JPWO2019189341A1 - 蓄電素子 - Google Patents

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Abstract

電極体（４００）と、正極集電体（１３０）と、絶縁シート（５００）とを備える蓄電素子（１０）であって、電極体（４００）は、本体部（４０１）と、本体部（４０１）から突出し正極集電体（１３０）と接続される接続部（４１０）と、を有し、絶縁シート（５００）は、本体部（４０１）の側面に対向するシート側面部（５１０）と、シート側面部（５１０）から延設されるシート延設部（５２０）と、を有し、シート延設部（５２０）は、電極体（４００）に固定される。

Description

本発明は、電極体と、電極体の側面を覆う絶縁シートとを備える蓄電素子に関する。
従来、電極体と、電極体の側面を覆う絶縁シートとを備える蓄電素子が広く知られている。特許文献１には、電池要素（電極体）の側面を絶縁シートで覆って、電池缶（容器本体）に収容する角形非水電解液電池（蓄電素子）が開示されている。
特開２００５−３０２５２９号公報
上記従来の蓄電素子では、蓄電素子の製造が困難になる場合がある。
本発明は、製造を容易にすることができる蓄電素子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、電極体と、集電体と、絶縁シートとを備える蓄電素子であって、前記電極体は、本体部と、前記本体部から突出し前記集電体と接続される接続部と、を有し、前記絶縁シートは、前記本体部の側面に対向するシート側面部と、前記シート側面部から延設されるシート延設部と、を有し、前記シート延設部は、前記電極体に固定される。
本発明は、このような蓄電素子として実現できるだけでなく、電極体及び絶縁シートとしても実現できる。
本発明に係る蓄電素子によれば、製造を容易にすることができる。
図１は、実施の形態に係る蓄電素子の外観を示す斜視図である。 図２は、実施の形態に係る蓄電素子の分解斜視図である。 図３は、実施の形態に係る電極体の構成を示す斜視図である。 図４は、実施の形態に係る絶縁シートの構成を示す平面図である。 図５は、実施の形態に係る蓄電素子の構成を示す断面図である。 図６は、実施の形態に係る正極集電体と電極体の接続部との接合構成を示す斜視図及び断面図である。 図７は、実施の形態の変形例に係る蓄電素子の分解斜視図である。 図８は、本実施の形態の変形例に係る絶縁シートのシート延設部によって形成される中央開口部及び端部開口部の配置位置を説明する図である。
上記従来の蓄電素子では、蓄電素子の製造が困難になる場合がある。上記特許文献１に開示されたように、絶縁シートの端部が容器の蓋側に配置されている場合には、容器本体と蓋とを嵌合する際に、絶縁シートがずれて、絶縁シートの端部を容器本体と蓋とで挟み込んでしまったりするおそれがある。絶縁シートの端部が容器の蓋側に配置されていない場合でも、容器本体に電極体を挿入する際に、絶縁シートの端部が容器本体の端縁に引っ掛かってしまったりするおそれがある。これらにより、上記従来の蓄電素子では、蓄電素子の製造が困難になるおそれがある。
本発明の一態様に係る蓄電素子は、電極体と、集電体と、絶縁シートとを備える蓄電素子であって、前記電極体は、本体部と、前記本体部から突出し前記集電体と接続される接続部と、を有し、前記絶縁シートは、前記本体部の側面に対向するシート側面部と、前記シート側面部から延設されるシート延設部と、を有し、前記シート延設部は、前記電極体に固定される。
これによれば、蓄電素子において、電極体は、本体部から突出した、集電体との接続部を有し、絶縁シートは、電極体の本体部の側面に対向するシート側面部と、シート側面部から延設されるシート延設部と、を有し、シート延設部は、電極体に固定されている。このように、絶縁シートのシート延設部を電極体に固定することで、蓄電素子を製造する際に、絶縁シートの端部（シート延設部）を容器本体と蓋とで挟み込んでしまったり、絶縁シートの端部が容器本体の端縁に引っ掛かってしまったりするのを抑制できる。これにより、蓄電素子の製造を容易にすることができる。
前記シート延設部は、前記接続部に固定されてもよい。
これによれば、シート延設部は、電極体の接続部に固定されている。つまり、電極体の接続部は、電極体の本体部から突出した部分であるため、シート延設部を固定しやすい。このため、シート延設部を電極体の接続部に固定することで、蓄電素子の製造をさらに容易にすることができる。シート延設部と電極体の接続部との相対的な位置ずれが抑制できるため、電極体の接続部と容器との絶縁をより確実にできる。
前記シート延設部は、前記接続部と前記集電体との間、及び、前記集電体とで前記接続部を挟む当て板と前記接続部との間の少なくとも一方に配置されて、前記電極体に固定されてもよい。
これによれば、シート延設部は、電極体の接続部と集電体との間、及び、当て板と電極体の接続部との間の少なくとも一方に配置されて、電極体に固定されている。このように、シート延設部を、電極体の接続部と集電体との間、または、当て板と電極体の接続部との間で挟むことで、シート延設部を容易に当該接続部に固定できる。これにより、蓄電素子の製造をさらに容易にすることができる。
前記接続部及び前記集電体は、互いに接合された接合部を有し、前記シート延設部には、開口部が形成されており、前記接合部は、前記開口部を貫通して配置されてもよい。
これによれば、電極体の接続部と集電体との接合部は、シート延設部に形成された開口部を貫通して配置されている。このように、シート延設部の開口部に電極体及び集電体の接合部を形成することで、電極体及び集電体の接合したい部位同士を選択的に接触させて接合を行い、かつ、その他の部位は絶縁性を確保できる。例えば抵抗溶接による接合を行う場合には、シート延設部によって、意図しない経路に通電されるのが抑制されるため、接合したい箇所に電力集中させることで接合強度を向上させるとともに、スパッタの発生リスクを抑制できる。これによっても、蓄電素子の製造を容易にすることができる。
