JP2014216302A - 蓄電素子 - Google Patents

Abstract

【課題】挟持部材、電極体および集電体の接合を強固にしつつ、蓄電素子の抵抗を下げることができる蓄電素子を提供する。【解決手段】挟持部材７は、電極体３の孔部３５に挿通され電極体３の端面３ｂ側に折り曲げられて、電極体３の金属層３１と集電体４の集電部４１とを挟持する。挟持部材７と、電極体３の金属層３１と、集電体４の集電部４１とは、電極体３の側面３ａ側で、接合される。【選択図】図５

Description

この発明は、蓄電素子に関する。

従来、蓄電素子としては、特開２００３−３４６７７０号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この蓄電素子は、容器と、容器の外部に露出する外部端子と、容器内に収容されている電極体と、外部端子と電極体とを電気的に接続する集電体と、電極体と集電体とを挟持する挟持部材とを備えている。電極体の両端部のそれぞれには、露出した電極を有する。

図６に示すように、上記集電体１０４は、上記電極体１０３の側面側で、電極体１０３の端部の電極１３１に接触している。この電極１３１は、積層された複数の金属層（アルミニウム層と銅層）からなる。

上記挟持部材１０５は、電極体１０３の端面から内部側に折り曲げられた形状であり、電極体１０３の端面を覆うようにして、電極体１０３の端部の電極１３１と集電体１０４とを挟み込む。電極体１０３の端部の電極１３１と、集電体１０４と、挟持部材１０５とは、電極体１０３の側面側で、溶接により接合されている。

特開２００３−３４６７７０号公報

ところで、上記従来の蓄電素子を実際に製造して使用しようとすると、次の問題があることを発見した。

上記挟持部材１０５は、電極体１０３の端面を挟んでおり、電極体１０３の端面側の金属層間の広がりを押さえることができるが、電極体１０３の内部側の金属層間は、広がったままである。このため、電極体１０３の集電体１０４と重なる部分では、金属層間は広がっており、金属層の密着性が悪かった。したがって、挟持部材１０５、電極体１０３および集電体１０４の接合が弱くなると共に、蓄電素子の抵抗が大きなものとなっていた。

そこで、この発明の課題は、挟持部材、電極体および集電体の接合を強固にしつつ、蓄電素子の抵抗を下げることができる蓄電素子を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の蓄電素子は、
容器と、
上記容器の外部に少なくとも一部が配置されている外部端子と、
上記容器内に収容される電極体と、
上記外部端子と上記電極体とを電気的に接続する集電体と、
上記電極体と上記集電体とを挟持する挟持部材と
を備え、
上記電極体は、積層された複数の金属層を有し、上記電極体の両端部のそれぞれにおいて、上記金属層が露出し、
上記電極体の上記端部の上記金属層には、上記電極体の側面側に、上記金属層の積層方向に貫通する孔部を有し、
上記集電体は、上記電極体の上記端部の上記金属層に接触する集電部を有し、
上記挟持部材は、上記電極体の上記孔部に挿通され上記電極体の端面側に折り曲げられて、上記電極体の上記金属層と上記集電体の上記集電部とを挟持し、
上記挟持部材と、上記電極体の上記金属層と、上記集電体の上記集電部とは、上記電極体の側面側で、接合されることを特徴としている。

ここで、上記積層方向とは、巻回型の電極体では、電極体の径方向と一致し、積層型の電極体では、電極体の厚み方向と一致する。

この発明の蓄電素子によれば、上記挟持部材は、上記電極体の上記孔部に挿通され上記電極体の端面側に折り曲げられて、上記電極体の上記金属層と上記集電体の上記集電部とを挟持し、上記挟持部材と、上記電極体の上記金属層と、上記集電体の上記集電部とは、上記電極体の側面側で、接合される。これにより、上記電極体の端部の金属層は、挟持部材にて、金属層間の広がりを押さえられて、差込部から電極体の端面側までの金属層の密着性が向上する。したがって、挟持部材、電極体および集電体の接合を強固にしつつ、蓄電素子の抵抗を下げることができる。

また、一実施形態の蓄電素子では、上記挟持部材、上記電極体および上記集電体の接合部分は、上記電極体の側面側からみて、上記挟持部材の上記孔部に差し込まれている差込部よりも上記電極体の端面側に位置し、かつ、上記電極体の上記両端部を結ぶ両端方向において上記差込部と重なる。

