JP6977563B2 - 蓄電素子及び蓄電素子の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、容器を貫通する導電部材を備える蓄電素子及びその製造方法に関する。
蓄電素子においては、容器内に電極体が収容されており、この電極体に電気的に接続された端子が容器から露出して設けられている。例えば、特許文献１に示されるように、容器の一部である蓋板を端子の軸部が貫通して、電極体に電気的に接続されている。そして、端子と蓋板との間には、絶縁体が介在しており、端子の軸部をかしめることで、絶縁体を端子と蓋板とに密着させて両者の絶縁性を確保している。
特開２００５−５６６４９号公報
ところで、端子の軸部をかしめる際には蓋板にも力が作用するために、その力によって蓋板が変形してしまうおそれがある。
このため、本発明の課題は、蓄電素子における容器の変形を抑制することである。
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、容器を貫通し、端子本体に接続された導電部材を備える蓄電素子であって、容器は、導電部材が貫通する貫通孔と、貫通孔の周縁の少なくとも一部であって、容器の内面及び外面の一方に形成された凹部と、容器の内面及び外面の他方における凹部に対向する位置に形成された凸部とを備え、端子本体は、少なくとも一部が、外面を平面視したときに凹部よりも大きくなる形状を有する。
本発明によれば、容器の変形を抑制することができる。
図１は、実施の形態に係る蓄電素子の外観を模式的に示す斜視図である。 図２は、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。 図３は、実施の形態に係る蓋板の概略構成を示す斜視図である。 図４は、実施の形態に係る正極端子、蓋板、正極第１封止部材及び正極第２封止部材の固定構造を示す断面図である。 図５は、実施の形態に係る正極端子取付部の概略構成を示す上面視図である。 図６Ａは、実施の形態に係る蓋板の製造方法の一工程を示す部分断面図である。 図６Ｂは、実施の形態に係る蓋板の製造方法の一工程を示す部分断面図である。 図６Ｃは、実施の形態に係る蓋板の製造方法の一工程を示す部分断面図である。 図６Ｄは、実施の形態に係る蓋板の製造方法の一工程を示す部分断面図である。 図７は、比較例である蓋体の製造時における一工程を示す部分断面図である。 図８は、変形例１に係る蓋板の正極端子取付部の概略構成を示す上面視図である。 図９は、変形例１に係る蓋板の概略構成を示す断面図である。
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、容器を貫通し、端子本体に接続された導電部材を備える蓄電素子であって、容器は、導電部材が貫通する貫通孔と、貫通孔の周縁の少なくとも一部であって、容器の内面及び外面の一方に形成された凹部と、容器の内面及び外面の他方における凹部に対向する位置に形成された凸部とを備え、端子本体は、少なくとも一部が、外面を平面視したときに凹部よりも大きくなる形状を有する。
この構成によれば、容器の貫通孔の周縁の一部に、容器の内面及び外面の一方に形成された凹部と、容器の内面及び外面の他方における凹部に対向する位置に形成された凸部とが設けられているので、容器の変形を抑制することができる。
そして、導電部材に接続された端子本体の一部が、凹部よりも大きいので、端子本体の一部が凹部からはみ出る。つまり、端子本体を介して導電部材をかしめやねじ止めする際においては、その締結による応力が端子本体から凹部の内外に分散して作用することになる。これによって、容器の変形を抑制することができる。
また、導電部材は、かしめによって形成されたかしめ部を有し、内面及び外面のうち、かしめ部が位置する側の一方に凸部が形成されていてもよい。
この構成によれば、凸部は、容器の内面及び外面のうち、かしめ部が位置する側の一方に形成されているので、導電部材がかしめられる際の応力を凸部側で受けることができる。応力を凹部側で受ける場合と比べても、容器の変形をより抑制することができる。
また、凸部は、平面視したときにかしめ部よりも大きくてもよい。
この構成によれば、容器の外面を平面視したときに凸部がかしめ部よりも大きいので、締結による応力を凸部全体で受けることができる。したがって、容器における凸部外の変形を確実に抑制することができる。
また、凸部は、平面視したときに凹部に一致する形状を有していてもよい。
この構成によれば、容器の外面を平面視したときの凹部と凸部との形状が一致しているので、凹部と凸部とのクリアランス（凹部と凸部との外形の差）をなくすことができる。したがって、容器自体の小型化を図ることができる。
また、凸部及び凹部は、平面視したときに、貫通孔を囲む円形状を有していてもよい。
この構成によれば、容器の外面を平面視したときの凹部と凸部との形状が貫通孔を囲む円形状であるので、貫通孔の全周にわたって均等に強度を確保することができる。
また、容器の板厚をｔとすると、凹部の凹み量と凸部の突出量とは、ｔ／５以上ｔ／２以下の同じ値であってもよい。
この構成によれば、凹部の凹み量と凸部の突出量とが、ｔ／５以上ｔ／２以下の同じ値であるので、容器全体の強度低下を抑え、かつ所望の変形抑制効果を発揮することができる。
本発明の他の態様に係る蓄電素子の製造方法は、上記の蓄電素子の製造方法であって、容器となる板体を半抜き加工することによって、凹部と凸部とを形成する。