前記電極体は、前記本体部からの前記接続部の突出方向と交差する方向に並ぶ複数の前記接続部を有し、前記シート延設部は、前記複数の接続部に亘って延設されて配置されてもよい。
これによれば、電極体は、複数の接続部を有しており、シート延設部は、当該複数の接続部に亘って延設されて配置されている。このように、シート延設部が電極体の複数の接続部に亘って配置されることで、シート延設部を電極体にしっかりと固定できるため、蓄電素子を容易に製造できる。
前記電極体は、前記本体部からの前記接続部の突出方向と交差する方向に並ぶ複数の前記接続部を有し、前記絶縁シートは、前記シート側面部から前記複数の接続部のそれぞれに対応して延設される複数の前記シート延設部を有してもよい。
これによれば、絶縁シートは、電極体の複数の接続部のそれぞれに対応して延設される複数のシート延設部を有しているため、電解液の注液時に、電解液が複数のシート延設部の間に浸入できる。これにより、電極体から突出する接続部と容器との絶縁を確保しつつ、注液性を向上できる。
以下、図面を参照しながら、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する。以下で説明する実施の形態は、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、製造工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。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。各図において、寸法等は厳密に図示したものではない。
以下実施の形態での説明及び図面中において、蓄電素子が有する一対の電極端子（正極端子及び負極端子）の並び方向、一対の集電体（正極集電体及び負極集電体）の並び方向、または、容器の短側面の対向方向をＸ軸方向と定義する。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、容器の厚さ方向をＹ軸方向と定義する。蓄電素子の容器本体と蓋体との並び方向、容器の短側面の長手方向、電極体の巻回軸方向、または、上下方向をＺ軸方向と定義する。これらＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに交差（本実施の形態では直交）する方向である。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考えられるが、以下では説明の便宜のため、Ｚ軸方向を上下方向として説明する。以下の説明において、Ｘ軸プラス方向とは、Ｘ軸の矢印方向を示し、Ｘ軸マイナス方向とは、Ｘ軸プラス方向とは反対方向を示す。Ｙ軸方向及びＺ軸方向についても同様である。
（実施の形態）
［１ 蓄電素子１０の全般的な説明］
まず、図１〜図５を用いて、本実施の形態における蓄電素子１０の全般的な説明を行う。図１は、本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、本実施の形態に係る蓄電素子１０の分解斜視図である。図３は、本実施の形態に係る電極体４００の構成を示す斜視図である。図３は、図２に示した電極体４００の巻回状態を一部展開し、かつ、接続部４１０、４２０（タブ４３１、４４１）をＺ軸プラス方向に突出させた状態での構成を図示している。図４は、本実施の形態に係る絶縁シート５００の構成を示す平面図である。図４は、図２に示した絶縁シート５００を展開した状態での構成を図示している。図５は、本実施の形態に係る蓄電素子１０の構成を示す断面図である。図５は、図１の蓄電素子１０をＶ−Ｖ線を通るＹＺ平面に平行な面で切断した場合の構成を示す断面図であり、容器１００の容器本体１１０を省略して図示している。
蓄電素子１０は、電気を充電し、電気を放電できる二次電池であり、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。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、自動二輪車、ウォータークラフト、スノーモービル、農業機械、建設機械などの移動体の駆動用またはエンジン始動用のバッテリ等として用いられる。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い。蓄電素子１０は、二次電池ではなく、使用者が充電をしなくても蓄えられている電気を使用できる一次電池であってもよい。蓄電素子１０は、固体電解質を用いた電池であってもよい。本実施の形態では、直方体形状（角形）の蓄電素子１０を図示しているが、蓄電素子１０の形状は、直方体形状には限定されず、直方体形状以外の多角柱形状、円柱形状、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であってもよい。
図１に示すように、蓄電素子１０は、容器本体１１０及び蓋体１２０を有する容器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内方には、正極集電体１３０、負極集電体１４０、電極体４００、絶縁シート５００及びスペーサ８００等が収容されている。
蓋体１２０と正極端子２００及び負極端子３００との間、並びに、蓋体１２０と正極集電体１３０及び負極集電体１４０との間には、電気的な絶縁性及び気密性を高めるためのガスケット等が配置されているが、説明は省略する。容器１００の内部には、電解液（非水電解質）が封入されているが、省略して図示している。当該電解液としては、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、様々なものを選択できる。上記の構成要素の他、電極体４００の上方に配置されるスペーサなどが配置されていてもよい。
［１．１ 容器１００、正極端子２００及び負極端子３００の構成の説明］
