WO2017159742A1

WO2017159742A1 - 蓄電デバイスおよびその製造方法

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Publication number: WO2017159742A1
Application number: PCT/JP2017/010475
Authority: WO
Inventors: 健二南坂; 哲也小尾
Original assignee: Ｊｍエナジー株式会社
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2017-03-15
Publication date: 2017-09-21
Also published as: CN108604505A; KR20180110086A; JPWO2017159742A1

Abstract

小さい溶接エネルギーで集電体とリードとの電気的接続が確実に達成され、集電体とリードとを電気的に接続する際に、セパレータが溶融することがなく、従って、正極と負極との短絡を防止することができる蓄電デバイスおよびその製造方法を提供する。　集電体上に活物質層が形成された正極および負極がセパレータを介して積層された電極体を備え、正極および負極の少なくとも一方の集電体は、活物質層が形成されていない無地部を有し、無地部とリードとを接合する接合部が形成され、正極および負極の少なくとも一方に接続されたリードは、接合部が形成された位置に凹部を有し、リードの厚み方向から平面視したとき、凹部の開口縁に、一方向の第１の幅（ｗ１）および他方向の第２の幅（ｗ２）を有する矩形が外接し、接合部の周縁には一方向の第５の幅（ｗ５）および他方向の第６の幅（ｗ６）を有する矩形が外接し、ｗ５≦ｗ１の関係を満たす。

Description

蓄電デバイスおよびその製造方法

　本発明は、蓄電デバイスおよびその製造方法に関する。

　近年、蓄電デバイスの小型化が進んでおり、それに伴い蓄電デバイスを構成する各部品の小型化が必須となってきている。一方、製品性能については、既存製品と同等の性能を示すことが要求されており、小型で且つ、性能は従来通りの蓄電デバイスが要求されるようになりつつある。

　蓄電デバイスは、集電体上に電極活物質層を形成してなる正極および負極が、セパレータを介して積層されることによって構成された蓄電デバイス要素を有し、リードを介して各電極と外部端子とが電気的に接続されることによって構成されている。このような蓄電デバイスにおいては、各電極の集電体における電極活物質層が形成されていない無地部にリードを溶接することによって、各電極とリードとの電気的接続を達成することができる。

　例えば、特許文献１には、正極集電体における電極活物質層が形成されていない正極無地部および負極集電体における電極活物質層が形成されていない負極無地部の各々の外周部の１／２の範囲にわたってリードを結合させた二次電池が開示されている。このような構成によれば、集電体とリードとの接触面積が広いため、集電体とリードとの接触抵抗が低下することにより、電流集電効率が向上し、高出力の二次電池を得ることができるとされている。

　また、特許文献２には、集電体における無地部とリードとが、当該リードに形成された凸部を介して抵抗溶接された蓄電デバイスが開示されている。このような構成によれば、溶接電極によって抵抗溶接する際に、所望の電気的導通が確保されるため、溶接電流の安定化が図られ、その結果、溶接部や溶接部周辺におけるスパークの発生や、溶接強度のバラつき、異常発熱による集電体やリードの変色等の溶接不良を抑制することができるとされている。

　しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載の技術では、各リードの厚みが全て同じであるため、溶接の際の溶接エネルギーが低い場合には、集電体とリードが確実に溶接されず、リードと各電極との電気的接続を確実に達成することかできない、という問題がある。一方、溶接の際の溶接エネルギーが高い場合には、溶接光の反射光によって蓄熱し、この熱が集電体を介してセパレータに伝熱する結果、セパレータが溶融して（図１４参照。）正極と負極とが短絡する、という問題がある。

　そこで、特許文献３には、リードにスリットを形成し、スリットの長さ方向の中心線に沿って高エネルギー線を照射することによって、低い溶接エネルギーで低減した密閉電池が開示されている。
　具体的に説明すると、図１３（１）に示すように、集電体における無地部９４上にリード９５におけるスリット９６が形成された部分を重ね合わせ、この状態でレーザー溶接することにより、図１３（２）に示すように、リード９５のスリット９６の周縁部に沿って接合部９７が形成される。図１３において、９０は電極体、９１はセパレータ、９２は負極、９３は正極である。
　しかしながら、上記の密閉電池においては、接合部９７は、リード９５のスリット９６の周縁部を溶かしながら形成されるため、接合部９７を構成する金属量が少なく、無地部９４とリード９５との電気的接続を確実に達成することが困難であり、高抵抗となる傾向にあった。

特開２００６－１２８３０号公報特開２０１０－１６０４３号公報特開２００８－８４７５５号公報

　そこで、本発明の目的は、小さい溶接エネルギーで電極体における集電体とリードとの電気的接続を確実に達成することができ、集電体とリードとを電気的に接続する際に、セパレータが溶融することがなく、従って、正極と負極との短絡を防止することができる蓄電デバイスおよびその製造方法を提供することにある。

