JP6665789B2 - 蓄電素子 - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池のような非電解質二次電池を含む蓄電素子に関する。
特許文献１には、正極電極シートと負極電極シートとの間にセパレータを介在させた状態で、平面視長円状に巻回した電極体を備える蓄電素子が開示されている。電極体には、対向する一対の直線部のうち、一方側の第１直線部に間隔をあけて正極集電タブと負極集電タブとが設けられている。集電タブの上方にはスペーサが配置され、このスペーサの上方で集電タブが集電体に電気的に接続されている。
特許文献１の蓄電素子は、電極体の集電タブを突設した第１直線部の上方に、集電体を配置する大きなスペースが必要である。そのため、同一高さの蓄電素子を製造する場合、電極体を小さくする必要があるため、蓄電素子の容量が小さくなる。
特開２０１１−７０９１８号公報
本発明は、蓄電素子の高容量化を図ることを課題とする。
本発明は、セパレータを介在させて交互に積層した正極電極シート及び負極電極シートと、前記各電極シートの積層方向の一方側の第１部分から突出した複数の突部からなる正極集電タブ及び負極集電タブとを有し、ケース内に収容された電極体と、前記ケースに配置された正極外部端子及び負極外部端子と、前記電極体と前記ケースとの間に配置され、前記各外部端子に電気的に接続されているとともに、前記各電極シートの積層方向の他方側の第２部分側で前記各電極シートの積層方向に配置された前記各集電タブにそれぞれ電気的に接続された正極集電体及び負極集電体とを備える、蓄電素子を提供する。
本発明の蓄電素子では、電極体の第１部分側から集電タブが突出し、集電タブが突出していない第２部分側に集電タブと集電体との接続部が位置する。よって、電極体の端部での低背化を図ることができ、電極体とケースとの間の距離を小さくすることができる。そのため、同一高さの蓄電素子を製造する場合、電極体を大きくすることができるため、高容量化を図ることができる。
本発明に係る蓄電素子によれば、電極体の端部の低背化を図り、蓄電素子を高容量化できる。
本発明の第１実施形態に係る非電解質二次電池の縦断面図。 図１の非電解質二次電池の分解斜視図。 電極体の斜視図。 電極体の展開図。 図１の部分Ｖの拡大図。 図１の部分VIの拡大図。 電極体及び集電体の斜視図。 図１の非電解質二次電池の一部破断部分斜視図。 図１の非電解質二次電池の一部破断分解側面図。 図１の非電解質二次電池の一部横断面図。 集電タブの組付工程を示す断面図。 集電タブを組み付けた状態を示す断面図。 電極体及び集電体の平面図。 上部スペーサの上方斜視図。 上部スペーサの下方斜視図。 電極体及び蓋の組付工程を示す断面図。 電極体及び蓋の他の組付工程を示す断面図。 第２実施形態に係る非電解質二次電池の一部横断面図。 第３実施形態に係る非電解質二次電池の一部横断面図。 第３実施形態の電極体及び集電体の平面図。 非電解質二次電池の変形例を示す一部横断面図。
以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「側」、「端」を含む用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。
（第１実施形態）
図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係るリチウムイオン二次電池（以下、単に電池という）１を示す。
（全体構成）
図１及び図２を参照すると、電池１は、外装体１０、電極体２０、絶縁シート３０、底部スペーサ４０、正極及び負極の外部端子５０Ａ，５０Ｂ、正負の集電体６０Ａ，６０Ｂ、上側パッキン７０Ａ，７０Ｂ、下側パッキン８０Ａ，８０Ｂ、及び上部スペーサ９０を備える。
外装体（ケース）１０は、ケース本体１１と、ケース本体１１の開口１１ａを閉じる蓋１２とを備える。本実施形態では、ケース本体１１と蓋１２は、アルミニウム又はアルミニウム合金製である。ケース本体１１は長方形板状の底壁部１１ｂと、底壁部１１ｂの長辺から立ち上がる一対の長側壁部１１ｃ，１１ｃと、底壁部１１ｂの短辺から立ち上がる一対の短側壁部１１ｄ，１１ｄとを備える。蓋１２は概ね長方形板状である。長側壁部１１ｃと短側壁部１１ｄの上端が、ケース本体１１の開口１１ａを画定している。電解液が充填されたケース本体１１内には、電極体２０が収容されている。電極体２０は絶縁シート３０で覆われている。電極体２０とケース本体１１の底壁部１１ｂの間に底部スペーサ４０が介在している。下側パッキン８０Ａ，８０Ｂと上部スペーサ９０も、ケース本体１１内に収容されている。
