお、「極板溶接部」は、積層された極板が積層方向に溶着されることで形成された部分である「極板溶着部」と言い換えることもできる。また、本実施の形態における、極板溶接部１６１ａ及び集電体接合部１６１ｂの並び方向は、例えば、正極集電体１４０の接続板部１４２の長手方向と言うこともできる。
極板溶接部１６１ａは、正極側端部１６１と正極集電体１４０の接続板部１４２との接合の前に、正極側端部１６１に形成される。つまり、蓄電素子１０の製造工程には、電極体１６０の端部に、極板溶接部１６１ａを形成する第一工程と、電極体１６０の端部の、極板溶接部１６１ａ以外の部分に、集電体接合部１６１ｂを形成する第二工程とが含まれる。
なお、本実施の形態では、第一工程の完了後に第二工程が実行されるが、第一工程と第二工程の少なくとも一部が並行して実行されてもよい。また、極板溶接部１６１ａの形成のための手法に特に限定はないが、集電体接合部１６１ｂを形成する場合と同じく、例えば超音波溶接が用いられる。
このように、本実施の形態では、電極体１６０の正極側端部１６１の一部に極板溶接部１６１ａが形成され、他の部分に集電体接合部１６１ｂが形成される。そのため、正極側端部１６１における極板間の隙間の量（巻回軸方向から見た場合の当該隙間の面積の総計）が低減される。その結果、例えば、電極体１６０の正極側端部１６１からの金属粉等の異物の進入が抑制される。従って、例えば、金属粉等の異物に起因する電極体１６０の内部における微短絡の発生、及び、微短絡の発生に起因する発電量の低下等の不具合が生じる可能性が低減される。
また、集電体接合部１６１ｂは、積層方向と交差する方向において極板溶接部１６１ａと並ぶ位置に配置される。つまり、電極体１６０の正極側端部１６１において、溶接のための加振または加熱等の作業がなされていない部分と、正極集電体１４０とが、超音波溶接等の手法を用いて接合される。言い換えると、加振または加熱等の作業に起因して強度が低下している可能性のある部分を避けて、正極側端部１６１と正極集電体１４０とが接合される。これにより、例えば、電極体１６０の正極側端部１６１と集電体との接合の品質が保証される。このように、本実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、信頼性の高い蓄電素子が実現される。
また、本実施の形態では、図６に示すように、電極体１６０の正極側端部１６１には、３つの極板溶接部１６１ａと２つの集電体接合部１６１ｂとが配置されている。また、３つの極板溶接部１６１ａのうちの２つの極板溶接部１６１ａは、２つの集電体接合部１６１ｂの並び方向の両側に配置されている。
簡単に言うと、正極側端部１６１において、２つの極板溶接部１６１ａが、正極集電体１４０と接合される領域を挟む位置に配置されている。そのため、例えば、正極側端部１６１と正極集電体１４０との接合時（集電体接合部１６１ｂの形成時）に、積層された極板（積層された未塗工部）を積層方向に押さえる治具を用いない場合であっても、精度よく接合を行うことが可能となる。また、本実施の形態ではさらに、２つの集電体接合部１６１ｂの間にも極板溶接部１６１ａが配置されている。このことは、上記治具を用いない場合における、接合精度または接合品質の向上に寄与する。
また、本実施の形態では、電極体１６０は、対向する一対の扁平部１６９と、一対の扁平部１６９を繋ぐ湾曲部１６８とを有する巻回型の電極体である（図５の（ｂ）参照）。このような形状の電極体１６０において、極板溶接部１６１ａは、一対の扁平部１６９における、積層された極板が溶接されることで形成された部分である。また、集電体接合部１６１ｂは、一対の扁平部１６９における、積層された極板が一括して正極集電体１４０と接合された部分である。
より詳細には、本実施の形態に係る極板溶接部１６１ａは、一対の扁平部１６９における、積層された極板が一括して溶接されることで形成された部分である。また、本実施の形態に係る集電体接合部１６１ｂは、一対の扁平部１６９における、積層された極板が一括して正極集電体１４０と接合された部分である。
つまり、一対の扁平部１６９における端部を閉じるように、極板溶接部１６１ａと集電体接合部１６１ｂとが形成される。そのため、例えば、巻回型の電極体１６０に存在する、巻回軸を中心とした空間（巻回軸空間）の開口をほぼ塞いだ状態にすることが可能となる。
その結果、巻回型の電極体１６０において、通常では比較的に大きな開口面積を有する部分が閉じられた状態にされるため、電極体１６０の内部への異物の進入の抑制効果をさらに向上させることができる。