　本発明に係る蓄電デバイスは、それぞれ集電体上に活物質層が形成された正極および負極がセパレータを介して積層された電極体を備え、前記正極および前記負極の少なくとも一方の集電体は、前記活物質層が形成されていない無地部を有し、前記無地部とリードとを接合する接合部が形成された蓄電デバイスであって、
　前記正極および前記負極の少なくとも一方に接続された前記リードは、前記接合部が形成された位置に凹部を有し、
　前記リードの厚み方向から平面視したとき、
　前記凹部の開口縁には、一方向の第１の幅（ｗ１）および前記一方向に垂直な他方向の第２の幅（ｗ２）を有する矩形（以下、「凹部開口縁の外接矩形」ともいう。）が外接しており、
　前記接合部の周縁には、前記一方向の第５の幅（ｗ５）および前記他方向の第６の幅（ｗ６）を有する矩形（以下、「接合部周縁の外接矩形」ともいう。）が外接しており、
　前記第１の幅（ｗ１）および前記第５の幅（ｗ５）が、ｗ５≦ｗ１の関係を満たすこと特徴とする。
　なお、本明細書において「リード」とは、正負の各電極と正負の各外部端子とを、直接的又は間接的に、電気的に接続する部位又は部品を意味する。

　本発明の蓄電デバイスにおいては、前記無地部を構成する金属と前記リードを構成する金属とが前記接合部において混合していることが好ましい。
　また、前記接合部は、前記リードの前記凹部における壁面から底面にわたって形成されていることが好ましい。
　また、前記第１の幅（ｗ１）および前記第５の幅（ｗ５）が、ｗ１＞ｗ５の関係を満たすことが好ましい。
　また、前記リードの厚み方向から平面視したとき、前記接合部の周縁は、前記凹部の開口縁に外接する矩形に囲まれていることが好ましい。
　また、前記リードの厚み方向から平面視したとき、前記接合部は、前記リードの前記凹部の開口縁に外接する矩形内に複数存在することが好ましい。
　また、前記凹部を前記第１の幅（ｗ１）の方向に沿って前記リードの厚み方向に切断した断面において、前記凹部の壁面に沿って伸びる２つの仮想直線のなす角θが０～２．６２ｒａｄであることが好ましい。
　また、前記凹部の深さＤ（ｍｍ）および前記角θ（ｒａｄ）は、０．２５≦（θ＋１）／Ｄの関係を満たすことが好ましい。
　また、リチウムイオンキャパシタとして構成されていることが好ましい。

　本発明の蓄電デバイスの製造方法は、それぞれ集電体上に活物質層が形成された正極および負極がセパレータを介して積層された電極体を備え、前記集電体の少なくとも一方は、前記活物質層が形成されていない無地部を有し、前記無地部とリードとを接合する接合部が形成された蓄電デバイスの製造方法であって、
　凹部を有することにより肉薄部が形成されているリードを準備する工程と、
　前記凹部の肉薄部に、前記無地部を溶接によって接合することにより、前記接合部を形成する工程とを有することを特徴とする。

　本発明の蓄電デバイスの製造方法においては、前記溶接がレーザー溶接であることが好ましい。
　また、前記凹部を前記リードが伸びる方向と垂直な方向に沿って前記リードの厚み方向に切断した断面において、前記凹部の壁面に沿って伸びる２つの仮想直線のなす角θが０～２．６２ｒａｄであることが好ましい。

　本発明の蓄電デバイスによれば、小さい溶接エネルギーで電極体における集電体とリードとの電気的接続を確実に達成することができ、集電体とリードとを電気的に接続する際に、セパレータが溶融することがなく、従って、正極と負極との短絡を防止することができる。

本発明に係る蓄電デバイスの一例の構成を示す説明用斜視図である。図１に示す蓄電デバイスをＹ軸方向から見た正面図である。図１に示す蓄電デバイスをＸ軸方向に切断した断面を示す断面図である。図３において蓄電デバイスをＩＶ－ＩＶ線に沿って切断した断面を示す断面図である。図３において蓄電デバイスをＶ－Ｖ線に沿って切断した断面を示す断面図である。リードの凹部を拡大して示す説明用断面図である。凹部の形状を示す説明図である。凹部の底面の形状を示す説明図である。凹部の断面形状を示す説明図である。凹部の壁面から底面にわたって形成された接合部を拡大して示す説明用断面図である。接合部の平面形状を示す説明図である。正極無地部にリードが重ねられた状態を示す説明用断面図である。従来の蓄電デバイスにおける接合部を形成する工程を示す説明用断面図である。セパレータが溶融した状態を示す写真および模式図である。

　以下、本発明の蓄電デバイスの実施の形態について説明する。
　本発明の蓄電デバイスは、例えばリチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン二次電池、または電気二重層キャパシタとして構成することができる。
　以下、本発明の蓄電デバイスを、リチウムイオンキャパシタ（以下、「ＬＩＣ」ともいう。）として実施した場合について説明する。