この構成によれば、容器の凹部と凸部とが、半抜き加工によって形成されているので、容器の外面を平面視したときの形状を一致させることができ、凹部と凸部とのクリアランスをなくすことができる。したがって、容器自体の小型化を図ることができる。
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、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい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、製造工程及びその順序などは、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）
まず、蓄電素子１０の構成について、説明する。
図１は、実施の形態に係る蓄電素子１０の外観を模式的に示す斜視図である。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。
なお、これらの図では、Ｚ軸方向を上下方向として示しており、以下ではＺ軸方向を上下方向として説明する場合があるが、使用態様によってはＺ軸方向が上下方向にならない場合も考えられるため、Ｚ軸方向は上下方向となることには限定されない。以降の図においても、同様である。
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。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。また、蓄電素子１０は一次電池であってもよい。
図１及び図２に示すように、蓄電素子１０は、容器１００と、正極端子２００及び負極端子２０１と、正極集電体１２０及び負極集電体１３０と、正極第１封止部材１５０及び負極第１封止部材１６０と、電極体１４０とを備えている。
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。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板１１０とで構成されている。また、容器１００は、正極集電体１２０、負極集電体１３０及び電極体１４０等を内部に収容後、蓋板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、蓋板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、鉄、メッキ鋼板など溶接可能な金属であるのが好ましい。
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蓄電要素（発電要素）である。正極は、アルミニウムや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箔上に正極活物質層が形成されたものである。また、負極は、銅、銅合金、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負極基材箔上に負極活物質層が形成されたものである。また、セパレータは、樹脂からなる微多孔性のシートである。
ここで、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。
そして、電極体１４０は、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が巻き回されて形成され、正極集電体１２０及び負極集電体１３０と電気的に接続されている。なお、図２では、電極体１４０として断面が長円形状のものを示したが、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積層型であってもよい。
正極端子２００は、容器１００の外方に配置され、電極体１４０の正極に電気的に接続された外部端子である。また、負極端子２０１は、容器１００の外方に配置され、電極体１４０の負極に電気的に接続された外部端子である。つまり、正極端子２００及び負極端子２０１は、電極体１４０に蓄えられている電気を蓄電素子１０の外部空間に導出し、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導電性の電極端子である。また、正極端子２００及び負極端子２０１は、正極第１封止部材１５０及び負極第１封止部材１６０を介して蓋板１１０に取り付けられている。
正極集電体１２０及び負極集電体１３０は、容器１００の内方、つまり、蓋板１１０の内表面（Ｚ軸方向マイナス側の面）に配置される。具体的には、正極集電体１２０は、電極体１４０の正極と容器本体１１１の側壁との間に配置され、正極端子２００と電極体１４０の正極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。負極集電体１３０は、電極体１４０の負極と容器本体１１１の側壁との間に配置され、負極端子２０１と電極体１４０の負極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、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。また、負極集電体１３０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。