容器１００は、矩形筒状で底を備える容器本体１１０と、容器本体１１０の開口を閉塞する板状部材である蓋体１２０とで構成された直方体形状（箱型）のケースである。容器１００は、電極体４００等を容器本体１１０の内方に収容後、蓋体１２０と容器本体１１０とが溶接等されることにより、内部を密封できる構成となっている。蓋体１２０には、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１２１、及び、容器１００内に電解液を注入するための注液部１２２が設けられている。蓋体１２０及び容器本体１１０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。
正極端子２００は、正極集電体１３０を介して、電極体４００の正極板に電気的に接続される電極端子である。負極端子３００は、負極集電体１４０を介して、電極体４００の負極板に電気的に接続される電極端子である。つまり、正極端子２００及び負極端子３００は、電極体４００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、電極体４００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金属製の電極端子である。正極端子２００及び負極端子３００は、蓋体１２０に取り付けられている。正極端子２００及び負極端子３００は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金などで形成されている。
［１．２ 電極体４００の構成の説明］
図３に示すように、電極体４００は、正極板４３０と負極板４４０とセパレータ４５０ａ及び４５０ｂ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。具体的には、電極体４００は、正極板４３０と負極板４４０との間にセパレータ４５０ａまたは４５０ｂが挟み込まれるように層状に配置されたものが巻回されて形成されている。つまり、電極体４００は、正極板４３０とセパレータ４５０ａと負極板４４０とセパレータ４５０ｂとがこの順に積層されることで、正極板４３０及び負極板４４０と、セパレータ４５０ａ及び４５０ｂ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。本実施の形態では、電極体４００の断面形状として長円形状を図示しているが、楕円形状、円形状、多角形状などでもよい。
正極板４３０は、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正極基材層の表面に、正極活物質層が形成された極板（電極板）である。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。正極活物質として、ＬｉＭＰＯ４、ＬｉＭＳｉＯ４、ＬｉＭＢＯ３（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ等から選択される１種または２種以上の遷移金属元素）等のポリアニオン化合物、チタン酸リチウム、ＬｉＭｎ２Ｏ４またはＬｉＭｎ１．５Ｎｉ０．５Ｏ４等のスピネル型リチウムマンガン酸化物、ＬｉＭＯ２（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ等から選択される１種または２種以上の遷移金属元素）等のリチウム遷移金属酸化物等を用いることができる。
負極板４４０は、銅または銅合金などからなる長尺帯状の金属箔である負極基材層の表面に、負極活物質層が形成された極板（電極板）である。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。負極活物質として、リチウム金属、リチウム合金（リチウム−ケイ素、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、及びウッド合金等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、非晶質カーボン等）、ケイ素酸化物、金属酸化物、リチウム金属酸化物（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２等）、ポリリン酸化合物、あるいは、一般にコンバージョン負極と呼ばれる、Ｃｏ３Ｏ４またはＦｅ２Ｐ等の、遷移金属と第１４族乃至第１６族元素との化合物などが挙げられる。
セパレータ４５０ａ及び４５０ｂは、樹脂からなる微多孔性のシートである。セパレータ４５０ａ及び４５０ｂの素材としては、蓄電素子１０の性能を損なうものでなければ、適宜公知の材料を使用できる。
正極板４３０は、巻回軸方向の一端において外方に突出する複数の矩形状のタブ４３１を有している。負極板４４０も同様に、巻回軸方向の一端において外方に突出する複数の矩形状のタブ４４１を有している。これら、複数のタブ４３１及び複数のタブ４４１は、活物質が形成（塗工）されず基材層が露出した部分（活物質非形成部または活物質未塗工部）である。巻回軸とは、正極板４３０及び負極板４４０等を巻回する際の中心軸となる仮想的な軸であり、本実施の形態では、電極体４００の中心を通るＺ軸方向に平行な直線である。
複数のタブ４３１と複数のタブ４４１とは、巻回軸方向の同一側の端（図３では、Ｚ軸プラス方向側の端）に配置され、正極板４３０及び負極板４４０が積層されることにより、電極体４００の所定の位置で積層される。その結果、電極体４００には、複数のタブ４３１が積層されることで形成された接続部４１０と、複数のタブ４４１が積層されることで形成された接続部４２０とが形成される。接続部４１０及び４２０は、例えば積層方向（図３ではＹ軸方向）の中央に向かって寄せ集められて、正極集電体１３０及び負極集電体１４０と溶接等により接合される。