図３及び図４を併せて参照すると、電極体２０は、いずれも一定幅の長尺な帯状である正極電極シート２１、負極電極シート２２、及び微多孔性樹脂シートからなる２枚のセパレータ２３，２３を重ね合わせて、概ね高扁平率の長円状に巻回したものである。正極電極シート２１の一つの層と、それに隣接する負極電極シート２２の一つの層との間には、２枚のセパレータ２３，２３のうちのいずれか一方が介在している。正極電極シート２１、負極電極シート２２、及び２枚のセパレータ２３，２３の巻回の軸線（巻回軸）は、図３において符号Ａで概念的に示されている。電極体２０は、巻回軸Ａが概ね、ケース本体１１の底壁部１１ｂと開口１１ａが対向する方向（図１において上下方向）に延びる姿勢で、ケース本体１１内に収容されている。
図３に示すように、巻回軸Ａの延びる方向から見た電極体２０の端部２０ａ，２０ｂは、互いに対向する一対の直線部２０ｃ，２０ｄと、これらの直線部２０ｃ，２０ｄを接続するように互いに対向する一対の湾曲部２０ｅ，２０ｅとを有する。
正極電極シート２１は、帯状の正極金属箔２４と、この正極金属箔２４の両面に形成された正極活物質層２５とを備える。正極電極シート２１の幅方向の一方（図３及び図４において下側）の端部では、正極活物質層２５が正極金属箔２４の側縁まで設けられている。正極電極シート２１の幅方向の他方（図３及び図４において上側）の端部には、正極活物質層２５を設けずに、正極金属箔２４を露出させた未塗工部２４ａが設けられている。
負極電極シート２２は、帯状の負極金属箔２６と、この負極金属箔２６の両面に形成された負極活物質層２７とを備える。負極電極シート２２の幅方向の一方（図３及び図４において下側）の端部では、負極活物質層２７が負極金属箔２６の側縁まで設けられている。負極電極シート２２の幅方向の他方（図３及び図４において上側）の端部には、負極活物質層２７を設けずに、負極金属箔２６を露出させた未塗工部２６ａが設けられている。
正極金属箔２４には、未塗工部２４ａから幅方向外向きに突出する複数の突部２４ｂが、長手方向に間隔をあけて設けられている。正極電極シート２１、負極電極シート２２、及びセパレータ２３，２３を重ね合わせて巻回した状態では、複数の突部２４ｂが互い重ね合わされて電極体２０から突出するタブ状の部分（正極集電タブ２８）を形成している。負極金属箔２６にも正極金属箔２４の突部２４ｂと同様の複数の突部２６ｂが設けられており、これらの突部２６ｂが互いに重ね合わされることで、電極体２０から突出する負極集電タブ２９が形成されている。
図３を参照すると、正極集電タブ２８と負極集電タブ２９は、電極体２０の一方の端部２０ａ（図３において上側の端部）から突出している。また、電極体２０の端部２０ａを巻回軸Ａの延びる方向から見たときの長手方向の中心線Ｂに対し、一対の直線部２０ｃ，２０ｄのうちの一方側（図３において手前側）の第１直線部２０ｃから、正極集電タブ２８と負極集電タブ２９が突出している。
蓋１２の一端側（図１において左側）に正極の外部端子５０Ａが配置され、他端側（図１において右側）に負極の外部端子５０Ｂが配置されている。外部端子５０Ａ，５０Ｂは蓋１２の外側面（上側面）１２ａに配置される板状部５１Ａ，５１Ｂを備える。板状部５１Ａ，５１Ｂにはバスバーのような接続部材が溶接されて外部回路に接続される。
図１及び図２に加えて図５を参照すると、正極の外部端子５０Ａは、蓋１２の外側面１２ａに配置される板状部５１Ａと、板状部５１Ａの下面から下方に突出する円筒状の軸部５２を備える。板状部５１Ａと軸部５２は一体成形されている。軸部５２は、蓋１２を貫通してケース本体１１の内部に突出している。
正極の外部端子５０Ａの軸部５２の下端には拡径部５２ａが設けられ、それによって正極の外部端子５０Ａが蓋１２に対して加締固定されている。具体的には、外部端子５０Ａの板状部５１Ａと拡径部５２ａとの間に、絶縁樹脂製の上側パッキン７０Ａ、蓋１２、絶縁樹脂性の下側パッキン８０Ａ、及び正極の集電体６０Ａ（後述する被加締部６２Ａ）が挟み込まれることで、正極の外部端子５０Ａと集電体６０Ａが蓋１２に固定されている。蓋１２の外側面１２ａと外部端子５０Ａとの間に上側パッキン７０Ａが介装され、蓋１２の内側面（下側面）１２ｂと集電体６０Ａとの間に、下側パッキン８０Ａが介装されている。本実施形態では、正極の外部端子５０Ａと集電体６０Ａは、アルミニウム又はアルミニウム合金製である。
