JP2018046000A - 蓄電素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】気密漏れが生じる可能性を低減する。【解決手段】蓄電素子10は、本体部430と本体部430から突出した第一タブ部(正極タブ部410)を有する電極体400と、電極体400を収容する容器100と、を備える。第一タブ部に電気的に接続された第一集電体(正極集電体250)または第一タブ部と容器100とは、いずれか一方から他方に向けて突出する凹凸構造のかしめ接合部(突部261、凹部262、正極膨出部115及び凹部1151)を有する。【選択図】図4
Description
本発明は、蓄電素子に関する。
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を貫通して設けられている。容器と端子との間には封止部材が介在しており、この封止部材によって端子周辺の気密性を確保している(例えば、特許文献1参照)。
ところで、封止部材によって気密性は確保されてはいるが、万が一封止部材が破損してしまうと、容器における端子が貫通した部位から気密漏れが生じるおそれがある。
このため、本発明の課題は、気密漏れが生じる可能性を低減することのできる蓄電素子を提供することである。
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、本体部と本体部から突出した第一タブ部とを有する電極体と、電極体を収容する容器と、を備え、第一タブ部に電気的に接続された第一集電体または第一タブ部と、容器とは、一方から他方に向けて突出する凹凸構造のかしめ接合部を有する。
この構成によれば、第一タブ部に電気的に接続された第一集電体または第一タブ部と、容器とが、一方から他方に向けて突出する凹凸構造のかしめ接合部を有しているので、容器を貫通させなくとも第一集電体または第一タブ部が容器に接続されることになる。それ故、第一集電体または第一タブ部と容器との間においては、封止部材を設けなくとも気密性を確保することができる。したがって、封止部材を用いて気密性を確保する場合と比べても、気密漏れが生じる可能性を低減させることができる。
また、電極体は、本体部から突出した第二タブ部を有し、蓄電素子は、第一集電体と、第二タブ部に電気的に接続された第二集電体と、容器に取り付けられて、第一集電体を介して第一タブ部に電気的に接続された導電部材と、容器に取り付けられて当該容器を貫通し、第二集電体を介して第二タブ部に電気的に接続された第二端子と、第二端子または第二集電体と容器との間に配置された絶縁性の封止部材と、を備えてもよい。
第二端子または第二集電体と容器との間には、絶縁性の封止部材が設けられているので、導電部材側の極性と、電極端子側の極性とが容器上で短絡することを防止することができる。
また、第一タブ部、導電部材及び第一集電体は正極であり、第二タブ部、第二端子及び第二集電体は負極であってもよい。
この構成によれば、正極である第一タブ部または第一集電体が容器に電気的に接続されているので、容器が正極電位になる。したがって、容器が溶けにくくなり、長期的に安定した状態を維持することができる。
また、容器におけるかしめ接合部が第一端子をなし、導電部材は、第一端子に接続されるバスバーであってもよい。
この構成によれば、容器におけるかしめ接合部が、バスバーの接続される第一端子をなしているので、第一端子専用の部材を別途設けなくともよい。このため、部品点数を削減することができる。
また、導電部材は、容器におけるかしめ接合部に対して位置決めされていてもよい。
この構成によれば、容器におけるかしめ接合部に対して、導電部材が位置決めされているので、位置決め専用の部位を別途設けなくとも、導電部材を位置決めすることができる。
本発明によれば、蓄電素子における気密漏れが生じる可能性を低減することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態における蓄電素子について説明する。なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。
また、以下で説明する実施の形態は、本発明の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。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。
まず、図1及び図2を用いて、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、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、実施の形態に係る蓄電素子10の部分分解斜視図である。
また、図1及び以降の図について、説明の便宜のため、Z軸方向を上下方向として説明しているが、実際の使用態様において、Z軸方向と上下方向とが一致しない場合もある。
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る。具体的には、蓄電素子10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、例えば、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)等に適用される。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、一次電池、キャパシタであってもよい。
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と、正極集電体250と、負極端子300と、負極第一封止部材135と、負極第二封止部材136と、負極集電体140と、電極体400とを備えている。