このように、接続部４１０及び４２０は、電極体４００の本体部４０１から突出して配置され、正極集電体１３０及び負極集電体１４０と接続される部位である。本体部４０１は、電極体４００の本体を構成する部位であり、具体的には、電極体４００のうちの接続部４１０及び４２０以外（タブ４３１及び４４１以外）の部位である。つまり、本体部４０１は、正極板４３０及び負極板４４０の活物質が形成（塗工）された部分とセパレータ４５０ａ、４５０ｂとが巻回されて形成された長円筒形状の部位（活物質形成部または活物質塗工部）である。
接続部４１０及び４２０は、Ｘ軸方向に並んで配置される。つまり、電極体４００は、本体部４０１からの接続部の突出方向（Ｚ軸プラス方向）と交差する方向（Ｘ軸方向）に並ぶ複数の接続部を有している。接続部４１０及び４２０は、正極集電体１３０及び負極集電体１４０と接合された後、Ｙ軸プラス方向に折り曲げられる（図５参照）。具体的には、接続部４１０及び４２０は、電極体４００の本体部４０１の一部からＺ軸プラス方向に突出した状態で正極集電体１３０及び負極集電体１４０と接合され、接合後に、Ｙ軸プラス方向に折り曲げられて、Ｙ軸プラス方向に延設された状態となる。つまり、接続部４１０及び４２０は、電極体４００の本体部４０１の一部からＺ軸プラス方向に突出してＹ軸プラス方向に延びる複数のタブ４３１、４４１がＺ軸方向に積層された部位となる。
［１．３ 絶縁シート５００及びスペーサ８００の構成の説明］
絶縁シート５００は、電気的な絶縁性を有するシート状（フィルム状）の部材であり、電極体４００を覆うように配置されて、電極体４００と他の部材（容器１００、正極集電体１３０及び負極集電体１４０等）とを電気的に絶縁する。絶縁シート５００は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリ・エーテル・サルフォン（ＰＥＳ）、及び、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。
具体的には、図２及び図４に示すように、絶縁シート５００は、シート側面部５１０と、シート延設部５２０と、シート底面部５３０とを有している。シート側面部５１０は、電極体４００の本体部４０１の側面に対向する矩形状かつ平板状の部位である。つまり、シート側面部５１０は、電極体４００の本体部４０１のＹ軸マイナス方向側の側面を覆う矩形状かつ平板状のシート側面部５１０ａと、電極体４００の本体部４０１のＹ軸プラス方向側の側面を覆う矩形状かつ平板状のシート側面部５１０ｂとを有している。シート側面部５１０（シート側面部５１０ａ、５１０ｂ）は、電極体４００の本体部４０１の側面全体を覆っているが、当該側面の一部しか覆っていない構成でもよく、平板状ではなく、例えば本体部４０１に沿って湾曲した形状であってもよい。
シート延設部５２０は、シート側面部５１０から接続部４１０、４２０に向けてＺ軸プラス方向に延設されて、電極体４００に固定される矩形状かつ板状の部位である。具体的には、シート延設部５２０は、シート側面部５１０から電極体４００の本体部４０１の接続部４１０、４２０側に延設されて配置され、接続部４１０及び４２０に固定される。つまり、シート延設部５２０は、電極体４００の複数の接続部（正極側の接続部４１０、及び、負極側の接続部４２０）に亘って延設されて配置されている。言い換えれば、シート延設部５２０は、シート側面部５１０から電極体４００に沿って（接続部４１０、４２０に沿って）延設され、接続部４１０、４２０を挟む位置に配置される。
シート延設部５２０は、接続部４１０及び４２０のＹ軸マイナス方向側に配置される矩形状かつ板状のシート延設部５２０ａと、接続部４１０及び４２０のＹ軸プラス方向側に配置される矩形状かつ板状のシート延設部５２０ｂとを有している。つまり、シート延設部５２０ａは、シート側面部５１０ａのＺ軸プラス方向側の端縁からＹ軸プラス方向に傾斜して延設され、かつ、Ｚ軸プラス方向に折れ曲がって、接続部４１０及び４２０のＹ軸マイナス方向側の面に固定される。このように、シート延設部５２０ａは、接続部４１０及び４２０に亘って、接続部４１０及び４２０のＹ軸マイナス方向側の面に沿ってＸ軸方向に延設される長尺状の部位である。シート延設部５２０ｂは、シート側面部５１０ｂのＺ軸プラス方向側の端縁からＹ軸マイナス方向に傾斜して延設され、かつ、Ｚ軸プラス方向に折れ曲がって、接続部４１０及び４２０のＹ軸マイナス方向側の面に固定される。このように、シート延設部５２０ｂは、接続部４１０及び４２０に亘って、接続部４１０及び４２０のＹ軸プラス方向側の面に沿ってＸ軸方向に延設される長尺状の部位である。
シート延設部５２０には、接続部４１０及び４２０を露出させる開口部５２１が形成されている。つまり、シート延設部５２０ａには、接続部４１０及び４２０のＹ軸マイナス方向側の面を露出させる矩形状の２つの開口部５２１ａが、接続部４１０及び４２０に対応する位置に形成されている。シート延設部５２０ｂには、接続部４１０及び４２０のＹ軸プラス方向側の面を露出させる矩形状の２つの開口部５２１ｂが、接続部４１０及び４２０に対応する位置に形成されている。
シート底面部５３０は、電極体４００の底面側（Ｚ軸マイナス方向側）の部位に対向して配置される矩形状かつ平板状の部位である。つまり、シート底面部５３０は、シート側面部５１０ａとシート側面部５１０ｂとの間に配置され、シート側面部５１０ａ及びシート側面部５１０ｂのＺ軸マイナス方向側の端縁同士を繋ぐ部位である。シート底面部５３０は、電極体４００の底面の全体を覆っているが、当該底面の一部しか覆っていない構成でもよく、平板状ではなく、例えば湾曲した形状であってもよい。
このように、絶縁シート５００は、電極体４００のＸ軸方向両側には配置されない。これにより、図２に示すように、絶縁シート５００は、電極体４００に取り付けられる（巻き付けられる）ことで、電極体４００のＸ軸方向両側に、略矩形状かつＺ軸方向に延設される開口部である側方開口部５００ａが形成される。スペーサ８００は、この側方開口部５００ａ内に挿入されて、電極体４００に対して取り付けられる。
スペーサ８００は、電極体４００のＸ軸方向の両側面と容器１００の内面との間に、Ｚ軸方向に延設されて配置され、容器１００内における電極体４００の位置を規制する柱状のサイドスペーサである。スペーサ８００は、ＰＰ、ＰＥ等の絶縁シート５００と同様の絶縁性の材料で形成され、電極体４００のＸ軸方向の両側面と容器１００とを電気的に絶縁する。
