JP4061938B2

JP4061938B2 - 蓄電素子およびその製造方法

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Publication number: JP4061938B2
Application number: JP2002084167A
Authority: JP
Inventors: 浩之田中; 俊彦井上; 智浩松浦; 博史犬飼
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2022-03-25
Also published as: JP2003249423A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電素子およびその製造方法に関する。
なお、本明細書中において「蓄電素子」とは、電池（リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等）およびキャパシタ（電気二重層キャパシタ等）の双方を包含する概念である。
【０００２】
【従来の技術】
正極シートと負極シートがセパレータを介して巻回されている電極体を備えた蓄電素子が知られている。かかる蓄電素子の多くのものでは、セパレータの両側からはみ出した正極シートおよび負極シートが電極体の軸方向の一端および他端を構成している。このような電極体を備えた蓄電素子において電極体と端子を接続する主要な方法としては、(1).側端部（セパレータからはみ出す部分）に多数の集電タブが溶接された電極シートを巻回して電極体を作製し、この集電タブを集めて端子に接続する方法、(2).電極体の軸方向端部をその電極体の外周側から内周側に（径方向外側から中心側に）圧縮することにより電極シートを寄せ集め、この寄せ集めた部分に端子を接続する方法等がある。一般に、上記(2).の方法は上記(1).の方法に比べて生産性がよく、蓄電素子の小型化の点でも有利である。
【０００３】
図１３は、偏平に巻回された電極体（偏平型電極体）１０の正極側に上記(2).の方法を適用して集電端子１４０を接続した構造の一例を模式的に示す断面図である。図１３において、符号１２は正極シートを、符号１４は負極シートを、符号１６はセパレータを示す。なお、セパレータ１６と積層される部分の正極シート１２および負極シート１４にはそれぞれ活物質層（図示せず）が形成されている。電極体１０の軸方向端部を構成する正極シート１２は、この電極体１０の厚み方向の両側（図１３の左右方向）からそのほぼ中央部の一箇所に寄せ集められている。このように寄せ集められた正極シート１２に、溶接等によって集電端子１４０が接続されている。なお、図１３中の符号Ｃは、偏平型電極体１０の厚み方向の中央部を示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる集電構造では、電極体１０の外周側（図１３の左右端）に位置する部分の正極シート１２にも集電端子１４０を接続しようとすると、正極シート１２のうちセパレータ１６からはみ出した部分（正極シート１２を集電端子１４０に接続するための部分であって、活物質層の形成されていない部分；以下、「集電端子接続部」ともいう。）の幅が大きくなる。この活物質層の形成されていない部分（集電端子接続部）は電極反応に寄与しないため、蓄電素子の体積当たりの能力（実装効率）を向上させるという観点からはその幅を小さくすることが好ましい。
【０００５】
特開２０００−２２３１０９号公報には、金属板を波板状に繰り返し屈曲させた集電体（集電端子）を用い、この波板状の各間隙に電極シートを多数枚ずつ挟み込み、これを両側から押さえつけて溶着させる技術が開示されている。しかし、この技術では波板状の各間隙に電極シートを挟み込む操作が煩雑であり、また集電体と電極シートとの溶着を信頼性良く行うことが困難である。このように、上記公報に記載の技術には生産性（特に、集電端子を配置する際や集電端子と電極シートとを接続する際の作業性）の点で更なる改善の余地がある。
【０００６】
本発明の目的は、電極シートのうちセパレータからはみ出して巻回される部分の幅を小さくし得る蓄電素子およびその製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段と作用と効果】
本発明者は、セパレータからはみ出した電極シートを、巻回型電極体の外周側および内周側の双方からそれらの間に寄せ集めることにより上記課題を解決できることを見出した。
【０００８】
本発明により提供される蓄電素子は、正極シートと負極シートがセパレータを介して偏平状に巻回されている偏平状電極体と、その電極体の軸方向端部に接続されている集電端子とを備える。集電端子には複数の二つの平坦な接続面を有する板状のシート接続部が形成されている。そのシート接続部は、電極体の軸方向端部からその電極体の巻回内周部のみに挿入されている。そのシート接続部の二つの接続面は、それぞれ電極体の厚み方向の一方側に偏った位置と他方側に偏った位置で、電極体の厚み方向外側を向いている。電極体の軸方向端部を構成する正負いずれかの電極シートは、その電極体の周方向の二箇所において外周から内周までの全層に亘って外周側および内周側の双方からそれらの間（電極体の外周と内周との間）に寄せ集められている。その寄せ集められた箇所（電極シート）のそれぞれが二つの接続面のそれぞれに溶接されている。内周側から外周側に向けて寄せ集められた電極シートが前記接続面に溶接されている部分の背面側には、電極体の端面に開口する空間が形成されている。なお、ここで電極体の外周および内周とは、電極体のうちセパレータとともに巻回されている部分における外周および内周をいう。
かかる構成の蓄電素子では、電極体の外周側から内周側へ一方向に電極シートを寄せ集める構成（図１３参照）に比べて、電極シートのうちセパレータからはみ出して巻回される部分（集電端子接続部）の幅を小さくすることができる。したがって蓄電素子の実装効率を向上させ得る。また、電極体の端面に開口する空間を有している蓄電素子は、各接続面に寄せ集められた電極シートを接続する際の接続性（作業性および／または接続信頼性）が良好である。例えば、電極体の端面からこの空間（電極シートが接続される部分の背面）にアンビルを挿入して超音波溶接を行うことができる。