図１は、本発明に係る蓄電デバイスの一例における構成を示す説明用斜視図である。図２は、図１に示す蓄電デバイスをＹ軸方向から見た正面図である。図３は、図１に示す蓄電デバイスをＸ軸方向に切断した断面を示す断面図である。図４は、図３において蓄電デバイスをＩＶ－ＩＶ線に沿って切断した断面を示す断面図である。図５は、図３において蓄電デバイスをＶ－Ｖ線に沿って切断した断面を示す断面図である。
　この蓄電デバイス１００は、金属製の外装体１０を有し、この外装体１０の内部には、電極体２０および電解液が収容されている。図面では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。図示の例の外装体１０は、一側面（図１では、Ｚ方向に垂直な上面）が開口した扁平な矩形の箱型のものである。但し、外装体１０の形状は、後述する電極体２０および電解液を収容することができれば、特に限定されない。外装体１０の材質は、例えばアルミニウム、ステンレス、鉄等である。

　外装体１０には、長尺な矩形の封口板３０が当該外装体１０の開口を気密に塞ぐよう設けられている。封口板３０は、例えば溶接によって外装体１０に接合されている。封口板３０の材質は、例えば、アルミニウム、ステンレス、鉄であればよいが、特に外装体１０と同じ材質であることが好ましい。
　封口板３０の表面には、中央部分に円形の開口５６を有する長尺な矩形の樹脂ホルダー５０が設けられている。また、封口板３０には、その中央部分に安全弁３４が設けられている。安全弁３４は、外装体１０の内部の圧力が所定値以上に上昇した場合に開弁し、これにより、外装体１０の内部のガスが外部に放出される。安全弁３４の開弁により、外装体１０の内部の圧力が上昇することが抑制される。

　樹脂ホルダー５０の一端部分の表面および他端部分の表面には、それぞれ矩形の２つの端子板４０ａ，４０ｂが互いに離間して配置されている。２つの端子板４０ａ，４０ｂのうち、一方の端子板４０ａは負極端子板であり、他方の端子板４０ｂは正極端子板である。一方の端子板４０ａの材質は、例えば、銅、ニッケルである。また、他方の端子板４０ｂの材質は、例えば、アルミニウムであり、封口板３０および外装体１０と同じ材質であることが好ましい。
　端子板４０ａ，４０ｂの各々には、その表面から突出するボルト８０が、端子板４０ａ，４０ｂに固定されて設けられている。この例においては、端子板４０ａ，４０ｂおよびボルト８０が外部端子を構成している。
　また、端子板４０ａ，４０ｂ、樹脂ホルダー５０および封口板３０には、それぞれを厚み方向に貫通する貫通孔４２が設けられ、この貫通孔には、絶縁板６０が設けられている。なお、密閉性を強化するために、ガスケット（図示せず）が貫通孔に設けられていてもよい。

　図５に示す電極体２０は、それぞれシート状の正極１３、負極１２、リチウム極（図示せず）、およびセパレータ１１が積層された積層シートを更に積層したものを捲回させた捲回型であるが、積層シートを積層した積層型であってもよい。
　負極１２は、負極集電体上に負極活物質層が形成されてなり、負極集電体は、負極活物質層が形成されていない負極無地部（図示省略）を有する。負極集電体の材質としては、例えば、銅、ステンレス、ニッケルなどの金属が挙げられる。
　正極１３は、正極集電体上に正極活物質層が形成されてなり、正極集電体は、正極活物質層が形成されていない正極無地部１４を有する。正極集電体の材質としては、例えば、アルミニウム、ステンレス、鉄などの金属が挙げられる。
　以下において、負極集電体および正極集電体を総称して「電極集電体」といい、負極無地部および正極無地部を総称して「電極無地部」という。）。なお、図５に示す電極体２０において、電極無地部は、電極集電体の短辺方向の片端部に長辺方向に沿って形成されている。

　電極集電体としては、多孔箔や無多孔箔が好適に用いられ、目的とする蓄電デバイス１００に応じて使い分けが可能である。
　リチウム極は、リチウム極集電体上にリチウム金属箔が圧着された構造を有する。リチウム極集電体と、負極１２を構成する負極集電体の負極無地部とを電気的に接続することによって、電解液に溶解してリチウムイオンが生成する。生成したリチウムイオンは、電解液を介して電気化学的に負極１２の負極活物質層にドープ（「インターカレート」を含む。）される。その結果、負極１２の電位を下げることができる。電極体２０は、蓄電デバイス１００の発電部分となる。なお、リチウム極と負極１２の負極無地部とを電気的に接続すること以外に、負極１２の負極活物質層とリチウム金属とを直接接触させて電気的に接続することによって、負極活物質層にリウチムイオンをドープすることも可能である。

　一方の端子板４０ａは、負極１２を構成する負極集電体の負極無地部と電気的に接続されている。図３に示す例では、端子板４０ａは、リード６４を介して電極体２０の負極１２に接続されている。