［１．４ 正極集電体１３０及び負極集電体１４０の構成の説明］
正極集電体１３０及び負極集電体１４０は、蓋体１２０と電極体４００との間に配置され、正極端子２００及び負極端子３００と電極体４００の正極板４３０及び負極板４４０とを電気的に接続する板状部材である。つまり、正極集電体１３０は、一端が正極端子２００と接続され、他端が電極体４００の正極側の接続部４１０と接続される。負極集電体１４０は、一端が負極端子３００と接続され、他端が電極体４００の負極側の接続部４２０と接続される。正極集電体１３０は、正極板４３０の正極基材層と同様に、アルミニウムまたはアルミニウム合金などで形成され、負極集電体１４０は、負極板４４０の負極基材層と同様に、銅または銅合金などで形成されている。
具体的には、正極集電体１３０は、端子側配置部（端子接続部）１３１と、電極体側配置部（電極体接続部）１３２とを有している。端子側配置部１３１は、正極端子２００とかしめ等によって接合され、電気的に接続される板状部材である。つまり、端子側配置部１３１は、正極端子２００の軸部（リベット部）が蓋体１２０の貫通孔及び端子側配置部１３１の貫通孔１３１ａに挿入されて、かしめられることにより、正極端子２００とともに蓋体１２０に固定される。
電極体側配置部１３２は、電極体４００の接続部４１０と溶接等によって接合される板状部材である。つまり、電極体側配置部１３２は、絶縁シート５００のシート延設部５２０を接続部４１０とで挟み込んだ状態で接続部４１０と接合され、これにより、シート延設部５２０は、電極体側配置部１３２及び接続部４１０に固定される。この正極集電体１３０の電極体側配置部１３２が電極体４００の接続部４１０と接合される構成の詳細な説明については、後述する。
図２では、蓄電素子１０の製造時において電極体側配置部１３２が接続部４１０と接合される際の状態を図示しているが、図５に示すように、図１の状態（接合後の状態）では、電極体側配置部１３２は端子側配置部１３１に向けてさらに折り曲げられている。つまり、蓄電素子１０の製造時においては、図２に示すように、正極集電体１３０は、端子側配置部１３１と電極体側配置部１３２とが略直角に折れ曲がった状態で、端子側配置部１３１が正極端子２００と接合され、かつ、電極体側配置部１３２が接続部４１０と接合される。そして、図５に示すように、省スペース化等の観点から、電極体側配置部１３２が、端子側配置部１３１に向けてさらに折り曲げられて端子側配置部１３１と略平行になり（つまり、正極集電体１３０がＸ軸方向から見て略Ｕ字形状になり）、電極体４００等が容器１００に収容されて、図１の状態となる。
これにより、シート延設部５２０ａは、接続部４１０、４２０の先端部分と、当該先端部分と対向する容器１００の壁部（蓋体１２０）との間に配置される。シート延設部５２０ｂは、当該容器１００の壁部（蓋体１２０）とで、当該接続部４１０、４２０の先端部分を挟む位置に配置される。
負極集電体１４０についても、正極集電体１３０と同様に、端子側配置部１４１と、電極体側配置部１４２とを有している。負極集電体１４０は、正極集電体１３０と同様の構成を有するため、詳細な説明は省略する。
［２ 正極集電体１３０と電極体４００の接続部４１０との接合構成の説明］
次に、正極集電体１３０と電極体４００の接続部４１０とが接合されている状態での構成について、詳細に説明する。図６は、本実施の形態に係る正極集電体１３０と電極体４００の接続部４１０との接合構成を示す斜視図及び断面図である。具体的には、図６の（ａ）は、正極集電体１３０及び負極集電体１４０と電極体４００とが接合された状態を斜め下方から見た場合の斜視図である。図６の（ａ）では、説明の便宜のため、正極集電体１３０、負極集電体１４０、電極体４００及び絶縁シート５００以外の構成は、省略して図示している。図６の（ｂ）は、図６の（ａ）の構成をＶＩｂ−ＶＩｂ断面で切断した場合の断面を示す断面図である。
図６では、上述の通り、正極集電体１３０及び負極集電体１４０と電極体４００との接合時点における接続部４１０及び４２０がＺ軸プラス方向に突出した状態（電極体側配置部１３２及び１４２がさらに折り曲げられていない状態）での構成を図示している。図６の（ｂ）では、正極側（正極集電体１３０及び接続部４１０等）の構成を図示し、以下では当該正極側の構成についての説明を行うが、負極側（負極集電体１４０及び接続部４２０等）についても同様の構成を有している。
図６に示すように、電極体４００の接続部４１０は、Ｙ軸方向（図５の状態ではＺ軸方向）において、正極集電体１３０と当て板６００とに挟まれて配置されている。つまり、本実施の形態では、接続部４１０のＹ軸プラス方向側（図５の状態ではＺ軸マイナス方向側）には、当て板６００が配置されている。当て板６００は、正極集電体１３０とで接続部４１０を挟む位置に配置された、接続部４１０を保護するカバーである。具体的には、当て板６００は、接続部４１０に沿ってＸＺ平面に広がる矩形状かつ平板形状の部材である。この当て板６００は、材質は特に限定されないが、電極体４００の正極板４３０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た金属部材である。負極側にも同様に当て板が配置されており、この負極側の当て板についても、材質は特に限定されないが、電極体４００の負極板４４０の負極基材層と同様、銅または銅合金などで形成された金属部材である。
接続部４１０と正極集電体１３０との間、及び、当て板６００と接続部４１０との間には、シート延設部５２０が配置されている。つまり、接続部４１０と正極集電体１３０の電極体側配置部１３２との間にシート延設部５２０ａが配置され、当て板６００と接続部４１０との間にシート延設部５２０ｂが配置されている。