【０００９】
本発明では、蓄電素子に備えられるシート接続部が二つの接続面を有する。それら二つの接続面は、それぞれその偏平状電極体の厚み方向（電極体の横断面における短辺方向をいう。）外側に向いている。
かかる構成の蓄電素子では、この偏平状電極体の巻回内周部（厚み方向の中央部）に挿入されたシート接続部の接続面によって、電極体の軸方向端部が内周側から外周側に押し広げられている。これによりシート接続部の接続面上に電極シートが、電極体の内周側から外周側に寄せ集められている。また、この電極体を厚み方向の両側から圧縮することにより、シート接続部の接続面上に電極シートが、電極体の外周側から内周側に寄せ集められる。このように、電極体の外周側および内周側の双方から電極シートが寄せ集められているという本発明の集電構造（電極体と集電端子との接続構造）を容易に実現することができる。
【００１０】
このような蓄電素子に備えられる好ましい集電端子として、シート接続部がコの字状に折れ曲げられた板材で形成されているものが例示される。このような集電端子は、シート接続部の形状が単純であることから、例えば一枚の金属板から容易に製造することができる。
【００１１】
他の好ましい集電端子として、シート接続部が折れ曲がった板状であって、その折れ曲がりによって電極体の厚み方向の一方側に偏った部分と他方側に偏った部分が電極体の軸方向端部における長辺方向に沿って互いに位置をずらして形成されたものが例示される。電極シートは、その一方側に偏った部分および他方側に偏った部分のそれぞれ突出側の表面（二つの接続面）に、それぞれ寄せ集められて接続されていることが好ましい。かかる形状の集電端子は、例えば一枚の金属板を折り曲げることによって容易に製造することができる。
【００１２】
さらに他の好ましい集電端子として、シート接続部が、幅方向の両側端面が電極体の厚み方向に面しているものが挙げられる。電極シートは、それらの側端面（二つの接続面）に寄せ集められて接続されていることが好ましい。このような集電端子は、シート接続部の形状が単純であることから、例えば一枚の金属板から容易に製造することができる。
【００１３】
本発明の蓄電素子が偏平状電極体を備える場合、その偏平状電極体に接続される集電端子のシート接続部が有する二つの接続面の好ましい間隔は、その偏平状電極体の厚みのほぼ半分である。なお、「二つの接続面の間隔」とは、電極体の厚み方向に対する両接続面間の距離をいう。さらに詳しくは、二つの接続面のうち電極シートが接続された部分同士の平均距離をいう。
ここで「ほぼ半分」とは、例えば図５に示すように、偏平状電極体の厚みをＨとしたとき、両接続面間の間隔ｈ1が０．２５Ｈより大きく０．７５Ｈより小さいことをいう。この間隔が０．４Ｈ〜０．６Ｈの範囲にあることがより好ましい。また、これらの接続面上に寄せ集められた電極シートの厚みの中央位置同士の間隔ｈ2がほぼ０．５Ｈ（例えば０．４Ｈ〜０．６Ｈの範囲）となり得るように両接続面間の間隔が設定されていることが好ましい。
かかる形状の集電端子によると、電極体の外周と内周の間に電極シートが寄せ集められているという本発明の集電構造を容易に実現することができる。特に、両接続面間の中央位置と電極体の厚み方向の中央位置とがほぼ一致している（例えば、両者のズレが０．４Ｈ〜０．６Ｈの範囲にある）場合には、集電端子接続部の幅を小さくする効果が大きいので好ましい。
【００１４】
電極体の軸方向端部を構成する電極シートのうち接続面に接続されない部分は、寄せ集められていてもよく、寄せ集められていなくてもよい。寄せ集められている場合における寄せ集めかたは特に限定されない。例えば、電極体の外周側および内周側の双方から寄せ集められていてもよく、外周側から内周側へ寄せ集められていてもよく、内周側から外周側へ寄せ集められていてもよい。その寄せ集められた位置は、電極体の外周と内周との間でもよく、電極体の内周よりもさらに内側（巻回内周部）であってもよい。電極体の外周よりも内側に寄せ集められていることが好ましい。
【００１５】
本発明の蓄電素子のうち好ましいものでは、寄せ集められた電極シートが接続面に接続されている部分の背面側に、電極体の端面（巻回軸方向に対する端面）に開口する空間が形成されている。
かかる構成の蓄電素子は、各接続面に寄せ集められた電極シートを接続する際の接続性（作業性および／または接続信頼性）が良好である。例えば、電極体の端面からこの空間（電極シートが接続される部分の背面）にアンビルを挿入して超音波溶接を行うことができる。
【００１６】
本発明の蓄電素子のうち他の好ましいものでは、そのシート接続部の有する複数の接続面の間に、電極体の端面（巻回軸方向に対する端面）に開口する空間が形成されている。
かかる形状のシート接続部を備える集電端子は、接続面の間にこの空間がない形状の集電端子（例えば、接続面の間が中実である形状の集電端子）に比べて電極シートの接続性が良好である。例えば、電極体の端面からこの空間（接続面の間）にアンビルを挿入して超音波溶接を行うことができる。
【００１７】
本発明のいずれかの蓄電素子は、電極体、集電端子および電解液を収容する蓄電素子容器と、一端が集電端子と電気的に接続されているとともに他端が蓄電素子容器の外部に露出（好ましくは突出）している外部端子とをさらに備えた構成とすることができる。ここで、集電端子と外部端子は直接あるいは他の剛性金属部材を介して（すなわち、金属箔や金属線等からなるリードを介することなく）接続されていることが好ましい。この場合には、電極体と外部端子の間の導通経路を比較的断面積の大きなものとしやすい。これにより蓄電素子の内部抵抗を低く抑制し得る。また、電極体と外部端子との間の寸法が決まりやすく、組み付けが容易である。
【００１８】
また、本発明によると、偏平状の電極体を備える蓄電素子を製造する方法が提供される。この方法は、一つの平坦な接続面と他の平坦な接続面の間に空間を有する板状のシート接続部が形成された集電端子を用意する工程と、正極シートおよび負極シートがセパレータを介して巻回された筒状の電極体を作製する工程と、その筒状電極体の軸方向端部から巻回内周部にシート接続部を挿入する工程と、その筒状電極体を押しつぶして偏平状に成形し、その電極体の周方向の複数箇所において外周側及び内周側の双方から電極体の軸方向端部を構成する正負いずれかの電極シートをそのシート接続部の二つの接続面上に寄せ集める工程と、その寄せ集められた電極シートを接続面に接続する工程とを包含する。
