JP7133137B2

JP7133137B2 - 蓄電素子

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Publication number: JP7133137B2
Application number: JP2017218193A
Authority: JP
Inventors: 雄太山本
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2017-11-13
Publication date: 2022-09-08
Anticipated expiration: 2037-11-13
Also published as: JP2019091563A

Description

本発明は、電極体と集電体とが接合された蓄電素子に関する。

従来から、電極体に電流取り出し端子を接合したリチウムイオン二次電池（以下、単に「電池」と称する）が知られている（特許文献１参照）。具体的に、この電池は、図１５に示すように、電極板が巻回して形成された巻回型電極体１０２と、巻回型電極体１０２から電流を取り出す電流取り出し端子１０５とを有する。巻回型電極体１０２の電極板は、セパレータを介して配置された正極板と負極板とからなる。電流取り出し端子１０５は、巻回型電極体１０２における活物質が塗布されていない未塗工部に接合されている。

電流取り出し端子１０５は、超音波接合により、巻回型電極体１０２に接合される。この超音波接合は、超音波溶接機のアンビル１８１上に配置された電流取り出し端子１０５に、巻回型電極体１０２を重ね合わせた上に、さらに、緩衝板１０７を配置した状態で行われる。このように電流取り出し端子１０５、巻回型電極体１０２、及び、緩衝板１０７を重ね合わせた状態で、超音波溶接機のホーン１８０により超音波振動を付与することで、電流取り出し端子１０５は巻回型電極体１０２に接合される。

このように巻回型電極体１０２を電流取り出し端子１０５と緩衝板１０７とで挟み込んだ状態で、電流取り出し端子１０５を巻回型電極体１０２に接合すると、緩衝板１０７が巻回型電極体１０２を押すことにより、巻回型電極体１０２は挟み込み方向の反対側に向かって曲がることがある。このとき、緩衝板１０７の角等の部位によって巻回型電極体１０２の曲がった部位等が大きな力で押されると、この角等の部位により電極板１０２が損傷するおそれがある。

特開２００１－３８４７５号公報

そこで、本実施形態は、保護板と集電体とにより電極体が挟み込まれることでの保護板による電極体の損傷の発生を抑えた蓄電素子を提供することを目的とする。

本実施形態の蓄電素子は、
金属箔と該金属箔に重なる活物質層を有する被覆部と該被覆部の金属箔から延びると共に前記活物質層から露出した金属箔を有する非被覆部とを含む電極が厚み方向に積層されている電極体と、
前記非被覆部が積層された非被覆積層部に対し、前記電極の積層方向に重ねられる集電体と、
前記積層方向において、前記集電体の反対側から該集電体と共に前記非被覆積層部を挟み込む保護板と、を備え、
前記保護板は、
前記非被覆積層部に当接すると共に、前記被覆部が積層された被覆積層部と前記非被覆積層部との並び方向に延びる第一部位と、
前記第一部位から前記被覆積層部側に延びると共に、前記積層方向及び前記並び方向のいずれにも直交する方向における前記保護板の両端部を除いた第二部位であって、前記集電体から離れる方向に前記第一部位に対して曲がっている第二部位と、を有する。

かかる構成によれば、保護板における電極体の曲がっている部位（電極体のうち曲がった形状の保護板に押さえられることにより曲がっている部位）を覆う部分が、保護板の端縁よりも角張っていないため、保護板が非被覆積層部を押圧したとしても、非被覆積層部が損傷しにくい。また、第二部位が電極体に沿って曲がっていることにより、保護板が電極体に対して曲がっていない構成に比べて、第二部位の先端（第二部位の並び方向における被覆積層部側の先端）が非被覆積層部を強く押さえられないため、第二部位の先端による非被覆積層部の損傷の発生を抑えることができる。従って、保護板による電極体の損傷の発生を抑えることができる。

前記蓄電素子では、
前記積層方向及び前記並び方向のいずれにも直交する方向における前記第一部位及び前記第二部位の両側の部位は、弾性変形により生じている弾性回復力により、前記非被覆積層部の表面を前記積層方向における前記集電体側に押圧していてもよい。

かかる構成によれば、保護板の弾性回復力により、例えば、保護板が非被覆積層部における集電体との接合部位周辺を押さえる事により、電極体に何らかの負荷（例えば、振動や衝撃）が発生した際、電極体における接合部部位にかかる負荷を低減させ、損傷の発生を抑えることができる。