この実施形態の蓄電素子によれば、上記接合部分は、差込部と電極体の両端方向に重なるので、この金属層間の密着性のよい部分で、集電体を接合することができる。

また、一実施形態の蓄電素子では、上記集電部には、上記電極体の端面に巻き付けられる巻き付け部が設けられている。

この実施形態の蓄電素子によれば、上記集電部には、上記電極体の端面に巻き付けられる巻き付け部が設けられているので、この巻き付け部により、電極体の端面側の金属層間の広がりを押さえることができる。これにより、電極体の金属層の密着性を一層向上して、蓄電素子の抵抗を一層下げるこができる。

また、一実施形態の蓄電素子では、上記電極体の側面側からみて、上記電極体の上記両端方向に直交する幅方向に関して、上記差込部の幅は、上記接合部分の幅よりも大きい。

この実施形態の蓄電素子によれば、上記差込部の幅は、上記接合部分の幅よりも大きいので、電極体の金属層間の広がりを押さえられている部分の幅を、接合部分の幅よりも大きくできる。このため、確実に金属層間の密着性のよい部分で、集電体を接合できる。

この発明の蓄電素子によれば、上記挟持部材は、上記電極体の上記孔部に挿通され上記電極体の端面側に折り曲げられて、上記電極体の上記金属層と上記集電体の上記集電部とを挟持し、上記挟持部材と、上記電極体の上記金属層と、上記集電体の上記集電部とは、上記電極体の側面側で、接合される。これにより、挟持部材、電極体および集電体の接合を強固にしつつ、蓄電素子の抵抗を下げることができる。

本発明の一実施形態の蓄電素子を示す斜視図である。 電極体の正極側の蓄電素子の分解斜視図である。 電極体の正極側の蓄電素子の斜視図である。 電極体の正極側の蓄電素子の断面図である。 電極体の正極側の蓄電素子の側面図である。 従来の蓄電素子を示す断面図である。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は、この発明の一実施形態の蓄電素子を示す斜視図である。図１に示すように、この蓄電素子は、容器１と、この容器１内に収容されている電極体３とを備えている。この蓄電素子は、例えば、リチウムイオン電池や鉛蓄電池等の非水電解質二次電池である。

上記容器１は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金からなる。容器１は、開口部を有する容器本体１０と、この容器本体１０の開口部を閉じる蓋体１１とを有する。

上記電極体３は、電極としての正極側金属層３１および負極側金属層３２と、セパレータ３３とを有する。正極側金属層３１は、アルミニウム箔からなり、負極側金属層３２は、銅箔からなる。セパレータ３３は、多孔性の樹脂フィルムからなる。セパレータ３３は、正極側金属層３１と負極側金属層３２との間に、配置されている。正極側金属層３１、負極側金属層３２およびセパレータ３３は、積層されている。

上記正極側金属層３１、上記負極側金属層３２および上記セパレータ３３は、帯状であり、正極側金属層３１と負極側金属層３２は、セパレータ３３に対して幅方向の反対側にそれぞれ位置をずらせた状態で長円形状に巻回されている。つまり、電極体３の軸方向一端部に、正極側金属層３１が露出しており、電極体３の軸方向他端部に、負極側金属層３２が露出している。

上記電極体３は、長円形の平坦な側面３ａが直立するように、横置きに配置されている。電極体３の両端部には、それぞれ、集電体４が配置されている。つまり、集電体４は、正極側と負極側のそれぞれに、設けられている。正極側の集電体４は、アルミニウムからなり、負極側の集電体４は、銅からなる。集電体４は、容器１内に収容されている。

上記蓋体１１には、電極体３の両端部のそれぞれに対応する位置に、外部端子２が取り付けられている。つまり、外部端子２は、正極側と負極側のそれぞれに、設けられている。正極側の外部端子２は、アルミニウムからなり、負極側の外部端子２は、銅からなる。外部端子２の一部は、容器１の外部に、配置されている。

そして、上記電極体３の一端部の正極側金属層３１は、正極側の集電体４を介して、正極側の外部端子２に電気的に接続される。上記電極体３の他端部の負極側金属層３２は、負極側の集電体４を介して、負極側の外部端子２に電気的に接続される。