かかる製造方法によると、筒状電極体の巻回内周部（空洞部）にシート接続部を挿入した後にこの電極体を押しつぶして偏平状とするので、シート接続部を挿入する操作が容易である。
【００１９】
電極シートを接続面に接続する工程は、超音波溶接法、抵抗溶接法、レーザ溶接法等の各種溶接方法により行うことができる。これらのうち超音波溶接法を用いることが特に好ましい。
【００２０】
この超音波溶接法を行う好ましい態様としては、接続面の背面側にアンビルを挿入し、そのアンビルとホーンとの間に接続面とその接続面上に寄せ集められた電極シートとを挟んで行う態様が例示される。かかる態様は、例えば、各接続面の背面側に電極体の端面に開口する空間が形成されるように集電端子を配置し、電極体の軸方向端部からこの空間にアンビルを挿入して実施することができる。他の好ましい態様としては、二つの接続面の間にアンビルを挿入し、そのアンビルとホーンとの間にいずれかの接続面とその接続面上に寄せ集められた電極シートとを挟んで溶接する態様が例示される。かかる態様は、例えば、二つの接続面の間に電極体の端面に開口する空間が形成されるように集電端子を配置し、電極体の軸方向端部からこの空間にアンビルを挿入して実施することができる。
【００２１】
本発明の蓄電素子または本発明の製造方法は、巻回型電極を備える各種の蓄電素子に適用することができる。例えば、電池およびキャパシタのいずれにも適用可能であり、電解液の種類は水系および非水系のいずれでもよく、その組成も問わない。本発明が好ましく適用される蓄電素子の種類としては、電気二重層キャパシタおよびリチウムイオン電池が例示される。
【００２２】
また、本発明の適用が特に有効な蓄電素子としては、内周と外周との間隔（巻回厚み）が比較的大きい電極体を備えた各種の蓄電素子（好ましくは電気二重層キャパシタまたはリチウムイオン電池）が挙げられる。例えば、巻回厚みＴ（図５参照）が１cm以上（典型的には１〜５cm）である電極体、偏平型電極体の場合にはその横断面における厚さＨ（図５参照）が２cm以上（典型的には２〜１０cm）である電極体を備えた蓄電素子に好ましく適用される。また、電極シートの巻回数が比較的多い電極体を備えた各種の蓄電素子に適用することにより大きな効果が得られる。例えば、巻回数が１５以上（典型的には１５〜１２０）、より好ましくは２０以上（典型的には２０〜１００）である電極体を備えた蓄電素子に対して好ましく適用される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
この発明は、また、下記の形態で実施することを特徴とする。
【００２４】
（形態１）
電極体の軸方向端部を形成する電極シートが、電極体の外周と内周の中央部（すなわち、電極体の巻回厚みの中央部）に寄せ集められている。
ここで「中央部」とは、図５に示すように、電極体１０の巻回厚みをＴとして、この巻回厚み方向に対して、寄せ集められた電極シート（ここでは正極シート１２を示している）の厚みの中央位置から電極体１０の外周までの距離ｔがほぼ０．５Ｔ（例えば０．４Ｔ〜０．６Ｔの範囲）であることをいう。
かかる構成によると、集電端子接続部の幅を小さくする効果（蓄電素子の実装効率を向上させる効果）が大きい。
【００２５】
（形態２）
集電端子の接続面と電極シートの接続箇所は、電極体の周方向に対してほぼ等間隔に設けられている。
このような構成によると、電極体の全体から比較的均一に集電を行うことができる。これにより蓄電素子の内部抵抗を低くすることができる。なお、この接続箇所の好ましい数は、偏平状電極体の場合には２であり、円筒状電極体の場合には２〜６である。
また、接続箇所の数が偶数であり、それらが互いに対向する箇所に設けられていることが好ましい。この場合には、電極シートを接続面上に寄せ集める操作および／または寄せ集められた電極シートを接続面に接続する操作が容易である。
【００２６】
（形態３）
電極体が偏平状に巻回されており、シート接続部は二つの接続面を有するとともにそれら二つの接続面がその偏平状電極体の厚み方向外側に向いている蓄電素子において、それらの接続面は、その偏平状電極体の横断面における長辺方向（典型的には、電極体の厚み方向と直交する方向）の各中央部に配置されている。このような構成では、一方の接続面に電極シートを接続（例えば溶接、好ましくは超音波溶接）した後、電極体をその巻回軸周りに半回転させると、その半回転させる前に一方の接続面があった位置とほぼ同じ位置に他方の接続面が配置される。したがって、一方の接続面および他方の接続面に電極シートを順次接続する際の作業性が良い。
【００２７】
（形態４）
電極体が偏平状に巻回されており、シート接続部は二つの接続面を有するとともにそれら二つの接続面がその偏平状電極体の厚み方向外側に向いている蓄電素子において、それらの接続面は、その偏平状電極体の横断面における長辺方向に対して、互いに位置をずらして（すなわち接続面同士が非対向となるように）配置されている。
このような構成は、一方の接続面および他方の接続面に電極シートを同時に接続（超音波溶接）する製造方法に適している。
【００２８】
（形態５）
電極体は偏平状に巻回されており、集電端子は、その偏平状電極体の横断面における長辺方向に電極体の端面に沿って延びる引出部と、引出部の一端に続いて形成されたシート接続部とを含んで構成される。そのシート接続部は、電極体の端面からその内部に入り込む支持部と、電極体の内部において支持部の幅方向の両端から電極体の厚み方向とほぼ垂直に延びる二つの翼部とを有する。
かかる構成の蓄電素子によると、集電端子の配置スペースを小さくすることができる。両翼部の間には、電極体の端面に向けて開口する空間が形成されていることが好ましい。この場合には、集電端子と電極シートの接続（典型的には溶接）が容易である。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の実施例につき図面を用いて説明する。
（第一実施例）
本実施例は、本発明を電気二重層キャパシタに適用した一例である。
