JPWO2017138583A1 - 蓄電素子及び蓄電素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
巻回型の電極体と、前記電極体に接続される集電体とを備え、前記集電体は、端子接続部と、前記端子接続部から第一方向に延びかつ前記第一方向と直交する第二方向に並ぶ一対の脚部を有し、前記電極体は、前記一対の脚部の間に配置される第一部を有し、前記第一部は、前記第一方向において、前記端子接続部に対向する先端部と、前記先端部よりも前記第二方向の幅が狭い第二部とを有する蓄電素子。
Description
本発明は、電極体と、電極体に接続される集電体とを備える蓄電素子及び蓄電素子の製造方法に関する。
電極体と集電体とを備え、当該電極体と当該集電体とが接続された構成の蓄電素子が広く知られている。そして、従来、電極体を集電体の一対の脚部の間に挿入して、電極体と当該脚部とを接合することで、電極体と集電体とを接続する蓄電素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
従来の蓄電素子では、集電体の一対の脚部の間に電極体を挿入する際に、当該脚部に電極体の端部が引っ掛かり、電極体が損傷する可能性がある。
本発明は、電極体と集電体とを接続する際に電極体が損傷するのを抑制することができる蓄電素子及び蓄電素子の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る蓄電素子は、巻回型の電極体と、前記電極体に接続される集電体とを備え、前記集電体は、端子接続部と、前記端子接続部から第一方向に延びかつ前記第一方向と直交する第二方向に並ぶ一対の脚部を有し、前記電極体は、前記一対の脚部の間に配置される第一部を有し、前記第一部は、前記第一方向において、前記端子接続部に対向する先端部と、前記先端部よりも前記第二方向の幅が狭い第二部とを有する。
本発明における蓄電素子によれば、電極体と集電体とを接続する際に、電極体が損傷するのを抑制することができる。
本発明の一態様に係る蓄電素子は、巻回型の電極体と、前記電極体に接続される集電体とを備え、前記集電体は、端子接続部と、前記端子接続部から第一方向に延びかつ前記第一方向と直交する第二方向に並ぶ一対の脚部を有し、前記電極体は、前記一対の脚部の間に配置される第一部を有し、前記第一部は、前記第一方向において、前記端子接続部に対向する先端部と、前記先端部よりも前記第二方向の幅が狭い第二部とを有する。
蓄電素子において、電極体は、集電体の一対の脚部の間に配置される部分（第一部）に、先端部と、先端部よりも幅が狭い部分（第二部）が形成されている。電極体の第一部において、幅が狭い第二部が形成されているため、第一部全体の幅を狭くすることができている。これにより、集電体の一対の脚部の間に第一部を挿入する際に、第一部の端部が脚部に引っ掛かるのを抑制し、第一部を一対の脚部の間に容易に挿入することができる。このため、電極体と集電体とを接続する際に電極体が損傷するのを抑制することができる。
前記第二部は、前記第二方向における側面が曲面で形成されていることにしてもよい。
これによれば、電極体に鋭いしわ（シャープエッジ）が発生するのを抑制することができる。シャープエッジが発生すれば、セパレータを突き破り、電極体の正極及び負極間の短絡を引き起こす可能性がある。シャープエッジが発生するのを抑制することで、当該短絡の発生を抑制することができる。
前記第二部は、前記第二方向における両側の側面が凹んだ形状を有することにしてもよい。
これによれば、第一部の端部を両側から凹ませて第二部を形成すればよく、容易に第二部を形成することができる。
前記一対の脚部の間の距離は、前記電極体の前記第二方向の最大幅よりも狭いことにしてもよい。
これによれば、集電体の一対の脚部の間の距離が電極体の最大幅よりも狭い構成を有している場合でも、電極体が第二部を有していることで、当該一対の脚部の間に第一部を容易に挿入することができる。
前記集電体は、さらに、前記一対の脚部を繋ぐ繋ぎ部を有し、前記一対の脚部は、前記一対の脚部の間の空間が前記繋ぎ部側の方が狭くなるように配置されており、前記第二部は、前記第一部の前記繋ぎ部側の端部に形成されていることにしてもよい。
これによれば、繋ぎ部側の隙間が狭い集電体においても、容易に電極体の第一部を一対の脚部の間に挿入することができる。このため、蓄電素子において、電極体と集電体とを接続する際に電極体が損傷するのを抑制することができる。
前記第一部は、前記先端部とで前記第二部を挟む位置に、前記第二部よりも前記第二方向の幅が広い第三部を有することにしてもよい。
これによれば、電極体の第一部の先端部と第三部との間を凹ませて第二部を形成すればよいため、容易に第二部を形成することができる。
前記第三部は、前記一対の脚部と接合される接合部であってもよい。
これによれば、電極体の第一部の先端部と接合部との間を凹ませて第二部を形成すればよいため、容易に第二部を形成することができる。
前記第二部は、前記第二方向から見て、前記電極体の最内周の湾曲部分と重なる位置に配置されてもよい。
電極体において、第二方向から見て、第二部が最内周の湾曲部分よりも先端部側に配置される場合、第二部を形成する際に極板を潰してしまい、シャープエッジが発生する虞がある。また、第二部が当該最内周の湾曲部分よりも中央部側に配置される場合、巻回空間と重なる箇所で第二部を形成するため、極板の反発等により第二部の形成が困難となる。このため、電極体において、第二方向から見て、第二部が最内周の湾曲部分と重なる位置に配置されることで、第二部を形成する際に発生するシャープエッジを抑制し、容易に第二部を形成することができる。