本実施形態の蓄電素子によれば、保護板と集電体とにより電極体が挟み込まれることでの保護板による電極体の損傷の発生を抑えた蓄電素子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、前記蓄電素子の分解斜視図である。図３は、前記蓄電素子の電極体を説明するための図である。図４は、図１のＩＶ－ＩＶ位置における断面図である。図５は、前記電極体と集電体との接合箇所周辺の断面図である。図６は、図１のＶＩ－ＶＩ位置における断面図の拡大図である。図７は、前記電極体と前記集電体との接合方法を説明するための図である。図８は、保護板が非被覆積層部に配置される前の状態の図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ位置における断面模式図である。図９は、保護板が非被覆積層部に配置された状態の図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ位置における断面模式図である。図１０は、前記保護板の折り曲げを説明するための模式図である。図１１は、前記保護板の模式図である。図１２は、前記電極体と前記集電体との超音波接合を説明するための模式図である。図１３は、前記電極体と前記集電体との超音波接合を説明するための模式図である。図１４は、前記蓄電素子を含む蓄電装置の斜視図である。図１５は、従来の巻回型電極体と電流取り出し端子との接合方法を説明するための模式図である。

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１３を参照しつつ説明する。本実施形態に係る蓄電素子には、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。以下では、先ず、本実施形態に係る製造方法によって製造される蓄電素子の構成を説明し、その後、蓄電素子の製造方法について説明する。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。

本実施形態に係る蓄電素子は、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。前記蓄電装置では、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４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、少なくとも一部がケース３の外部に露出する外部端子４と、電極体２と外部端子４とを導通させる集電体５と、を備える。この蓄電素子１は、電極体２とケース３との間に配置される絶縁部材６等も、備える。本実施形態の蓄電素子１は、電極体２と集電体５との接合時に電極体２を保護する保護板７を備える。

電極体２は、積層されている電極（正極２３及び負極２４）を有する。具体的に、電極体２は、捲芯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た積層体２２であって、捲芯２１の周囲に捲回された積層体２２と、を備える（図３及び図４参照）。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。

捲芯２１は、通常、絶縁材料によって形成される。本実施形態の捲芯２１は、筒状、より詳しくは、偏平な筒状である。この捲芯２１は、可撓性又は熱可塑性を有するシートを捲回することによって形成される。本実施形態の前記シートは、合成樹脂によって形成されている。

正極２３は、活物質層に被覆された被覆部２３２と、被覆部２３２から延び且つ活物質層に被覆されていない非被覆部２３１と、を有する。具体的に、正極２３は、帯状の金属箔と、金属箔に重ねられる正極活物質層と、を有する。この正極２３において、短手方向である幅方向の一方の端縁部に、金属箔が正極活物質層に被覆されていない非被覆部（正極活物質層が形成されていない部位）２３１が形成され、幅方向の残りの部位に、金属箔が正極活物質層に被覆されている被覆部２３２が形成されている。本実施形態の正極２３を構成する金属箔は、例えば、アルミニウム箔である。

負極２４も、正極２３と同様に、活物質層に被覆された被覆部２４２と、被覆部２４２から延び且つ活物質層に被覆されていない非被覆部２４１と、を有する。具体的に、負極２４は、帯状の金属箔と、金属箔に重ねられる負極活物質層と、を有する。この負極２４において、短手方向である幅方向の他方（正極２３の非被覆部２３１と反対側）の端縁部に、金属箔が負極活物質層に被覆されていない非被覆部（負極活物質層が形成されていない部位）２４１が形成され、幅方向の残りの部位に、金属箔が負極活物質層に被覆されている被覆部２４２が形成されている。本実施形態の負極２４を構成する金属箔は、例えば、銅箔である。

この電極体２では、被覆部２３２、２４２は、金属箔とこの金属箔に重なる活物質層を有し、非被覆部２３１、２４１は、被覆部２３２、２４２の金属箔から延びると共に、活物質層から露出した金属箔を有する正極２３や負極２４が厚み方向に積層されている。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捲回される。このように正極２３と負極２４とが捲回されている電極体２では、正極２３の被覆部２３２同士が積層され、正極の非被覆部２３１同士が積層されている。また、負極２４の被覆部２４２同士が積層され、負極２４の非被覆部２４１同士が積層されている。尚、電極体２において、正極２３の被覆部２３２と負極２４の被覆部２４２とは、セパレータ２５を介して交互に積層されている。