図１〜図３に示すように、電気二重層キャパシタ（例えば車両等に用いられるパワーキャパシタ）１は、アルミニウム等の導電性金属からなり直方体状の外形を有する蓄電素子容器２と、この容器２に収容されており偏平状に巻回された電極体１０と、電極体１０の軸方向両端部（図１の左右端部）を構成する正極シート１２および負極シート１４にそれぞれ接続された二つの集電バー（集電端子）４０と、これらの集電バー４０に係合して配置された二つの絶縁部材５０と、各集電バー４０に接続されているとともに容器２の外部に突出する二つの外部端子６０とを備える。なお、容器２には図示しない電解液が収容されており、電極体１０に含浸されている。
【００３０】
蓄電素子容器２は、上端に開口部を有する箱状のケース２０と、その開口部に取り付けられてケース２０を封止する蓋体３０とを備える。この蓋体３０には、二つの集電バー４０をそれぞれ貫通させる二つの端子取付孔３２が形成されている。図１および図２に示されるように、集電バー４０と蓋体３０の内面（図１の下面）との間、集電バー４０と端子取付孔３２の内周との間、および集電バー４０とケース２０の側壁との間は、絶縁部材５０によってその直接接触が阻まれている。このことによって集電バー４０と容器２との絶縁が維持されている。なお、この絶縁部材５０はＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド樹脂）の射出成形により作製されている。
【００３１】
集電バー４０は、電極体１０の端面に沿ってその長辺方向の一端からほぼ中央部（巻回軸部）まで延びる引出部４１と、引出部４１の一端（図１の下端）に続いて形成されたシート接続部４２と、引出部４１の他端（図１の上端）に続いて形成された外部端子接続部４４とを含んで構成される。この集電バー４０の全体形状は、厚さ１．２mmのアルミニウム板を曲げプレス加工することにより成形されている。なお、鍛造等により集電バー４０を成形してもよい。
【００３２】
集電バー４０の下端に設けられたシート接続部４２は、電極体１０の端面からその内部（巻回内周部）に入り込む屈曲板状の支持部４３を有する。支持部４３は、電極体１０の軸方向に延びる第一平板部４３ａと長辺方向に延びる第二平板部４３ｂとを有し、全体としてＬ字状の形状を呈する。その第二平板部４３ｂの幅方向の両端に続いて二つの翼部４５が形成されている。これらの翼部４５は、電極体１０の巻回内周部において、この電極体１０の厚み方向とほぼ垂直に電極体１０の端面に向けて延びている。図３に示すように、翼部４５が形成された部分におけるシート接続部４２の横断面（電極体１０の厚み方向に沿った断面）形状はコの字状である。これらの翼部４５は、それぞれ電極体１０の厚み方向の一方側および他方側に偏っている。二つの翼部４５の間には電極体１０の端面に開口する空間Ｋが形成されている。この空間Ｋは、第一平板部４３ａ（図１参照）、第二平板部４３ｂおよび二つの翼部４５によって区画されている。
【００３３】
なお、集電バー４０のシート接続部４２は、図１〜図３に示す形状の他、図４に示すように、支持部４３が第二平板部４３ｂをもたず、第一平板部４３ａの幅方向の両端から翼部４５が延びる形状であってもよい。この翼部４５は、電極体１０の巻回内周部において、この電極体１０の厚み方向とほぼ垂直に電極体１０の長辺方向下方に向けて延びるように形成することができる。
【００３４】
図３および図５に示すように、正極シート１２および負極シート１４は、電極体１０の巻回内周部を境にして厚み方向の両側に二つに分けられている。分けられた部分のそれぞれは、電極体１０の外周側および内周側の双方からそれらの中央部（電極体１０の巻回厚みの中央部）に寄せ集められて（束ねられて）いる。この寄せ集められた部分が、翼部４５のうち電極体１０の厚み方向外側に向いた面（接続面）４５ａ上に溶接（接続）されている。図５に示すように、それら二つの接続面４５ａの間隔ｈ1は電極体１０の厚みＨのほぼ半分である。
なお、図１に示すように、接続面４５ａはいずれも電極体１０の長辺方向の各中央部に配置されている。したがって、接続面４５ａと正極シート１２との接続箇所および接続面４５ａと負極シート１４との接続箇所は、それぞれ電極体１０の周方向に対してほぼ等間隔に、互いに対向する位置に設けられている。
【００３５】
集電バー４０の上端に設けられた外部端子接続部４４は、図１に示すように、電極体１０の端部から蓋体３０の内面に沿って電極体１０の上部に延びている。この外部端子接続部４４は、電極体１０と反対側（図１の上側；容器２の外側）に向けて延びるとともに内周面にネジ山が設けられた集電円筒部４６を有する。この集電円筒部４６は、例えば、集電バー４０を構成する金属板（ここではアルミニウム板）に絞り加工を施すことにより形成することができる。
【００３６】
図１に示すように、この集電円筒部４６に外部端子６０が接続されている。外部端子６０はアルミニウム等の導電性金属から形成されている。外部端子６０の頭部（容器２外に突出する部分）６２は円柱状の外形を有し、その内部には外部端子６０の上端に開口するタップ６２ａが形成されている。また、頭部６２の下端からは、外周面にネジ山が設けられた脚部６４が延びている。この脚部６４が集電円筒部４６の内周にネジ止めされることにより、外部端子６０と集電バー４０とが連結（接続）されている。また、頭部６２の下面と蓋体３０との間には、両者を絶縁するとともに気密にシールするための環状の絶縁パッキン２４が配置されている。この絶縁パッキン２４は、例えば絶縁部材５０と同じ材料から構成することができる。
【００３７】
以下、電極体１０の構成、作製方法およびこの電極体１０と集電バー４０との接続方法につき説明する。
電極体１０を構成する正極シート１２の巻回前の状態を図６に示す。正極集電体１２としては厚さ２０μmの長尺状アルミニウム箔を用いた。正極活物質を含有するペーストを正極集電体１２ａの両面に塗布して、正極集電体１２ａの両面に正極活物質層１２ｂを形成させた。このようにして正極シート１２を作製した。ここで、正極シート１２の一方の長辺には、いずれの面にも正極活物質層１２ｂが形成されていない活物質未塗工部１２ｃが設けられている。
【００３８】