本発明の一態様に係る蓄電素子の製造方法は、電極体と、前記電極体に接続され、第一方向に延びかつ第二方向に並ぶ一対の脚部を有する集電体とを備える蓄電素子の製造方法であって、前記電極体の端部を有する第一部を前記第二方向に押圧して、前記端部に、前記第一方向において、前記第一部の先端部よりも前記第二方向の幅が狭い第二部を形成する第二部形成工程と、前記第一部を前記一対の脚部の間に配置する第一部配置工程と、前記第一部と前記一対の脚部とを接合する接合工程とを含む。
これによれば、蓄電素子の製造方法において、電極体の端部を有する第一部を押圧して、当該端部に、先端部よりも幅が狭い第二部を形成し、第一部を集電体の一対の脚部の間に配置し、第一部と当該一対の脚部とを接合する。つまり、電極体の第一部において、幅が狭い第二部を形成することで、端部全体の幅を狭くすることができる。これにより、第一部が集電体の一対の脚部に引っ掛かるのを抑制して、第一部を当該一対の脚部の間に容易に挿入し、電極体と集電体とを接合することができる。このため、電極体が損傷するのを抑制することができる。
本発明は、このような蓄電素子及びその製造方法として実現することができるだけでなく、当該蓄電素子が備える電極体及びその製造方法としても実現することができる。
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などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。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。また、各図は、模式図であり、寸法等は必ずしも厳密に図示したものではない。
（実施の形態）
まず、蓄電素子１０の構成について、説明する。
まず、蓄電素子１０の構成について、説明する。
図１は、本発明の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、蓄電素子１０の容器１００内に配置されている構成要素を示す斜視図である。図２は、蓄電素子１０から容器本体１１１を分離した状態を示す斜視図である。図２は、電極体４１０、４２０に正極集電体５００及び負極集電体６００を接合した後の状態を示している。
図３は、蓄電素子１０の分解斜視図である。図３は、電極体４１０、４２０に正極集電体５００及び負極集電体６００を接合する前の状態を示している。図３では、容器本体１１１の図示を省略している。
これらの図に示すＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、それぞれ互いに直交する方向である。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。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あるため、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、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。例えば、蓄電素子１０は、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）等の自動車用電源や、電子機器用電源、電力貯蔵用電源などに適用される。
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く、一次電池であってもかまわない。本実施の形態では、矩形状（角型）の蓄電素子１０を図示しているが、蓄電素子１０の形状は、矩形状には限定されず、円柱形状や長円柱形状等であってもよいし、ラミネート型の蓄電素子とすることもできる。
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。図２に示すように、容器１００内には、電極体４１０、４２０と、正極集電体５００と、負極集電体６００とが収容されている。
上記の構成要素の他、正極集電体５００及び負極集電体６００の側方に配置されるスペーサ、容器１００内の圧力が上昇したときに当該圧力を開放するためのガス排出弁、電極体４１０、４２０等を包み込む絶縁フィルムなどが配置されていてもよい。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。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。容器１００は、電極体４１０、４２０等を内部に収容後、蓋体１１０と容器本体１１１とが溶接されることにより、内部を密封する。蓋体１１０及び容器本体１１１の材質は特に限定されず、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とすることができる。代替的に、樹脂を用いることもできる。
電極体４１０、４２０は、正極板と負極板とセパレータとを備え、電気を蓄えることができる２つの蓄電要素（発電要素）である。電極体４１０、４２０が、Ｙ軸方向に並んで配置されている。
電極体４１０、４２０が有する正極板は、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集電箔である正極基材層上に正極活物質層が形成されたものである。負極板は、銅や銅合金などからなる長尺帯状の集電箔である負極基材層上に負極活物質層が形成されたものである。セパレータとしては、例えば樹脂からなる微多孔性のシートや、不織布を用いることができる。上記集電箔として、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Ａｌ−Ｃｄ合金など、適宜公知の材料を用いることもできる。