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、帯状であり、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。本実施形態のセパレータ２５は、ＳｉＯ_２粒子、Ａｌ_２Ｏ_３粒子、ベーマイト（アルミナ水和物）等の無機粒子を含んだ無機層を、多孔質膜によって形成された基材の上に設けることで形成されている。本実施形態のセパレータ２５の基材は、例えば、ポリエチレンによって形成される。

セパレータ２５の幅方向の寸法は、負極活物質層の幅より大きい。セパレータ２５は、正極２３の被覆部２３２と負極２４の被覆部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２３１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２４１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２３１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が捲回されることによって、電極体２が形成されている。

本実施形態の電極体２では、正極２３の被覆部２３２と負極２４の被覆部２４２とがセパレータ２５を介して積層された部位によって、電極体２の被覆積層部２６が構成される。また、この電極体２では、正極２３の非被覆部２３１又は負極２４の非被覆部２４１のみが積層された部位によって、電極体２の非被覆積層部２７が構成される。

非被覆積層部２７は、電極体２における集電体５と導通する部位である。本実施形態の非被覆積層部２７は、捲回された正極２３、負極２４、及びセパレータ２５の捲回中心軸Ｃ方向から見て、中空部２８（図３参照）を挟んで二つの部位（分割非被覆積層部）２７１に区分けされる。

以上のように構成される非被覆積層部２７は、電極体２の各極に設けられる。即ち、正極２３の非被覆部２３１のみが積層された部位が電極体２における正極の非被覆積層部２７を構成し、負極２４の非被覆部２４１のみが積層された部位が電極体２における負極の非被覆積層部２７を構成する。

本実施形態の電極体２では、各非被覆積層部２７における電極体２の積層方向における保護板７側の端面２９は、被覆部２３２と非被覆部２３１との並び方向、及び、被覆部２４２及び非被覆部２４１との並び方向（以下、第一方向）に沿って延びる第一面２９１と、第一面２９１の先端２９０から延びる第二面２９２と、を有する（図４及び図５参照）。尚、第一面２９１が第一方向に延びるとは、電極の積層方向及び第一方向を含む平面での断面において、第一面２９１が第一方向に延びることである。

第二面２９２は、第一面２９１に対して被覆積層部２６側に位置している。また、第二面２９２は、第一方向において先端２９０から離れるほど、積層方向における集電体５から遠ざかる。換言すると、第二面２９２は、第一面２９１の延びる方向（第一方向）に対して積層方向における保護板７側に傾斜している。また、本実施形態の端面２９は、積層方向及び第一方向（被覆部２３２と非被覆部２３１との並び方向）のいずれにも直交する第二方向（電極の幅方向である第二方向）において第一面２９１の両側に位置する第三面２９３も有する（図６参照）。尚、本実施形態の非被覆積層部２７では、第一面２９１の接合部位を除く部位、第二面２９２、及び第三面２９３は、それぞれ、滑らかな面である。

以下では、第一方向を直交座標系のＸ軸とし、電極の積層方向を直交座標系のＹ軸とし、第二方向を直交座標系のＺ軸とする。

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（図１及び図２参照）。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。

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（周壁）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。

胴部３１２は、角筒形状、より詳しくは、偏平な角筒形状を有する。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。短壁部３１４が一対の長壁部３１３の対応（詳しくは、Ｙ軸方向に対向）する端部同士をそれぞれ接続することによって、角筒状の胴部３１２が形成される。

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、捲回中心軸ＣをＸ軸方向に向けた状態で電極体２が収容される（図２参照）。

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の輪郭は、ケース本体３１の開口周縁部３４に対応した形状である。本実施形態の蓋板３２は、Ｘ軸方向に長い矩形状の板状である。この蓋板３２は、ケース本体３１の開口を塞ぐように該ケース本体３１に当接する。より具体的には、蓋板３２が開口を塞ぐように、蓋板３２の周縁部がケース本体３１の開口周縁部３４に重ねられる。開口周縁部３４と蓋板３２とが重ねられた状態で、蓋板３２とケース本体３１との境界部が溶接される。これにより、ケース３が構成される。

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、蓋板３２に取り付けられる。

集電体５は、ケース３内に配置され、Ｙ軸方向において電極体２（例えば、非被覆積層部２７）に重ねられた状態で、電極体２と通電可能に直接又は間接に接続される。具体的に、集電体５は、超音波接合により電極体２と接続される。本実施形態の集電体５は、ケース３の内面に沿って配置される。この集電体５は、導電性を有する部材によって形成されている。