上記電極体３と上記集電体４とは、挟持部材７により、挟持されている。正極側の挟持部材７は、アルミニウムからなり、負極側の挟持部材７は、銅からなる。

図２に示すように、上記集電体４は、板状の本体部４０と、この本体部４０に接続される２つの板状の集電部４１と、この各集電部４１に接続される２つの巻き付け部４２とを有する。

上記本体部４０は、平坦状に形成され、電極体３の端部の上部に配置されている。本体部４０には、リベット貫通用の孔部４０ａが、設けられている。

上記集電部４１は、本体部４０の左右方向（電極体３の厚み方向）の端縁から左右方向に突出して下方向（電極体３側）に折り曲げられている。集電部４１は、電極体３の側面３ａに沿うように延在している。左右の集電部４１，４１は、本体部４０に関して、対称に形成されている。

上記巻き付け部４２は、集電部４１の前方向（電極体３の端面３ｂ方向）の端縁から前方へ突出している。２つの巻き付け部４２は、集電部４１の上下方向の中間部と下部に位置している。

上記外部端子２は、接続杆２１とボルト２２とリベット２３とを有する。接続杆２１は、蓋体１１の外部に位置する。ボルト２２は、接続杆２１に螺合されて、ボルト２２の先端部が、上方に突出している。接続杆２１と蓋体１１との間には、上パッキン５が取り付けられている。集電体４と蓋体１１との間には、下パッキン６が取り付けられている。上下パッキン５，６は、絶縁性および密封性を有する。

上記リベット２３は、集電体４の本体部４０の孔部４０ａと、下パッキン６の孔部６ａと、蓋体１１の孔部１１ａと、上パッキン５の（図示しない）孔部と、接続杆２１の孔部２１ａとを、順に貫通して、かしめられる。

このように、上記集電体４の本体部４０は、上記外部端子２に接触する。集電体４と外部端子２とは、蓋体１１に一体に固定される。

上記電極体３は、この側面３ａ側に、孔部３５を有する。この孔部３５は、電極体３の端部の正極側金属層３１に、設けられている。孔部３５は、正極側金属層３１および負極側金属層３２の積層方向に貫通している。つまり、孔部３５は、電極体３の外周面から内周面までを径方向に、貫通している。孔部３５は、スリット状であり、電極体３の側面３ａ側からみて、電極体３の両端方向（巻回型電極体３の軸方向）に直交する幅方向（巻回型電極体３の周方向）に延在している。なお、電極体３の正極側金属層３１に孔部３５を設ける場合、正極側金属層３１のバリの出る向きを、電極体３の端面３ｂ方向（軸方向外側）とする。

上記挟持部材７は、板状の本体部７０と、この本体部７０に接続される板状の突片部７１とを有する。本体部７０は、電極体３の外周面側に位置し、突片部７１は、電極体３の孔部３５に挿通される。

図３と図４に示すように、上記集電体４の集電部４１は、電極体３の正極側金属層３１に接触する。集電体４の巻き付け部４２は、電極体３の端面３ｂ側から内部側に折り曲げられて、電極体３の端面３ｂに巻き付けられる。

上記挟持部材７は、電極体３の孔部３５に挿通され電極体３の端面３ｂ側に折り曲げられて、電極体３の正極側金属層３１と集電体４の集電部４１とを挟持する。挟持部材７の本体部７０は、集電体４の集電部４１に接触する。挟持部材７の突片部７１は、差込部７１１と巻き付け部７１２とを有する。差込部７１１は、孔部３５に差し込まれている部分である。巻き付け部７１２は、電極体３の内部側から端面３ｂ側に折り曲げられて、電極体３の端面３ｂに巻き付けられる。

上記挟持部材７と、上記電極体３の端部の正極側金属層３１と、上記集電体４の集電部４１とは、上記電極体の側面３ａ側で、溶接により接合される。つまり、挟持部材７の両側からの超音波溶接により、挟持部材７と集電体４と電極体３とは、一体に接合される。

図５に示すように、上記挟持部材７、上記電極体３および上記集電体４の接合部分８は、電極体の側面３ａ側からみて、挟持部材７の差込部７１１よりも電極体３の端面３ｂ側に位置する。接合部分８は、電極体３の側面３ａ側からみて、電極体３の両端方向（図５では左右方向）において差込部７１１と重なる。電極体３の側面３ａ側からみて、電極体３の両端方向に直交する幅方向（図５では上下方向）に関して、差込部７１１の幅Ｗ１は、接合部分８の幅Ｗ２よりも大きい。つまり、電極体３の両端方向において、接合部分８の全ては、差込部７１１に重なる。