容器100は、本体111と、蓋体110とを備える。本体111及び蓋体110の材質は、導電性を有する材質であれば特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金など溶接可能な金属である。
本体111は、上面視矩形状の筒体であり、一端部に開口を備えるとともに、他端部に底を備える。組み立て時において、容器100の本体111には、開口を介して電極体400などが挿入される。
本体111の内方には、電極体400を覆う絶縁シートが設けられていてもよい。絶縁シートは、例えばポリカーボネート(PC)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)または、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)等の絶縁性を有する素材によって形成されている。絶縁シートは、本体111の内周面に重ねられており、電極体400と本体111との間に位置している。
本体111は、電極体400、絶縁シート等を内部に収容後、蓋体110が溶接等されることにより、内部が密封されている。
蓋体110は、本体111の開口を閉塞する板状部材である。蓋体110には、図2に示されるように、ガス排出弁112、貫通孔113、負極膨出部114、正極膨出部115が形成されている。
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。貫通孔113は、負極端子300と負極第一封止部材135とが貫通する平面視円形状の貫通孔である。
負極膨出部114は、蓋体110の一部が平面視円形の膨出状に形成されていることで蓋体110に設けられており、負極第一封止部材135の位置決めに用いられる。また、負極膨出部114の裏側には、凹状の部分である凹部(図示せず)が形成されており、凹部の一部に、負極第二封止部材136の係合突起137が係合する。これにより、負極第二封止部材136も位置決めされ、その状態で蓋体110に固定される。
正極膨出部115は、蓋体110の一部が平面視円形の膨出状に形成されており、正極端子200の位置決めに用いられる。また、正極膨出部115は、正極集電体250が接合される。
また、図示はしないが、蓋体110には、蓄電素子10の製造時に電解液を注液するための注液口が設けられている。この注液口は、電解液の注液後には封止されている。
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。
正極端子200は、蓋体110及び正極集電体250を介して、電極体400の正極に電気的に接続された電極端子(第一端子)である。正極端子200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、また、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には、図示はしないが導電部材であるバスバーが接続され、当該バスバーを介して、他の蓄電素子や、外部の電子機器に接続される。正極端子200は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属で形成されている。
正極端子200の外形形状は、平面視略矩形状となっており、その中央部に貫通孔210が形成されている。この正極端子200の貫通孔210に対して、蓋体110の正極膨出部115が挿入されている。正極端子200の周縁が、例えばレーザー溶接などにより蓋体110の上面に溶接されることで、正極端子200と蓋体110とが接合されている。つまり、正極端子200は、容器100の蓋体110に接続された導電部材である。
正極集電体250は、電極体400と蓋体110との間に配置され、電極体400と正極端子200とを蓋体110を介して電気的に接続する部材(第一集電体)である。正極集電体250は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属で形成されている。具体的には、正極集電体250は、電極体400の正極タブ部410(第一タブ部)に電気的に接続されるとともに、蓋体110を介して正極端子200に電気的に接続された集電体である。正極集電体250の詳細な説明については後述する。
負極端子300は、負極集電体140を介して、電極体400の負極に電気的に接続された電極端子(第二端子)である。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、また、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。負極端子300には、導電部材であるバスバーが接続されており、当該バスバーを介して、他の蓄電素子や、外部の電子機器に接続されている。負極端子300は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属で形成されている。
また、負極端子300には、容器100と負極集電体140とを締結する締結部310が設けられている。
締結部310は、負極端子300から下方に延設された円柱状の軸部材(リベット)であり、負極集電体140の貫通孔1501に挿入されてかしめられる。具体的には、締結部310は、負極第一封止部材135の貫通孔1351と、蓋体110の貫通孔113と、負極第二封止部材136の貫通孔1361と、負極集電体140の貫通孔1501に挿入されてかしめられる。これにより、負極端子300と負極集電体140とが電気的に接続され、負極集電体140は、負極端子300と、負極第一封止部材135と、負極第二封止部材136とともに、蓋体110に固定される。
なお、締結部310は、負極端子300との一体物として形成されていてもよく、負極端子300とは別部品として作製された締結部310が、かしめまたは溶接などの手法によって負極端子300に固定されていてもかまわない。また、締結部310は、銅または銅合金などの、負極端子300と異なる材質の金属で形成されてもかまわない。