正極第１封止部材１５０及び負極第１封止部材１６０は、正極端子２００及び負極端子２０１と、蓋板１１０との間に少なくともその一部が配置される絶縁体である。具体的には、正極第１封止部材１５０は、上方が開放された収容凹部１５１を有しており、その収容凹部１５１内に正極端子２００が収容されている。同様に、負極第１封止部材１６０は、上方が開放された凹部１６１を有しており、その凹部１６１内に負極端子２０１が収容されている。これにより、正極端子２００及び負極端子２０１は、一部が露出した状態で、蓋板１１０に取り付けられている。
次に、蓋板１１０について説明する。
図３は、実施の形態に係る蓋板１１０の概略構成を示す斜視図である。
図３に示すように、蓋板１１０は、上面視略矩形状の板体であり、その各角部がＲ形状に形成されている。なお、以降の説明においては、「平面視」とは、蓋板１１０の上面（外面）を平面視したときを示す。
蓋板１１０には、ガス排出弁１１２、注液口１１３、正極端子取付部１１４、負極端子取付部１１５、２つの第１膨出部１１６及び２つの第２膨出部１１７が形成されている。
ガス排出弁１１２は、蓋板１１０の中央部に平面視長円状に形成されており、他の部分よりも薄肉に形成されている。ガス排出弁１１２は、容器１００の内圧が上昇した場合に開放されることで、容器１００の内部のガスを放出する役割を有する。
注液口１１３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。注液口１１３は、蓋板１１０が容器本体１１１に取り付けられてから、電解液の注液後に注液栓（図示省略）が嵌め合わされて、塞がれる。
正極端子取付部１１４は、正極端子２００、正極第１封止部材１５０、正極第２封止部材１７０（後述）及び正極集電体１２０が取り付けられる部位であり、蓋板１１０の一端部に形成されている。負極端子取付部１１５は、負極端子２０１、負極第１封止部材１６０、負極第２封止部材（図示省略）及び負極集電体１３０が取り付けられる部位であり、蓋板１１０の他端部に形成されている。
２つの第１膨出部１１６のそれぞれは、蓋板１１０の一部が容器１００の外方に向けて膨出した形状に形成されていることで蓋板１１０に設けられている。２つの第１膨出部１１６のそれぞれは、正極第１封止部材１５０または負極第１封止部材１６０の位置決めに用いられる。
２つの第２膨出部１１７のそれぞれは、蓋板１１０の一部が容器１００の内方に向けて膨出した形状に形成されていることで蓋板１１０に設けられている。２つの第２膨出部１１７のそれぞれは、正極第１封止部材１５０または負極第１封止部材１６０の位置決めに用いられるとともに、正極第２封止部材１７０（後述）または負極第２封止部材（図示省略）の位置決めに用いられる。なお、正極端子取付部１１４、負極端子取付部１１５、第１膨出部１１６及び第２膨出部１１７の具体的な説明については後述する。
次に、正極端子２００、蓋板１１０、正極第１封止部材１５０及び正極第２封止部材１７０の固定構造について詳細に説明する。なお、負極側においては、正極側とほぼ同等であるので、その説明は省略する。
図４は、正極端子２００、蓋板１１０、正極第１封止部材１５０及び正極第２封止部材１７０の固定構造を示す断面図である。図４は、図２におけるＩＶ−ＩＶ線を含むＺＸ平面から見た断面図である。
図４に示すように、正極端子２００が正極第１封止部材１５０に収容された状態で蓋板１１０に取り付けられており、さらに正極第１封止部材１５０に正極第２封止部材１７０を介して正極集電体１２０が取り付けられることで、これらが一体的に固定されている。
まず、各部材の具体的な構成について説明する。
図５は、正極端子取付部１１４の概略構成を示す上面視図である。
図４及び図５に示すように、蓋板１１０の正極端子取付部１１４は、貫通孔１１８と、段差部１１９とを備えている。
貫通孔１１８は、正極端子２００の軸部２２０が貫通する平面視円形状の貫通孔である。
段差部１１９は、貫通孔１１８の全周を囲むように、当該貫通孔１１８と同心の円形状に形成されており、その底部の中央に貫通孔１１８が形成されている。つまり、段差部１１９は、貫通孔１１８の外周部に配置されている。段差部１１９は、蓋板１１０の一方の主面に形成された凹部１１９ａと、蓋板１１０の他方の主面に形成された凸部１１９ｂとを備えている。ここで、蓋板１１０の一方の主面は、蓋板１１０が容器本体１１１に取り付けられた際に容器１００の外面となり、蓋板１１０の他方の主面は、蓋板１１０が容器本体１１１に取り付けられた際に容器１００の内面となる。そして、凹部１１９ａと、凸部１１９ｂとはそれぞれ対向して配置されている。図４に示すように、凹部１１９ａの内径Ｈ１と凸部１１９ｂの外径Ｈ２とは、ほぼ同等である。図５では、凹部１１９ａに対して凸部１１９ｂは平面視で重なっている。つまり、蓋板１１０を平面視したときの凹部１１９ａと凸部１１９ｂとの形状（平面視形状）は一致している。ここで、「一致」とは、凹部１１９ａと凸部１１９ｂの平面視形状が完全に一致していなくとも、それらの平面視形状がわずかに異なっている場合も含む。この場合、凹部１１９ａと凸部１１９ｂとの寸法差は、段差部１１９を半抜き加工で形成する場合に許容される範囲に収まっていればよい。つまり、段差部１１９は、穴抜きの工程を途中で止めることで形成される。