また、このような形状の電極体１６０において、正極側端部１６１はさらに、図６に示すように、湾曲部１６８の位置に、積層された極板が溶接されていない部分である非溶接部１６１ｃを有する。つまり、巻回型の電極体１６０の端部の一部に、極板間の隙間を閉じていない部分が残されている。これにより、例えば、電解液の電極体１６０への浸透のための経路が確保され、このことは、電極体１６０（蓄電素子１０）の品質の向上に寄与する。
また、本実施の形態において、極板溶接部１６１ａは、積層された極板を超音波振動によって溶接することで形成される。さらに、集電体接合部１６１ｂにおいて、電極体１６０の正極側端部１６１と正極集電体１４０とは超音波溶接によって接合されている。
従って、例えば、極板溶接部１６１ａ及び集電体接合部１６１ｂの形成に、共通する設備（超音波溶接機）を用いることができる。また、極板溶接部１６１ａ及び集電体接合部１６１ｂの形成を、短時間でかつ確実に行うことが可能となる。
なお、極板溶接部１６１ａ及び集電体接合部１６１ｂそれぞれの数に特に限定はなく、極板溶接部１６１ａ及び集電体接合部１６１ｂは、それぞれ１以上、正極側端部１６１に配置されていればよい。
また、極板溶接部１６１ａ及び集電体接合部１６１ｂの並び方向は、Ｚ軸方向（接続板部１４２の長手方向）と一致している必要はない。例えば、側面視（Ｙ軸方向マイナス側から見た場合）において、極板溶接部１６１ａの位置と、集電体接合部１６１ｂの位置とが、Ｘ軸方向にずれていてもよい。
さらに、極板溶接部１６１ａ及び集電体接合部１６１ｂは、例えば、巻回軸方向（電極体１６０の両端部（１６１、１６２）を結ぶ方向であり、本実施の形態ではＸ軸方向と同じ）に並んでいてもよい。例えば、正極側端部１６１において、負極側（Ｘ軸方向マイナス側）に、極板溶接部１６１ａが配置され、その極板溶接部１６１ａよりも外側（Ｘ軸方向プラス側）に、集電体接合部１６１ｂが配置されてもよい。
この場合、極板溶接部１６１ａを、例えばＺ軸方向に長尺状に形成すること、または、複数の極板溶接部１６１ａをＺ軸方向に並べることで、電極体１６０の正極側端部１６１の比較的に広い範囲を閉じることができ、その結果、異物の進入の抑制効果が得られる。また、極板溶接部１６１ａの外側（Ｘ軸方向プラス側）に、溶接されていない部分を残すことで、当該部分を、正極集電体１４０との接合部分（つまり、集電体接合部１６１ｂ）として活用することができる。
なお、本実施の形態では、正極側端部１６１における極板溶接部１６１ａ及び集電体接合部１６１ｂを図示し、これらの説明を行ったが、負極側端部１６２についても、同様に、１以上の極板溶接部及び１以上の集電体接合部を配置してもよい。こうすることでも、電極体１６０の内部への異物の進入の抑制効果を得ることができる。
ここで、電極体１６０は、上述のように、セパレータ１６５及び１６６を有しており、本実施の形態では、電極体１６０の最も外側に、セパレータ１６６の一部が配置される。また、セパレータ１６５及び１６６は、極板溶接部１６１ａ及び集電体接合部１６１ｂのいずれにも含まれない。従って、電極体１６０の正極側では、電極体１６０の最外周の正極板１６３とその外周に巻き回されたセパレータ１６６との間の隙間は、極板溶接部１６１ａ及び集電体接合部１６１ｂの存在によっては閉じられない。
そこで、蓄電素子１０は、セパレータ１６６の当該一部の内側の隙間を閉じるための押さえ部材を備えてもよい。以下、蓄電素子１０が押さえ部材を備える態様について、実施の形態の変形例１及び２として、上記実施の形態との差分を中心に説明する。
（変形例１）
図７は、実施の形態の変形例１に係る押さえ部材１８０の概要を示す斜視図である。図７に示す電極体１６０は、上記実施の形態で説明したように、電極体１６０の最も外側に配置されたセパレータ１６６を有する（図４の（ａ）参照）。より詳細には、セパレータ１６６は、２種類の極板である正極板１６３と負極板１６４との間に配置され、かつ、一部、電極体１６０の最も外側に配置されている。
本変形例に係る蓄電素子１０は、セパレータ１６６における、電極体１６０の正極側端部１６１に近い端縁部分を、電極体１６０の内側の方向に押さえる押さえ部材１８０を備える点に特徴を有する。
具体的には、本変形例では、絶縁性を有する樹脂で形成されたテープが押さえ部材１８０として採用されており、図７に示すように、セパレータ１６６の端縁と、セパレータ１６６の内側の極板（本変形例における正極板１６３）との境界を跨ぐように押さえ部材１８０が貼付されている。