負極第一封止部材135は、蓋体110と負極端子300との間に配置されたガスケットである。負極第一封止部材135は、絶縁性を有しており、負極端子300と蓋体110とを電気的に絶縁する。負極第一封止部材135は、例えば、PC、PP、PEまたはPPS等の絶縁性を有する素材によって形成されている。
負極第一封止部材135の上面には、負極端子300を収容する収容凹部138が形成されている。また、負極第一封止部材135の下面には、蓋体110の貫通孔113に挿入される円筒部139が突出している。そして、収容凹部138の底面には円筒部139を貫通する平面視円形状の貫通孔1361が形成されている。また、負極第一封止部材135の下面には、負極膨出部114に上方から係合する係合凹部(図示省略)が設けられている。この係合凹部が負極膨出部114に係合することで、負極第一封止部材135が位置決めされる。
負極第二封止部材136は、蓋体110と負極集電体140との間に配置されたガスケットである。負極第二封止部材136は、絶縁性を有しており、蓋体110と負極集電体140とを電気的に絶縁する。負極第二封止部材136は、例えば負極第一封止部材135と同様に、PC、PP、PE、またはPPS等の絶縁性を有する素材によって形成されている。
負極第二封止部材136の上面には、負極膨出部114の凹部に下方から係合する係合突起137が突出している。係合突起137が負極膨出部114の凹部に係合することで、負極第二封止部材136が位置決めされる。また、負極第二封止部材136の一端部には、平面視円形状の貫通孔1361が形成されている。この貫通孔1361に対して、負極端子300の締結部310が挿入される。
負極集電体140は、電極体400と蓋体110との間に配置され、電極体400と負極端子300とを電気的に接続する部材(第二集電体)である。負極集電体140は、銅または銅合金などの金属の板体から形成されている。具体的には、負極集電体140は、電極体400の負極タブ部420(第二タブ部)に電気的に接続されるとともに、負極端子300の締結部310に電気的に接続された集電体である。
負極集電体140は、板体を折り曲げることにより形成された部材である。負極集電体140は、負極端子300の締結部310に接合される第一接合部150と、電極体400の負極タブ部420に接合される第二接合部160とを一体的に備えている。
第一接合部150には、平面視円形状の貫通孔1501が形成されている。この貫通孔1501に対して、負極端子300の締結部310が挿入される。蓄電素子10の組み立て時においては、この第一接合部150の貫通孔1501と、負極第一封止部材135の貫通孔1351と、蓋体110の貫通孔113と、負極第二封止部材136の貫通孔1361とを連通させて、これらに負極端子300の締結部310を挿入してかしめる。これにより、負極端子300と負極集電体140とが電気的に接続され、負極集電体140と、負極端子300と、負極第一封止部材135と、負極第二封止部材136とが蓋体110に固定される。
第二接合部160は、例えば、超音波溶接、抵抗溶接、レーザー溶接などの溶接によって、電極体400の負極タブ部420に接続されている。
次に、電極体400の構成について、図3を用いて説明する。
図3は、実施の形態に係る電極体400の構成を示す斜視図である。なお、図3では、電極体400の巻回状態を一部展開して図示している。
電極体400は、電気を蓄えることができる蓄電要素(発電要素)である。電極体400は、正極460及び負極450と、セパレータ470a及び470b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。つまり、電極体400は、負極450と、セパレータ470aと、正極460と、セパレータ470bとがこの順に積層され、かつ、断面が長円形状になるように巻回されることで形成されている。
正極460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である。なお、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、正極活物質として、LiMPO4、Li2MSiO4、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、マンガン酸リチウム等のスピネル化合物、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450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である。なお、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、負極活物質として、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)、金属酸化物、リチウム金属酸化物(Li4Ti5O12等)、ポリリン酸化合物などが挙げられる。
セパレータ470a、470bは、樹脂からなる微多孔性のシートである。なお、蓄電素子10に用いられるセパレータ470a、470b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460は、巻回軸方向の一端において外方に突出する複数の突出部411を有する。負極450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突出部421を有する。これら、複数の突出部411及び複数の突出部421は、活物質が塗工されず基材層が露出した部分(活物質未塗工部)である。
なお、巻回軸とは、正極460及び負極450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。