また、図４に示すように、蓋板１１０の一方の主面から凹部１１９ａの内底面までの長さを凹部１１９ａの凹み量Ｌ１とする。また、蓋板１１０の他方の主面から凸部１１９ｂの外底面までの長さを凸部１１９ｂの突出量Ｌ２とする。蓋板１１０の板厚をｔとすると、凹み量Ｌ１と突出量Ｌ２とは、ｔ／５以上ｔ／２以下の同じ値であることが好ましい。なお、凹み量Ｌ１と突出量Ｌ２とは概ね同じ値であればよい。
ここで、発明者の知見では、蓋板１１０のＹ軸方向における幅Ａ（図３参照）と、凸部１１９ｂの外径Ｈ２とは、式（１）の関係を満たすことが望まれている。
０．１５Ａ≦Ｈ２≦０．９Ａ・・・（１）
凸部１１９ｂの外径Ｈ２が小さすぎると、貫通孔１１８および正極端子２００の軸部２２０も小さくなってしまうため、電流量も小さくなる。また、外径Ｈ２が大きすぎると、容器本体１１１との組付け性が不安定となる。これらの観点から、式（１）の関係が求められた。
例えば、幅Ａが１０ｍｍである場合には、外径Ｈ２の最小値は１．５ｍｍ、最大値は９ｍｍとなる。幅Ａが２０ｍｍである場合には、外径Ｈ２の最小値は３ｍｍ、最大値は１８ｍｍとなる。幅Ａが５０ｍｍである場合には、外径Ｈ２の最小値は７．５ｍｍ、最大値は４５ｍｍとなる。
ところで、これら値はあくまで理想値である。実際に設計する際には、製造や使用に適した値に落とし込む必要がある。そのため、現実的な値としては、幅Ａが１０ｍｍである場合には、外径Ｈ２の最小設計値は６ｍｍ、最大設計値は７ｍｍとなる。幅Ａが２０ｍｍである場合には、外径Ｈ２の最小設計値は７ｍｍ、最大設計値は１５ｍｍとなる。幅Ａが５０ｍｍである場合には、外径Ｈ２の最小設計値は８ｍｍ、最大設計値は３０ｍｍとなる。いずれにしても、各設計値は、上記関係を満たすことになる。
また、蓄電素子１０においては、薄型の蓄電素子を想定している。ここで、薄型とは蓋板１１０の幅Ａが３０ｍｍ以下、好ましくは２０ｍｍ以下となる蓄電素子である。さらに、蓋板１１０の幅ＡとＸ軸方向における長さＬとが、Ａ≦Ｌ／５となる、好ましくはＡ≦Ｌ／８となる蓄電素子である。
このため、式（１）の関係に対して、蓋板１１０の幅Ａが３０ｍｍ以下、あるいは２０ｍｍ以下の値を代入することで、薄型の蓄電素子１０における凸部１１９ｂの外径Ｈ２を求めることができる。この場合においても、求められるのは理想値である。外径Ｈ２の最大設計値、最小設計値を求めるには以下の式（２）を用いることが望ましい。
０．２５Ａ≦Ｈ２≦０．７５Ａ・・・（２）
ところで、このような関係を満たす蓄電素子１０の場合、蓋板１１０の板厚ｔが薄すぎると変形しやすくなってしまう。また、板厚ｔが厚すぎるとガス排出弁１１２の成形が困難であり、さらにはエネルギー密度や製造コストの面でも不利となる。これらを考慮し、発明者の知見では、薄型の蓄電素子１０における蓋板１１０の板厚ｔを、０．５ｍｍ以上３．０ｍｍの範囲に収めることが望まれている。
以上のことから、本実施の形態の蓄電素子１０では、蓋板１１０の板厚ｔは１．５ｍｍ、蓋板１１０の幅Ａを１４．７ｍｍ、凸部１１９ｂの外径Ｈ２を１０．５ｍｍとしている。
なお、本実施の形態では凸部１１９ｂの平面視形状が円形である場合を例示したが、凸部１１９ｂの平面視形状がＸ軸方向に長い長円形である場合には、凸部１１９ｂのＹ軸方向における幅を外径Ｈ２として各寸法を決定すればよい。
また、図４及び図５に示すように、凹部１１９ａの外周縁は、全周にわたって面取りが施されており、その角部がテーパー面１１９ｃとなっている。テーパー面１１９ｃは、プレス加工で形成されていてもよいし、切削加工によって形成されていてもよい。
蓋板１１０の正極側の第１膨出部１１６は、正極端子取付部１１４におけるガス排出弁１１２側の近傍に形成されている。第１膨出部１１６は、蓋板１１０の一方の主面から外方に向けて膨出した形状となっている。第１膨出部１１６は、他方の面側が開放された中空形状となっている。この第１膨出部１１６に正極第１封止部材１５０の係合凹部１５３ａが係合することによって、正極第１封止部材１５０が位置決めされる。
蓋板１１０の正極側の第２膨出部１１７は、正極端子取付部１１４から見て第１膨出部１１６とは反対側の近傍に形成されている。第２膨出部１１７は、蓋板１１０の他方の主面から内方に向けて膨出した形状となっている。第２膨出部１１７は、他方の面側が開放された中空形状となっている。この第２膨出部１１７に正極第２封止部材１７０の一部が係合することによって、正極第２封止部材１７０が位置決めされる。さらに、第２膨出部１１７の中空部分１１７ａに正極第１封止部材１５０の係合凸部１５３ｂが係合することによって、正極第１封止部材１５０が位置決めされる。
正極第１封止部材１５０は、端子収容部１５３と円筒部１５２とを一体的に備えている。
端子収容部１５３には、正極端子２００のバスバー接続部２１０を収容する凹形状の収容凹部１５１が形成されている。
円筒部１５２は、端子収容部１５３の下面から下方に向けて円筒状に突出している。円筒部１５２の貫通孔１５４は、正極集電体１２０の貫通孔１２３と同形である。この貫通孔１５４は、正極集電体１２０の貫通孔１２３に連続するように配置されており、これらの貫通孔１５４，１２３に対して正極端子２００の軸部２２０が挿入される。また、円筒部１５２の外径は、貫通孔１７２，１１８に挿入可能な大きさで形成されている。
また、端子収容部１５３におけるガス排出弁１１２側の端部の底面には、蓋板１１０の第１膨出部１１６に係合する係合凹部１５３ａが形成されている。他方、端子収容部１５３における係合凹部１５３ａとは反対側の端部の底面には、蓋板１１０の第２膨出部１１７の中空部分１１７ａに係合する係合凸部１５３ｂが形成されている。係合凹部１５３ａが第１膨出部１１６に係合して、係合凸部１５３ｂが第２膨出部１１７の中空部分１１７ａに係合するので、正極第１封止部材１５０は二箇所で位置決めされている。