接続部４１０と正極集電体１３０と当て板６００とが接合されて、接合部７００が形成されている。つまり、接続部４１０及び正極集電体１３０は、互いに接合された接合部７００を有している。具体的には、シート延設部５２０に形成された開口部５２１の内方の位置において、接続部４１０と正極集電体１３０と当て板６００とが接合されて、接合部７００が形成されている。このように、接合部７００は、シート延設部５２０の開口部５２１（開口部５２１ａ及び５２１ｂ）を貫通して配置されている。言い換えると、接合部７００のうちの、接続部４１０及び正極集電体１３０の接合部分は、開口部５２１ａを貫通して配置されており、当て板６００及び接続部４１０の接合部分は、開口部５２１ｂを貫通して配置されている。本実施の形態では、接合部７００は、抵抗溶接によって形成された溶接部である。
このような構成により、シート延設部５２０は、接続部４１０と正極集電体１３０との間、及び、当て板６００と接続部４１０との間の少なくとも一方（本実施の形態では双方）に配置されて、電極体４００に固定される。つまり、シート延設部５２０ａは、接続部４１０と正極集電体１３０の電極体側配置部１３２との間に配置され、接続部４１０と電極体側配置部１３２とに挟まれることで、接続部４１０及び電極体側配置部１３２に直接固定されている。シート延設部５２０ｂは、当て板６００と接続部４１０との間に配置され、当て板６００と接続部４１０とに挟まれることで、当て板６００及び接続部４１０に直接固定されている。
［３ 効果の説明］
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４００は、本体部４０１から突出した、正極集電体１３０との接続部４１０を有し、絶縁シート５００は、電極体４００の本体部４０１の側面に対向するシート側面部５１０と、シート側面部５１０から延設され、電極体４００の本体部４０１の接続部４１０側に配置されるシート延設部５２０とを有し、シート延設部５２０は、電極体４００に固定されている。このように、絶縁シート５００のシート延設部５２０を電極体４００に固定することで、蓄電素子１０を製造する際に、絶縁シート５００の端部（シート延設部５２０）を容器本体１１０と蓋体１２０とで挟み込んでしまったり、絶縁シート５００の端部が容器本体１１０の端縁に引っ掛かってしまったりするのを抑制できる。これにより、蓄電素子１０の製造を容易にすることができる。絶縁シート５００を、電極体４００の本体部４０１の側面側から延設して、電極体４００の本体部４０１の接続部４１０側にも配置することで、電極体４００の本体部４０１の接続部４１０側も絶縁できる。
具体的には、電極体４００が、本体部４０１から突出した接続部４１０を有する場合、電極体４００の接続部４１０が容器１００と接触して短絡を起こすことがある。このため、絶縁シート５００にシート延設部５２０を設けることで、電極体４００の電極体４００と容器１００との絶縁を確保できる。一方で、絶縁シート５００は剛性が高くなく、動きやすい。その結果、シート延設部５２０は、容器１００の容器本体１１０と蓋体１２０との間に挟まれやすい。このため、シート延設部５２０を他の部材に固定するとで、シート延設部５２０が容器本体１１０と蓋体１２０との間に挟まれることを抑制できる。特に、シート延設部５２０を電極体４００に固定すると、絶縁シート５００と電極体４００との相対的な位置ずれが抑制できるため、容器１００と電極体４００との絶縁をより確実にできる。
シート延設部５２０は、電極体４００の接続部４１０に固定されている。つまり、電極体４００の接続部４１０は、電極体４００の本体部４０１から突出した部分であるため、シート延設部５２０を固定しやすい。このため、シート延設部５２０を電極体４００の接続部４１０に固定することで、蓄電素子１０の製造をさらに容易にすることができる。シート延設部５２０と電極体４００の接続部４１０との相対的な位置ずれが抑制できるため、電極体４００の接続部４１０と容器１００との絶縁をより確実にできる。
シート延設部５２０は、電極体４００の接続部４１０と正極集電体１３０との間、及び、当て板６００と電極体４００の接続部４１０との間の少なくとも一方に配置されて、電極体４００に固定されている。このように、シート延設部５２０を、電極体４００の接続部４１０と正極集電体１３０との間、または、当て板６００と電極体４００の接続部４１０との間で挟むことで、シート延設部５２０を容易に接続部４１０に固定できる。これにより、蓄電素子１０の製造をさらに容易にすることができる。
電極体４００の接続部４１０と正極集電体１３０との接合部７００は、シート延設部５２０に形成された開口部５２１を貫通して配置されている。このように、シート延設部５２０の開口部５２１に電極体４００及び正極集電体１３０の接合部７００を形成することで、電極体４００及び正極集電体１３０の接合したい部位同士を選択的に接触させて接合を行い、かつ、その他の部位は絶縁性を確保できる。抵抗溶接による接合を行う場合には、シート延設部５２０によって、意図しない経路に通電されるのが抑制されるため、接合したい箇所に電力集中させることで接合強度を向上させるとともに、スパッタの発生リスクを抑制できる。これによっても、蓄電素子１０の製造を容易にすることができる。
電極体４００は、複数の接続部（接続部４１０、４２０）を有しており、シート延設部５２０は、当該複数の接続部に亘って延設されて配置されている。このように、シート延設部５２０が電極体４００の複数の接続部に亘って配置されることで、シート延設部５２０を電極体４００にしっかりと固定できるため、蓄電素子１０を容易に製造できる。シート延設部５２０によって、電極体４００の複数の接続部間の部位の絶縁も図ることができる。
絶縁シート５００は、電極体４００のＸ軸方向両側に側方開口部５００ａを有しており、側方開口部５００ａ内にスペーサ８００が配置されている。このように、絶縁シート５００は、電極体４００のＸ軸方向両側には設けられていなくてもよいため、絶縁シート５００の構成を簡素化することができる。これにより、蓄電素子１０の製造を容易にすることができる。電極体４００のＸ軸方向両側に絶縁シート５００を設けないことによる省スペース化を図ることもできる。