電極体４１０、４２０は、正極板と負極板との間にセパレータが挟まれるよう層状に配置されたものが巻回されて形成されている。具体的には、電極体４１０、４２０は、正極板と負極板とが、セパレータを介して、巻回軸（本実施の形態ではＸ軸方向に平行な仮想軸）の方向に互いにずらして巻回されている。そして、正極板及び負極板は、それぞれのずらされた方向の端縁部に、活物質が塗工されず（活物質層が形成されず）基材層が露出した部分（活物質未塗工部）を有している。
電極体４１０は、巻回軸方向の一端部（Ｘ軸方向プラス側の端部）に、正極板の活物質未塗工部が積層されて束ねられた正極集束部４１１を有し、同様に、電極体４２０は、巻回軸方向の一端部（Ｘ軸方向プラス側の端部）に、正極集束部４２１を有している。電極体４１０は、巻回軸方向の他端部（Ｘ軸方向マイナス側の端部）に、負極板の活物質未塗工部が積層されて束ねられた負極集束部４１２を有し、同様に、電極体４２０は、巻回軸方向の他端部（Ｘ軸方向マイナス側の端部）に、負極集束部４２２を有している。例えば、正極板及び負極板の活物質未塗工部（集電箔）の厚みは、５μｍ〜２０μｍ程度であり、正極集束部４１１、４２１及び負極集束部４１２、４２２のそれぞれは、この活物質未塗工部が例えば３０〜４０枚ほど束ねられることで形成されている。この電極体４１０、４２０が有する正極集束部４１１、４２１及び負極集束部４１２、４２２の詳細な構成についての説明は、後述する。
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、ＬｉｘＭＯｙ（Ｍは少なくとも一種の遷移金属を表す）で表される複合酸化物（ＬｉｘＣｏＯ２、ＬｉｘＮｉＯ２、ＬｉｘＭｎ２Ｏ４、ＬｉｘＭｎＯ３、ＬｉｘＮｉｙＣｏ（１−ｙ）Ｏ２、ＬｉｘＮｉｙＭｎｚＣｏ（１−ｙ−ｚ）Ｏ２、ＬｉｘＮｉｙＭｎ（２−ｙ）Ｏ４など）、あるいは、ＬｉｗＭｅｘ（ＸＯｙ）ｚ（Ｍｅは少なくとも一種の遷移金属を表し、Ｘは例えばＰ、Ｓｉ、Ｂ、Ｖ）で表されるポリアニオン化合物（ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＮｉＰＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４、Ｌｉ３Ｖ２（ＰＯ４）３、Ｌｉ２ＭｎＳｉＯ４、Ｌｉ２ＣｏＰＯ４Ｆなど）から選択することができる。これらの化合物中の元素またはポリアニオンは一部他の元素またはアニオン種で置換されていてもよい。さらに、ジスルフィド、ポリピロール、ポリアニリン、ポリパラスチレン、ポリアセチレン、ポリアセン系材料などの導電性高分子化合物、擬グラファイト構造炭素質材料などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは、１種を単独で用いても、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
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、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、及びウッド合金など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、非晶質カーボンなど）、金属酸化物、リチウム金属酸化物（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２など）、ポリリン酸化合物などが挙げられる。これらは、１種を単独で用いても、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
本実施の形態では、電極体４１０、４２０の断面形状として長円形状を図示しているが、楕円形状などでもよい。また、電極体は巻回型に限らず、平板状極板を積層した形状や、極板を蛇腹状に折り畳んだ形状などであってもよい。
正極端子２００は、電極体４１０、４２０の正極板に電気的に接続された電極端子であり、負極端子３００は、電極体４１０、４２０の負極板に電気的に接続された電極端子である。正極端子２００及び負極端子３００は、金属製で、電極体４１０、４２０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４１０、４２０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。
正極端子２００及び負極端子３００は、電極体４１０、４２０の上方に配置された蓋体１１０に取り付けられている。具体的には、図３に示すように、正極端子２００は、軸部２１０が蓋体１１０の貫通孔１１０ａと正極集電体５００の開口部５１１とに挿入されて、かしめられることにより、正極集電体５００とともに蓋体１１０に固定される。同様に、負極端子３００は、軸部３１０が蓋体１１０の貫通孔１１０ｂと負極集電体６００の開口部６１１とに挿入されて、かしめられることにより、負極集電体６００とともに蓋体１１０に固定される。
正極端子２００の材質は限定されないが、例えば、電極体４１０、４２０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。負極端子３００についても、材質は限定されないが、例えば、軸部３１０は、電極体４１０、４２０の負極基材層と同様、銅または銅合金などで形成され、軸部３１０以外の部分は、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。
蓋体１１０と正極端子２００との間、及び蓋体１１０と正極集電体５００との間には、絶縁性及び気密性を確保するためにガスケットが配置されているが、図示は省略している。負極側についても、同様である。