図１及び図２に加えて図６を参照すると、負極の外部端子５０Ｂは、蓋１２の外側面１２ａに配置される板状部５１Ｂと、板状部５１Ｂとは別体のリベット５３を備える。板状部５１Ｂに形成された貫通孔にリベット５３の上端の顎部５３ａが圧入され、それによってリベット５３が板状部５１Ｂに固定されている。リベット５３は板状部５１Ｂの下面から下方に突出し、蓋１２を貫通してケース本体１１の内部に突出している。
負極の外部端子５０Ｂのリベット５３の下端には拡径部５３ｂが設けられ、それによって負極の外部端子５０Ｂが蓋１２に対して加締固定されている。具体的には、外部端子５０Ｂの板状部５１Ｂと拡径部５３ｂとの間に、絶縁樹脂製の上側パッキン７０Ｂ、蓋１２、絶縁樹脂製の上側パッキン７０Ｂ、及び負極の集電体６０Ｂが挟み込まれることで、負極の外部端子５０Ｂと集電体６０Ｂが蓋１２に固定されている。蓋１２の外側面１２ａと外部端子５０Ｂとの間に下側パッキン８０Ｂが介装され、蓋１２の内側面１２ｂと負極の集電体６０Ｂとの間に下側パッキン８０Ｂが介装されている。本実施形態では、負極の外部端子５０Ｂは板状部５１Ｂがアルミニウム又はアルミニウム合金製でリベット５３が銅又は銅合金製であり、負極の集電体６０Ｂは銅又は銅合金製である。
図７に最も明瞭に示すように、正極の集電体６０Ａは、被溶接部６１Ａと被加締部６２Ａを備える。被溶接部６１Ａは電極体２０の正極集電タブ２８に溶接されて、電気的かつ機械的に接続されている。被加締部６２Ａは、前述のように、正極の外部端子５０Ａの軸部５２に形成された拡径部５２ａによって蓋１２に対して加締固定されている。同様に、負極の集電体６０Ｂは、被溶接部６１Ｂと被加締部６２Ｂを備える。被溶接部６１Ｂは電極体２０の負極集電タブ２９に溶接されて、電気的かつ機械的に接続されている。被加締部６２Ｂは、前述のように、負極の外部端子５０Ｂのリベット５３に形成された拡径部５３ｂによって、蓋１２に対して加締固定されている。
図８及び図９に最も明瞭に示すように、電極体２０と蓋１２の内側面１２ｂとの間には、上部スペーサ９０が介在している。
（集電タブの詳細）
図１０に最も明瞭に示すように、集電タブ２８，２９は、巻回により電極シート２１，２２が積層された一対の直線部２０ｃ，２０ｄのうち、基部側が一方側の直線部（第１部分）２０ｃに位置し、他方側の直線部（第２部分）２０ｄに向けて折り曲げられて、先端側が直線部２０ｄ側で電極シート２１，２２の積層方向に配置された集電体６０Ａ，６０Ｂと電気的に接続されている。
図１０に加えて図１１Ａ，Ｂを参照すると、集電タブ２８，２９は、溶接により各突部２４ｂ，２６ｂが互いに接合された先端側の接合部２８ａ，２９ａと、互いに接合されていない基部側の非接合部２８ｂ，２９ｂとを備える。接合部２８ａ，２９ａは、折り曲げにより各突部２４ｂ，２６ｂが一体的に湾曲される。非接合部２８ｂ，２９ｂは、折り曲げにより各突部２４ｂ，２６ｂが異なる曲率で自由に湾曲できる。
集電タブ２８，２９の全長Ｌは、電極体２０と蓋１２との間で２回折り曲げることが可能な寸法に設定されている。第１折曲部２８ｃ，２９ｃは、積層された電極シート２１，２２側に位置し、第１直線部２０ｃ側から第２直線部２０ｄ側へ向けて屈曲している。第２折曲部２８ｄ，２９ｄは、第１折曲部２８ｃ，２９ｃより集電体６０Ａ，６０Ｂ側に位置し、第２直線部２０ｄ側から第１直線部２０ｃ側へ向けて屈曲している。第２折曲部２８ｄ，２９ｄは、集電体６０Ａ，６０Ｂの接続部である第２被溶接部６１Ａ，６１Ｂ付近に位置する。これら折曲部２８ｃ，２９ｃ，２８ｄ，２９ｄは、集電タブ２８，２９の基部側から第１及び第２としているが、これは折り曲げる順番を意図するものではない。
また、集電タブ２８，２９の全長Ｌは、第１及び第２折曲部２８ｃ，２９ｃ，２８ｄ，２９ｄに所定の柔軟性（遊び）を持たせることが可能な寸法に設定される。詳しくは、第１折曲部２８ｃ，２９ｃから、第２被溶接部６１Ａ，６１Ｂにおける集電タブ２８，２９の基部側端部までの寸法（距離）Ｌ１より、第１折曲部２８ｃ，２９ｃから第２折曲部２８ｄ，２９ｄまでの寸法Ｌ２は長い。Ｌ１，Ｌ２の寸法差Ｌ３は、第２折曲部２８ｄ，２９ｄが上部スペーサ９０の連結部９５Ａ，９５Ｂに干渉しない長さに設定される。