具体的に、集電体５は、図２に示すように、外部端子４と通電可能に接続される第一接続部５１と、電極体２と通電可能に接続される第二接続部５２と、第一接続部５１と第二接続部５２とを接続する屈曲部５３と、を有する。ケース３内において、屈曲部５３が蓋板３２と短壁部３１４との境界近傍に配置され、第一接続部５１が屈曲部５３から蓋板３２に沿って延び、第二接続部５２が屈曲部５３から短壁部３１４に沿って延びる。

第一接続部５１は、ケース３（詳しくは蓋板３２）と絶縁された状態でケース３（蓋板３２）の内面に沿って屈曲部５３から延びる板状の部位である。

第二接続部５２は、電極体２の非被覆積層部２７に重ねられる（例えば、面接触する）接合片５２２を有する。具体的に、第二接続部５２は、ケース３に沿って屈曲部５３から延びる本体５２１と、本体５２１から延び且つ電極体２と接合される少なくとも一つの接合片５２２と、を有する。本実施形態の第二接続部５２は、二つの接合片５２２を有する。

本体５２１は、短壁部３１４と絶縁された状態で屈曲部５３から閉塞部３１１又は閉塞部３１１の近傍まで短壁部３１４に沿って延びる。

二つの接合片５２２のそれぞれは、電極体２の非被覆積層部２７に非被覆部２３１、２４１の積層方向（図４におけるＸ軸方向）の一方側から重ねられている（例えば、面接触している）。本実施形態の二つの接合片５２２のそれぞれは、電極体２の中空部２８側、即ち、扁平筒状の電極体２の内周面側から非被覆積層部２７（詳しくは、分割非被覆積層部２７１）に面接触している。具体的に、接合片５２２は、本体５２１から電極体２（非被覆積層部２７）に向けて延びると共に本体５２１と同方向（Ｚ軸方向）に延びる板状の部位である。この接合片５２２は、本体５２１のＺ軸方向の略中央に配置されている。

二つの接合片５２２は、本体５２１のＹ軸方向の中央に設けられた開口５６を画定するように、該開口５６の両側（Ｙ軸方向の両側）においてＺ軸方向に延びる（図２参照）。即ち、本実施形態の第二接続部５２は、各非被覆積層部２７における二つの分割非被覆積層部２７１のうちの一方の分割非被覆積層部２７１に接合される接合片５２２と、前記二つの分割非被覆積層部２７１のうちの他方の分割非被覆積層部２７１に接続される接合片５２２と、を有する。本実施形態の集電体５において、開口５６及び二つの接合片５２２は、例えば、Ｚ軸方向に延びる帯状の板にＺ軸方向（長手方向）の切れ込みを入れ、前記切れ込みの両側を捻ることによって形成される。

以上のように構成される集電体５は、蓄電素子１の正極と負極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の正極の非被覆積層部２７と、負極の非被覆積層部２７と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。

保護板７は、電極体２に集電体５を接続（例えば、超音波接合により接続）するときに、電極体（詳しくは、非被覆積層部２７を構成する非被覆部２３１、２４１）を保護する部材である。また、保護板７は、Ｙ軸方向において集電体５の反対側から集電体５と共に電極体２を挟み込んでいる。

さらに、保護板７は、例えば、電極体２の非被覆積層部２７に、Ｙ軸方向における接合片５２２が配置されている側と反対側から面接触している（図４参照）。本実施形態の例では電極体２の外側、即ち、扁平筒状の電極体２の外周面側から非被覆積層部２７（詳しくは、分割非被覆積層部２７１）に面接触している。具体的に、保護板７は、接合片５２２との間に分割非被覆積層部２７１を挟み込む位置に配置されている。

本実施形態の保護板７は、板状の部材であり、且つ、Ｚ軸方向に長尺な略矩形状である。この保護板７は、分割非被覆積層部２７１に当接すると共に、Ｘ軸方向に延びる第一部位７１と、第一部位７１から被覆積層部２６側に延びると共に、Ｚ軸方向における保護板７の両端部を除いた第二部位７２と、を有する（図４及び図５参照）。この保護板７は、Ｚ軸方向における第一部位７１及び第二部位７２の両側の部位である第三部位７３も有する（図６参照）。