正極第１封止部材１５０は、蓋板１１０よりも剛性が低く、かつ、絶縁性の部材で形成されているのがよい。正極第１封止部材１５０は、例えば、ポリオレフィン、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、フッ素樹脂（ＰＦＡ）、フェノール樹脂などの樹脂で形成されている。また、正極第１封止部材１５０は、その他の樹脂で形成されていてもよく、ガラス繊維など繊維を混入させた樹脂で形成されていてもよい。また、正極第１封止部材１５０は、異なる樹脂材料から作製される２つ以上の部材によって構成される構造であってもよい。この場合、絶縁部材における気密を確保する部分の樹脂材料をＰＦＡ等とし、構造的な強度を要する部分の樹脂材料を、ＡＢＳ、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアミド（ナイロンとも称する）等としてもよい。
正極第２封止部材１７０は、正極集電体１２０と蓋板１１０との間に少なくともその一部が配置される絶縁体である。
正極第２封止部材１７０の底面には、正極集電体１２０の集電体本体部１２１を保持する凹状の集電体保持部１７１が形成されている。集電体保持部１７１内においては、蓋板１１０の貫通孔１１８と同形の貫通孔１７２が形成されている。この貫通孔１７２は、蓋板１１０の貫通孔１１８に連続するように配置されており、これらの貫通孔１７２，１１８に対して正極第１封止部材１５０の円筒部１５２が挿入される。円筒部１５２の内方には、正極端子２００の軸部２２０が挿入されている。このように、正極端子２００の軸部２２０は、絶縁体である正極第１封止部材１５０の円筒部１５２とともに、貫通孔１１８を介して蓋板１１０を貫通している。
また、正極第２封止部材１７０の上面（蓋板１１０側の表面）には、第２膨出部１１７に対向する位置に、当該第２膨出部１１７が係合する係合凹部１７３が形成されている。この係合凹部１７３に第２膨出部１１７が係合するので、正極第２封止部材１７０が位置決めされる。
正極第２封止部材１７０は、蓋板１１０よりも剛性が低く、かつ、絶縁性の部材で形成されているのがよい。正極第２封止部材１７０は、例えば、ＰＰＳ、ＰＰ、ＰＥ、ＰＢＴ、ＰＦＡ、ＰＥＥＫなどの樹脂で形成されている。
正極集電体１２０は、集電体本体部１２１と、電極体接続部１２２とを一体的に有している。
集電体本体部１２１は、正極端子２００が接続される部位である。具体的には、集電体本体部１２１は、平板状に形成されており、正極端子２００の軸部２２０が挿入される貫通孔１２３を有している。
電極体接続部１２２は、電極体１４０の正極に電気的に接続される長尺状の２本の脚（図４では１本のみ図示）である。電極体接続部１２２は、集電体本体部１２１の貫通孔１２３よりも外方（Ｘ軸方向マイナス側）に配置されている。電極体接続部１２２は、電極体１４０の正極をＹ軸方向で挟持した状態で当該正極に固定されている（図２参照）。
正極端子２００は、バスバー接続部２１０と、軸部２２０とを一体的に備える。
バスバー接続部２１０は、蓄電素子１０の電極端子間を繋ぐバスバー（図示省略）が接続される端子本体であり、上面が平面に形成されている。バスバー接続部２１０は、平面視したときに少なくとも一部が段差部１１９よりも大きい形状に形成されている。具体的には、バスバー接続部２１０は、平面視でその両端部がＸ軸方向（蓋板１１０の長手方向）で段差部１１９からはみ出た形状となっている。また、バスバー接続部２１０の下面には、下方に向けて突出した台座２１０ａが形成されている。台座２１０ａは、蓋板１１０の凹部１１９ａ内に平面視で収まる形状で形成されている。具体的には、台座２１０ａは、凹部１１９ａの内径Ｈ１よりも小さい平面視円形状に形成されている。バスバー接続部２１０において、台座２１０ａがある部分は他の部分よりも厚みがある。このため、バスバー接続部２１０に対してバスバーを溶接する場合には、台座２１０ａによって熱容量を確保することができる。
軸部２２０は、端子本体であるバスバー接続部２１０に接続された導電部材である。軸部２２０は、台座２１０ａの下面から下方に延び出ており、先端部２３０がかしめられることで、蓋板１１０に対して正極第１封止部材１５０と、正極第２封止部材１７０と、正極集電体１２０とを固定している。軸部２２０の先端部２３０は、かしめ部であり、容器１００の内方に配置されている。先端部２３０は、平面視したときの形状が円環状で集電体本体部１２１の表面に密着している。先端部２３０は、蓋板１１０の凹部１１９ａの内径Ｈ１よりも小さい外径となっている。先端部２３０とバスバー接続部２１０とが、正極集電体１２０の集電体本体部１２１と、正極第１封止部材１５０と、正極第２封止部材１７０と、蓋板１１０とをＺ軸方向で挟んで締め付けている。蓋板１１０の凹部１１９ａの内径が、正極端子２００の台座２１０ａよりも大きく、かつ軸部２２０の先端部２３０よりも大きいので、締結による応力を蓋板１１０の段差部１１９で安定して受け止めることができる。ここで、凹部１１９ａの内径と台座２１０ａの外径とを近づけると、より応力を安定して受け止めることができる。しかしながら、近づけ過ぎると、正極第１封止部材１５０における凹部１１９ａの内周縁と台座２１０ａの外周縁とに挟まれる部分（薄肉部分１５０ａ）が薄くなってしまう。これは、蓄電素子１０全体を小型化するうえで、正極第１封止部材１５０を薄肉化した場合において顕著である。薄肉部分１５０ａが薄いと、かしめによる破損が発生しやすくなるだけでなく、経時劣化も早めてしまうおそれもある。これを抑制するため、本実施の形態では、凹部１１９ａの外周縁の全周に対してテーパー面１１９ｃを設けて、薄肉部分１５０ａの設置スペースを確保している。これにより薄肉部分１５０ａの肉厚を大きくすることができる。