複数の突出部411と複数の突出部421とは、巻回軸方向の同一側の端(図3におけるZ軸方向プラス側の端)に配置され、正極460及び負極450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。具体的には、複数の突出部411は、正極460が巻回によって積層されることにより、巻回軸方向の一端において周方向の所定の位置で積層される。また、複数の突出部421は、負極450が巻回によって積層されることにより、巻回軸方向の一端において、複数の突出部411が積層される位置とは異なる周方向の所定の位置で積層される。
その結果、電極体400には、複数の突出部421が積層されることで形成された負極タブ部420と、複数の突出部411が積層されることで形成された正極タブ部410とが形成される。正極タブ部410は、例えば積層方向の中央に向かって寄せ集められて、正極集電体250と接合される。また、負極タブ部420は、例えば積層方向の中央に向かって寄せ集められて、負極集電体140と接合される。
なお、タブ部(410、420)は、電極体400において、電気の導入及び導出を行う部分であり、「リード(部)」、「集電部」等の他の名称が付される場合もある。
ここで、正極タブ部410は、基材層が露出した部分である突出部411が積層されることで形成されているため、蓄電に寄与しない部分となる。同様に、負極タブ部420は、基材層が露出した部分である突出部421が積層されることで形成されているため、蓄電に寄与しない部分となる。一方、電極体400の正極タブ部410及び負極タブ部420と異なる部分は、基材層に活物質が塗工された部分が積層されることで形成されているため、蓄電に寄与する部分となる。以降、当該部分を本体部430と称する。本体部430のX軸方向における両端部は、その外周面が湾曲した湾曲部431、432となる。また、電極体400における湾曲部431、432の間の部分は、外側面が平坦な平坦部433となる。このように、電極体400は、2つの湾曲部431、432の間に平坦部433が配置された長円状に形成されている。
次に、正極集電体250の具体的な構成を説明しつつ、正極集電体250と蓋体110との接合構造について説明する。
図4は、本実施の形態に係る蓋体110と、正極集電体250との接合構造を示す断面図である。具体的には、図4は、図1におけるIV−IV切断線を含むZ−Y切断面を見た断面図である。
図2及び図4に示すように、蓋体110における正極膨出部115の裏側には、凹状の部分である凹部1151が形成されている。正極膨出部115及び凹部1151は表裏一体の関係であり、これらは非貫通である。
正極集電体250は、板体を折り曲げることにより形成された部材である。正極集電体250は、蓋体110に接合される第一接合部260と、電極体400の正極タブ部410に接合される第二接合部270とを一体的に備えている。
第一接合部260には、蓋体110の凹部1151に嵌合する平面視円形状の突部261が形成されている。突部261の裏側には、凹状の部分である凹部262が形成されている。突部261及び凹部262は表裏一体の関係であり、これらは非貫通である。この突部261及び凹部262は、蓋体110にクリンチ接合によって接合されることで形成されたかしめ接合部であり、クリンチ接合前においては形成されていない。同様に、蓋体110の正極膨出部115及び凹部1151も、正極集電体250の一部が蓋体110にクリンチ接合によって接合されることで形成されたかしめ接合部であり、クリンチ接合前においては形成されていない。クリンチ接合後においては、正極集電体250から蓋体110に向けて突出した凹凸構造のかしめ接合部(突部261、凹部262、正極膨出部115及び凹部1151)が形成される。
ここで、「クリンチ接合」とは、ダイ(突起部のない受け側治具に相当)を背当てにして重ね合わせた板材をパンチ(突起部を有する押圧側治具に相当)で局部的に押し込むことによって、一方の板材に他方の板材が嵌り込むように塑性変形させてインターロックを形成する接合方法である。このため、第一接合部260の突部261と、蓋体110の凹部1151とは、クリンチ接合されることで強固に締結された状態で形成されることになる。
クリンチ接合によるかしめ接合部についてより詳細に説明する。
図5は、実施の形態に係るかしめ接合部を拡大して示す断面図である。図5に示すように、かしめ接合部において、突部261は、第一接合部260と蓋体110との接合面(XY平面に平行な面)と直交する方向(Z軸方向)に突出した、先端が閉塞された円筒形状の凸部である。なお、ここでは、突部261として、先端が閉塞された円筒形状の凸部を例示したが、先端が閉塞された凸部であれば、突部の形状は如何様でもよい。
また、突部261は、当該突部261の突出方向(Z軸方向)と交差する方向(外方)に突出した張出部261aを有している。本実施の形態では、張出部261aは、突出方向と直交する方向に全周に亘って突出しているが、当該全周のうちの一部が突出していない構成でもよい。この第一張出部261aは、凹部1151とともに噛み合った形状となっている。なお、第一張出部261aと凹部1151との間には、部分的にわずかな隙間が形成されていてもよい。
なお、クリンチ接合する際においては、予め蓋体110のクリンチ接合箇所を他の箇所よりも厚みを薄くしておくことが好ましい。具体的には、当該箇所に対して例えばざぐり加工を施すことにより、薄肉化しておく。これにより、クリンチ接合後には、蓋体110の凹部1151と、正極集電体250の突部261とをより強固に締結することができる。
第二接合部270は、例えば、超音波溶接、抵抗溶接、レーザー溶接などの溶接によって、電極体400の正極タブ部410に接続されている。