　他方の端子板４０ｂは、電極体２０の正極１３の正極無地部１４に電気的に接続されている。具体的には、端子板４０ｂは、内部端子（図示せず）およびリード６４を介して電極体２０の正極１３に接続させている。なお、端子板４０ｂと正極無地部１４との電気的接続は、封口板３０の上面（Ｚ軸方向）に配置された端子板４０ｂが封口板３０に電気的に接続され、封口板３０にリード６４を介して正極無地部１４が電気的に接続されることによって行うこともできる。従って、端子板４０ｂは外装体１０および封口板３０と電気的に接続された構造にしてもよい。

　図６にも拡大して示すように、リード６４は、電極無地部とリード６４とを接合する接合部６８が形成された位置に、凹部６５を有する。リード６４の厚みＴおよび凹部６５の深さＤは、０＜Ｄ＜Ｔの関係を満たす。
　リード６４の材質は、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス、ニッケル、鉄などの金属が挙げられる。

　リード６４の厚みＴは、０．５ｍｍ～６ｍｍが好ましく、１ｍｍ～４ｍｍがより好ましく、１．５ｍｍ～３ｍｍが特に好ましい。リード６４の厚みＴが０．５ｍｍ未満であると、リード６４の断面積が小さくなるため、高抵抗となる虞がある。一方、リード６４の厚みＴが６ｍｍを超えると、リード６４と電極無地部との電気的接続に要する溶接エネルギーが過大になるため、セパレータ１１が溶融して正極１３と負極１２とが短絡する虞れがある。
　リード６４の長さは、３０～１００ｍｍが好ましく、３５ｍｍ～９０ｍｍがより好ましく、４０ｍｍ～８０ｍｍが特に好ましい。尚、リード６４の長さは、例えばＬ字状に曲がっている場合には、曲がった部分（以下、「曲部」ともいう。）の長さも含む。
　この例のリード６４は曲部を有しており、リード６４の曲部は内部端子と電気的に接続される。このような曲部を有することにより、内部端子との接続が確実に達成されるうえ、リード６４と内部端子との接続面積が大きくなるため、接続抵抗を小さくすることができる。曲部の長さは、蓄電デバイス１００のサイズ、性能等を考慮し適宜設計することが可能である。
　リード６４の幅は、無地部の幅に応じて適宜に設定されるが、接続抵抗の点から、３～２０ｍｍが好ましく、５～１５ｍｍが特に好ましい

　リード６４の凹部６５の深さＤは、０．５ｍｍ～５ｍｍが好ましく、１～４ｍｍが特に好ましい。
　凹部６５の深さＤが０．５ｍｍ未満であると、リード６４と電極無地部との電気的接続に要する溶接エネルギーが過大となるため、リード６４から電極集電体に伝熱し、その結果、セパレータ１１が溶融して正極１３と負極１２とが短絡する虞がある。一方、凹部６５の深さＤが５ｍｍを超えると、溶接エネルギーによる熱が凹部６５内に籠って蓄熱するため、この熱がリード６４を介して電極集電体に伝熱し、その結果、セパレータ１１が溶融して正極１３と負極１２とが短絡する虞がある。

　凹部６５の形状は特に限定されず、図７の（ａ）～（ｊ）に示すように、種々の形状を採用することができる。具体的な凹部６５の形状としては、例えば、長方形、楕円形、ドット、波形、ジグザグ、ひし形、などが挙げられ、これらの形状の凹部６５がリード６４上に１つ以上有していればよい。好ましい形状としては、長方形（図７（ａ））、ドット（図７（ｅ）、図７（ｊ））が挙げられる。尚、図７（ｅ）および図７（ｊ）に示す例は、複数の凹部６５を有する例であるが、凹部６５の数は、形成すべき接合部の数や製造しやすさなどを考慮して適宜設定することが可能である。このような凹部６５は、リード６４の厚み方向（図においてＹ軸方向）から平面視したとき、凹部６５の開口縁に、一方向（図においてＸ軸方向）の第１の幅ｗ１および一方向に垂直な他方向（図においてＺ軸方向）の第２の幅ｗ２を有する矩形（凹部開口縁の外接矩形）６９が外接した状態で形成されている。凹部６５の数が一つで、凹部６５の開口縁の形状が矩形である場合には、凹部６５の開口縁が凹部開口縁の外接矩形６９と一致することとなる。なお、第１の幅ｗ１に係る一方向はリード６４が伸びる方向と垂直な方向、第２の幅ｗ２に係る他方向はリード６４が伸びる方向を、ぞれぞれ意味する。