負極シート１４の構造は正極シート１２と同様であるので、この負極シート１４についても図６を用いて説明する。図６において括弧内に記された符号は負極シート１４に対応するものである。厚さ２０μmの長尺状アルミニウム箔からなる負極集電体１４ａを用意し、負極活物質を含有するペーストをその両面に塗布した。これにより、両面に負極活物質層１４ｂの形成された負極シート１４を作製した。負極シート１４の一方の長辺には、いずれの面にも負極活物質層１４ｂが形成されていない活物質未塗工部１４ｃが設けられている。
【００３９】
なお、正極シートおよび負極シートを構成する材料としては、本実施例で用いたアルミニウムの他、ニッケル、銅等の導電性金属を用いることができる。これらのうちアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いることが特に好ましい。また、本実施例では同じ材料からなる正極シートおよび負極シートを用いたが、これらは互いに異なる材料から形成されていてもよい。また、電極体１０の製造に使用する正極用または負極用の活物質としては、従来の電気二重層キャパシタに用いられる活物質（典型的には活性炭等の炭素材料）の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。このような活物質を含有するペーストを調製するにあたっては、従来公知の結着剤、溶媒、導電化剤等を適宜使用することができる。例えば、結着剤としてはメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等を、溶媒としては水やＮ−メチルピロリドン等を、導電化材としてはカーボンブラックや黒鉛等を用いることができる。これらペーストの集電体への塗布は、コンマコーター、ダイコーター等を用いて行うことができる。
【００４０】
セパレータとしては多孔質ポリプロピレン樹脂シートを使用した。このセパレータの平面形状は、図６に示す正極シート１２において正極活物質層１２ｂが形成されている領域とほぼ同形状である。
両電極シート１２，１４および二枚のセパレータ１６を、図７に示すように、セパレータ１６、正極シート１２、セパレータ１６、負極シート１４の順に重ね合わせる。このとき、正極シート１２の活物質未塗工部１２ｃと負極シート１４の活物質未塗工部１４ｃとがセパレータ１６の一方の長辺および他方の長辺からそれぞれはみ出すように電極シート１２，１４を配置する。
【００４１】
重ね合わせた電極シート１２，１４およびセパレータ１６を巻回機等を用いて長辺方向に巻回する。典型的には、巻回機に備えられた巻芯の周囲に電極シート１２，１４およびセパレータ１６を巻きつける。その後に巻芯を除去すると、図８に示すように、巻芯のあった部分（巻回内周部）に空間Ｌが形成された筒状電極体１０’が得られる。なお、本実施例の蓄電素子に備えられている電極体１０の巻回数は１６である。
【００４２】
ここで筒状電極体１０’の軸方向両端部に集電バー４０を配置する。このとき、図８に示すように、シート接続部４２が筒状電極体１０’の両端面から空間Ｌに、概ね筒状電極体１０’の巻回軸に沿って挿入されるようにするとよい。この状態で筒状電極体１０’を径方向（図８の左右方向）に圧縮する。このことによって筒状電極体１０’を偏平状に成形して電極体１０とする。このとき、図９に示すように、電極体１０の軸方向端部を構成する正極シート１２（活物質未塗工部１２ｃ）の内周側が、シート接続部４２の外側に位置する両接続面４５ａ上に押し付けられる。これにより、電極体１０の内周側から外周側へと正極シート１０が寄せ集められる。また、図９に示すように、電極体１０の軸方向端部は、電極体１０の軸方向の中央部（セパレータの配置された部分）に比べてより大きく圧縮される。これにより、電極体１０の外周側から内周側へと正極シート１２が寄せ集められる。このようにして、電極体１０の外周側および内周側の双方から接続面４５ａ上に正極シート１２が寄せ集められる。なお、ここでは正極シート１２がはみ出した側（正極側端部）を示しているが、負極シート１４がはみ出した側（負極側端部）についても同様にして、接続面４５ａ上に負極シート１４が寄せ集められる。
本実施例の蓄電素子では、偏平状に成形された電極体１０の厚さＨ（セパレータ１６とともに巻回された部分の厚さ；図５参照）は約２cmであり、電極体１０の軸方向端部において正極シート１２が寄せ集められた箇所の厚さ（接続面４５ａに溶接される箇所の厚さ）は一箇所あたり約３２０μmであった。
【００４３】
接続面４５ａ上に寄せ集められた正極シート１２を接続面４５ａに超音波溶接する。このとき、図１０に示すように、電極体１０の端面から両接続面４５ａ間の空間Ｋにアンビル７２を挿入し、一方の翼部４５（図１０で上側に位置する）の内側面４５ｂに当接させて配置する。また、この一方の翼部４５の接続面４５ａとその上に寄せ集められた正極シート１２とを挟んでホーン７４を配置する。この状態で一方の翼部４５（接続面４５ａ）に正極シート１２を溶接固定する。
【００４４】
次いで、電極体１０をその巻回軸周りに半回転させると、その半回転させる前に一方の翼部４５（接続面４５ａ）があった位置とほぼ同じ位置に他方の翼部４５（接続面４５ａ）が配置される。したがって、電極体１０の長辺方向（図２の上下方向）に対してはアンビル７２およびホーン７４の位置を移動させることなく、二つに分けて束ねられた正極シート１２を一方の翼部４５および他方の翼部４５に次々と溶接することができる。なお、ここでは電極体１０の正極側端部を集電バー４０に溶接（接続）する場合について説明したが、電極体１０の負極側端部についても同様の操作により溶接することができる。
【００４５】
集電バー４０の一方の接続面４５ａに正極シート１２を溶接した後に他方の接続面４５ａに残りの正極シート１２を溶接する際、図１０に示すように、先に溶接された接続面４５ａ側に、その溶接箇所の外側から当て板７６を配置して溶接を行うことができる。これにより、先に溶接された箇所の溶接信頼性（例えば溶接強度）を向上させ得る。この方法は、二つの接続面間の間隔ｈ1（図５参照）が比較的近い場合に特に有効である。
また、上記のように集電バー４０の二つの接続面４５ａに正極シート１２を順次溶接する方法の他、アンビル７２の厚さを調整するとともに二つのホーン７４を用いることにより、二つの接続面４５ａに正極シート１２を同時に溶接してもよい。この方法によると生産性を向上させ得る。