この保護板７の境界部β（第一部位７１と第二部位７２との境界部β）は、第一面２９１と第二面２９２との境界部αに重なると共に、例えば、湾曲した形状をしている（図５参照）。さらに、保護板７は、電極体２と集電体５との接合（例えば、超音波接合）により、第一面２９１及び第二面２９２における境界部αを含む領域をＹ軸方向における集電体５側に押圧する。以上の構成の保護板７では、電極体２のＸ軸方向における両端（非被覆積層部２７における外側）において、Ｚ軸方向における中央に第一部位７１が配置されると共にＺ軸方向における両側に第三部位７３が配置されている。また、電極体２のＸ軸方向における内側（非被覆積層部２７における内側）において、Ｚ軸方向における中央に第二部位７２が配置されると共にＺ軸方向における両側に第三部位７３が配置されている（図６参照）。

第一部位７１は、電極体２の第一面２９１に沿って第一面２９１と同方向（例えば、Ｘ軸方向）に延びている。尚、端部７１０が第一部位７１から延びるとは、Ｘ－Ｙ平面での断面において、端部７１０が第一部位７１から延びることである（図４及び図５参照）。また、第一部位７１は、例えば、超音波接合により電極体２と接続されていることにより、第二部位７２や第三部位７３のような他の部位と比べて電極体２の端面２９０に対して低い（図４～図６参照）。本実施形態の第一部位７１は、電極体２の第一面２９１に面接触している。この第一部位７１の第一面２９１と接触する面のうち接合部位を除く部分は、例えば、第一面２９１と同様に滑らかな形状をしている。さらに、第一部位７１のＸ軸方向における長さは、保護板７における折れ曲がる部位のＸ軸方向における長さ（第二部位７２のＸ軸方向における長さ）により定まる。第一部位７１のＺ軸方向における長さは、電極体２と集電体５との接合部位（例えば、超音波接合による接合部位）のＸ軸方向における長さにより定まる。また、この第一部位７１のＸ軸方向における外側の端縁は、第一面２９１のＸ軸方向における外側の端縁に重なっている。さらに、この第一部位７１のＹ軸方向における厚みは、第一部位７１のＸ－Ｚ面方向の各位置において略均一である。

本実施形態の第二部位７２は、集電体５から離れる方向に第一部位７１に対して曲がっている。換言すると、この第二部位７２は、第一部位７１の先端から延びると共に、端部７１０のうちＺ軸方向における両端部を除いた部位がＹ軸方向における集電体５側と反対側に折れ曲がることで形成されている。具体的に、この第二部位７２は、Ｚ軸方向に長尺な略矩形状の保護板７のＸ軸方向における端部７１０のうちＺ軸方向における中央部分の折り曲げられている部位である（図１１参照）。具体的に、第二部位７２は、Ｘ軸方向において湾曲すると共に、Ｚ軸方向においても湾曲している。第二部位７２における折れ曲がりの端縁（折れ曲がりの開始位置）７２Ｒは、Ｚ軸方向において伸びる略円弧状（例えば、曲率の小さい略円弧状）をしている。尚、第二部位７２における折れ曲がりの端縁７２ＲのＺ軸方向における両端を除く部分（Ｚ軸方向における中央部分）が、境界部βである。また、第二部位７２は、Ｘ軸方向において第一部位７１から離れるほど、集電体５から離れている（図５参照）。本実施形態の第二部位７２は、電極体２の第二面２９２に面接触している。この第二部位７２の第二面２９２と接触する面は、例えば、第二面２９２と同様に滑らかな形状をしている。また、第一部位７１の電極体２に接触する面と第二部位７２の電極体２に接触する面とのなす角度θ１は、第二面２９２の第一面２９１に対する折り曲げに沿った角度となっている。具体的に、角度θ１は、第一面２９１と第二面２９２とのなす角度θ２と同じ角度、あるいは、角度θ２よりも小さな角度となっているため、保護板７により電極体２が破れにくくなっている。

第二部位７２が第二面２９２に面接触した状態で、第一部位７１が電極体２と集電体５との接続（例えば、超音波接合）により沈み込むことで、第三部位７３のＹ軸方向における内側の部位が、第一部位７１と電極体２との接合の際にＹ軸方向の内側に向かって引っ張られることにより、本実施形態の第三部位７３は、Ｚ軸方向において傾斜するよう弾性変形する（図６参照）。この第三部位７３は、Ｚ軸方向において外側に位置するほど、Ｙ軸方向において集電体５から離れている。この第三部位７３は、弾性変形により生じている弾性回復力（弾性変形した部位が、初期位置（変形前の位置）に戻ろうとする力）により、第二面２９２（非被覆積層部２７）をＹ軸方向における集電体５側に押圧している。第三部位７３のうち第一部位７１の両側に位置する部位のＺ軸方向における長さは、超音波接合による接合部位のＺ軸方向における長さにより定まる。第三部位７３のうち第二部位７２の両側に位置する部位のＺ軸方向における長さは、保護板７における折れ曲がる部位のＺ軸方向における長さ（第二部位７２のＺ軸方向における長さ）により定まる。