　凹部６５の底面６７の形状は特に限定されないが、凹部６５内に収まるように形成される。凹部６５の具体的な底面６７の形状としては、例えば、図８の（ｋ）～（ｑ）に示すように、長方形、楕円形、ドット、波形、ジグザグ、ひし形などが挙げられる。底面６７は、上記の形状のものを凹部６５内に１つ以上有していればよい。特に好ましい形状としては、長方形（図８（ｋ））、楕円形（図８（ｌ））、ドット（図８（ｍ）、図８（ｑ））が挙げられる。このような凹部６５の底面６７は、リード６４の厚み方向（図においてＹ軸方向）から平面視したときに、底面６７の周縁に、一方向（図においてＸ方向）の第３の幅ｗ３および他方向の第４の幅ｗ４を有する矩形（以下、「凹部底面の外接矩形」ともいう。）７１が外接した状態で形成されていればよい。なお、第３の幅ｗ３に係る一方向および第４の幅ｗ４に係る他方向は、それぞれ第１の幅ｗ１に係る一方向および第２の幅ｗ２に係る他方向と同じである。リード６４における凹部開口縁の外接矩形６９の第１の幅ｗ１および凹部底面の外接矩形７１の第３の幅ｗ３は、ｗ３≦ｗ１の関係を満たすことが好ましく、ｗ３＜ｗ１の関係を満たすことがより好ましい。
　なお、図７には、それぞれ凹部６５の開口縁の形状および底面６７の形状の具体例を図示しているが、図８に示す底面６７の形状と、図７に示す凹部６５の開口縁の形状とをいかように組み合わせてもよい。

　凹部６５をリード６４の厚み方向に切断したときの断面形状は、図９の（ａ）および（ｄ）に示すように、凹部６５が位置する部分の裏面が平坦なものであってもよく、図９の（ｂ）および（ｃ）に示すように、凹部６５が位置する部分の裏面に突出部を有するものであってもよいが、リード６４と電極無地部との電気的接合性の観点から、平坦なものであることが好ましい。理由としては、凹部６５の底面６７を形成する部分（肉薄部）の厚みが小さいため、接合部６８を容易に合金化することができ、確実な電気的接続を達成することができるからである。更に、溶接エネルギーが小さくても接合しやすく、セパレータ１１の溶融を抑制することができるからである。
　図９において、左側の（ａ）～（ｄ）は接合部６８が形成される前の状態を示し、右側の（ｅ）～（ｈ）は接合部６８が形成された状態を示す。

　凹部６５をリード６４の厚み方向に切断した断面において、凹部６５の壁面６６に沿って伸びる２つの仮想直線のなす角θ（以下、単に「角θ」ともいう。）が０～２．６２ｒａｄであることが好ましく、より好ましくは０．３５～１．９２ｒａｄである。角θが過小である場合には、接合部６８を形成する際に、溶接エネルギーによる熱が凹部６５内に籠って蓄熱するため、この熱がリード６４を介して電極集電体に伝熱し、その結果、セパレータ１１が溶融して正極１３と負極１２とが短絡する虞がある。一方、角θが過大である場合には、リード６４と電極無地部との電気的接続に要する溶接エネルギーが過大になるため、セパレータ１１が溶融して正極１３と負極１２とが短絡する虞れがある。更に、安価に製造可能なプレス成型が難しくなり、高価な切削加工とする必要があり、大量生産が困難となる。
　上記２つの仮想直線の各々の傾きは、図９の（ａ）～（ｃ）に示すように互いに同一であってもよく、図９の（ｄ）に示すように、互いに異なっていてもよいが、互いに同一であることが好ましい。

　また、凹部６５の深さＤ（ｍｍ）および角θ（ｒａｄ）は、０．２５≦（θ＋１）／Ｄの関係を満たすことが好ましい。（θ＋１）／Ｄの値が０．２５未満である場合には、凹部６５の深さＤが相対的に過大となるため、リード６４と電極無地部との電気的接続に要する溶接エネルギーが過大になるため、セパレータ１１が溶融して正極１３と負極１２とが短絡する虞れがある。

　リード６４の凹部６５の底面６７と電極無地部とを電気的に接合する接合部６８は、図１０に示すように、凹部６５の壁面６６から底面６７にわたって形成されていてもよい。なお、このように接合部６８が凹部６５の壁面６６から底面６７にわたって形成されており、接合部６８の上面が曲面を形成している場合には、壁面６６が平面から曲面に変化する位置を底面の周縁位置とする。即ち、図１０においては、凹部の壁面に沿って伸びる２つの直線が各々直線から曲線に変化するポイント間の距離が、第３の幅ｗ３および第５の幅ｗ５に相当し、ｗ３＝ｗ５となる。このような構成によれば、リード６４と電極無地部との接合強度が大きくなり、低抵抗化を図ることができる。また、接合部６８は、図６に示すように、凹部６５の底面６７のみに形成されていてもよい。この場合には、リード６４における凹部底面の外接矩形７１の第３の幅ｗ３および接合部周縁の外接矩形７２の第５の幅ｗ５は、ｗ３≧ｗ５の関係を満たす。このような構成によれば、必要な溶接エネルギーが小さくなるため、省エネルギー化を図ることができると共に、セパレータ１１へ伝わる熱量が小さくなり、更にセパレータ１１が溶融することを抑制することができる。