次に、本実施の形態に係る蓄電素子１０の製造方法について説明する。
まず、蓋板１１０の製造方法について説明する。
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｄは、蓋板１１０の製造方法の一工程を示す部分断面図である。
図６Ａに示すように、蓋板１１０となる板体５００を準備する。板体５００には、予め貫通孔１１８が形成されている。
次いで、図６Ｂに示すように板体５００に対して半抜き加工を施す。ここで、半抜き加工とは、プレス工程に用いられるパンチ５１０とダイ５２０によって、板体５００を完全に打ち抜かず、板体５００の厚み方向の上下に板体５００を剪断するようにして段差部１１９を形成するものである。そして、パンチ５１０の周囲には、板体５００をダイ５２０とともに拘束する押さえ５１５が設けられている。したがって、半抜き加工によって押し下げられた部分の厚さは、元の板体５００の厚さとほぼ等しくなる。また、凹部１１９ａの凹み量Ｌ１と凸部１１９ｂの突出量Ｌ２ともほぼ等しくなる。
半抜き加工が完了すると、板体５００は図６Ｃに示すような状態となる。この半抜き加工によって、段差部１１９の凹部１１９ａと凸部１１９ｂとの正面視形状が略一致することになる。
その後、図６Ｄに示すように、凹部１１９ａの外周縁に対して面取り加工を施すことで、テーパー面１１９ｃを有する正極端子取付部１１４が板体５００に形成される。
なお、負極端子取付部１１５も正極端子取付部１１４と同じ工程で形成される。また、板体５００には、その他の部位（ガス排出弁１１２、注液口１１３、２つの第１膨出部１１６及び２つの第２膨出部１１７）もプレス加工によって形成される。これにより蓋板１１０が完成する。
次いで、蓋板１１０に対して、正極第１封止部材１５０、正極第２封止部材１７０、正極集電体１２０及び正極端子２００を取り付けるとともに、負極第１封止部材１６０、負極第２封止部材（図示省略）、負極集電体１３０及び負極端子２０１を取り付ける。
その後、正極集電体１２０に電極体１４０の正極を取り付けるとともに、負極集電体１３０に電極体１４０の負極を取り付ける。
その後、図２に示す状態から、電極体１４０を容器１００の容器本体１１１に収容して、容器本体１１１に蓋板１１０を溶接して、容器１００を組み立てる。次いで、注液口１１３から電解液を注液した後、注液栓を蓋板１１０に溶接して注液口１１３を塞ぐことで、図１に示す蓄電素子１０が製造される。
ここで、本発明者は、本実施の形態に係る蓋板１１０と、凹部１１９ａ及び凸部１１９ｂのない蓋板とを周知の線形解析によって解析した。解析条件としては、凹部１１９ａ及び凸部１１９ｂの有無のみが異なり、他の条件は同等としている。その結果、凹部１１９ａ及び凸部１１９ｂのない蓋板は、本実施の形態に係る蓋板１１０よりも３倍弱の変形量を発生させることとなった。
つまり、本実施の形態のように、貫通孔１１８の周縁の一部に、蓋板１１０の外面に形成された凹部１１９ａと、蓋板１１０の内面における凹部１１９ａに対向する位置に形成された凸部１１９ｂとが設けられているので、蓋板１１０の変形を抑制することができる。
さらに、バスバー接続部２１０の一部が、凹部１１９ａよりも大きいので、バスバー接続部２１０の一部が凹部１１９ａからはみ出る。つまり、バスバー接続部２１０を介して軸部２２０をかしめる際においては、その締結による応力がバスバー接続部２１０から凹部１１９ａの内外に分散して作用することになる。これによって、蓋板１１０の変形を抑制することができる。
蓋板１１０が変形していると、当該蓋板１１０と容器本体１１１との確実な接合が阻害されてしまうだけでなく、バスバーの接続位置もズレが生じてしまう。蓋板１１０の変形は不良品を発生させてしまう可能性があるが、本実施の形態のように蓋板１１０の変形を抑制できれば、不良品の発生を抑えることができる。
さらに、バスバー接続部２１０の少なくとも一部が、蓋板１１０を平面視したときに凹部１１９ａよりも大きければ、バスバーを溶接する領域（溶接領域）を確保することができる。本実施の形態のように、バスバー接続部２１０を長手方向で凹部１１９ａからはみ出しておけば、蓄電素子１０を薄型にしたとしても、長手方向に溶接領域を確保することができる。
また、凸部１１９ｂは、蓋板１１０の内面及び外面のうち、かしめ部（先端部２３０）が位置する側の一方に形成されているので、軸部２２０がかしめられる際の応力を凸部１１９ｂ側で受けることができる。したがって、凹部１１９ａで受ける場合と比べても、蓋板１１０の変形をより抑制することができる。
また、平面視したときに凸部１１９ｂがかしめ部（先端部２３０）よりも大きいので、かしめ部に作用する応力を凸部１１９ｂ全体で受けることができる。したがって、蓋板１１０における凸部１１９ｂ外の変形を確実に抑制することができる。