【００４６】
本実施例の接続構造では、図３に示すように、電極体１０の軸方向端部を構成する電極シート１２，１４が、電極体１０の厚み方向の中央部（巻回内周部）から二つに分割されて寄せ集められている。また、その寄せ集められた位置は電極体１０の外周と内周の中央部である。これにより、電極体１０の軸方向端部を構成する電極シート１２，１４の全体を電極体１０の厚み方向の一箇所に寄せ集める構成（図１３参照）に比べて、電極シート１２，１４のうち集電端子接続部の幅を小さくすることができる。したがって蓄電素子の実装効率を向上させ得る。また、このように分割して寄せ集められた電極シート１２，１４をそれぞれ接続面４５ａに溶接するので、一箇所に溶接される電極シート１２，１４の厚さを小さく（図１３に示すように厚み方向の一箇所に寄せ集めた場合の約半分に）することができる。このことによって溶接信頼性が向上する。この効果は、電極体の巻回数が比較的多い（例えば巻回数が４０以上）場合に特によく発揮される。
【００４７】
このようにして集電バー４０の接続された電極体１０から、例えば以下のようにして電気二重層キャパシタ１を製造することができる。
図１１に示すように、集電バー４０の接続された電極体１０を、ケース２０の開口部からその内部に横倒しに収容する。図１２に示すように、このケース２０の開口部から、集電バー４０の外部端子接続部４４に係合して絶縁部材５０を配置する。次いで、ケース２０の開口部に蓋体３０を取り付ける。このとき、集電円筒部４６およびその外周を覆う部分の絶縁部材５０が端子取付孔３２に挿入される。そして、ケース２０の開口部と蓋体３０の周縁部とをレーザ溶接等により接合することにより、ケース２０が蓋体３０によって封止（封缶）された蓄電素子中間体３が形成される。
【００４８】
図１２に示すように、この蓄電素子構成体３には、端子取付孔３２に挿入された集電円筒部４６によって、その内外を連通させる連通路Ｐが形成されている。この連通路Ｐから蓄電素子構成体３の内部に電解液を注入する。ここでは、電解液としてプロピレンカーボネート（テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート０．５mol／リットルを含有する）を用いた。
その後、図１に示すように、蓋体３０の上から端子取付孔３２の周囲に絶縁パッキン２４を配置する。次いで、外部端子６０の脚部６４を集電円筒部４６にネジ止めする。このとき、絶縁部材５０がケース２０の内壁に当接することにより、外部端子６０のネジ止め方向への回転につられて外部端子接続部４４が回転（共回り）することが阻止される。このようにして、外部端子６０を集電バー４０に連結するとともに、集電円筒部４６内に形成されていた連通路Ｐ（図１２参照）を閉塞した。
【００４９】
なお、蓋体３０またはケース２０の一部に、端子取付孔３２とは別に電解液注入口（貫通孔；図示せず）を形成しておき、この電解液注入口から蓄電素子中間体３内に電解液を注入してもよい。この場合には、後続するいずれかの工程で、外部端子６０とは別の封止部材等によって電解液注入口を閉塞すればよい。
以上のように、ケース２０の上方から、集電バー４０の接続された電極体１０、絶縁部材５０、蓋体３０、絶縁パッキン２４および外部端子６０を順次組み付けることにより電気二重層キャパシタ１を製造することができる。
【００５０】
（第二実施例）
本実施例は、本発明を電気二重層キャパシタに適用した他の例である。以下、第一実施例に係る部材と同様の機能を果たす部材については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００５１】
図１４に示すように、本実施例のキャパシタを構成する集電バー４０には、下方から順に、偏平状電極体１０の端面（ここでは負極側端部における端面を示している）から巻回内周部に挿入される平板状のシート接続部４２、シート接続部４２から電極体１０の端面に沿って長辺方向に延びる平板状の引出部１４、および引出部１４の上端をほぼ直角に折り曲げて形成されている外部端子接続部４４が形成されている。このような形状の集電バー４０は、その形状が比較的単純であることから、例えば一枚の金属板を折り曲げ加工（典型的にはプレス加工）することにより容易に作製することができる。
【００５２】
図１５に示すように、シート接続部４２の表面（接続面）４２ａおよび裏面（接続面）４２ｂは電極体１０の厚み方向外側に向いている。これらの負極シート１４は、接続面４２ａ，４２ｂ上に、電極体１０の外周側から内周側に寄せ集められている。また、負極シート１４は、シート接続部４２の厚み（板厚）によって内周側から外周側に寄せ集められて（押し広げられて）いる。このように、外周側と内周側の双方からそれらの間に負極シート１４が寄せ集められ、接続面４２ａ，４２ｂ上に接続（例えば超音波溶接法により）されている。なお、電極体１０の正極側端部（図示せず）にも同様にして集電バー４０が接続されている。
【００５３】
図１４に示すように、外部端子接続部４４には貫通孔４７が設けられている。この貫通孔４７に外部端子６０の下端を、蓋体３０を貫通させて接続する。このとき、外部端子６０と蓋体３０の間に絶縁パッキン２４を配置することにより、両者を絶縁するとともに気密にシールする。このようにして電極体１０、集電バー４０、外部端子６０および蓋体３０を一体化する。これを電解液とともにケース２０（図１参照）に収容して封缶することによりキャパシタが得られる。
【００５４】
本実施例の構成では、電極体１０の軸方向端部を構成する負極シート１４を、電極体１０の巻回内周部を境にして厚み方向の両側に分割して寄せ集め、分割された部分のそれぞれを寄せ集めて接続面４２ａ，４２ｂに溶接している。したがって、厚み方向の全体から負極シート１４を一箇所に寄せ集める構成等に比べて溶接信頼性を向上させることができる。また、巻回数を多くしても良好な接続性が得られるので、電極体の設計自由度が高められる。負極シート１４は電極体１０の外周側および内周側の双方からそれらの間に寄せ集められているので、負極シート１４を一箇所に寄せ集める構成等に比べて集電端子接続部の幅を小さくすることができる。したがってキャパシタの実装効率を向上させ得る。シート接続部４１の厚み（すなわち、接続面４２ａと接続面４２ｂの間隔ｈ１；図１５参照）が電極体１０の厚みのほぼ半分であることが好ましい。また、負極シート１４は電極体１０の外周と内周の中央部に寄せ集められていることが好ましい。このような場合には、集電端子接続部の幅を小さくする効果が特に大きい。