　接合部６８は、リード６４を構成する金属と、電極無地部を構成する金属とが混合して構成されていることが好ましい。具体的には、正極１３に係る接合部６８においては、正極１３における正極集電体の正極無地部１４とリード６４とが溶接によって接合されて合金化することにより、接合部６８が構成されている。正極１３に係る接合部６８における合金化した成分は、アルミニウム由来の金属、ステンレス由来の金属、鉄由来の金属、ニッケル由来の金属を含む金属により合金化されていることが好ましい。一方、負極１２に係る接合部６８においては、負極１２における負極集電体の負極無地部とリード６４とが溶接によって接合されて合金化することにより、接合部６８が構成されている。負極１２に係る接合部６８における合金化した成分は、銅由来の金属、ニッケル由来の金属、ステンレス由来の金属、鉄由来の金属を含む金属により合金化されていることが好ましい。
　このように、接合部６８が合金化されたものであることにより、確実な電気的接続を図ることができると共に、異種金属同士における電位が生じなくなって腐食が生じにくく、低抵抗化を図ることができる。

　接合部６８の平面形状は特に限定されないが、凹部６５内に収まるように形成され、リード６４の厚み方向（図においてＹ軸方向）から平面視したとき、接合部６８の周縁が、凹部開口縁の外接矩形６９に囲まれている。具体的な接合部６８の平面形状としては、図１１の（ｒ）～（ｘ）に示すように、例えば長方形、楕円形、ドット、波形、ジグザグ形、ひし形などが挙げられ、これらの形状を有する接合部６８が凹部６５内に１つ以上形成されていればよい。好ましい形状としては、長方形（図１１（ｒ））、楕円形（図１１（ｓ））、ドット（図１１（ｔ）、図１１（ｘ））が挙げられる。尚、図１１（ｔ）および図１１（ｘ）に示す例は、複数の接合部６８を有する例であるが、接合部６８の数は、凹部６５の寸法および数や製造しやすさなどを考慮して適宜設定することが可能である。このような接合部６８は、リード６４の厚み方向（図においてＹ軸方向）から平面視したとき、接合部６８の周縁に、一方向（図においてＸ軸方向）の第５の幅ｗ５および他方向（図においてＺ軸方向）の第６の幅ｗ６を有する矩形（接合部周縁の外接矩形）７２が外接した状態で形成されている。接合部６８の数が一つで、形状が矩形である場合には、接合部６８の平面の輪郭が接合部周縁の外接矩形と一致することとなる。なお、第５の幅ｗ５に係る一方向および第６の幅ｗ６に係る他方向は、それぞれ第１の幅ｗ１に係る一方向および第２の幅ｗ２に係る他方向と同じである。
　また、図１１に示す接合部６８の形状は、図７および図８に示す凹部６５の底面６７の各形状といかように組み合わせてもよい。例えば、図７（ａ）に示す凹部６５および底面６７の形状と、図１１（ｔ）や図１１（ｘ）に示す接合部６８の形状とを組合せてよもく、図７（ｃ）に示す凹部６５および底面６７の形状と、図１１（ｗ）に示す接合部６８の形状を組合せてもよい。

　本明細書において、接合部６８の厚みｄは、リード６４における凹部６５の底面６７からリード６４と電極無地部との界面までの距離とする。尚、リード６４を構成する金属と電極無地部を構成する金属とは接合部６８において混合し一体化しているが、リード６４および電極無地部における接合部６８以外の部分は、リード６４および電極無地部本来の金属のまま存在しているため、接合部６８の厚みｄは接合部６８の表面（凹部６５の底面６７）から電極無地部との界面までの距離とする。
　接合部６８の厚みｄは、例えば０．２～１ｍｍである。

　本発明の蓄電デバイス１００においては、リード６４における凹部開口縁の外接矩形６９の第１の幅ｗ１および接合部周縁の外接矩形７２の第５の幅ｗ５が、ｗ５≦ｗ１の関係を満たすものであり、好ましくはｗ５＜ｗ１を満たすものである。即ち、ｗ１／ｗ５の値が１以上、好ましくは１を超えるという条件を満たすことにより、必要な溶接エネルギーが過大になり過ぎず、適切な溶接エネルギーで接合部６８を形成することができるため、セパレータ１１が溶融することを抑制することができ、電極無地部とリード６４との電気的接続を確実に達成することができる。

　本発明の蓄電デバイス１００は、例えば以下の（１）～（８）の工程を経由して製造することができる。

（１）凹部６５を有することにより肉薄部が形成されているリード６４を準備する。肉薄部の厚みは、０．２～２．５ｍｍであることが好ましい。
（２）封口板３０に形成された端子を導出する貫通孔４２の内側を被覆するようにガスケットを装着し、貫通孔４２に内部端子を装着すると共に、樹脂ホルダー５０を封口板３０の表面に形成する。
（３）端子板４０ａ，４０ｂとボルト８０とを電気的に接続する。
（４）端子板４０ａ，４０ｂと、内部端子の一端とを溶接する。
（５）内部端子の他端とリード６４の一端とを溶接する。
（６）図１２に示すように、電極体２０における正極１３の正極無地部１４に、リード６４における凹部６５による肉薄部を重ね、凹部６５による肉薄部に、電極体２０の正極無地部１４を溶接によって接合することにより、接合部６８を形成する。リード６４と正極無地部１４との溶接は、レーザー溶接が好ましい。レーザー溶接は、非接触で溶接できるため、装置のメンテナンスがしやすい。その結果、装置の劣化が殆ど無いためメンテナンスコストがかからないので製造コストが安価になる。
　また、電極体２０における負極１２の負極無地部とリード６４とを、上記と同様にして接合する。
（７）外装体１０に電極体２０を収容し、外装体１０と封口板３０とを溶接する。
（８）電解液を安全弁３４から注入し、安全弁３４を封口板３０に溶接して蓄電デバイス１００を組み立てる。