また、凹部１１９ａと凸部１１９ｂとを半抜き加工で形成することによって凹部１１９ａと凸部１１９ｂとの平面視形状が略一致している。これにより、凹部１１９ａと凸部１１９ｂとのクリアランス（凹部１１９ａと凸部１１９ｂとの外形の差）をなくすことができ、蓋板１１０自体の小型化、ひいては蓄電素子１０の小型化を図ることができる。
図７は、比較例である蓋体１１０Ａの製造時における一工程を示す部分断面図である。
図７に示すように、蓋板１１０Ａは、絞り加工によって凹部１１９ｄと凸部１１９ｅが形成されている。具体的に絞り加工時には、パンチ５１０とダイ５２０ａによって、蓋板１１０Ａとなる板体５００Ａをプレス加工する。このとき、上述した半抜き加工と同じパンチ５１０が用いられている。また、ダイ５２０ａは、絞り加工用のダイであり、蓋板１１０Ａの凸部１１９ｅに対応した窪み５２１ａが形成されている。この窪み５２１ａの底面によって、プレス後の凸部１１９ｅが支えられる。また、パンチ５１０の周囲には、板体５００Ａをダイ５２０ａとともに挟持する押さえ５１５ａが配置されている。押さえ５１５ａは、パンチ５１０に対して水平方向に間隔をあけている。また、押さえ５１５ａは、板体５００Ａを挟持はするものの完全には拘束していない。これにより、板体５００Ａは、絞り加工されると、凹部１１９ｄおよび凸部１１９ｅとなる部分が他の部分と肉厚が概ね一定のまま絞り方向に引き出されて、凹部１１９ｄおよび凸部１１９ｅの外縁部分１１９ｆはすり鉢状に形成される。外縁部分１１９ｆがあることにより、蓋板１１０Ａの内部空間は圧迫される（例えば図７における破線Ｃで囲った部分）。
一方、図７に示す二点鎖線が、本実施の形態に係る蓋板１１０の凹部１１９ａおよび凸部１１９ｂの外形である。蓋板１１０の凹部１１９ａおよび凸部１１９ｂは半抜き加工で形成されているので、比較例の蓋板１１０Ａとは異なり、段階状に形成され、すり鉢状になっていない。このため、絞り加工で形成された蓋板１１０Ａと比べて、蓋板１１０の内部空間を大きくすることができ、有効スペースを確保することができる。
また、凹部１１９ａと凸部１１９ｂとの平面視形状が貫通孔１１８を囲む円形状であるので、貫通孔１１８の全周にわたって均等に強度を確保することができる。
また、凹部１１９ａの凹み量Ｌ１と凸部１１９ｂの突出量Ｌ２とが大きすぎると蓋板１１０全体の強度低下を招く。他方、凹部１１９ａの凹み量Ｌ１と凸部１１９ｂの突出量Ｌ２とが小さいと、所望する変形抑制を実現できない。本実施の形態では、凹部１１９ａの凹み量Ｌ１と凸部１１９ｂの突出量Ｌ２とが、ｔ／５以上ｔ／２以下の同じ値であるので、蓋板１１０全体の強度低下を抑え、かつ所望の変形抑制効果を発揮することができる。
（変形例１）
次に、上記実施の形態に係る変形例１について説明する。上記実施の形態では、段差部１１９の凹部１１９ａと凸部１１９ｂとの平面視形状が円形状であって、貫通孔１１８の全周にわたって形成されている場合を例示して説明した。この変形例１では、貫通孔１１８の全周の一部にのみ段差部が形成されている場合を例示して説明する。
なお、以下の説明において、上記実施の形態と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。以降の変形例においても同様である。
図８は、変形例１に係る蓋板６１０の正極端子取付部６１４の概略構成を示す上面視図である。具体的には、図８は、図５に対応する図である。図９は、変形例１に係る蓋板６１０の概略構成を示す断面図である。具体的には、図９は、図８におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線を含むＹＺ平面から見た断面図である。
図８及び図９に示すように、変形例１に係る正極端子取付部６１４では、貫通孔６１８の周縁の一部に対して段差部６１９が形成されている。具体的には、段差部６１９は、蓋板６１０の短手方向（Ｙ軸方向）に沿う貫通孔６１８の直径の延長線を含むように、形成されている。段差部６１９は、貫通孔６１８を挟んで分割されており、２つの凹部６１９ａと、２つの凸部６１９ｂとを備えている。２つの凹部６１９ａは、蓋板６１０の一方の主面（外面）に形成されている。２つの凸部６１９ｂは、蓋板６１０の他方の主面（内面）に形成されている。２つの凹部６１９ａと、２つの凸部６１９ｂとはそれぞれ対向して配置されている。凹部６１９ａと凸部６１９ｂとは平面視形状が略一致している。
蓋板６１０は、その外形が略矩形状であるので長手方向に折れ曲がりやすい、しかし、変形例１のように短手方向に沿う貫通孔６１８の直径の延長線を含むように段差部６１９が形成されていれば、この長手方向の折れ曲がりを抑制することが可能である。
以上、本発明の実施の形態及びその変形例に係る蓄電素子について説明したが、本発明は、上記実施の形態及びその変形例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及びその変形例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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
例えば、上記実施の形態及びその変形例では、蓄電素子１０は、１つの電極体１４０を備えていることとしたが、複数の電極体を備えている構成でもかまわない。
また、上記実施の形態及びその変形例では、バスバー接続部２１０と軸部２２０とが一体成形された正極端子２００を例示したが、組み付け前においてはバスバー接続部と軸部とが別体であって、組み付け後に一体化される正極端子であってもよい。この場合、バスバー接続部とは別部材の軸部が導電部材となる。