集電タブ２８，２９の非接合部２８ｂ，２９ｂは、積層方向中央に位置する第１突部２４ｂ’，２６ｂ’を基準とし、外側に位置する突部２４ｂ，２６ｂの全長が徐々に長くなるように設定される。詳しくは、集電タブ２８，２９は、第１直線部２０ｃの電極シート２１，２２の積層方向の中心に位置する第１突部２４ｂ’，２６ｂ’を基準として線対称な形状に形成されている。図１１Ａに最も明瞭に示すように、第１突部２４ｂ’，２６ｂ’は、連続する電極シート２１，２２に対して面一に延びるように配置され、端部２０ａからの突出寸法が全長Ｌに設定される。他の突部２４ｂ，２６ｂは、電極シート２１，２２から第１突部２４ｂ’，２６ｂ’の先端に向けて傾斜して配置され、互いの先端が一致する寸法に設定される。そして、図１１Ｂに示すように、全突部２４ｂ，２６ｂの先端側を溶接することにより接合部２８ａ，２９ａが形成される。これにより、第１折曲部２８ｃ，２９ｃを形成する非接合部２８ｂ，２９ｂの各突部２４ｂ，２６ｂに対して、個別に異なる最適な遊びを持たせる。なお、突部２４ｂ，２６ｂの数は、奇数に限らず、偶数であってもよい。偶数の場合、積層方向中央に位置する一対の第１突部２４ｂ’，２６ｂ’を基準として線対称な形状に形成される。
（集電体の詳細）
図１０に加えて図７及び図１２を参照すると、集電体６０Ａ，６０Ｂは、集電タブ２８，２９を蓋１２の外部端子５０Ａ，５０Ｂに電気的に接続させる。集電体６０Ａ，６０Ｂは、被接合部である被溶接部６１Ａ，６１Ｂ及び接続部である被加締部６２Ａ，６２Ｂに加え、集電タブ２８，２９の第１折曲部２８ｃ，２９ｃの干渉を回避する逃がし部６６Ａ，６６Ｂを更に備える。
図１２に最も明瞭に示すように、集電体６０Ａ，６０Ｂは、被溶接部６１Ａ，６１Ｂ及び被加締部６２Ａ，６２Ｂの一端側の縁６３Ａ，６３Ｂが直線上に位置する。被溶接部６１Ａ，６１Ｂ及び被加締部６２Ａ，６２Ｂは、それぞれ平面視四角形状である。被溶接部６１Ａ，６１Ｂの集電タブ２８，２９が突出する方向の幅Ｈ１は、被加締部６２Ａ，６２Ｂの幅Ｈ２より狭い。被加締部６２Ａ，６２Ｂと被溶接部６１Ａ，６１Ｂとは、集電タブ２８，２９が突出する方向と交差する方向（図３の中心線Ｂの外側）に隣接する。
図７に最も明瞭に示すように、被溶接部６１Ａ，６１Ｂと被加締部６２Ａ，６２Ｂとの間には、被加締部６２Ａ，６２Ｂを上部スペーサ９０の上側に配置するための段部６４Ａ，６４Ｂが設けられている。被溶接部６１Ａ，６１Ｂには、段部６４Ａ，６４Ｂが突出する方向と逆側である下面６１ａ側に、集電タブ２８，２９が溶接されている。被加締部６２Ａ，６２Ｂには、外部端子５０Ａ，５０Ｂの軸部５２及びリベット５３を貫通させる貫通孔６５Ａ，６５Ｂが設けられている。
図１２に最も明瞭に示すように、被溶接部６１Ａ，６１Ｂ及び被加締部６２Ａ，６２Ｂの幅Ｈ１，Ｈ２の違いにより、被溶接部６１Ａ，６１Ｂの集電タブ２８，２９が突出する方向に隣接して形成される空間が逃がし部６６Ａ，６６Ｂである。被加締部６２Ａ，６２Ｂの幅Ｈ２は、電極体２０の直線部２０ｃ，２０ｄの積層方向の幅より広い。被加締部６２Ａ，６２Ｂは、電極体２０の端部２０ａに、第１及び第２直線部２０ｃ，２０ｄに跨がって位置する。逃がし部６６Ａ，６６Ｂは、被溶接部６１Ａ，６１Ｂの第１直線部２０ｃの上方に位置する部分に設けられている。即ち、逃がし部６６Ａ，６６Ｂは、被加締部６２Ａ，６２Ｂと同一幅の被溶接部６１Ａ，６１Ｂに対して、第１直線部２０ｃの上方に位置する部分（図１２において集電タブ２８，２９が突出する方向の先端（接合部２８ａ，２９ａ）側）に切り欠きを設けることにより形成される。
（上部スペーサの詳細）
図１０に加えて図９及び図１３Ａ，Ｂを参照すると、上部スペーサ９０は、全体として蓋１２と同様の細長い矩形状であり、中央部９１と、中央部から延びる一対の集電体収容部９２Ａ，９２Ｂを備える。集電体収容部９２Ａ，９２Ｂは、一端が中央部９１に連結され、他端が電極体２０の湾曲部２０ｅ，２０ｅ上に位置する被加締部配置部９７Ａ，９７Ｂに連結されている。中央部９１には、蓋１２に設けられた安全弁と対向する開口９１ａが設けられている。
集電体収容部９２Ａ，９２Ｂは、側壁部９３Ａ，９３Ｂと、側壁部９３Ａ，９３Ｂの上端から延びる上壁部９４Ａ，９４Ｂと、側壁部９３Ａ，９３Ｂの下端から上壁部９４Ａ，９４Ｂと概ね平行に延びる下壁部９５Ａ，９５Ｂとを備える。上壁部９４Ａ，９４Ｂと下壁部９５Ａ，９５Ｂの先端９４ａ，９５ａ間には、集電体６０Ａ，６０Ｂの被溶接部６１Ａ，６１Ｂと、第２折曲部２８ｄ，２９ｄを含む集電タブ２８，２９の先端側が差し込まれる横長の開口部９８Ａ，９８Ｂが形成されている。