ここで、正極端子200の周縁は、少なくとも一部がレーザー溶接によって蓋体110の上面に溶接されている。具体的には、図4に示すように、蓋体110の上面に対して傾いたレーザー光L1を、正極端子200の周縁における蓋体110との境界近傍に照射することで、正極端子200と蓋体110とを溶接し接合している。これにより、正極端子200は、蓋体110を介して正極集電体250に電気的に接続される。
以上のように、本実施の形態によれば、正極タブ部410に電気的に接続された正極集電体250と、容器100の蓋体110とが、一方から他方に向けて突出する凹凸構造のかしめ接合部(突部261、凹部262、正極膨出部115及び凹部1151)を有しているので、蓋体110を貫通させなくとも正極集電体250が蓋体110に接続されることになる。したがって、正極集電体250と蓋体110との間においては、封止部材を設けなくとも気密性を確保することができる。したがって、封止部材を用いて気密性を確保する場合と比べても、機密漏れが生じる可能性を低減させることができる。例えば、正極および負極の両方に封止部材を設ける場合と比べても、気密漏れが生じる可能性を半減させることができる。
また、負極集電体140と蓋体110との間には、絶縁性の負極第二封止部材136が設けられているので、正極と負極とが蓋体110上で短絡することを防止することができる。
また、蓋体110においても正極端子200及び正極集電体250に電気的に接続されているので、容器100が正極電位になる。したがって、正極端子200以外の部位でも電気的に接続することができる。また、容器100が正極電位になっていると、容器100が溶けにくくなり、長期的に安定した状態を維持することができる。
また、蓋体110におけるかしめ接合部(正極膨出部115)に対して、正極端子200が位置決めされているので、位置決め専用の部位を別途設けなくとも、正極端子200を位置決めすることができる。
(他の実施の形態)
以上、本発明に係る蓄電素子について、実施の形態に基づいて説明した。しかしながら、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記実施の形態に施したものも、あるいは、上記説明された複数の構成要素を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。
以上、本発明に係る蓄電素子について、実施の形態に基づいて説明した。しかしながら、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記実施の形態に施したものも、あるいは、上記説明された複数の構成要素を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。
なお、以下の説明において、上記実施の形態と同一の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
(変形例1)
上記実施の形態では、正極端子200が上下方向に寸胴な形状である場合を例示して説明した。しかし、この変形例1では、下端部に鍔部を有する正極端子を例示して説明する。
上記実施の形態では、正極端子200が上下方向に寸胴な形状である場合を例示して説明した。しかし、この変形例1では、下端部に鍔部を有する正極端子を例示して説明する。
図6は、変形例1に係る正極端子200Aの概略構成を示す断面図である。具体的には、図6は、図4に対応する図である。
図6に示すように、正極端子200Aの下端部には、外周面から外方に突出する鍔部220が全周に亘って形成されている。このように正極端子200Aが鍔部220を有していると、蓋体110の上面に対して直交するレーザー光L2を、鍔部220の外周縁における蓋体110との境界近傍に照射することができる。これにより、斜めに照射する場合と比べてもレーザー光L2による溶接効率を高めることができる。
(変形例2)
上記実施の形態では、正極端子200の外周縁だけが蓋体110に溶接される場合を例示して説明した。しかし、この変形例2では、正極端子の内周縁も溶接する場合を例示して説明する。
上記実施の形態では、正極端子200の外周縁だけが蓋体110に溶接される場合を例示して説明した。しかし、この変形例2では、正極端子の内周縁も溶接する場合を例示して説明する。
図7は、変形例2に係る正極端子200Bの概略構成を示す断面図である。具体的には、図7は、図4に対応する図である。
図7に示すように、正極端子200Bの貫通孔210をなす内周面から内方に突出する突部230が全周に亘って形成されている。この突部230によって、蓋体110の正極膨出部115が隙間なく貫通孔210内に配置されている。また、突部230の上面と、正極膨出部115の上面とは面一となっている。
このように、正極端子200Bが突部230を有していると、正極膨出部115の上面に対して直交するレーザー光L3を、突部230の内周縁における正極膨出部115との境界近傍に照射することができる。これにより、正極端子200Bの外周縁とともに、内周縁も蓋体110に溶接することができ、正極端子200Bと蓋体110とをより強固に接合することができる。
なお、正極端子200Bの内周縁のみを蓋体110に溶接してもよい。
(変形例3)
上記実施の形態では、容器100に接続された導電部材の一例として正極端子200を挙げて説明した。しかし、変形例3では、蓋体自体が正極端子をなし、当該蓋体に接続されるバスバーが導電部材となる場合を例示して説明する。
上記実施の形態では、容器100に接続された導電部材の一例として正極端子200を挙げて説明した。しかし、変形例3では、蓋体自体が正極端子をなし、当該蓋体に接続されるバスバーが導電部材となる場合を例示して説明する。
図8は、変形例3に係る蓋体110Cと、バスバー600との接合構造を示す断面図である。具体的には、図8は、図4に対応する図である。