正極集電体５００は、電極体４１０、４２０の正極集束部４１１、４２１の近傍に配置され、正極端子２００と電極体４１０、４２０の正極板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６００は、電極体４１０、４２０の負極集束部４１２、４２２の近傍に配置され、負極端子３００と電極体４１０、４２０の負極板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。
正極集電体５００及び負極集電体６００は、容器本体１１１の側壁から蓋体１１０に亘って当該側壁及び蓋体１１０に沿って屈曲状態で配置される導電性の板状部材である。正極集電体５００及び負極集電体６００は、蓋体１１０に固定的に接続（接合）されている。正極集電体５００及び負極集電体６００は、電極体４１０、４２０の正極集束部４１１、４２１及び負極集束部４１２、４２２にそれぞれ固定的に接続（接合）されている。この構成により、電極体４１０、４２０が、正極集電体５００及び負極集電体６００によって蓋体１１０から吊り下げられた状態で保持（支持）され、振動や衝撃などによる揺れが抑制される。
正極集電体５００の材質は限定されないが、例えば、電極体４１０、４２０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。負極集電体６００についても、材質は限定されないが、例えば、電極体４１０、４２０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。
正極集電体５００と負極集電体６００とは、同様の構成を有しているため、以下では、正極集電体５００の構成について説明し、負極集電体６００の構成の説明は省略する。
図４は、本発明の実施の形態に係る正極集電体５００の構成を示す斜視図である。また、図５は、正極集電体５００の構成を示す平面図である。図５は、図４に示された正極集電体５００を、Ｘ軸方向プラス側から見た場合の構成を示している。
これらの図に示すように、正極集電体５００は、端子接続部５１０と、端子接続部５１０のＸ軸方向プラス側からＺ軸方向マイナス側に向けて延設されＹ軸方向に並ぶ電極接続部５２０〜５５０とを有している。
端子接続部５１０は、正極端子２００に接続される部分である。つまり、端子接続部５１０は、正極集電体５００の正極端子２００側（上側、Ｚ軸方向プラス側）に配置される平板状の部位であり、正極端子２００に電気的及び機械的（物理的）に接続される。
端子接続部５１０には、正極端子２００の軸部２１０が挿入される円形状の貫通孔である開口部５１１が形成されている。端子接続部５１０は、軸部２１０が開口部５１１に挿入されて蓋体１１０とともにかしめられることにより、正極端子２００に固定される。軸部２１０は、例えばリベットであり、端子接続部５１０は、リベットによるかしめによって、正極端子２００とともに蓋体１１０に固定される。
開口部５１１は、円形状には限定されず、楕円形状、矩形状、その他の多角形状などであってもよいが、軸部２１０の外形状に対応した形状であることが好ましい。開口部５１１は、貫通孔には限定されず、半円形状や矩形状に切り欠いた切り欠きなどであってもよい。
端子接続部５１０は、電極接続部５２０〜５５０の上方に配置され、電極接続部５２０〜５５０を繋いでいる。端子接続部５１０は、一対の電極接続部５２０、５３０を繋ぎ、かつ、一対の電極接続部５４０、５５０を繋ぎ、さらに、電極接続部５２０、５３０及び電極接続部５４０、５５０を繋いでいる。以下、電極接続部５２０〜５５０について、詳細に説明する。
電極接続部５２０〜５５０は、電極体４１０、４２０に接続される部分である。つまり、電極接続部５２０〜５５０は、正極集電体５００の電極体４１０、４２０側（下側、Ｚ軸方向マイナス側）に配置される平板状の部位であり、電極体４１０、４２０に電気的及び機械的（物理的）に接続される。具体的には、電極接続部５２０〜５５０は、電極体４１０、４２０の正極集束部４１１、４２１に、抵抗溶接、超音波溶接などの溶接やかしめなどによって接合される。
電極接続部５２０は、端子接続部５１０のＹ軸方向マイナス側の側面のＸ軸方向プラス側の端部から、Ｚ軸方向マイナス側に向けて垂れ下がるように延設された長尺状かつ平板状の部位であり、正極集束部４１１のＹ軸方向マイナス側の側面に接続される。電極接続部５３０は、端子接続部５１０のＸ軸方向プラス側の側面の中央部分（Ｙ軸方向マイナス側寄り）から、Ｚ軸方向マイナス側に向けて垂れ下がるように延設された長尺状かつ平板状の部位であり、正極集束部４１１のＹ軸方向プラス側の側面に接続される。電極接続部５２０、５３０は、電極体４１０の正極集束部４１１をＹ軸方向両側から挟むようにして、正極集束部４１１と接合される。
電極接続部５４０は、端子接続部５１０のＸ軸方向プラス側の側面の中央部分（Ｙ軸方向プラス側寄り）から、Ｚ軸方向マイナス側に向けて垂れ下がるように延設された長尺状かつ平板状の部位であり、正極集束部４２１のＹ軸方向マイナス側の側面に接続される。電極接続部５５０は、端子接続部５１０のＹ軸方向プラス側の側面のＸ軸方向プラス側の端部から、Ｚ軸方向マイナス側に向けて垂れ下がるように延設された長尺状かつ平板状の部位であり、正極集束部４２１のＹ軸方向プラス側の側面に接続される。電極接続部５４０、５５０は、電極体４２０の正極集束部４２１をＹ軸方向両側から挟むようにして、正極集束部４２１と接合される。
電極接続部５２０、５３０は、Ｚ軸方向（第一方向）に延びかつＹ軸方向（第二方向）に並ぶ一対の脚部の一例である。電極接続部５４０、５５０は、Ｚ軸方向（第一方向）に延びかつＹ軸方向（第二方向）に並ぶ一対の脚部の他の一例である。端子接続部５１０は、一対の脚部を繋ぐ繋ぎ部の一例である。正極集束部４１１、４２１のそれぞれは、一対の脚部の間に配置される第一部の一例である。負極側についても、同様である。