側壁部９３Ａ，９３Ｂは、電極体２０の第２直線部２０ｄ側に位置する。上壁部９４Ａ，９４Ｂは、集電体６０Ａ，６０Ｂの被溶接部６１Ａ，６１Ｂと蓋１２の内側面１２ｂの間を、第２直線部２０ｄ側から第１直線部２０ｃ側へ延びる。上壁部９４Ａ，９４Ｂの先端９４ａは、集電体６０Ａ，６０Ｂの被溶接部６１Ａ，６１Ｂを覆うように逃がし部６６Ａ，６６Ｂ近傍に位置する。下壁部９５Ａ，９５Ｂは、電極体２０の端部２０ａと集電タブ２８，２９の間を、第２直線部２０ｄ側から第１直線部２０ｃ側へ延びる。下壁部９５Ａ，９５Ｂの先端９５ａは、電極体２０の第１直線部２０ｃ上において、第２直線部２０ｄ側端部に位置する第２突部２４ｂ”，２６ｂ”と中央の第１突部２４ｂ’，２６ｂ’の間に位置する。即ち、第１直線部２０ｃの上部には、下壁部９５Ａ，９５Ｂが無く、開口部９８Ａ，９８Ｂに向けて集電タブ２８，２９を配置可能な空間が形成されている。
図８及び図１３Ａを参照すると、上壁部９４Ａ，９４Ｂの被加締部配置部９７Ａ，９７Ｂ側端部には、挿通溝９６Ａ，９６Ｂが設けられている。集電体収容部９２Ａ，９２Ｂ内に集電体６０Ａ，６０Ｂの被溶接部６１Ａ，６１Ｂが配置されると、挿通溝９６Ａ，９６Ｂ内に集電体６０Ａ，６０Ｂの段部６４Ａ，６４Ｂが位置する。これにより、被加締部配置部９７Ａ，９７Ｂ上に集電体６０Ａ，６０Ｂの被加締部６２Ａ，６２Ｂが位置する。
図１３Ａ，Ｂに最も明瞭に示すように、被加締部配置部９７Ａ，９７Ｂは、底壁部９７ａと、底壁部９７ａ上に形成された内側周壁部９７ｂとを備える。内側周壁部９７ｂの内部には、外部端子５０Ａ，５０Ｂの拡径部５２ａ，５３ｂが位置する。底壁部９７ａ上には、内側周壁部９７ｂを取り囲むように、集電体６０Ａ，６０Ｂの被加締部６２Ａ，６２Ｂを配置する外側周壁部９７ｃが更に設けられている。
次に、電池１の組立工程について説明する。
図７及び図１２に示すように、集電タブ２８，２９を突出させた第１直線部２０ｃ側が下方に位置するように、電極体２０を横向きに配置する。ついで、被加締部６２Ａ，６２Ｂを被溶接部６１Ａ，６１Ｂより上側に位置させ、被溶接部６１Ａ，６１Ｂの縁６３Ａ，６３Ｂ側に電極体２０が位置するように集電体６０Ａ，６０Ｂを配置する。そして、集電タブ２８，２９の先端上面に集電体６０Ａ，６０Ｂの被溶接部６１Ａ，６１Ｂを配置し、集電タブ２８，２９を被溶接部６１Ａ，６１Ｂの下面６１ａ側に超音波溶接により接続する。
ついで、図１４Ａに示すように、集電タブ２８，２９を突出させた第１直線部２０ｃが上方に位置するように電極体２０を配置する。ついで、蓋１２の外側面１２ａに上側パッキン７０Ａ，７０Ｂ及び外部端子５０Ａ，５０Ｂを取り付け、内側面１２ｂが上方に位置するように配置する。ついで、蓋１２の内側面１２ｂ側に下側パッキン８０Ａ，８０Ｂ及び集電体６０Ａ，６０Ｂの被加締部６２Ａ，６２Ｂを配置する。そして、外部端子５０Ａ，５０Ｂの軸部５２及びリベット５３を加締め、外部端子５０Ａ，５０Ｂと集電体６０Ａ，６０Ｂとを電気的に接続する。これにより、集電タブ２８，２９及び集電体６０Ａ，６０Ｂを介して、電極体２０と外部端子５０Ａ，５０Ｂとが電気的に接続される。
電極体２０に蓋１２を組み付けると、ついで、図１１Ｂ及び図１４Ａに示すように、集電体６０Ａ，６０Ｂの被溶接部６１Ａ，６１Ｂ近傍の折曲位置Ｃ１を中心として、集電タブ２８，２９を１８０度折り曲げる。集電タブ２８，２９の折曲方向は、組立状態で蓋１２が上側に位置するように、第２直線部２０ｄに対して逆向きとする。ついで、図１１Ｂ及び図１４Ｂに矢印で示すように、集電タブ２８，２９を基部側の折曲位置Ｃ２を中心として集電タブ２８，２９を９０度折り曲げる。集電タブ２８，２９の折曲方向は、組立状態で蓋１２が上側に位置するように、第２直線部２０ｄ側とする。
これにより、図９に示すように、電極体２０の端部２０ａと平行に蓋１２が配置される。この状態では、集電タブ２８，２９の第１折曲部２８ｃ，２９ｃは、第１直線部２０ｃ上に位置し、膨出した上側頂部が逃がし部６６Ａ，６６Ｂを通して集電体６０Ａ，６０Ｂの下面６１ａよりも上側に位置する。即ち、第１折曲部２８ｃ，２９ｃの頂部は、電極体２０と対向する集電体６０Ａ，６０Ｂの下面（対向面）６１ａと、外装体１０の蓋１２との間に位置している。集電タブ２８，２９の第２折曲部２８ｄ，２９ｄは、第２直線部２０ｄ上に位置し、集電タブ２８，２９を接合した被溶接部６１Ａ，６１Ｂも第２直線部２０ｄ上に位置する。
ついで、上部スペーサ９０を電極体２０の第２直線部２０ｄ側の横に配置し、電極体２０と蓋１２との間に横から差し込む。詳しくは、集電体収容部９２Ａ，９２Ｂの各先端９４ａ，９５ａが電極体２０と対向するように配置する。ついで、図８及び図１０に示すように、上壁部９４Ａ，９４Ｂを被溶接部６１Ａ，６１Ｂと蓋１２の内側面１２ｂの間に挿入し、下壁部９５Ａ，９５Ｂを集電タブ２８，２９と電極体２０の端部２０ａの間に挿入する。これにより、集電体６０Ａ，６０Ｂの被溶接部６１Ａ，６１Ｂと第２折曲部２８ｄ，２９ｄを含む接合部分が集電体収容部９２Ａ，９２Ｂ内に配置される。