これにより、セパレータ１６６の端縁の内側の隙間の量が低減され、その結果、セパレータ１６６の当該端縁からの、金属粉等の異物の進入が抑制される。なお、図７では、正極側端部１６１の手前側（Ｙ軸方向マイナス側）に配置された押さえ部材１８０が図示されているが、正極側端部１６１の奥側（Ｙ軸方向プラス側）にも、同様に押さえ部材１８０が配置されてもよい。これにより、電極体１６０内部への異物の進入の抑制効果がさらに向上する。
また、押さえ部材１８０として採用されるテープとしては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、フッ素樹脂等の耐熱性の樹脂で形成された基材に、アクリル系、シリコーン系等の粘着剤が塗布された、絶縁粘着テープが採用される。
なお、本変形例に係る蓄電素子１０は、以下のように表現することもできる。すなわち、本変形例に係る蓄電素子１０は、極板（本変形例では正極板１６３及び負極板１６４）が積層された電極体１６０と、電極体１６０の正極側端部１６１に接続された正極集電体１４０とを備える蓄電素子１０であって、電極体１６０の最も外側に配置されたセパレータ１６６における、電極体の正極側端部１６１に近い端縁と、セパレータ１６６の内側の正極板１６３との境界を跨ぐように貼付されたテープ（押さえ部材１８０）を備える。
この構成によれば、電極体１６０の最も外側のセパレータ１６６と、その内側の正極板１６３との隙間が、テープ（押さえ部材１８０）によって塞がれるため、当該隙間からの金属粉等の異物の進入が抑制される。
（変形例２）
図８は、実施の形態の変形例２に係る押さえ部材１８５の概要を示す斜視図である。図９は、図８に示す押さえ部材１８５による電極体１６０の押さえ位置の一例を示す断面図である。
本変形例に係る押さえ部材１８５は、図８に示すように、電極体１６０の正極集電体１４０側に取り付けられるスペーサとして実現されている。具体的には、押さえ部材１８５は、容器１００の内面と、電極体１６０及び正極集電体１４０との間に配置され、電極体１６０及び正極集電体１４０の、容器１００の内部における移動を規制する部材としても機能する。また、押さえ部材１８５は、電極体１６０及び正極集電体１４０と容器１００との間を電気的に絶縁する部材としても機能する。
このような態様の押さえ部材１８５は、例えばＰＰ、ＰＰＳ、ＰＥＴ、セラミックなどの耐熱性又は断熱性の材料、または、それらの複合材料などの絶縁性の材料で形成されている。
本変形例に係る押さえ部材１８５は、電極体１６０の厚み方向（Ｙ軸方向）に対向する一対の凸部１８５ａを有している。これら一対の凸部１８５ａは、押さえ部材１８５が、電極体１６０の正極集電体１４０側に取り付けられた場合に、電極体１６０の厚み方向の両側のセパレータ１６６の端縁部分を押さえる位置に形成されている。
これにより、押さえ部材１８５は、上記変形例１に係る押さえ部材１８０と同じく、電極体１６０内部への異物の進入の抑制効果を奏することができる。具体的には、電極体１６０の最外周かつ正極側端部１６１の近傍には、例えば図９に示される積層構造が形成されている。すなわち、最外周のセパレータ１６６、両面に正極合剤層１６３ａが形成された正極板１６３、セパレータ１６５、および、両面に負極合剤層１６４ａが形成された負極板１６４がこの順に積層された構造を有している。なお、図９では、最外周のセパレータ１６６は一層のみ図示しているが、一般に、巻回型の電極体１６０の最外周には、複数回巻かれることで形成された複数層のセパレータ１６６が存在している。
このような積層構造を有する電極体１６０に対し、押さえ部材１８５が有する凸部１８５ａは、図９に示すように、セパレータ１６６の、電極体１６０の最も外側（図９中、Ｙ軸方向マイナス側）に配置された一部の端縁部分であって、当該一部の端縁から、電極体１６０におけるセパレータ１６６が取り付けられる側の端部（正極側端部１６１）とは逆極性の極板（負極板１６４）までの間のいずれかの位置を、電極体１６０の内側の方向（図９中、Ｙ軸方向プラス側）に押さえる。
言い換えると、セパレータ１６６の当該一部の端縁から、正極板１６３と負極板１６４とがセパレータ１６５を挟んで対向して存在する位置までの間のいずれかの位置が、押さえ部材１８５によって押さえられる。
これにより、仮に、セパレータ１６６の端縁から金属粉等の導電性の異物が進入した場合であっても、当該異物に起因する微短絡の発生が抑制される。より詳細には、電極体１６０の正極板１６３に、異物である微小な金属が接触した場合、当該金属によってはイオン化する。このイオン化した金属が、近くの負極板１６４に到達した場合、金属が析出してデンドライトを形成し、このデンドライトが、セパレータ１６５を貫いて正極板１６３と負極板１６４との間の微短絡を発生させる可能性がある。