　以上により蓄電デバイス１００を製造することができる。
　このような製造方法によれば、熱籠りが無く、溶接エネルギーが小さくても容易に接合部６８を形成することができる。その結果、熱エネルギーによってセパレータ１１が溶融することを抑制することができる。

　本発明に係る蓄電デバイス１００においては、リード６４における接合部６８が形成された位置に凹部６５を有し、凹部開口縁の外接矩形６９における第１の幅（ｗ１）および接合部周縁の外接矩形７２における第５の幅（ｗ５）が、ｗ５≦ｗ１の関係を満たすものである。そのため、リード６４と電極無地部とを接合する際に、接合エネルギーによる凹部６５への熱籠りを抑制することができ、かつ、凹部６５の底面６７を構成する金属と電極無地部を構成する金属とを溶接するため、所要の接合部６８を確実に形成することができる。また、接合エネルギーが小さいため、伝熱によるセパレータ１１の溶融を抑制することができる。
　従って、本発明の蓄電デバイス１００によれば、小さい溶接エネルギーで電極体２０における電極集電体とリード６４との電気的接続を確実に達成することができ、電極集電体とリードとを電気的に接続する際に、セパレータ１１が溶融することがなく、正極１３と負極１２との短絡を防止することができる。

　また、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明は、上記の実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を包含する。また本発明は、上記の実施形態で説明した構成の本質的でない部分を他の構成に置き換えた構成を包含する。さらに本発明は、上記の実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成をも包含する。さらに本発明は、上記の実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成をも包含する。
　また、上記の実施形態は、正極および負極の両方が無地部を有する例であるが、正極および負極のいずれか一方が無地部を有する構成であってもよい。
　また、正極および負極の両方が無地部を有する場合には、正極および負極のいずれか一方に接続されたリードが、接合部が形成された位置に凹部を有するものであればよい。

　本発明の蓄電デバイスは、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、上記の実施の形態はリチウムイオンキャパシタとして構成された例であるが、本発明の蓄電デバイスは、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタとして構成されていてもよい。

　以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。

（実施例１（Ｓ１））
（１）負極の製造：
　黒鉛粉体と、ポリフッ化ビニリデン粉末とを含む負極用スラリーを調製した。この負極用スラリーを、銅製多孔箔からなる負極集電体の両面に、ダイコーターによって塗工して乾燥した。このとき、負極集電体の両面において、負極無地部が集電体の短辺方向の片端部に長辺方向に沿って形成されるよう、負極活物質層を形成した。

（２）正極の製造：
　活性炭粉末と、アセチレンブラックと、フッ素アクリル系バインダーと、カルボキシメチルセルロースとを、水に添加して分散することにより、正極用スラリーを調製した。この正極用スラリーを、アルミニウム製多孔箔からなる正極集電体の両面に、ダイコーターによって塗工して乾燥した。このとき、正極集電体の両面において、正極無地部が集電体の短辺方向の片端部に長辺方向に沿って形成されるよう、正極活物質層を形成した。

（３）捲回状の電極体の作製：
　それぞれセルロース／レーヨン混合不織布よりなる第１のセパレータおよび第２のセパレータを用意した。
　そして、第１のセパレータの表面における２つのリチウム極の間に、正極を配置した。このとき、正極無地部が第１のセパレータの長辺方向に沿って伸びる一方の縁側から突出するよう配置した。次いで、正極上に、第２のセパレータを、正極無地部が当該第２のセパレータの長辺方向に沿って伸びる一方の縁側から突出するよう積層した。即ち、第２のセパレータは、第１のセパレータと略同じ位置に配置した。次いで、第２のセパレータ上に、負極を、負極無地部が第２のセパレータの長辺方向に沿って伸びるもう一方の縁側から突出するよう積層した。このようにして、電極積層体を構成した。ここで、正極活物質層および負極活物質層が第２のセパレータを介して互いに対向するよう、正極および負極を配置した。この電極積層体を、ステンレス製の芯棒に対し、負極が内側となるよう当該電極積層体の一端から捲回した。次いで、正極の巻終わりと間隔を開けた状態で、第１のセパレータの表面に、リチウム金属箔上に銅製多孔箔のリチウム極集電体を圧着してリチウム極を構成し、リチウム極集電体を第１のセパレータにテープで固定することにより、捲回状の電極体を作製した。次いで電極体の捲き終わりを含む外周面をポリプロピレンフィルムで覆い、テープで固定した。ステンレス製の芯棒は電極体を形成した後、抜き取り、電極体をプレスして扁平状の巻回型電極体を形成した。この時、リチウム極が扁平状の巻回型電極体の平坦部分に位置するように調整した。