ついで、図１及び図１０に示すように、電極体２０及び上部スペーサ９０の外周部を絶縁シート３０で被覆した後、ケース本体１１の内部に電極体２０を絶縁シート３０と一緒に収容させる。最後に、蓋１２をケース本体１１側に押圧し、蓋１２をケース本体１１の開口１１ａに溶接することにより密封する。
このように組み立てた電池１の電極体２０の端部２０ａ側では、集電タブ２８，２９の基部（非接合部２８ｂ，２９ｂ）側が電極体２０第１直線部２０ｃ側に位置し、集電タブ２８，２９の先端（接合部２８ａ，２９ａ）側が第２直線部２０ｄ側に位置する。これにより、集電タブ２８，２９の第１折曲部２８ｃ，２９ｃが第１直線部２０ｃ側に位置し、集電タブ２８，２９と接合した集電体６０Ａ，６０Ｂの被溶接部６１Ａ，６１Ｂが第２直線部２０ｄ側に位置する。即ち、遊びを持たせることによって膨出する第１折曲部２８ｃ，２９ｃを配置する部分と、嵩張る接合部２８ａ，２９ａを配置する部分とが、電極体２０の端部２０ａで、横方向に隣接配置されている。よって、電極体２０の端部２０ａでの低背化を図ることができ、電極体２０と蓋１２との間の距離を小さくすることができる。そのため、同一高さの電池１を製造する場合、電極体２０を大きくすることができるため、高容量化を図ることができる。
また、集電タブ２８，２９は、電極体２０の端部２０ａで２回折り返すことが可能な全長Ｌで形成されているため、集電タブ２８，２９に接続された集電体６０Ａ，６０Ｂと外部端子５０Ａ，５０Ｂとを接続する際の作業性を向上できる。詳しくは、外部端子５０Ａ，５０Ｂの軸部５２及びリベット５３を加締める際に、加締め用の装置が電極体２０に接触しないように簡単に配置できる。しかも、集電タブ２８，２９は、第２折曲部２８ｄ，２９ｄが集電体６０Ａ，６０Ｂの被溶接部６１Ａ，６１Ｂ付近に配置される全長Ｌであるため、集電体６０Ａ，６０Ｂ及び外部端子５０Ａ，５０Ｂの組立性を向上したうえで、可能な限り短く設定されている。よって、通電時の抵抗を可能な限り小さくすることができる。
また、集電タブ２８，２９の第１折曲部２８ｃ，２９ｃから集電体６０Ａ，６０Ｂの被溶接部６１Ａ，６１Ｂまでの寸法Ｌ１より、第１折曲部２８ｃ，２９ｃから第２折曲部２８ｄ，２９ｄまでの寸法Ｌ２を長くしているため、集電タブ２８，２９自体、第１折曲部２８ｃ，２９ｃ及び第２折曲部２８ｄ，２９ｄに柔軟性を持たせることができる。よって、組立時及び車載後の走行時等に、集電タブ２８，２９に加わる振動や衝撃を軽減できる。そのため、集電タブ２８，２９に延びや破断が生じることを防止できる。
しかも、集電タブ２８，２９の第１折曲部２８ｃ，２９ｃでは、積層方向中央の第１突部２４ｂ’，２６ｂ’を基準とし、外側に位置する突部２４ｂ，２６ｂの全長を徐々に長くしている。しかも、第１折曲部２８ｃ，２９ｃは、集電タブ２８，２９の非接合部２８ｂ，２９ｂを折り曲げたものである。そのため、各突部２４ｂ，２６ｂに対して個別に異なる最適な遊びを設定できる。よって、各突部２４ｂ，２６ｂの延びや破断を確実に防止できる。
（第２実施形態）
図１５は第２実施形態の電池１を示す。この第２実施形態では、第２折曲部２８ｄ，２９ｄを集電体６０Ａ，６０Ｂの被溶接部６１Ａ，６１Ｂの下部で折り曲げるようにした点で、第１実施形態と相違する。この第２実施形態では、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえ、集電タブ２８，２９の全長を可能な限り短くできるため、通電時の抵抗を小さくすることができる。また、集電体６０Ａ，６０Ｂに接続した集電タブ２８，２９が外装体１０に接触することが無いため、図示のように、外装体１０内に上部スペーサ９０を配置しなくてもよい。又は、集電体収容部９２Ａ，９２Ｂの側壁部９３Ａ，９３Ｂを設けていない上部スペーサ９０を用いてもよい。よって、部品点数を削減又は上部スペーサ９０の構造を簡素化できるため、コストダウンを図ることができる。
（第３実施形態）
図１６は第３実施形態の電池１を示す。この第３実施形態では、集電タブ２８，２９を集電体６０Ａ，６０Ｂの被溶接部６１Ａ，６１Ｂの上面６１ｂ側に接合し、被溶接部６１Ａ，６１Ｂの縁６３Ａ，６３Ｂを第２折曲部２８ｄ，２９ｄの折り曲げに利用した点で、第１実施形態と相違する。