尚、第三部位７３は、端部７１０に含まれると共に、湾曲した形状（角のない形状、以下「Ｒ形状」とする）を有する角部７３Ｒを含む（図１１参照）。角部７３Ｒは、略矩形状の保護板７のうちＺ軸方向において隣り合う二つの角部である。

また、電極体２の端面２９０における第一部位７１が重ねられる面は第一面２９１であり、電極体２の端面２９０における第二部位７２が重ねられる面は第二面２９２であり、電極体２の端面２９０における第三部位７３が重ねられる面は第三面２９３である。

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によって袋状に形成されている（図２参照）。

次に、蓄電素子１の製造方法について、図７～図１１も参照しつつ説明する。

まず、外部端子４と集電体５とが蓋板３２に組付けられる。続いて、電極体２が、蓋板３２に組付けられた状態の集電体５に接合される。本実施形態の例では、電極体２の非被覆積層部２７（詳しくは、分割非被覆積層部２７１）と集電体５の接合片５２２とが超音波接合される。また、本実施形態の例では、この超音波接合は、保護板７と集電体５とにより電極体２を挟んだ状態で行われる。この保護板７では、第二部位７２が予め折り曲げられている。また、保護板７は、電極体２（非被覆積層部２７）のうち接合により折れ曲がる部位に重なる部分において予め折り曲げられている。詳しくは、以下の通りである。

図７及び図８に示すように、集電体５の接合片５２２が、分割非被覆積層部２７１に対し、Ｙ軸方向において扁平筒状の電極体２の内周面側から面接触するように配置される。また、保護板７が、分割非被覆積層部２７１に対し、Ｙ軸方向において筒状の電極体２の外周面側に配置される（図９参照）。

保護板７は、例えば、略矩形状の板を四つの角部のうち隣り合う二つの角部７３ＲをＲ形状に加工し、この二つの角部７３Ｒを含む端部７１０のうち、二つの角部７３Ｒに挟まれる中央部分を折り曲げることにより形成される（図１０参照）。このように形成された保護板７は、Ｘ軸方向に沿って延びる第一部位７１と、第一部位７１から延びると共にＺ軸方向における両端部を除いた部位が折り曲げられて形成される第二部位７２と、を有する（図１１参照）。第二部位７２における折れ曲がりの端縁（折れ曲がりの開始位置）７２Ｒは、第一部位７１と第二部位７２との境界部βを含む。第二部位７２における折れ曲がりの端縁７２Ｒは、略円弧状（例えば、曲率の小さい略円弧状）をしている。また、第一部位７１と第二部位７２との境界部βも同様に、略円弧状（例えば、曲率の小さい略円弧状）をしている。

また、電極体２と集電体５とが接続（例えば、超音波接合）されるときに、後述するホーン８０とアンビル８１とに挟み込まれることで、第一部位７１がＹ軸方向において沈み込む。これにより、保護板７のうちこの沈み込んだ部位のＺ軸方向における両側に位置し且つＹ軸方向において外側に傾斜する部位が、第三部位７３となる。第三部位７３は、例えば、第一部位７１及び第二部位７２のＺ軸方向における両側に位置する。尚、超音波接合を行う以前の第三部位７３は、第一部位７１と同様にＸ軸方向に沿って延びている。また、第三部位７３のＸ軸方向における端に位置する角部７３ＲはＲ形状である。

このように、分割非被覆積層部２７１が接合片５２２と保護板７との間に位置するように接合片５２２、分割非被覆積層部２７１、及び保護板７が重ねられると、図１２及び図１３に示すように、重ねられた接合片５２２、分割非被覆積層部２７１、及び保護板７が、ホーン８０とアンビル８１とによって挟み込まれ、ホーン８０がアンビル８１に向けて加圧された状態で超音波振動することにより、超音波接合される。このとき、ホーン８０又はアンビル８１が、非被覆積層部２７に直接接触しない、即ち、ホーン８０又はアンビル８１と非被覆積層部２７との間に保護板７又は接合片５２２があるため、超音波振動が付与されたときの非被覆部２３１、２４１の損傷（破れ）が防がれる。