また、上記実施の形態では、段差部１１９の凹部１１９ａ及び凸部１１９ｂが半抜き加工によって形成される場合を例示して説明した。凹部１１９ａ及び凸部１１９ｂの加工法はこれに限定されるものではない。例えば、絞り加工などの他のプレス加工であっても構わない。また、プレス加工でなくとも、鋳造、切削加工などの他の工法で、凹部１１９ａ及び凸部１１９ｂを有する蓋板１１０を形成してもよい。
また、上記実施の形態では、導電部材（軸部２２０）のかしめ部（先端部２３０）が容器１００の内方に位置しているので、蓋板１１０の外面に凹部１１９ａを形成し、蓋板１１０の内面に凸部１１９ｂを形成していた。しかしながら、導電部材のかしめ部が容器の外方に位置している場合には、蓋板の外面に凸部を形成し、蓋板の内面に凹部を形成すればよい。なお、導電部材が、容器の内方及び外方のいずれにもかしめ部を有している場合には、蓋板の外面及び内面のうち、より効果的な方を選択して、凸部を形成すればよい。
また、上記実施の形態では、正極端子２００の軸部２２０がかしめられて正極集電体１２０に締結される場合を例示したが、ねじ止めによって締結されてもよい。
また、上記実施の形態では、容器１００の一部である蓋板１１０に凹部１１９ａ及び凸部１１９ｂが形成されている場合を例示したが、容器本体に導電部材が取り付けられる場合には容器本体に対して凹部及び凸部を形成してもよい。
また、上記実施の形態では、正極側を例示して、本発明の特徴となる部分の具体的な構成について説明したが、負極側においても同様の構成が適用されていることはもちろんである。なお、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、正極側と負極側とが異なる構成であってもよい。
また、上記実施の形態及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。
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
１１０，１１０Ａ，６１０ 蓋板
１１１ 容器本体
１１２ ガス排出弁
１１３ 注液口
１１４，６１４ 正極端子取付部
１１５ 負極端子取付部
１１６ 第１膨出部
１１７ 第２膨出部
１１７ａ 中空部分
１１８，１２３，１５４，１７２，６１８ 貫通孔
１１９，６１９ 段差部
１１９ａ，１１９ｄ，１６１，６１９ａ 凹部
１１９ｂ，１１９ｅ，６１９ｂ 凸部
１１９ｃ テーパー面
１１９ｆ 外縁部分
１２０ 正極集電体
１２１ 集電体本体部
１２２ 電極体接続部
１３０ 負極集電体
１４０ 電極体
１５０ 正極第１封止部材
１５０ａ 薄肉部分
１５１ 収容凹部
１５２ 円筒部
１５３ 端子収容部
１５３ａ，１７３ 係合凹部
１５３ｂ 係合凸部
１６０ 負極第１封止部材
１７０ 正極第２封止部材
１７１ 集電体保持部
２００ 正極端子
２０１ 負極端子
２１０ バスバー接続部（端子本体）
２１０ａ 台座
２２０ 軸部（導電部材）
２３０ 先端部（かしめ部）
５００ 板体
５１０ パンチ
５１５，５１５ａ 押さえ
５２０，５２０ ダイ
５２１ａ 窪み
Ｈ１ 内径
Ｈ２ 外径
Ｌ１ 凹み量
Ｌ２ 突出量

Claims (7)

  1. 容器を貫通し、端子本体に接続された導電部材を備える蓄電素子であって、
    前記容器は、
    前記導電部材が貫通する貫通孔と、
    前記貫通孔の周縁の少なくとも一部であって、前記容器の内面及び外面の一方の主面から凹んで形成された凹部と、
    前記容器の前記内面及び前記外面の他方における主面から突出し、かつ前記凹部に対向する位置に形成された凸部とを備え、
    前記端子本体は、少なくとも一部が、前記外面を平面視したときに前記凹部よりも大きくなる形状を有し、
    前記凸部及び前記凹部は、前記平面視したときに、前記貫通孔を囲む形状を有する
    蓄電素子。
  2. 前記導電部材は、かしめによって形成されたかしめ部を有し、
    前記内面及び前記外面のうち、前記かしめ部が位置する側の一方に前記凸部が形成されている
    請求項１に記載の蓄電素子。
  3. 前記凸部は、前記平面視したときに前記かしめ部よりも大きい
    請求項２に記載の蓄電素子。
  4. 前記凸部は、前記平面視したときに前記凹部に一致する形状を有する
    請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電素子。
  5. 前記凸部及び前記凹部は、前記平面視したときに、前記貫通孔を囲む円形状を有する
    請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電素子。
  6. 前記容器の板厚をｔとすると、前記凹部の凹み量と前記凸部の突出量とは、ｔ／５以上ｔ／２以下の同じ値である
    請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄電素子。
  7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の蓄電素子の製造方法であって、
    前記容器となる板体を半抜き加工することによって、前記凹部と前記凸部とを形成する
    蓄電素子の製造方法。
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