図１７に示すように、集電タブ２８，２９に集電体６０Ａ，６０Ｂを組み付ける際には、第１実施形態と同様に、第１直線部２０ｃ側が下方に位置するように電極体２０を横向きに配置し、被加締部６２Ａ，６２Ｂが被溶接部６１Ａ，６１Ｂより上側に位置するように集電体６０Ａ，６０Ｂを配置する。また、被溶接部６１Ａ，６１Ｂの縁６３Ａ，６３Ｂ側に電極体２０を配置し、集電タブ２８，２９を集電体６０Ａ，６０Ｂの被溶接部６１Ａ，６１Ｂの上面６１ｂ側に配置する。そして、集電タブ２８，２９を被溶接部６１Ａ，６１Ｂの上面６１ｂ側に超音波溶接により接続する。
ついで、第１実施形態と同様に、集電タブ２８，２９に接続した集電体６０Ａ，６０Ｂを、上側パッキン７０Ａ，７０Ｂ、外部端子５０Ａ，５０Ｂ及び下側パッキン８０Ａ，８０Ｂを配置した蓋１２の内側面１２ｂに配置し、加締めにより集電体６０Ａ，６０Ｂと外部端子５０Ａ，５０Ｂとを接続する。
ついで、集電タブ２８，２９を折り曲げて蓋１２を電極体２０の端部２０ａに配置する際には、まず、集電体６０Ａ，６０Ｂの縁６３Ａ，６３Ｂに巻き付けるようにして集電タブ２８，２９を折り曲げ、第２折曲部２８ｄ，２９ｄを形成する。ついで、基部側で集電タブ２８，２９を９０度折り曲げて、電極体２０の端部２０ａに蓋１２を配置する。
その後、第１実施形態と同様に、電極体２０と蓋１２との間に上部スペーサ９０を配置した後、外周部に絶縁シート３０を配置する。ついで、ケース本体１１の内部に電極体２０を配置し、ケース本体１１の開口１１ａを蓋１２で密封する。
このようにした第３実施形態では、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。しかも、集電体６０Ａ，６０Ｂに巻き付けるようにして第２折曲部２８ｄ，２９ｄを形成できるため、作業性を向上できる。また、第２実施形態と同様に、集電タブ２８，２９の全長を可能な限り短くできる。また、集電タブ２８，２９が外装体１０に接触することが無いため、外装体１０内に上部スペーサ９０を配置しない構成、又は集電体収容部９２Ａ，９２Ｂの側壁部９３Ａ，９３Ｂを設けない構成としてもよい。
なお、本発明の電池１は、前記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。
例えば、集電タブ２８，２９は、電極体２０と蓋１２の間で２回折り曲げたが、図１８に示すように、１回（第１折曲部２８ｃ，２９ｃ）だけ折り曲げるようにしてもよい。また、３回以上折り曲げるようにしてもよい。即ち、集電体６０Ａ，６０Ｂにおいて、集電タブ２８，２９を突出した第１直線部２０ｃ側に第１折曲部２８ｃ，２９ｃを配置し、集電タブ２８，２９を突出していない第２直線部２０ｄ側に集電体６０Ａ，６０Ｂの被溶接部６１Ａ，６１Ｂを配置する構成とすれば、集電タブ２８，２９の折曲回数は希望に応じて変更可能である。
また、集電タブ２８，２９は、外側に位置する突部２４ｂ，２６ｂの全長が徐々に長くなるように設定したが、全ての突部２４ｂ，２６ｂの全長が同一になるように設定してもよい。また、突部２４ｂ，２６ｂを溶接して接合部２８ａ，２９ａと非接合部２８ｂ，２９ｂとを形成したが、接合部２８ａ，２９ａを予め形成しないようにしてもよい。
また、電極体２０は、集電タブ２８，２９が開口１１ａ側に位置するようにケース本体１１内に収容させたが、集電タブ２８，２９が一方の短側壁部１１ｄ側に位置するようにケース本体１１内に収容させてもよい。この場合、外部端子５０Ａ，５０Ｂをケース本体１１に配置してもよい。
また、本発明は、巻回軸Ａを中心とし、帯状とした正極電極シート２１、負極電極シート２２及びセパレータ２３を巻回した巻回型の電極体２０に限定されず、長方形状とした正極電極シート、負極電極シート及びセパレータをそれぞれ一方向に積層した積層型の電極体にも適用できる。
また、本発明は、リチウムイオン電池を含む非電解質二次電池のような二次電池に限定されず、一次電池、キャパシタを含む種々の蓄電素子に適用できる。
１ 電池（蓄電素子）
１０ 外装体（ケース）
１１ ケース本体
１１ａ 開口
１１ｂ 底壁部
１１ｃ 長側壁部
１１ｄ 短側壁部
１２ 蓋
１２ａ 外側面
１２ｂ 内側面
２０ 電極体
２０ａ 端部
２０ｂ 端部
２０ｃ 第１直線部
２０ｄ 第２直線部
２０ｅ 湾曲部
２１ 正極電極シート
２２ 負極電極シート
２３ セパレータ
２４ 正極金属箔
２４ａ 未塗工部
２４ｂ 突部
２４ｂ’ 第１突部
２４ｂ” 第２突部
２５ 正極活物質層
２６ 負極金属箔
２６ａ 未塗工部
２６ｂ 突部
２６ｂ’ 第１突部
２６ｂ” 第２突部
２７ 負極活物質層
２８ 正極の集電タブ
２８ａ 接合部
２８ｂ 非接合部
２８ｃ 第１折曲部
２８ｄ 第２折曲部
２９ 負極の集電タブ
２９ａ 接合部
２９ｂ 非接合部