【００５５】
本実施例は、比較的薄型の電極体を備えるキャパシタに好ましく適用される。特に限定するものではないが、シート接続部の厚みは例えば約０．５〜５mmの範囲とすることができ、好ましい厚さは約１〜３mmの範囲、より好ましい厚さは約１．５〜２．５mmの範囲である。
【００５６】
（第三実施例）
本実施例は、第二実施例とはシート接続部の形状が異なる集電バーを用いて構成されたキャパシタに関する。
【００５７】
図１６および図１７に示すように、折れ曲がった板状のシート接続部４２が電極体１０の巻回内周部に挿入されている。シート接続部４２の下部は、電極体１０の厚みの一方側（図１７の左側）に偏って、その厚み方向とほぼ垂直な平板状の第一偏在部４２１を構成している。また、シート接続部４２の上部は、電極体１０の厚みの他方側（図１７の右側）に偏って、その厚み方向とほぼ垂直な平板状の第二偏在部４２２を構成している。集電バー４０の他の部分の形状は第二実施例とほぼ同様である。このような形状の集電バー４０は、第二実施例で用いた集電バー４０と同様に、一枚の金属板の折り曲げ加工（典型的にはプレス加工）等により容易に作製することができる。したがって、例えば金属の削り出しにより集電バーを作製する場合等に比べてコスト低減を図ることができる。
【００５８】
図１７に示すように、第一偏在部４２１のうち負極シート１４により近い側（突出側）の表面（接続面）４２ａに負極シート１４を寄せ集める。また、第二偏在部４２２のうち負極シート１４により近い側（突出側）の表面（接続面）４２ｂに負極シート１４を寄せ集める。偏在部４２１，４２２は、電極体１０の横断面における長辺方向（図１７の上下方向）に対して互いに位置をずらして配置されていることから、接続面４２ａ，４２ｂの位置も長辺方向に（上下に）ずれて配置されている。また、シート接続部４２が折れ曲がっていることにより、接続面４２ａ，４２ｂの背面側には、シート接続部４２と負極シート１４の内周との間に、それぞれ電極体１０の端面に開口する空間Ｋが形成されている。
【００５９】
かかる構成によると、二組のアンビル７２およびホーン７４を用いて、これら二つの接続面４２ａ，４２ｂ上に寄せ集められた負極シート１４を一度に溶接することができる。例えば図１７に示すように、接続面４２ａ，４２ｂの背面側に形成された空間Ｋに電極体の端面から二つのアンビル７２をそれぞれ挿入する。これらのアンビル７４とホーン７４との間に、第一偏在部４２１およびその接続面４２ａ上に寄せ集められた負極シート１４と、第二偏在部４２２およびその接続面４２ｂ上に寄せ集められた負極シート１４をそれぞれ挟んで一度に超音波溶接すればよい。なお、電極体１０の正極側端部（図示せず）にも同様にして集電バー４０を接続することができる。
【００６０】
本実施例では、接続面４２ａ，４２ｂが電極体の横断面における長辺方向に（上下に）ずれていることにより、溶接時に二組のアンビル７２およびホーン７４を互いに緩衝することなく配置し得る。このことによって、二つの接続面４２ａ，４２ｂに、それぞれの接続面上に寄せ集められた負極シート１４を一度に溶接することができる。また、これらの接続面４２ａ，４２ｂに負極シート１４を別々に（順次に）溶接してもよい。例えば、接続面４２ａに負極シート１４を接続した後に接続面４２ｂに負極シート１４を接続してもよい。なお、接続面４２ａと接続面４２ｂの間隔ｈ１（図１７参照）は電極体１０の厚みのほぼ半分であることが好ましい。
【００６１】
（第四実施例）
本実施例は、板状のシート接続部の側端面に電極シートを接続してなるキャパシタに関する。
【００６２】
図１８および図１９に示すように、集電バー４０の下端には平板状のシート接続部４２が形成されている。シート接続部４２は、その両側端面（接続面）４２ａ，４２ｂが電極体１０の厚み方向外側に向くようにして、電極体１０の正極側端面（図１８の左端）および負極側端面（図１８の右端）からその巻回内周部に挿入されている。シート接続部４２の上方に続いて設けられた引出部４１は、図１８に示すように、電極体１０の端面に沿ってその長辺方向に延びている。
【００６３】
図１９に示すように、シート接続部４２の上部には、接続面４２ａの背面側（接続面４２ｂ側）に凹部４８ａが形成されている。また、シート接続部４２の下部には、接続面４２ｂの背面側（接続面４２ａ側）に凹部４８ｂが形成されている。このように、シート接続部４２の一部が切り欠かれて凹部４８ａ，４８ｂが形成されていることによって、接続面４２ａ，４２ｂの背面側には、電極体１０の端面に開口する空間Ｋが形成されている。このような形状の集電バー４０は、その形状が比較的単純であることから、一枚の金属板の折り曲げ加工（典型的にはプレス加工）等により容易に作製することができる。
【００６４】
かかる構成によると、第三実施例と同様に、二組のアンビル７２およびホーン７４を用いて、これら二つの接続面４２ａ，４２ｂ上に寄せ集められた電極シート１２，１４を一度に溶接することができる。なお、シート接続部４２の幅（すなわち、接続面４２ａと接続面４２ｂの間隔ｈ１；図１９参照）は、電極体１０の厚みのほぼ半分であることが好ましい。
【００６５】
（第五実施例）
本実施例は、第四実施例とは異なる形状の集電バーを用いて構成されたキャパシタに関する。
【００６６】
図２０および図２１に示すように、集電バー４０にはシート接続部４２とその上端に続く引出部が形成されている。この集電バー４０の全体形状は、電極体１０の巻回軸とほぼ垂直な平面に沿って延びる直線形状である。電極体１０の内部には、第四実施例とほぼ同様の形状を有するシート接続部４２が挿入されている。また、電極体１０の両端を構成する正極シート１２および負極シート１４は、図２０に示すように、電極体１０の上部を構成する部分がカットされている。このことによって、シート接続部４２に続いてほぼ真っ直ぐ上方に延びる引出部４１との緩衝を回避している。
【００６７】