上記では正極側（正極集電体１３０及び電極体４００の接続部４１０側）の構成についての効果の説明を主に行ったが、負極側（負極集電体１４０及び電極体４００の接続部４２０側）の構成についても同様の効果を奏する。
［４ 実施の形態の変形例の説明］
次に、本実施の形態の変形例について、説明する。上記実施の形態では、絶縁シート５００のシート延設部５２０は、電極体４００の接続部４１０及び４２０に亘って延設されて配置されていることとした。本変形例では、シート延設部は、接続部４１０及び４２０に亘って延設されておらず、接続部４１０に対応する部分と接続部４２０に対応する部分とに分かれて配置されている。図７は、本実施の形態の変形例に係る蓄電素子１１の分解斜視図である。図８は、本実施の形態の変形例に係る絶縁シート５０１のシート延設部５２０ｃによって形成される中央開口部５０１ａ、端部開口部５０１ｂ及び５０１ｃの配置位置を説明する図である。具体的には、図８は、蓄電素子１１におけるシート延設部５２０ｃの周囲の構成をＺ軸マイナス方向側から見た場合の下面図である。
図７に示すように、本変形例における蓄電素子１１は、上記実施の形態における蓄電素子１０の絶縁シート５００に代えて、絶縁シート５０１を備えている。絶縁シート５０１は、上記実施の形態における絶縁シート５００のシート延設部５２０に代えて、複数のシート延設部５２０ｃを有している。本変形例における蓄電素子１１のその他の構成については、上記実施の形態における蓄電素子１０の各構成要素と同様であるため、説明は省略する。
電極体４００は、上記実施の形態と同様に、本体部４０１からの接続部４１０、４２０の突出方向と交差する方向（Ｘ軸方向）に並ぶ複数（２つ）の接続部４１０、４２０を有している。絶縁シート５０１は、シート側面部５１０から複数の接続部４１０、４２０のそれぞれに向けて延設される複数のシート延設部５２０ｃを有している。つまり、絶縁シート５０１は、２つのシート延設部５２０ｃを有しており、２つのシート延設部５２０ｃが接続部４１０、４２０のそれぞれに対応する位置に配置されている。２つのシート延設部５２０ｃは、接続部４１０、４２０のそれぞれよりも、Ｘ軸方向における幅が大きく形成されている。
図７及び図８に示すように、２つのシート延設部５２０ｃは離間して配置されるため、２つのシート延設部５２０ｃの間には、絶縁シート５０１のＺ軸プラス方向側の端部のＸ軸方向中央部を切り欠いたような形状の中央開口部５０１ａが形成される。中央開口部５０１ａは、ガス排出弁１２１に対向して配置される。２つのシート延設部５２０ｃのＸ軸方向両側には、絶縁シート５０１のＺ軸プラス方向側の端部のＸ軸方向両端部を切り欠いたような形状の端部開口部５０１ｂ及び５０１ｃが形成される。端部開口部５０１ｂは、Ｚ軸方向において、正極端子２００及び正極集電体１３０の接合部（図８のかしめ部２１０）に対向して配置される。端部開口部５０１ｃは、Ｚ軸方向において、負極端子３００及び負極集電体１４０の接合部（図８のかしめ部３１０）に対向して配置される。
以上のように、本変形例に係る蓄電素子１１によれば、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。特に、絶縁シート５０１は、電極体４００の複数の接続部４１０、４２０のそれぞれに向けて延設される複数のシート延設部５２０ｃを有しているため、電解液の注液時に、電解液が複数のシート延設部５２０ｃの間の中央開口部５０１ａに浸入できる。同様に、電解液は、端部開口部５０１ｂ及び５０１ｃにも浸入できる。これにより、電極体４００から突出する接続部４１０、４２０と容器１００との絶縁を確保しつつ、注液性を向上できる。蓄電素子１１の製造時において電解液の注液性を向上できるため、蓄電素子１１の製造を容易にすることもできる。
さらに、端部開口部５０１ｂは、正極端子２００及び正極集電体１３０の接合部（かしめ部２１０）に対向して配置されているため、シート延設部５２０ｃが、正極端子２００及び正極集電体１３０の接合作業の邪魔になるのを抑制できる。これにより、正極端子２００及び正極集電体１３０の接合作業を容易に行うことができるため、蓄電素子１１の製造を容易にすることができる。端部開口部５０１ｃについても同様である。
中央開口部５０１ａは、Ｚ軸方向において、ガス排出弁１２１に対向して配置されるため、ガス排出弁１２１が開放された場合に、シート延設部５２０ｃが、排出されるガスの流れを塞ぐことを抑制することもできる。
（その他の変形例）
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１０、１１について説明したが、本発明は、この実施の形態及びその変形例に限定されない。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く、本発明の範囲は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。
上記実施の形態及びその変形例では、正極集電体１３０において、電極体側配置部１３２は、電極体４００の接続部４１０との接合後において、端子側配置部１３１に向けて折り曲げられることとした。しかし、電極体側配置部１３２は、接合後においても、端子側配置部１３１に向けて折り曲げられないことにしてもよい。または、電極体側配置部１３２は、接合後において、端子側配置部１３１とは反対側に折り曲げられてもよい。負極集電体１４０についても同様である。
上記実施の形態及びその変形例では、正極集電体１３０は、電極体側配置部１３２が端子側配置部１３１に対して折り曲げられた形状を有していることとした。しかし、正極集電体１３０は、電極体側配置部１３２が端子側配置部１３１に対して折り曲げられていない形状、つまり平板状の形状を有していてもよい。