図５に示すように、一対の脚部である電極接続部５２０、５３０は、当該一対の脚部の間の空間が、繋ぎ部である端子接続部５１０側の方が狭くなるように配置されている。つまり、電極接続部５２０、５３０は、それらの間の空間が、端子接続部５１０側の幅Ｗ１の方が端子接続部５１０とは反対側の幅Ｗ２よりも狭くなるように配置されている。電極接続部５４０、５５０についても同様に、それらの間の空間が、端子接続部５１０側の幅の方が端子接続部５１０とは反対側の幅よりも狭くなるように配置されている。
次に、電極体４１０、４２０の具体的な構成について、詳細に説明する。特に、電極体４１０、４２０が有する正極集束部４１１、４２１及び負極集束部４１２、４２２の詳細な構成について、説明する。なお、電極体４１０と電極体４２０とは同様の構成を有しているため、以下では、電極体４１０の構成を中心に説明し、電極体４２０の構成の説明は簡略化または省略する。さらに、電極体４１０が有する正極集束部４１１と負極集束部４１２とは同様の構成を有しているため、以下では、正極集束部４１１の構成を中心に説明し、負極集束部４１２の構成の説明は簡略化または省略する。
図６は、本発明の実施の形態に係る電極体４１０の構成を示す斜視図である。また、図７は、本発明の実施の形態に係る電極体４１０の構成を示す平面図である。具体的には、同図は、図６に示された電極体４１０を、Ｘ軸方向プラス側から見た場合の構成を示している。また、図８は、本発明の実施の形態に係る電極体４１０、４２０が正極集電体５００に接続された状態での構成を示す平面図である。なお、これらの図では、特に、電極体４１０が有する正極集束部４１１の構成を詳細に示している。
これらの図に示すように、電極体４１０の正極集束部４１１は、Ｚ軸方向プラス側の端部である第一端部４１１ａと、接合部４１１ｄと、Ｚ軸方向マイナス側の端部である第二端部４１１ｅとを有している。
第一端部４１１ａは、正極集電体５００の端子接続部５１０側に配置される正極集束部４１１の端部である。つまり、第一端部４１１ａは、正極集束部４１１の巻回軸方向と交差する方向の端部である。また、第一端部４１１ａは、Ｙ軸方向において、接合部４１１ｄ及び第二端部４１１ｅよりも幅が狭く形成されている。また、第一端部４１１ａは、ＹＺ平面で切断した場合の断面において、外縁が緩やかな曲線で形成されている。つまり、第一端部４１１ａは、側面が緩やかな曲面で形成された湾曲部分である。ここで、第一端部４１１ａは、先端部４１１ｂと、幅狭部４１１ｃとを有している。
先端部４１１ｂは、第一端部４１１ａの先端部分（正極集束部４１１の端子接続部５１０側の先端部分）であり、端子接続部５１０に対向している。先端部４１１ｂは、ＹＺ平面で切断した場合の断面において、外縁が略半円弧形状に形成されている。つまり、先端部４１１ｂは、円錐台の略半分のような形状を有している。
また、先端部４１１ｂは、電極接続部５２０、５３０の間の空間のうち、端子接続部５１０側の幅が狭い箇所（図５の幅Ｗ１に対応する箇所）に配置されている。つまり、先端部４１１ｂは、電極接続部５２０、５３０間の当該幅が狭い箇所と対応する位置に配置されており、本実施の形態では、先端部４１１ｂは、Ｙ軸方向において、電極体４１０の中心位置からＹ軸方向マイナス側へ少しずれた位置に配置されている。
幅狭部４１１ｃは、先端部４１１ｂの下方（Ｚ軸方向マイナス側）に、先端部４１１ｂの下端と接続されて配置されている。幅狭部４１１ｃは、第一端部４１１ａのＹ軸方向における両側の側面が凹んだ形状を有し、また、当該側面が曲面で形成されている。つまり、幅狭部４１１ｃは、Ｙ軸方向の幅が、先端部４１１ｂの最大幅よりも狭く形成されている。また、本実施の形態では、先端部４１１ｂと同様に、幅狭部４１１ｃは、Ｙ軸方向において、電極体４１０の中心位置からＹ軸方向マイナス側へ少しずれた位置に配置されている。なお、幅狭部４１１ｃは、正極集束部４１１の第一端部４１１ａをＹ軸方向の両側から押圧（プレス）することによって形成することができる。
また、幅狭部４１１ｃは、Ｙ軸方向から見て、電極体４１０の最内周の湾曲部分である最内周湾曲部４１１ｆと重なる位置に配置されている。つまり、幅狭部４１１ｃは、両側面の凹みの間に、最内周湾曲部４１１ｆが位置するように配置されている。具体的には、幅狭部４１１ｃの両側面の凹みのうちで最も凹んだ部分同士に挟まれる位置に、最内周湾曲部４１１ｆが配置されている。なお、最内周湾曲部４１１ｆは、電極体４１０の極板が巻回された際に形成される最も内側の湾曲部分、つまり、最も内側の極板によって形成されるＺ軸方向プラス側の湾曲部分である。
接合部４１１ｄは、幅狭部４１１ｃの下方（Ｚ軸方向マイナス側）に、幅狭部４１１ｃの下端と接続されて配置されている。つまり、接合部４１１ｄは、先端部４１１ｂとで幅狭部４１１ｃを挟む位置に配置されている。言い換えれば、接合部４１１ｄは、第一端部４１１ａと第二端部４１１ｅとの間に配置されている。また、接合部４１１ｄは、電極接続部５２０、５３０と接合される部位であり、接合部４１１ｄのＹ軸方向マイナス側の側面に電極接続部５２０が接合され、接合部４１１ｄのＹ軸方向プラス側の側面に電極接続部５３０が接合される。つまり、接合部４１１ｄは、Ｙ軸方向のマイナス側の集束部とプラス側の集束部とに二分され、Ｙ軸方向マイナス側の集束部に電極接続部５２０が接合され、Ｙ軸方向プラス側の集束部に電極接続部５３０が接合される。