しかしながら、本変形例に係る蓄電素子１０では、押さえ部材１８５によって、例えば図９に示すように、セパレータ１６６の端縁部分において、負極板１６４よりも、正極側端部１６１に近い位置（Ｘ軸方向プラス側の位置）が押さえられる。これにより、仮に、金属のイオン化が生じた場合であっても、当該イオン化した金属の負極板１６４への到達を阻止することができる。その結果、金属粉等の異物に起因する微短絡の発生が抑制される。
また、上述のように、押さえ部材１８５は、例えば電極体１６０等の移動を規制するスペーサとして実現することができるため、蓄電素子１０は、当該スペーサを備える場合、セパレータ１６６の端縁部分を押さえるための部材を別途備える必要がない。
なお、セパレータ１６６の端縁部分における異物の進入に対する抑制効果を高めるために、上記変形例１に係る押さえ部材１８０と、本変形例に係る押さえ部材１８５とを併用してもよい。
（変形例３）
上記実施の形態、並びに変形例１及び２では、２つの電極体１６０の正極側端部１６１の間に、２つの接続板部１４２及び１４３が挟まれるように、正極集電体１４０が２つの電極体１６０に対して配置されている。しかし、正極集電体と電極体との接続の態様は、この態様に限定されず、例えば、２つの接続板部が、２つの電極体１６０の端部（１６１または１６２）を挟むように、集電体が配置されてもよい。このように配置される集電体について、変形例３として、上記実施の形態との差分を中心に説明する。
図１０は、実施の形態の変形例３に係る正極集電体１９０の形状の一例を示す正面図である。なお、図１０にでは、極板溶接部１６１ａのおおよその位置が楕円の点線で示されており、集電体接合部１６１ｂのおおよその位置が矩形の点線で示されている。
図１０に示す正極集電体１９０は、２つの接続板部１９２及び１９３を有し、それぞれが電極体１６０の正極側端部１６１と接続されている。この点においては、上記実施の形態に係る正極集電体１４０と共通する。しかし、本変形例に係る正極集電体１９０は、２つの接続板部１９２及び１９３が、２つの電極体１６０の正極側端部１６１を挟むように配置されている点で、上記実施の形態に係る正極集電体１４０とは異なる。
このように、蓄電素子１０において、正極側端部１６１の外側（他の電極体１６０が配置されていない側）の面と、正極集電体１９０とが接合されてもよい。この場合であっても、上述の、極板溶接部１６１ａ及び集電体接合部１６１ｂによる、電極体１６０の内部への異物の進入の抑制効果は奏される。
なお、図１０に示す、極板溶接部１６１ａ及び集電体接合部１６１ｂの配置パターンは一例であり、他のパターンで極板溶接部１６１ａ及び集電体接合部１６１ｂが配置されてもよい。例えば、上記実施の形態と同じく、２つの集電体接合部１６１ｂの間に、１つの極板溶接部１６１ａが配置されてもよい。
（その他）
以上、本発明に係る蓄電素子について、実施の形態及びその変形例に基づいて説明した。しかしながら、本発明は、実施の形態及びその変形例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またはその変形例に施したものも、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、電極体１６０の正極側端部１６１に対する正極集電体１４０の接合の手法は、超音波溶接には限定されず、抵抗溶接、レーザー溶接、電子ビーム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。
正極側端部１６１における極板溶接部１６１ａの形成に用いる、積層された極板の溶接のための手法も超音波溶接には限定されず、抵抗溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接等の他の種類の手法が用いられてもよい。
また、蓄電素子１０が備える電極体１６０の構造は巻回型でなくてもよく、平板状の正極板と負極板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１６０は、長尺帯状の正極板と負極板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１６０は、集電体と接合すべき端部が、積層された極板によって形成されている構造であれば、当該端部に極板溶接部と集電体接合部とを設けること（例えば図６参照）により、当該端部から電極体１６０内部への金属粉等の異物の進入が抑制される。