上記実施の形態及びその変形例では、絶縁シート５００（または５０１、以下同様）は、シート側面部５１０ａ及び５１０ｂからなるシート側面部５１０と、シート延設部５２０ａ及び５２０ｂからなるシート延設部５２０（または５２０ｃ、以下同様）と、シート底面部５３０とを有していることとした。しかし、絶縁シート５００は、シート側面部５１０ａ及び５１０ｂのいずれかを有していないことにしてもよく、シート延設部５２０ａ及び５２０ｂのいずれかを有していないことにしてもよく、シート底面部５３０を有していないことにしてもよい。
上記実施の形態及びその変形例では、絶縁シート５００のシート延設部５２０は、電極体４００の接続部４１０、４２０と集電体とが接合されることで、電極体４００の接続部４１０、４２０に固定されていることとした。しかし、シート延設部５２０は、電極体４００に固定されていればよく、電極体４００の接続部４１０、４２０に溶着または接着等により固定されていてもよいし、電極体４００の本体部４０１のいずれかの面に、溶着または接着等により固定されていてもよい。
上記実施の形態及びその変形例では、絶縁シート５００のシート延設部５２０に開口部５２１が形成されており、接合部７００は、当該開口部５２１を貫通して配置されていることとした。しかし、シート延設部５２０には開口部５２１は形成されておらず、接合部７００は、シート延設部５２０の側方に配置されていてもよい。
上記実施の形態及びその変形例では、蓄電素子１０（または１１、以下同様）は、集電体とで電極体４００の接続部４１０、４２０を挟む位置に、当て板６００を備えていることとした。しかし、蓄電素子１０は、当て板６００を備えることなく、集電体と電極体４００の接続部４１０、４２０とが接合されていてもよい。超音波接合によって集電体と接続部４１０、４２０とを接合する場合には、当て板６００は設けられていなくてもよい。
上記実施の形態及びその変形例では、接合部７００は、抵抗溶接によって形成された溶接部であることとした。しかし、接合部７００における接合方法は、抵抗溶接には限定せず、レーザ溶接、超音波接合、かしめ接合等、種々の接合方法を適用可能である。
上記実施の形態及びその変形例では、電極体４００の接続部４１０、４２０は、本体部４０１の一部から矩形状に突出した部位であることとした。しかし、接続部４１０、４２０の形状は特に限定されず、平面視で、四角形以外の多角形状、半円形状、半長円形状、半楕円形状等であってもよい。接続部４１０、４２０は、本体部４０１の一部ではなく、本体部４０１の全体から突出した部位であってもよい。
上記実施の形態及びその変形例では、電極体４００は、Ｚ軸方向の巻回軸を有するいわゆる横巻きの巻回型形状であることとした。しかし、電極体４００は、Ｘ軸方向の巻回軸を有するいわゆる縦巻きの巻回型形状または極板を蛇腹状に折り畳んだ形状であってもよい。電極体４００は、複数枚の平板状極板を積層したスタック型形状の電極体であってもよい。つまり、上記実施の形態及びその変形例における構成は、接続部を備えたどのような電極体にも適用可能である。
上記実施の形態及びその変形例では、正極側及び負極側の双方が、上記構成を有していることとした。しかし、正極側または負極側が上記構成を有していないことにしてもよい。
上記実施の形態及びその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、このような蓄電素子１０として実現できるだけでなく、電極体４００及び絶縁シート５００としても実現できる。
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、１１ 蓄電素子
１３０ 正極集電体
１３１ 端子側配置部
１３２ 電極体側配置部
１４０ 負極集電体
１４１ 端子側配置部
１４２ 電極体側配置部
４００ 電極体
４０１ 本体部
４１０、４２０ 接続部
４３０ 正極板
４３１、４４１ タブ
４４０ 負極板
５００、５０１ 絶縁シート
５１０、５１０ａ、５１０ｂ シート側面部
５２０、５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃ シート延設部
５２１、５２１ａ、５２１ｂ 開口部
６００ 当て板
７００ 接合部

Claims (6)

  1. 電極体と、集電体と、絶縁シートとを備える蓄電素子であって、
    前記電極体は、本体部と、前記本体部から突出し前記集電体と接続される接続部と、を有し、
    前記絶縁シートは、
    前記本体部の側面に対向するシート側面部と、
    前記シート側面部から延設されるシート延設部と、を有し、
    前記シート延設部は、前記電極体に固定される
    蓄電素子。
  2. 前記シート延設部は、前記接続部に固定される
    請求項１に記載の蓄電素子。
  3. 前記シート延設部は、前記接続部と前記集電体との間、及び、前記集電体とで前記接続部を挟む当て板と前記接続部との間の少なくとも一方に配置されて、前記電極体に固定される
    請求項１または２に記載の蓄電素子。
  4. 前記接続部及び前記集電体は、互いに接合された接合部を有し、
    前記シート延設部には、開口部が形成されており、
    前記接合部は、前記開口部を貫通して配置される
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
  5. 前記電極体は、前記本体部からの前記接続部の突出方向と交差する方向に並ぶ複数の前記接続部を有し、
    前記シート延設部は、前記複数の接続部に亘って延設されて配置される
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電素子。
  6. 前記電極体は、前記本体部からの前記接続部の突出方向と交差する方向に並ぶ複数の前記接続部を有し、
    前記絶縁シートは、前記シート側面部から前記複数の接続部のそれぞれに対応して延設される複数の前記シート延設部を有する
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電素子。
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