上記電極体３の孔部３５の内面と上記挟持部材７の差込部７１１との間に、隙間が設けられている。つまり、この隙間は、少なくとも、孔部３５の反端面３ｂ側の内面と差込部７１１との間にある。したがって、この隙間を設けているため、超音波溶接時の振動により、差込部７１１と接触する電極体３の接触部分の箔から、コンタミ（異物や、箔が破れることにより生じる銅粉末）が発生することを、防ぐことができる

なお、図２から図５では、電極体３の正極側の集電体４、外部端子２および挟持部材７について説明したが、電極体３の負極側の集電体４、外部端子２および挟持部材７についても同様の構成である。

次に、上記構成の蓄電素子の組立方法について説明する。

図２に示すように、上記集電体４の集電部４１を、上記電極体３の端部の正極側金属層３１に接触させる。上記挟持部材７の突片部７１を、電極体３の孔部３５に挿通させる。

そして、図３に示すように、挟持部材７の突片部７１を電極体３の内部側から端面３ｂ側に折り曲げて、挟持部材７により電極体３の正極側金属層３１と集電体４の集電部４１とを挟持させる。また、集電体４の巻き付け部４２を、電極体３の端面３ｂ側から内部側に折り曲げて、電極体３の端面３ｂに巻き付ける。

その後、図５に示すように、挟持部材７と、電極体３の端部の正極側金属層３１と、集電体４の集電部４１とを、電極体３の側面３ａ側で、溶接により接合する。このとき、接合部分８を、電極体の側面３ａ側からみて、挟持部材７の差込部７１１よりも電極体３の端面３ｂ側に位置し、かつ、電極体３の両端方向において差込部７１１と重なるようにする。なお、電極体３の負極側においても、電極体３の正極側と同様に組み立てる。

上記構成の蓄電素子によれば、上記挟持部材７は、上記電極体３の上記孔部３５に挿通され上記電極体３の端面３ｂ側に折り曲げられて、上記電極体３の上記金属層（正極側金属層３１および負極側金属層３２）と上記集電体４の上記集電部４１とを挟持する。上記挟持部材７と、上記電極体３の上記金属層と、上記集電体４の上記集電部４１とは、上記電極体３の側面３ａ側で、接合される。これにより、電極体３の端部の金属層は、挟持部材７にて、この金属層間の広がりを押さえられて、差込部７１１から電極体３の端面３ｂ側までの金属層の密着性が向上する。したがって、挟持部材７、電極体３および集電体４の接合を強固にしつつ、蓄電素子の抵抗を下げることができる。

また、上記接合部分８は、差込部７１１と電極体３の両端方向に重なるので、この金属層間の密着性のよい部分で、集電体４を接合することができる。

また、溶接作業において、集電体４と電極体３とを挟持部材７により挟持し、電極体３の金属層間の広がりを挟持部材７により押さえてから、挟持部材７、電極体３および集電体４を溶接することができる。これにより、溶接作業を安定して行うことができる。

また、上記電極体３の側面３ａで溶接しているため、電極体３の端面３ｂにて溶接する場合に比べて、挟持部材７の差込部７１１の近くで、溶接できる。つまり、電極体３の金属層間の広がりを最も押さえられている部分にて、溶接しているため、蓄電素子の抵抗を有効に下げることができる。

また、上記挟持部材７は、上記電極体３の上記孔部３５に挿通されているので、例えば、蓄電素子が振動を受けても、電極体３の金属層のずれを防止できる。

また、上記集電体４と上記電極体３の負極側金属層３２とを超音波溶接する際に、銅粉末が飛散するが、挟持部材７の差込部７１１は、接合部分８よりも、電極体３の内部側に位置するので、この差込部７１１により、銅粉末が電極体３の内部へ進入することを防止できる。したがって、銅粉末の電極体３の内部への混入による蓄電素子の容量低下を防止できる。

また、上記集電部４１には、上記電極体３の端面３ｂに巻き付けられる巻き付け部４２が設けられているので、この巻き付け部４２により、電極体３の端面３ｂ側の金属層間の広がりを押さえることができる。これにより、電極体３の金属層の密着性を一層向上して、蓄電素子の抵抗を一層下げるこができる。