また、極板溶接部及び集電体接合部の面積（電極体１６０の厚み方向（Ｙ軸方向）から見た場合の面積、以下同じ。）も適宜変更可能である。例えば、図１０に示される電極体１６０の正極側端部１６１において、接続板部１９２または接続板部１９３の下方に、１つの極板溶接部１６１ａがＺ軸方向に長尺状に形成されてもよい。つまり、正極側端部１６１における、正極集電体と重なっていない領域に、比較的に広い面積の極板溶接部１６１ａが形成されてもよい。これにより、積層された正極板１６３の間の隙間の量を低減させることができる。その結果、極板溶接部１６１ａによる、電極体１６０の内部への異物の進入の抑制効果がさらに向上される。
また、正極集電体１４０と正極端子２００とは、接続部２１０をかしめることで接続されているとしたが、正極集電体１４０と正極端子２００との接続の手法はかしめには限定されず、ボルト及びナットによる締結など、他の手法が採用されてもよい。負極集電体１５０と負極端子３００との接合の手法についても同じである。
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。
１０ 蓄電素子
１００ 容器
１１０ 蓋体
１１０ａ、１１０ｂ 貫通孔
１１１ 容器本体
１２０、１３０ 下部絶縁部材
１２５、１３５ 上部絶縁部材
１４０、１９０ 正極集電体
１４０ａ、１５０ａ 開口部
１４１ 端子接続部
１４２、１４３、１９２、１９３ 接続板部
１５０ 負極集電体
１６０ 電極体
１６１ 正極側端部
１６１ａ 極板溶接部
１６１ｂ 集電体接合部
１６１ｃ 非溶接部
１６２ 負極側端部
１６３ 正極板
１６３ａ 正極合剤層
１６４ 負極板
１６４ａ 負極合剤層
１６５、１６６ セパレータ
１６８ 湾曲部
１６９ 扁平部
１７０ 絶縁フィルム
１８０ 押さえ部材
１８５ 押さえ部材
１８５ａ 凸部
２００ 正極端子
２１０、３１０ 接続部
３００ 負極端子

Claims (4)

  1. 極板が積層された電極体と、前記電極体の端部に接続された集電体とを備える蓄電素子であって、
    前記電極体の前記端部は、（ａ）積層された前記極板が積層方向に溶接された部分であって、前記集電体と接合されていない部分である極板溶接部と、（ｂ）前記集電体と接合された部分であって、前記積層方向と交差する方向において前記極板溶接部と並んで配置された集電体接合部とを有し、
    前記電極体はさらに、前記電極体の最も外側に配置されたセパレータを有し、
    前記蓄電素子はさらに、前記セパレータにおける、前記電極体の前記端部に近い端縁部分を、前記電極体の内側の方向に押さえる押さえ部材を備え、
    前記押さえ部材は、（ｉ）前記セパレータにおける、前記電極体の前記端部に近い端縁と、前記セパレータの内側の極板との境界を跨ぐように貼付されたテープ、または、（ｉｉ）前記電極体の前記集電体側に取り付けられたスペーサであって、前記セパレータの前記端縁部分を押さえる凸部を有するスペーサであり、
    前記テープ、または、前記凸部を有するスペーサは、前記集電体の、前記電極体の前記端部と接合された接続板部の延設方向に沿って延在しており、
    前記延設方向は、前記積層方向から見た場合における前記セパレータの前記端縁と前記電極体の前記端部との境界が延在する方向であり、
    前記テープ、または、前記スペーサの前記凸部は、前記極板溶接部及び前記集電体接合部それぞれの位置よりも前記セパレータ側に配置されている、
    蓄電素子。
  2. 前記電極体は、対向する一対の扁平部と、前記一対の扁平部を繋ぐ湾曲部とを有する巻回型の電極体であり、
    前記極板溶接部は、前記一対の扁平部における積層された前記極板が溶接された部分であり、
    前記集電体接合部は、前記一対の扁平部における積層された前記極板が前記集電体と接合された部分であり、
    前記電極体の前記端部はさらに、前記湾曲部の位置に、積層された前記極板が溶接され
    ていない部分である非溶接部を有する
    請求項１記載の蓄電素子。
  3. 前記極板溶接部は、前記一対の扁平部における積層された前記極板が一括して溶接された部分であり、
    前記集電体接合部は、前記一対の扁平部における積層された前記極板が一括して前記集電体と溶接された部分である
    請求項２記載の蓄電素子。
  4. 前記極板溶接部は、積層された前記極板を超音波溶接によって溶接することで形成されており、
    前記集電体接合部において、前記電極体の前記端部と前記集電体とは超音波溶接によって接合されている
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
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