このように、接合部４１１ｄは、電極接続部５２０、５３０の間の空間のうち、端子接続部５１０とは反対側の幅が広い箇所（図５の幅Ｗ２に対応する箇所）に配置されている。つまり、先端部４１１ｂは、電極接続部５２０、５３０間の当該幅が広い箇所と対応する位置に配置されており、本実施の形態では、先端部４１１ｂ及び幅狭部４１１ｃと同様に、Ｙ軸方向において、電極体４１０の中心位置からＹ軸方向マイナス側へ少しずれた位置に配置されている。
ここで、接合部４１１ｄは、幅狭部４１１ｃよりもＹ軸方向の幅が広く形成されている。さらに、接合部４１１ｄは、先端部４１１ｂよりもＹ軸方向の幅が広く形成されている。なお、接合部４１１ｄは、電極接続部５２０、５３０と接合される面は、平坦となるように形成されている。
なお、接合部４１１ｄと電極接続部５２０、５３０との接合箇所において、接合部４１１ｄの、電極接続部５２０、５３０とは反対側の面に、平板状の薄い板である当て板（クリップ）が配置されていてもかまわない。
第二端部４１１ｅは、正極集電体５００の端子接続部５１０とは反対側に配置される正極集束部４１１の端部である。つまり、第二端部４１１ｅは、正極集束部４１１の巻回軸方向と交差する方向の、第一端部４１１ａとは反対側の端部であり、第一端部４１１ａとで接合部４１１ｄを挟む位置に配置されている。また、第二端部４１１ｅは、Ｙ軸方向において、第一端部４１１ａ（先端部４１１ｂ、幅狭部４１１ｃ）及び接合部４１１ｄよりも幅が広く形成されている。また、第二端部４１１ｅは、ＹＺ平面で切断した場合の断面において、外縁が緩やかな曲線で形成されている。つまり、第二端部４１１ｅは、側面が緩やかな曲面で形成されている。
また、第二端部４１１ｅは、Ｙ軸方向における最大幅が、正極集電体５００の電極接続部５２０と電極接続部５３０との間の距離よりも広く形成されている。具体的には、第二端部４１１ｅは、Ｙ軸方向における、Ｙ軸方向プラス側の外面とＹ軸方向マイナス側の外面との間の最大距離（図８の幅Ｗ３）が、電極接続部５２０の内面（Ｙ軸方向プラス側の面）と電極接続部５３０の内面（Ｙ軸方向マイナス側の面）との間の距離（図５のＷ１またはＷ２）よりも大きく形成されている。言い換えれば、正極集電体５００の電極接続部５２０と電極接続部５３０との間の距離は、電極体４１０のＹ軸方向の最大幅よりも狭い。つまり、正極集電体５００の一対の脚部の間の距離は、正極集束部４１１において正極集電体５００の脚部に固定されていない部分（第二端部４１１ｅ）の中で最大の幅よりも狭い。なお、本実施の形態では、正極集電体５００の一対の脚部の間の最大距離が、電極体４１０のＹ軸方向の最大幅よりも狭くなっている。
以上のような構成により、正極集束部４１１は、外縁が、第一端部４１１ａにおいて、円弧形状の下端部から徐々に広がるような形状（円形状と台形状の部位が繋がったような形状）を有し、接合部４１１ｄにおいて、直線形状を有し、第二端部４１１ｅにおいて、端部に近付くほど幅が広くなる略長円形状を有している。
ここで、幅狭部４１１ｃは、先端部４１１ｂよりもＹ軸方向（第二方向）の幅が狭い第二部の一例である。つまり、正極集束部４１１（第一部）は、Ｚ軸方向（第一方向）において、先端部４１１ｂよりもＹ軸方向（第二方向）の幅が狭い幅狭部４１１ｃ（第二部）が形成された第一端部４１１ａを有している。また、接合部４１１ｄは、先端部４１１ｂとで幅狭部４１１ｃ（第二部）を挟む位置に配置され、幅狭部４１１ｃ（第二部）よりもＹ軸方向（第二方向）の幅が広い第三部の一例である。
なお、電極体４２０が有する正極集束部４２１は、電極接続部５４０、５５０に対応した位置に配置されている。つまり、正極集束部４２１は、Ｙ軸方向において、上記の電極体４１０が有する正極集束部４１１と対称な形状を有している。また、負極集束部４１２、４２２は、Ｘ軸方向において、正極集束部４１１、４２１と対称な形状を有している。
また、このような構成を有する蓄電素子１０は、以下のようにして製造することができる。つまり、まず、電極体４１０の第一端部４１１ａを有する正極集束部４１１をＹ軸方向に押圧して、第一端部４１１ａに、Ｚ軸方向において、正極集束部４１１の先端部４１１ｂよりもＹ軸方向の幅が狭い幅狭部４１１ｃを形成する（第二部形成工程）。
具体的には、凸部が形成された治具で、正極集束部４１１の第一端部４１１ａを、Ｙ軸方向両側から挟持する。そして、当該治具で第一端部４１１ａをＹ軸方向両側から押圧（プレス）することで、第一端部４１１ａを凹ませて幅狭部４１１ｃを形成する。
そして、正極集束部４１１を電極接続部５２０、５３０の間に配置する（第一部配置工程）。具体的には、当該治具で第一端部４１１ａを挟持した状態で、正極集束部４１１を電極接続部５２０、５３０の間に挿入する。そして、当該治具を抜き取る。
そして、正極集束部４１１と電極接続部５２０、５３０とを接合する（接合工程）。具体的には、正極集束部４１１の接合部４１１ｄと電極接続部５２０、５３０とを溶接等で接合する。電極体４２０についても、同様である。
以上のように、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、電極体４１０には、正極集電体５００の電極接続部５２０、５３０の間に配置される正極集束部４１１の第一端部４１１ａに、先端部４１１ｂよりも幅が狭い幅狭部４１１ｃが形成されている。つまり、第一端部４１１ａにおいて、幅が狭い幅狭部４１１ｃが形成されているため、第一端部４１１ａ全体の幅を狭くすることができている。これにより、電極接続部５２０、５３０の間に正極集束部４１１を挿入する際に、第一端部４１１ａが電極接続部５２０または５３０に引っ掛かるのを抑制し、正極集束部４１１を電極接続部５２０、５３０の間に容易に挿入することができる。このため、蓄電素子１０において、電極体４１０と正極集電体５００とを接続する際に電極体４１０が損傷するのを抑制することができる。