この接合の際に、非被覆積層部２７における第一部位７１と重なる領域は圧縮されて薄くなり、第一部位７１は第二部位７２や第三部位７３と比べて電極体２の端面２９０に対して低くなる。また、非被覆積層部２７における第二部位７２と重なる領域は、第二部位７２における折れ曲がりの形状に沿った形状となる。このような非被覆積層部２７の変形により、電極体２の端面２９０には、第一面２９１と第二面２９２との境界部αが生じることになる（図５参照）。

尚、この接合の際に、第三部位７３は、Ｙ軸方向において傾斜するよう弾性変形し、弾性変形により生じている弾性回復力により、第三面２９３をＹ軸方向における集電体５側に押圧することになる（図６参照）。

以上の接合片５２２、分割非被覆積層部２７１、及び保護板７の超音波接合が繰り返され、若しくは、複数個所で同時に行われることで、電極体２の正極側の二つの分割非被覆積層部（正極側において中空部２８を挟んで並ぶ二つの分割非被覆積層部）２７１と、正極の集電体５の二つの接合片５２２とがそれぞれ接合され、電極体２の負極側の二つの分割非被覆積層部２７１と、負極の集電体５の二つの接合片５２２とがそれぞれ接合される。これにより、電極体２が蓋板３２に組付けられる。

電極体２、集電体５、及び外部端子４等が蓋板３２に組付けられると、蓋板３２がケース本体３１の開口周縁部３４に当接するまで、該蓋板３２に組付けられた状態の電極体２がケース本体３１に挿入される。このとき、電極体２の周囲は、絶縁部材６によって覆われている。

続いて、蓋板３２とケース本体３１の開口周縁部３４との境界部が溶接（レーザ溶接等）され、その後、電界液がケース３に設けられた注液孔から注入（注液）され、前記注液孔が封止されることで、蓄電素子１が完成する。

以上の蓄電素子１によれば、保護板７における電極体２の折れ曲がりの境界（電極体２のうち曲がった形状の保護板７に押さえられることにより曲がっている部位、第一面２９１と第二面２９２との境界部α）を覆う部分が、曲げられていることにより湾曲した形状となっている、即ち、保護板における角よりも角張っていない（保護板における角よりも折れ曲がりの角度が大きくなっている）ため、保護板７からの圧力が電極体２の境界部αに集中することが抑えられ、保護板７が非被覆積層部２７を押圧しても、非被覆積層部２７が損傷しにくい。また、第二部位７２が第二面２９２に沿って曲がっていることにより、保護板７が電極体２に対して曲がっていない構成に比べて、第二部位７２の先端（Ｘ軸方向において第一部位７１と反対側に位置する第二部位７２の端縁）が非被覆積層部２７を強く押さえられないため、この先端による損傷も抑えられる。従って、保護板７による電極体２の損傷の発生を抑えることができる。

また、このような構成では、例えば、被覆積層部２６のＸ軸方向における幅（被覆部２３２や被覆部２４２のＸ軸方向における幅）を広げることで、第二面２９２の第一面２９１に対する角度が大きくなるように電極体２が折れ曲がっても、保護板７による電極体２の損傷の発生を抑えることができる。そのため、被覆積層部２６のＸ軸方向における幅を広げて（活物質層を増大させて）、蓄電素子１の高容量化を図ることが容易である。さらに、このような構成では、例えば、電極体２に含まれる電極の枚数を増やすことで、第二面２９２の第一面２９１に対する角度が大きくなるように電極体２が折れ曲がっても、保護板７による電極体２の損傷の発生を抑えることができる。そのため、電極体２に含まれる電極の枚数を増やして、蓄電素子１の高容量化を図ることが容易である。

本実施形態の蓄電素子１の製造方法では、保護板７の端部７１０において、折れ曲がっている第二部位７２の両側（Ｚ軸方向における両側）に、折り曲げられていない部位（第三部位７３の一部）が設けられている。そのため、端部７１０全体が折り曲げられている構成と比べて、端部７１０のＺ軸方向における両端に剛性の高い角部が生じることを防ぐことができる。これにより、第二部位７２における折り曲げを保持した状態で、保護板７が電極体２に重ねられることが可能である。

また、本実施形態の蓄電素子１では、保護板７の弾性回復力により、保護板７が電極体２と集電体５との接合部位周辺を押さえる事により、電極体２に何らかの負荷（例えば、振動や衝撃）が発生した際、接合部位にかかる負荷を低減させ、損傷の発生を抑えることができる。