本実施例の集電バー４０は、その全体形状が直線状であり、かつ形状が単純であるので、一枚の金属板から打抜加工、プレス加工等によって容易に作製することができる。また、電極体１０の軸方向長さよりも内側に集電バー４０を収めることができるので、容器２（図１参照）の内部のスペース効率を高めることができる。
【００６８】
上記実施例では電気二重層キャパシタおよびその製造方法につき説明したが、本発明は、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の他の種類の電池（一次電池でも二次電池でもよい）、電気二重層キャパシタ以外のキャパシタその他の蓄電素子にも適用することができる。正極および負極の活物質、集電シート、セパレータ、集電バー、外部端子および蓄電素子容器等の材質や電解液の組成等は、蓄電素子の種類に応じて適当に選択される。
なお、本発明の思想は、巻回型電極体を備えた蓄電素子に限定されず、積層型等の電極体を備えた蓄電素子にも応用することができる。
【００６９】
また、本明細書の記載から把握される技術事項として、偏平状に巻回された電極体の軸方向端部から二つの接続面を有するシート接続部がその巻回内周部に挿入されており、電極体の周方向の二箇所で外周側または内周側から寄せ集められた電極シートが二つの接続面のそれぞれに接続されている蓄電素子が挙げられる。すなわち、接続面に接続される部分の電極シートの寄せ集め方は、外周側と内周側の少なくとも一方からであればよく、外周側と内周側の双方からに限らない。また、その寄せ集められた箇所は電極体の外周と内周の間であってもよく、外周と内周の間ではなくてもよい。このような構成の蓄電素子によると、電極体の軸方向端部を構成する電極シートを、電極体の巻回内周部からその厚み方向に二分してそれぞれ寄せ集めるので、電極シートを一箇所に寄せ集める構成等に比べてシート接続部との溶接信頼性を向上させることができる。また、巻回数を多くしても良好な接続性が得られるので設計自由度が高められる。
【００７０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施例に係る電気二重層キャパシタを示す断面図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】図１の III−III 線断面図である。
【図４】シート接続部の形状が異なる集電バーの一例を示す断面図である。
【図５】図３の一部拡大図である。
【図６】電極体を構成する正極シートを示す平面図である。
【図７】巻回前の電極体を示す平面図である。
【図８】筒状に巻回された電極体を示す側面図である。
【図９】電極シートを接続面上に寄せ集める工程を示す側面図である。
【図１０】電極シートを接続面に溶接する工程を示す断面図である。
【図１１】第一実施例に係る電気二重層キャパシタの製造工程において、集電バーの接続された電極体をケースに収容した状態を示す断面図である。
【図１２】第一実施例に係る電気二重層キャパシタの製造工程において、ケースを封止して蓄電素子中間体を構成した状態を示す断面図である。
【図１３】従来の蓄電素子の集電構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図１４】第二実施例に係る電気二重層キャパシタにおいて、集電バー，電極体および外部端子の接続構造を示す分解斜視図である。
【図１５】集電バーと接続された電極体を図１４のXV−XV線で切断した断面図である。
【図１６】第三実施例に係る電気二重層キャパシタにおいて、集電バー，電極体および外部端子の接続構造を示す分解斜視図である。
【図１７】集電バーと接続された電極体を図１６のXVII−XVII線で切断した断面図である。
【図１８】第四実施例に係る電気二重層キャパシタの電極体および集電バーを示す側面図である。
【図１９】図１８のXIX方向矢視図である。
【図２０】第五実施例に係る電気二重層キャパシタの電極体および集電バーを示す側面図である。
【図２１】図２０のXXI−XXI方向矢視図である。
【符号の説明】
１：電気二重層キャパシタ（蓄電素子）
１０：電極体
１２：正極シート
１４：負極シート
１６：セパレータ
２：蓄電素子容器
４０：集電バー（集電端子）
４２：シート接続部
４２ａ，４２ｂ：接続面
４４：外部端子接続部
４５：翼部
４５ａ：接続面
４８ａ，４８ｂ：凹部
６０：外部端子
７２：アンビル
７４：ホーン
Ｋ：電極体の端面に開口する空間
Ｈ：電極体の厚み
ｈ1 ：接続面の間隔

Claims

正極シートと負極シートがセパレータを介して偏平状に巻回されている偏平状電極体と、その電極体の軸方向端部に接続されている集電端子とを備え、
その集電端子には二つの平坦な接続面を有する板状のシート接続部が形成されており、
そのシート接続部は電極体の軸方向端部からその電極体の巻回内周部のみに挿入されているとともに、そのシート接続部の二つの接続面はそれぞれ電極体の厚み方向の一方側に偏った位置と他方側に偏った位置で電極体の厚み方向外側を向いており、
その軸方向端部を構成する正負いずれかの電極シートは、その電極体の周方向の二箇所において外周から内周までの全層に亘って外周側および内周側の双方から寄せ集められているとともに、寄せ集められた箇所のそれぞれが二つの接続面のそれぞれに溶接されており、
内周側から外周側に向けて寄せ集められた電極シートが前記接続面に溶接されている部分の背面側に、電極体の端面に開口する空間が形成されていることを特徴とする蓄電素子。
前記シート接続部は、コの字状に折れ曲げられた板材で形成されており、前記二つの接続面の間に前記電極体の端面に開口する空間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電素子
前記シート接続部は、折れ曲がった板状であって、その折れ曲がりによって前記電極体の厚み方向の一方側に偏った部分と他方側に偏った部分が前記電極体の軸方向端部における長辺方向に沿って互いに位置をずらして形成されており、その一方側に偏った部分および他方側に偏った部分のそれぞれ突出側の表面で前記二つの接続面が形成されている請求項１に記載の蓄電素子。
前記二つの接続面の間隔は、前記電極体の厚みのほぼ半分である請求項１から３のいずれか一項に記載の蓄電素子。