第一端部４１１ａの幅を狭くするために先端部４１１ｂを細く形成すると、先端部４１１ｂが尖った形状になり、先端部４１１ｂに鋭いしわ（シャープエッジ）が発生する場合がある。この場合、このシャープエッジがセパレータを突き破り、電極体４１０の正極及び負極間の短絡を引き起こす虞がある。これに対し、本実施の形態における蓄電素子１０では、先端部４１１ｂが丸みを帯びた形状となっているため、シャープエッジの発生を抑制し、短絡の発生を抑制することができる。
蓄電素子１０において、幅狭部４１１ｃは、側面が曲面で形成されているため、電極体４１０にシャープエッジが発生するのを抑制することができ、短絡の発生を抑制することができる。
電極体４１０において、幅狭部４１１ｃは、両側の側面が凹んだ形状を有しているため、第一端部４１１ａを両側から凹ませて幅狭部４１１ｃを形成すればよく、容易に幅狭部４１１ｃを形成することができる。
正極集電体５００の一対の脚部の間の距離が電極体４１０の最大幅よりも狭い構成を有しているが、電極体４１０が幅狭部４１１ｃを有していることで、当該一対の脚部の間に正極集束部４１１を容易に挿入することができる。
正極集電体５００は、電極接続部５２０、５３０の間の隙間のうち、端子接続部５１０側の隙間が狭くなる構成を有し、電極体４１０の幅狭部４１１ｃは、正極集束部４１１の端子接続部５１０側の第一端部４１１ａに形成されている。これにより、端子接続部５１０側の隙間が狭い正極集電体５００においても、容易に電極体４１０の正極集束部４１１を電極接続部５２０、５３０の間に挿入することができる。このため、蓄電素子１０において、電極体４１０と正極集電体５００とを接続する際に電極体４１０が損傷するのを抑制することができる。
電極体４１０において、正極集束部４１１は、先端部４１１ｂとで幅狭部４１１ｃを挟む位置に、幅狭部４１１ｃよりも幅が広い接合部４１１ｄを有している。つまり、先端部４１１ｂと接合部４１１ｄとの間を凹ませて幅狭部４１１ｃを形成すればよいため、容易に幅狭部４１１ｃを形成することができる。
電極体４１０において、幅狭部４１１ｃは、正極集束部４１１の巻回軸方向と交差する方向の端部である第一端部４１１ａに形成されているため、第一端部４１１ａは、湾曲部分となっている。つまり、巻回型の電極体４１０において、当該湾曲部分に幅狭部４１１ｃを形成して当該湾曲部分の幅を狭くすることで、当該湾曲部分を電極接続部５２０、５３０の間に容易に挿入することができる。このため、蓄電素子１０において、電極体４１０と正極集電体５００とを接続する際に電極体４１０が損傷するのを抑制することができる。
電極体４１０において、Ｙ軸方向から見て、幅狭部４１１ｃが最内周湾曲部４１１ｆよりも先端部４１１ｂ側に配置される場合、幅狭部４１１ｃを形成する際に極板を潰してしまい、シャープエッジが発生する虞がある。また、幅狭部４１１ｃが最内周湾曲部４１１ｆよりも電極体４１０の中央部側に配置される場合、巻回空間と重なる箇所で幅狭部４１１ｃを形成するため、極板の反発等により幅狭部４１１ｃの形成が困難となる。このため、電極体４１０において、Ｙ軸方向から見て、幅狭部４１１ｃが最内周湾曲部４１１ｆと重なる位置に配置されることで、幅狭部４１１ｃを形成する際に発生するシャープエッジを抑制し、容易に幅狭部４１１ｃを形成することができる。
蓄電素子１０の製造方法において、電極体４１０の正極集束部４１１を押圧して、第一端部４１１ａに幅狭部４１１ｃを形成し、正極集束部４１１を正極集電体５００の一対の脚部の間に配置し、正極集束部４１１と当該一対の脚部とを接合する。つまり、電極体４１０の正極集束部４１１の端部において、幅が狭い幅狭部４１１ｃを形成することで、端部全体の幅を狭くすることができる。これにより、正極集束部４１１の端部が正極集電体５００の一対の脚部に引っ掛かるのを抑制して、正極集束部４１１を当該一対の脚部の間に容易に挿入し、電極体４１０と正極集電体５００とを接合することができる。このため、蓄電素子１０の製造方法において、電極体４１０が損傷するのを抑制することができる。
負極集束部４１２についても、正極集束部４１１と同様の構成を有するため、同様の効果を奏することができる。また、電極体４２０についても、電極体４１０と同様の構成を有するため、同様の効果を奏することができる。
以上、本発明の実施の形態に係る蓄電素子及びその製造方法について説明したが、本発明は、この実施の形態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。
上記実施の形態では、電極体４１０の巻回軸方向の端部に配置される正極集束部４１１に、幅狭部４１１ｃが形成されていることとした。しかし、電極体４１０の巻回軸方向の端部とは異なる位置（例えば中央位置）に、幅狭部４１１ｃが形成されていることにしてもよい。
上記実施の形態では、幅狭部４１１ｃは、側面が曲面で形成されていることとしたが、当該側面は、平坦な面で形成されていてもよい。
上記実施の形態では、幅狭部４１１ｃは、両側の側面が凹んだ形状を有することとしたが、片側の面だけが凹んだ形状を有することにしてもよい。
上記実施の形態では、正極集電体５００は、電極接続部５２０、５３０の間の空間が端子接続部５１０側の方が狭くなるように構成されていることとした。しかし、正極集電体５００は、当該空間が端子接続部５１０側の方が広くなるように構成されていてもよいし、同じ幅となるように構成されていてもよい。
上記実施の形態では、幅狭部４１１ｃは、正極集束部４１１の端子接続部５１０側の端部に形成されていることとした。しかし、幅狭部４１１ｃは、正極集束部４１１へ挿入される側に形成されていればよく、端子接続部５１０側の端部に形成されることには限定されない。
上記の本実施の形態における変形例は、負極集束部４１２についても同様であり、さらに、電極体４２０についても同様である。