図8に示すように、蓋体110Cは、かしめ接合部(正極膨出部115)を含む部位が正極端子200Cに相当する。具体的には、蓋体110Cにおける正極端子200Cは、平面視(Z軸方向視)長円状の膨出状に形成されている。また、正極端子200Cの裏側には、凹状の部分である凹部219が形成されている。正極端子200Cと凹部219とは表裏一体の関係であり、貫通していない。そして、正極端子200Cの中央に正極膨出部115が配置されている。そして、正極端子200Cの上面には、バスバー600が正極膨出部115によって位置決めされた状態で溶接により接合されている。
このように、蓋体110Cにおけるかしめ接合部(正極膨出部115)が正極端子200Cをなし、正極端子200Cに接続されるバスバー600が導電部材であるので、正極端子専用の部材を別途設けなくともよい。このため、部品点数を削減することができる。
(変形例4)
上記実施の形態では、正極集電体250と蓋体110とがクリンチ接合される場合を例示して説明した。しかし、この変形例4では、正極集電体を用いず、蓋体と、電極体の正極タブ部とをクリンチ接合する場合について説明する。
上記実施の形態では、正極集電体250と蓋体110とがクリンチ接合される場合を例示して説明した。しかし、この変形例4では、正極集電体を用いず、蓋体と、電極体の正極タブ部とをクリンチ接合する場合について説明する。
図9は、変形例4に係る蓋体110Dと、電極体400Dの正極タブ部410dとの接合構造を示す断面図である。具体的には、図9は、図4に対応する図である。
図9に示すように、蓋体110Dの正極膨出部115dは、容器100の内方に向けて、平面視円形状で膨出している。また、正極膨出部115dの裏側には、凹状の部分である凹部1151dが形成されている。正極膨出部115d及び凹部1151dは表裏一体の関係であり、これらは非貫通である。この蓋体110Dの正極膨出部115d及び凹部1151dは、正極タブ部410dの一部が蓋体110Dにクリンチ接合によって接合されることで形成されたかしめ接合部であり、クリンチ接合前においては形成されていない。
正極端子200Dは、貫通孔が形成されておらず、その下面に、蓋体110Dの凹部1151dに挿入される突起290が形成されている。この突起290が蓋体110Dの凹部1151dに挿入されることにより、正極端子200Dは位置決めされる。
電極体400Dの正極タブ部410dには、蓋体110Dの正極膨出部115dが嵌合する平面視円形状の凹部414が形成されている。凹部414の裏側には、突部415が形成されている。凹部414及び突部415は表裏一体の関係であり、これらは非貫通である。この凹部414及び突部415は、蓋体110Dにクリンチ接合によって接合されることで形成されたかしめ接合部であり、クリンチ接合前においては形成されていない。
正極タブ部410dの凹部414と、蓋体110Dの正極膨出部115dとは、クリンチ接合されることで強固に締結された状態で形成されることになる。
また、正極タブ部410dを蓋体110Dにクリンチ接合しているために、溶接を起因とした電極体400Dからの金属粉の発生のリスクを抑制することができる。
なお、正極タブ部410dに蓋体110Dをクリンチ接合する場合においては、変形例4で示したように、蓋体110Dが容器100の内方に向けて凸となるようにクリンチ接合することが製造上好ましいが、逆方向に凸となってもよい。
また、正極タブ部410dと蓋体110Dとをクリンチ接合する場合には、例えば導電性樹脂からなる中間部材を、正極タブ部410dと蓋体110Dとの間に介在させてから、中間部材とともにクリンチ接合することが好ましい。これにより、クリンチ接合時における正極タブ部410dの損傷を抑制することができる。
(変形例5)
変形例4では、電極体400Dの正極タブ部410dと蓋板110Dとのみがクリンチ接合されている場合を例示した。しかし、この変形例5では、正極タブ部410dと蓋板110Dとともに、補強部材700もクリンチ接合する場合について説明する。以下の説明において、上記変形例4と同一の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
変形例4では、電極体400Dの正極タブ部410dと蓋板110Dとのみがクリンチ接合されている場合を例示した。しかし、この変形例5では、正極タブ部410dと蓋板110Dとともに、補強部材700もクリンチ接合する場合について説明する。以下の説明において、上記変形例4と同一の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
図10は、変形例5に係る蓋体110Dと、電極体400Dの正極タブ部410dとの接合構造を示す断面図である。具体的には、図10は、図9に対応する図である。
図10に示すように、電極体400Dの正極タブ部410dにおける蓋体110Dとは反対側の面には、補強部材700が重ねられている。この補強部材700は、正極タブ部410dと蓋板110Dとともにクリンチ接合されることで、これらに対して接合されている。この補強部材700は、材質は特に限定されないが、例えば、電極体400D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。
補強部材700には、正極タブ部410dが嵌合する平面視円形状の凹部701が形成されている。凹部701の裏側には、突部702が形成されている。凹部701及び突部702は表裏一体の関係であり、これらは非貫通である。この凹部701及び突部702は、蓋体110Dにクリンチ接合によって接合されることで形成されたかしめ接合部であり、クリンチ接合前においては形成されていない。つまり、この変形例5においては、かしめ接合部は、蓋体110Dの正極膨出部115d及び凹部1151dと、正極タブ部410dの凹部414及び突部415と、補強部材700の凹部701及び突部702を備えている。