さらに、本実施形態の蓄電素子１では、保護板７の端部７１０の角部７３ＲはＲ形状であるため、この角部が角張っている場合よりも、角部７３Ｒによる電極体２の損傷の発生がさらに抑えられる。

尚、本発明の蓄電素子は、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。

上記実施形態の保護板７では、第二部位７２における折れ曲がりの端縁（折れ曲がりの開始位置）７２Ｒは、略円弧状（例えば、曲率の小さい略円弧状）をしていたが、台形状であったり、三角形状であったりしてもよい。尚、保護板７の折り曲げは、工具や、絞り加工等の従来から知られている工程を用いて行うことができる。

また、上記実施形態の保護板７の第二部位７２は、電極体２の第二面２９２と面接触していたが、少なくとも保護板７が境界部βを含む領域を押圧していれば、第二部位７２の少なくとも一部が第二面２９２と面接触していなくてもよい。

上記実施形態の電極体２では、第一面２９１の接合部位を除く部位や第二面２９２が滑らかな形状であったが、凹凸形状を有していてもよい。この場合においても、第一面２９１や第二面２９２を、保護板７の第一部位７１や第二部位７２に沿った形状とすることができる。

このような構成であっても、保護板７における電極体２の折れ曲がりの境界（第一面２９１と第二面２９２との境界部α）を覆う境界部βが、折り曲げられていることにより湾曲した形状となっていれば、保護板７による電極体２の損傷の発生を抑えることができる。

上記実施形態の電極体２は、長尺な電極２３、２４が捲回された、いわゆる捲回型であるが、この構成に限定されない。電極体２は、枚葉状の電極２３、２４が積層された、いわゆる積層型でもよく、正極２３又は負極２４の少なくとも一方が長尺で且つつづら折りされた（蛇行するように折り返された）ものでもよい。

上記実施形態の蓄電素子１では、超音波接合により電極体２と集電体５とを接合していたが、抵抗溶接等他の方法でこれらを接合してもよい。

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１４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、２１…捲芯、２２…積層体、２３…正極（電極）、２３１…非被覆部、２３２…被覆部、２４…負極（電極）、２４１…非被覆部、２４２…被覆部、２５…セパレータ、２６…被覆積層部、２７…非被覆積層部、２７１…分割非被覆積層部、２８…中空部、２９…端面、２９１…第一面、２９２…第二面、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、３４…開口周縁部、４…外部端子、５…集電体、５１…第一接続部、５２…第二接続部、５２１…本体、５２２…接合片、５３…屈曲部、５６…開口、６…絶縁部材、７…保護板、７１…第一部位、７１０…端部、７２…第二部位、７２Ｒ…端縁、７３…第三部位（両端部）、７３Ｒ…角部、８０…ホーン、８１…アンビル、１１…蓄電装置、１２…バスバ部材、１０２…巻回型電極体、１０５…電流取り出し端子、１０７…緩衝板、１８０…ホーン、１８１…アンビル、α、β…境界部、Ｃ…捲回中心軸

Claims

金属箔と該金属箔に重なる活物質層を有する被覆部と該被覆部の金属箔から延びると共に前記活物質層から露出した金属箔を有する非被覆部とを含む電極が厚み方向に積層されている電極体と、
前記非被覆部が積層された非被覆積層部に対し、前記電極の積層方向に重ねられる集電体と、
前記積層方向において、前記集電体の反対側から該集電体と共に前記非被覆積層部を挟み込む保護板と、を備え、
前記保護板は、
前記非被覆積層部に当接すると共に、前記被覆部が積層された被覆積層部と前記非被覆積層部との並び方向に延びる第一部位と、
前記第一部位から前記被覆積層部側に延びると共に、前記積層方向及び前記並び方向のいずれにも直交する方向における前記保護板の両端部を除いた第二部位であって、前記集電体から離れる方向に前記第一部位に対して曲がっている第二部位と、を有し、
前記保護板の第二部位における折れ曲がりの端縁は、略円弧状である、ことを特徴とする蓄電素子。
前記積層方向及び前記並び方向のいずれにも直交する方向における前記第一部位及び前記第二部位の両側の部位は、弾性変形により生じている弾性回復力により、前記非被覆積層部の表面を前記積層方向における前記集電体側に押圧している、請求項１に記載の蓄電素子。