上記実施の形態では、電極体４１０、４２０が有する正極集束部４１１、負極集束部４１２、正極集束部４２１及び負極集束部４２２の全てが、上記の構成を有していることとした。しかし、正極集束部４１１、負極集束部４１２、正極集束部４２１及び負極集束部４２２の少なくとも１つが上記の構成を有していればよい。
上記実施の形態では、蓄電素子１０は、２つの電極体４１０、４２０を備えていることとした。しかし、蓄電素子１０は、１つの電極体、または３つ以上の電極体を備えていることにしてもよい。この場合、集電体は、当該電極体に対応した形状で構成される。
また、本発明は、このような蓄電素子１０及びその製造方法として実現することができるだけでなく、蓄電素子１０が備える電極体４１０、４２０及びその製造方法としても実現することができる。
本発明は、電極体と集電体とを接続する際に電極体が損傷するのを抑制することができる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
２００ 正極端子
２１０、３１０ 軸部
３００ 負極端子
４１０、４２０ 電極体
４１１、４２１ 正極集束部（第一部）
４１１ａ 第一端部
４１１ｂ 先端部
４１１ｃ 幅狭部（第二部）
４１１ｄ 接合部（第三部）
４１１ｅ 第二端部
４１１ｆ 最内周湾曲部
４１２、４２２ 負極集束部（第一部）
５００ 正極集電体
５１０ 端子接続部（繋ぎ部）
５１１、６１１ 開口部
５２０、５３０、５４０、５５０ 電極接続部（脚部）
６００ 負極集電体
１００ 容器
１１０ 蓋体
１１０ａ、１１０ｂ 貫通孔
１１１ 容器本体
２００ 正極端子
２１０、３１０ 軸部
３００ 負極端子
４１０、４２０ 電極体
４１１、４２１ 正極集束部（第一部）
４１１ａ 第一端部
４１１ｂ 先端部
４１１ｃ 幅狭部（第二部）
４１１ｄ 接合部（第三部）
４１１ｅ 第二端部
４１１ｆ 最内周湾曲部
４１２、４２２ 負極集束部（第一部）
５００ 正極集電体
５１０ 端子接続部（繋ぎ部）
５１１、６１１ 開口部
５２０、５３０、５４０、５５０ 電極接続部（脚部）
６００ 負極集電体
Claims (9)
- 巻回型の電極体と、
前記電極体に接続される集電体とを備え、
前記集電体は、端子接続部と、前記端子接続部から第一方向に延びかつ前記第一方向と直交する第二方向に並ぶ一対の脚部を有し、
前記電極体は、前記一対の脚部の間に配置される第一部を有し、
前記第一部は、前記第一方向において、前記端子接続部に対向する先端部と、前記先端部よりも前記第二方向の幅が狭い第二部とを有する
蓄電素子。 - 前記第二部は、前記第二方向における側面が曲面で形成されている
請求項１に記載の蓄電素子。 - 前記第二部は、前記第二方向における両側の側面が凹んだ形状を有する
請求項１または２に記載の蓄電素子。 - 前記一対の脚部の間の距離は、前記電極体の前記第二方向の最大幅よりも狭い
請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子。 - 前記集電体は、さらに、前記一対の脚部を繋ぐ繋ぎ部を有し、
前記一対の脚部は、前記一対の脚部の間の空間が前記繋ぎ部側の方が狭くなるように配置されており、
前記第二部は、前記第一部の前記繋ぎ部側の端部に形成されている
請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電素子。 - 前記第一部は、前記先端部とで前記第二部を挟む位置に、前記第二部よりも前記第二方向の幅が広い第三部を有する
請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電素子。 - 前記第三部は、前記一対の脚部と接合される接合部である
請求項６に記載の蓄電素子。 - 前記第二部は、前記第二方向から見て、前記電極体の最内周の湾曲部分と重なる位置に配置される
請求項１〜７のいずれか１項に記載の蓄電素子。 - 電極体と、前記電極体に接続され、第一方向に延びかつ第二方向に並ぶ一対の脚部を有する集電体とを備える蓄電素子の製造方法であって、
前記電極体の端部を有する第一部を前記第二方向に押圧して、前記端部に、前記第一方向において、前記第一部の先端部よりも前記第二方向の幅が狭い第二部を形成する第二部形成工程と、
前記第一部を前記一対の脚部の間に配置する第一部配置工程と、
前記第一部と前記一対の脚部とを接合する接合工程と
を含む蓄電素子の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP2016024181 | 2016-02-10 | ||
| JP2016024181 | 2016-02-10 | ||
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|---|---|
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| JP2014216076A (ja) * | 2013-04-23 | 2014-11-17 | トヨタ自動車株式会社 | 二次電池および二次電池の製造方法 |
| JP2015135733A (ja) * | 2014-01-16 | 2015-07-27 | トヨタ自動車株式会社 | 蓄電池及びその製造方法 |
| JP2015156366A (ja) * | 2014-01-17 | 2015-08-27 | 株式会社Ｇｓユアサ | 蓄電素子 |
-
2017
- 2017-02-08 JP JP2017566988A patent/JP6874695B2/ja active Active
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