また、上記差込部７１１の幅Ｗ１は、上記接合部分８の幅Ｗ２よりも大きいので、電極体３の金属層間の広がりを押さえられている部分の幅を、接合部分８の幅よりも大きくできる。このため、確実に金属層間の密着性のよい部分で、集電体４を接合できる。また、溶接時に飛散する銅粉末が、電極体３の内部へ進入することを、一層確実に防止できる。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。上記実施形態では、集電体の集電部の数量を２つとしたが、１つまたは３つ以上としてもよい。

上記実施形態では、挟持部材、電極体および集電体を、超音波溶接により接合したが、レーザ溶接などの溶接により接合するようにしてもよく、または、抵抗溶接や固相接合などにより接合するようにしてもよい。上記実施形態では、集電部に巻き付け部を設けたが、巻き付け部を省略してもよい。上記実施形態では、板金状の集電体を用いたが、リード線からなる集電体を用いてもよい。

上記実施形態では、電極体の両端方向において、接合部分の全てを、差込部に重なるようにしたが、接合部分の一部分が、差込部に重なるようにしてもよい。上記実施形態では、差込部の幅を、接合部分の幅よりも大きくしたが、差込部の幅を、接合部分の幅よりも小さくしまたは同等としてもよい。

なお、容器の材質の例として、アルミニウム、アルミニウム合金を例示したが、他の材質、例えばステンレス鋼、鉄、ニッケル、およびニッケル鋼などでも本発明の効果は制限されない。端子および集電体の材質としてアルミニウムおよび銅を例示したが、他の材質であっても本発明の効果は制限されない。また、ニッケルメッキ等を実施しても本発明の効果は制限されない。

上記実施形態では、長円形状の巻回型の電極体について説明したが、積層型の電極体の場合にも、電極体の端部の露出した電極に、上記集電体を同様に電気的に接続することができる。この場合、電極体の孔部は、電極体の厚み方向に貫通している。上記実施形態では、蓄電素子として、非水電解質二次電池について説明したが、キャパシタ等であっても同様に適用可能である。

１ 容器
１０ 容器本体
１１ 蓋体
２ 外部端子
３ 電極体
３ａ 側面
３ｂ 端面
３１ 正極側金属層
３２ 負極側金属層
３５ 孔部
４ 集電体
４０ 本体部
４１ 集電部
４２ 巻き付け部
７ 挟持部材
７０ 本体部
７１ 突片部
７１１ 差込部
７１２ 巻き付け部
８ 接合部分
Ｗ１ 差込部の幅
Ｗ２ 接合部分の幅

Claims (4)

1. 容器と、
   上記容器の外部に少なくとも一部が配置されている外部端子と、
   上記容器内に収容される電極体と、
   上記外部端子と上記電極体とを電気的に接続する集電体と、
   上記電極体と上記集電体とを挟持する挟持部材と
   を備え、
   上記電極体は、積層された複数の金属層を有し、上記電極体の両端部のそれぞれにおいて、上記金属層が露出し、
   上記電極体の上記端部の上記金属層には、上記電極体の側面側に、上記金属層の積層方向に貫通する孔部を有し、
   上記集電体は、上記電極体の上記端部の上記金属層に接触する集電部を有し、
   上記挟持部材は、上記電極体の上記孔部に挿通され上記電極体の端面側に折り曲げられて、上記電極体の上記金属層と上記集電体の上記集電部とを挟持し、
   上記挟持部材と、上記電極体の上記金属層と、上記集電体の上記集電部とは、上記電極体の側面側で、接合されることを特徴とする蓄電素子。
2. 請求項１に記載の蓄電素子において、
   上記挟持部材、上記電極体および上記集電体の接合部分は、上記電極体の側面側からみて、上記挟持部材の上記孔部に差し込まれている差込部よりも上記電極体の端面側に位置し、かつ、上記電極体の上記両端部を結ぶ両端方向において上記差込部と重なることを特徴とする蓄電素子。
3. 請求項１または２に記載の蓄電素子において、
   上記集電部には、上記電極体の端面に巻き付けられる巻き付け部が設けられていることを特徴とする蓄電素子。
4. 請求項２または３に記載の蓄電素子において、
   上記電極体の側面側からみて、上記電極体の上記両端方向に直交する幅方向に関して、上記差込部の幅は、上記接合部分の幅よりも大きいことを特徴とする蓄電素子。

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