２９ｃ 第１折曲部
２９ｄ 第２折曲部
３０ 絶縁シート
４０ 底部スペーサ
５０Ａ，５０Ｂ 外部端子
５１Ａ，５１Ｂ 板状部
５２ 軸部
５２ａ 拡径部
５３ リベット
５３ａ 顎部
５３ｂ 拡径部
６０Ａ，６０Ｂ 集電体
６１Ａ，６１Ｂ 被溶接部（被接合部）
６１ａ 下面
６１ｂ 上面
６２Ａ，６２Ｂ 被加締部
６３Ａ，６３Ｂ 縁
６４Ａ，６４Ｂ 段部
６５Ａ，６５Ｂ 貫通孔
６６Ａ，６６Ｂ 逃がし部
７０Ａ，７０Ｂ 上側パッキン
８０Ａ，８０Ｂ 下側パッキン
９０ 上部スペーサ
９１ 中央部
９１ａ 開口
９２Ａ，９２Ｂ 集電体収容部
９３Ａ，９３Ｂ 側壁部
９４Ａ，９４Ｂ 上壁部
９４ａ 先端
９５Ａ，９５Ｂ 下壁部
９５ａ 先端
９６Ａ，９６Ｂ 挿通溝
９７Ａ，９７Ｂ 被加締部配置部
９７ａ 底壁部
９７ｂ 内側周壁部
９７ｃ 外側周壁部
９８Ａ，９８Ｂ 開口部
Ａ 巻回軸
Ｂ 中心線
Ｃ１，Ｃ２ 折曲位置

Claims (8)

  1. セパレータを介在させて交互に所定方向に積層した正極電極シート及び負極電極シートと、前記各電極シートの一部から突出した複数の突部からなる正極集電タブ及び負極集電タブとを有し、ケース内に収容された電極体と、
    前記ケースに配置された正極外部端子及び負極外部端子と、
    前記電極体と前記ケースとの間に配置され、前記各外部端子に電気的に接続されているとともに、前記所定方向に延設されて配置された前記各集電タブにそれぞれ電気的に接続された正極集電体及び負極集電体と、を備え、
    前記電極体は、前記所定方向の一方側に配置され、前記正極集電タブ及び前記負極集電タブが接続された部分である第１部分と、前記所定方向の他方側に配置され、前記正極集電タブ及び前記負極集電タブが接続されていない部分である第２部分と、を有し、
    前記正極集電体及び前記負極集電体は、前記所定方向に延びる板状の部位が、前記電極体の前記第２部分側で、前記正極集電タブ及び前記負極集電タブにそれぞれ接続される
    蓄電素子。
  2. 前記電極体は、前記正極電極シートと前記負極電極シートとの間に前記セパレータが介在するように重ね合わせて巻回軸回りに巻回されており、前記巻回軸が延びる方向から見た端部が、互いに対向する一対の直線部と、これらの直線部を接続するように互いに対向する一対の湾曲部とを有する長円状であり、
    前記一対の直線部のうち、前記第１部分である一方側の第１直線部に、前記正極集電タブ及び前記負極集電タブが前記第１直線部が延びる方向に間隔をあけて配置され、前記第２部分である他方側の第２直線部側で前記各集電タブと前記各集電体とが接続されている、請求項１に記載の蓄電素子。
  3. 前記集電タブは、前記電極シート側に位置し前記第１部分側から前記第２部分側へ向けて折り曲げられた第１折曲部と、前記集電体側に位置し前記第２部分側から前記第１部分側へ向けて折り曲げられた第２折曲部とを含む２以上の折曲部を有する、請求項１又は請求項２に記載の蓄電素子。
  4. 前記集電タブの前記第２折曲部は、前記集電体と前記ケースとの間に配置されており、かつ、前記集電タブの前記第１折曲部から前記接続部までの寸法よりも前記集電タブの前記第１折曲部から前記第２折曲部までの寸法が長くされている、請求項３に記載の蓄電素子。
  5. 前記集電タブは、前記電極シートの積層方向の中心に位置する第１突部を基準とし、前記第１突部の先端に向けて他の突部を傾斜させて配置した状態で互いに接合されている、請求項４に記載の蓄電素子。
  6. 前記集電タブの前記第１折曲部は、前記集電体側に膨出している頂部が、前記電極体と対向する前記集電体の対向面と前記ケースとの間に位置している、請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の蓄電素子。
  7. 前記集電タブは、前記第１部分側から前記第２部分側へ向けて折り曲げられた第１折曲部を有し、
    前記第１折曲部は、前記集電体側に膨出している頂部が、前記電極体と対向する前記集電体の対向面と前記ケースとの間に位置している、請求項１又は請求項２に記載の蓄電素子。
  8. 前記集電体には、前記第１折曲部の前記頂部が配置される逃がし部が設けられている、請求項６又は請求項７に記載の蓄電素子。
JP2016563745A 2014-12-11 2015-12-11 蓄電素子 Active JP6665789B2 (ja)

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