このように、補強部材700が正極タブ部410dに重ねられ、かつ正極タブ部410dとともにクリンチ接合されていることで、当該補強部材700が正極タブ部410dを保護することとなる。さらに、補強部材700は、正極タブ部410dの一部である極板の剥離を抑制することができる。
(変形例6)
上記実施の形態では、蓄電素子10が備える電極体400が巻回型である場合を例示した。しかしながら、蓄電素子10は、例えば平板状極板を積層した積層型の電極体を備えてもよい。また、蓄電素子10は、例えば、蛇腹状に積層した構造を有する電極体を備えてもよい。
上記実施の形態では、蓄電素子10が備える電極体400が巻回型である場合を例示した。しかしながら、蓄電素子10は、例えば平板状極板を積層した積層型の電極体を備えてもよい。また、蓄電素子10は、例えば、蛇腹状に積層した構造を有する電極体を備えてもよい。
この変形例6では、積層型の電極体400Eについて説明する。図11は、変形例6に係る電極体400Eの構成を示す斜視図である。図11に示すように、電極体400Eは、極板である正極板及び負極板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て形成されている。各正極には突出部が設けられており、これらが積層されることで正極タブ部410eが形成されている。正極タブ部410eは、例えば積層方向の中央に向かって寄せ集められている。正極タブ部410eは、蓋体110Dに対してクリンチ接合により接合され、正極端子200に電気的に接続される。
一方、各負極にも突出部が設けられており、これらが積層されることで負極タブ420eが形成されている。負極タブ部420eは、例えば積層方向の中央に向かって寄せ集められている。負極タブ部420eは、負極集電体150を介して負極端子300に電気的に接続される。
なお、蛇腹状に積層した電極体としては、例えば以下の三形態が挙げられる。第一の積層型の電極体は、正極、負極及びセパレータを重ねたものが複数、積層された構造となっている。第二の積層型の電極体は、正極及び負極の一方の極板と、セパレータとを重ねたものを蛇腹状に折って、その間に他方の極板を挿入することで積層された構造となっている。第三の積層型の電極体は、セパレータを蛇腹状に折って、その間に正極と負極とを重ねて挿入することで積層された構造となっている。
また、蛇腹状以外の積層型の電極体としては、例えば、図12及び図13に示す電極体400G、400Hが挙げられる。なお、図12及び図13は、電極体400G、400Hを模式的に示す下面図である。
図12に示すように、電極体400Gは、交互に積層された複数の正極450g及び負極460gを備えている。正極450gと負極460gとのそれぞれの間にはセパレータ470g、471gが挟まれている。セパレータ470gは、所定の枚数の正極450g及び負極460gを挟みながら巻回され、最外周の正極450g及び負極460gに対して巻き付けられるとともに、概ね中央に位置する二対の正極450g及び負極460gの間に挿入されている。セパレータ471gは複数設けられており、各セパレータ471gは、セパレータ470gが介在していない正極450gと負極460gとの間に個別に挿入されている。これにより、電極体400Gは全体として積層された構造となる。なお、ここでの例では、最外周の正極450g及び負極460gに対して一回だけセパレータ470gが巻回されている場合を例示したが、複数回セパレータ470gが巻回されていてもよい。また、セパレータ470gは、ここで例示した以外の正極450gと負極460gとの間に挿入されていてもよい。
図13に示すように、電極体400Hは、交互に積層された複数の正極450h及び負極460hを備えている。正極450hと負極460hとのそれぞれの間には長尺なセパレータ470hが挟まれている。具体的には、セパレータ470hの一端部は、概ね中央に位置する正極450hと負極460hとの間に挿入されている。また、セパレータ470hを一端部から巻回した状態で、当該セパレータ470hが残りの正極450hと負極460hとの間に挿入されている。そして、セパレータ470は、複数の正極450g及び負極460gの最外周に対して巻き付けられている。これにより、電極体400Gは全体として積層された構造となる。
(変形例7)
上記変形例6では、クリンチ接合される正極側のタブ部が正極タブ部410eの一つである場合を例示した。しかしながら、タブ部の積層枚数が多すぎると、クリンチ接合の確実性が低下する場合がある。このため、クリンチ接合される正極側のタブ部を複数に分割して、個別にクリンチ接合することで、クリンチ接合の確実性を高めることも可能である。この変形例7では、正極側のタブ部が2つである場合を例示して説明する。以下の説明において、上記変形例6と同一の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
上記変形例6では、クリンチ接合される正極側のタブ部が正極タブ部410eの一つである場合を例示した。しかしながら、タブ部の積層枚数が多すぎると、クリンチ接合の確実性が低下する場合がある。このため、クリンチ接合される正極側のタブ部を複数に分割して、個別にクリンチ接合することで、クリンチ接合の確実性を高めることも可能である。この変形例7では、正極側のタブ部が2つである場合を例示して説明する。以下の説明において、上記変形例6と同一の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
図14は、変形例7に係る電極体400Fの構成を示す斜視図である。図14に示すように、電極体400Fには、2つの正極タブ部410f、411fがX軸方向に所定の間隔をあけて並んでいる。正極タブ部410f、411fは、蓋体110Dに対してクリンチ接合により接合され、正極端子200に電気的に接続される。
ここで、負極とセパレータを無視し正極だけに着目して、2つの正極タブ410f、411fの形成方法について説明する。電極体400Fをなす複数の正極には、正極タブ410fをなす第一突出部を備えた複数の第一正極と、正極タブ420fをなす第二突出部を備えた複数の第二正極とがある。
第一の形成方法は、複数の第一正極を連続して積層することで、各第一突出部を積層して正極タブ410fを形成し、複数の第二正極を連続して積層することで、各第二突出部を積層して正極タブ411fを形成する方法である。
第二の形成方法は、第一正極と第二正極とを交互に積層することで、各第一突出部を積層して正極タブ410fを形成するとともに、各第二突出部を積層して正極タブ411fを形成する方法である。第一の形成方法、第二の形成方法いずれかを適切に採用して、2つの正極タブ410f、411fを形成すればよい。
なお、変形例6、7で例示した積層型の電極体400E、400Fについても、正極タブ部410e、410f、411fを正極集電体に溶接等で接合して、正極集電体と蓋体とをクリンチ接合にて接合してもよい。
(他の変形例)
また、蓄電素子10が備える電極体400の個数は1には限定されず、2以上であってよい。
また、蓄電素子10が備える電極体400の個数は1には限定されず、2以上であってよい。
また、電極体400が有する正極タブ部410と負極タブ部420との位置関係は特に限定されない。例えば、巻回型の電極体400において、正極タブ部410と負極タブ部420とが巻回軸方向の互いに反対側に配置されていてもよい。また、蓄電素子10が、積層型の電極体を備える場合、積層方向から見た場合において、正極タブ部と負極タブ部とが異なる方向に突出して設けられていてもよい。この場合、正極タブ部に対応する位置に正極集電体が配置され、負極タブ部に対応する位置に負極集電体や負極封止部材等が配置されていればよい。
また、上記実施の形態では、容器100が正極電位となる場合を例示して説明した。しかしながら、容器を負極電位とすることも可能である。この場合、負極タブ部または負極集電体と容器とをクリンチ接合する。そして、正極側においては、正極端子または正極集電体と容器との間に絶縁性の封止部材を配置することになる。
なお、上記実施の形態では、第二接合部160、270が溶接によって電極体400のタブ部(正極タブ部410、負極タブ部420)に接続されている場合について説明した。しかし、第二接合部とタブ部とはクリンチ接合されてもよい。
また、上記実施の形態では、容器100の蓋体110に対してクリンチ接合が行われている場合を例示して説明した。しかし、容器100の本体111に対してクリンチ接合することも可能である。
なお、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、110C、110D 蓋体
111 本体
115、115d 正極膨出部(かしめ接合部)
136 負極第二封止部材(封止部材)
140 負極集電体(第二集電体)
200、200A、200B、200C、200D 正極端子(導電部材、第一端子)
250 正極集電体(第一集電体)
261、415、702 突部(かしめ接合部)
261a 張出部
262、414、701、1151、1151d 凹部(かしめ接合部)
300 負極端子(第二端子)
400、400D、400G、400H、400F 電極体
410、410d、410e、410f、411f 正極タブ部(第一タブ部)
420、420e 負極タブ部(第二タブ部)
600 バスバー(導電部材)
700 補強部材
100 容器
110、110C、110D 蓋体
111 本体
115、115d 正極膨出部(かしめ接合部)
136 負極第二封止部材(封止部材)
140 負極集電体(第二集電体)
200、200A、200B、200C、200D 正極端子(導電部材、第一端子)
250 正極集電体(第一集電体)
261、415、702 突部(かしめ接合部)
261a 張出部
262、414、701、1151、1151d 凹部(かしめ接合部)
300 負極端子(第二端子)
400、400D、400G、400H、400F 電極体
410、410d、410e、410f、411f 正極タブ部(第一タブ部)
420、420e 負極タブ部(第二タブ部)
600 バスバー(導電部材)
700 補強部材
Claims (5)
- 本体部と前記本体部から突出した第一タブ部とを有する電極体と、
前記電極体を収容する容器と、を備え、
前記第一タブ部に電気的に接続された第一集電体または前記第一タブ部と、前記容器とは、一方から他方に向けて突出する凹凸構造のかしめ接合部を有する
蓄電素子。 - 前記電極体は、前記本体部から突出した第二タブ部を有し、
前記蓄電素子は、
前記第一集電体と、
前記第二タブ部に電気的に接続された第二集電体と、
前記容器に取り付けられて、前記第一集電体を介して前記第一タブ部に電気的に接続された導電部材と、
前記容器に取り付けられて当該容器を貫通し、前記第二集電体を介して前記第二タブ部に電気的に接続された第二端子と、
前記第二端子または前記第二集電体と前記容器との間に配置された絶縁性の封止部材と、を備える
請求項1に記載の蓄電素子。 - 前記第一タブ部、前記導電部材及び前記第一集電体は正極であり、
前記第二タブ部、前記第二端子及び前記第二集電体は負極である
請求項2に記載の蓄電素子。 - 前記容器における前記かしめ接合部が第一端子をなし、
前記導電部材は、前記第一端子に接続されるバスバーである
請求項2または3に記載の蓄電素子。 - 前記導電部材は、前記容器における前記かしめ接合部に対して位置決めされている
請求項2〜4のいずれか一項に記載の蓄電素子。
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- 2017-08-22 JP JP2017159108A patent/JP2018046000A/ja active Pending
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