　得られた電極体における負極無地部に、銅基体の表面にニッケルメッキが施された負極リードを重ね合わせ、レーザー溶接によって接合することにより、負極無地部と負極リードとを電気的に接続した。更に、負極リードを、ニッケルメッキが施された銅製の負極端子板にレーザー溶接によって接合することにより電気的に接続した。次いで、電極体における正極無地部に、アルミニウム製のＬ字状の正極リードにおける凹部による肉薄部を重ね合わせ、２箇所にレーザー溶接によって接合して２つの接合部を形成することにより、正極無地部と正極リードとを電気的に接続した。更に、正極リードを、アルミニウム製の正極端子板にレーザー溶接によって接合することにより電気的に接続した。

　以上において、負極端子板および正極端子板は、インサート樹脂成型により、ポリプロピレン製の樹脂ホルダーを介して、アルミニウム製の封口板に一体化された構成である。封口板の寸法は、１５ｍｍ（縦）×１５０ｍｍ（横）×１．５ｍｍ（厚み）である。
　正極リードは、Ｌ字状の形状を有し、Ｌ字の長辺の長さが５０ｍｍ、短辺の長さ２０ｍｍ、長さが７０ｍｍ、幅が１０ｍｍ、厚みが３ｍｍのものである。レーザー溶接前の正極リードにおいて、凹部の輪郭は３ｍｍ×２４ｍｍの矩形形状であり、底部には厚さ１ｍｍの肉薄部が形成されている。そして、前記凹部を正極リードの幅方向に沿って正極リードの厚み方向に切断した断面において、凹部の側面に伸びる２つの仮想直線がなす角は０．７ｒａｄである。
　一方、レーザー溶接後においても、正極リードは、長辺の中央近傍に矩形の凹部を有する。正極リードの厚み方向から平面視したとき、凹部開口縁の外接矩形は当該凹部の輪郭と一致し、第１の幅ｗ１は３ｍｍ、第２の幅ｗ２は２４ｍｍ、凹部の深さＤは２ｍｍ、壁部の角度θは０．７ｒａｄである。
　得られた接合部の各々は、表面が矩形の形状を有し、正極リードの凹部の底面から壁部にわたって形成され、正極リードを構成するアルミニウムと正極無地部を構成するアルミニウムとが混合し一体化することによって構成されている。この接合部の表面の寸法は、それぞれ１ｍｍ×１１ｍｍで、２つの接合部の離間距離は１ｍｍである。正極リードの厚み方向から平面視したとき、２つの接合部の周縁には、第５の幅ｗ５が１ｍｍで第６の幅ｗ６が２３ｍｍである矩形が外接しており、また、接合部の周縁は凹部開口縁の外接矩形によって囲まれている。
　また、ｗ１／ｗ５の値は３．０、（θ＋１）／Ｄの値は０．８５であった。
　また、電極体における第１のセパレータおよび第２のセパレータを目視で確認した結果、溶融していないことが確認された。

（４）リチウムイオンキャパシタの製造：
　１５ｍｍ（幅）×１５０ｍｍ（長さ）×１００ｍｍ（高さ）のアルミニウム製の外装体内に、電極体を配置した。角型外装容器の開口を封口板で封口し、レーザー溶接により固定した。次いで、封口板に形成された孔から、プロピレンカーボネートに１モル／Ｌの濃度でＬｉＰＦ６が溶解された電解液を注入した。その後、封口板に形成された孔に、アルミニウム性の安全弁を溶接した。このようにして、捲回角型のリチウムイオンキャパシタＳ１を製造した。

〈実施例２（Ｓ２）～実施例７（Ｓ７）、比較例１（Ｃ１）～比較例４（Ｃ４）〉
　正極リードおよび接合部の寸法を下記表１に従って変更したこと以外は、実施例１と同様にして捲回角型のリチウムイオンキャパシタＳ２～Ｓ７およびリチウムイオンキャパシタＣ１～Ｃ４を製造した。
　また、電極体における第１のセパレータおよび第２のセパレータを目視で確認した結果、リチウムイオンキャパシタＳ２～Ｓ７については溶融していないことが確認されたが、リチウムイオンキャパシタＣ１～Ｃ４については溶融していることが確認された。

〈比較例５（Ｃ５）〉
　負極無地部と負極リードとの接合および正極無地部と正極リードとの接合において、レーザー溶接の代わりに抵抗溶接を用いたこと以外は、実施例１と同様にして捲回角型のリチウムイオンキャパシタＣ５を製造した。
　以上において、正極無地部と正極リードとの抵抗溶接は、直径３．５ｍｍの溶接電極によって正極無地部および正極リードを挟み込むことによって行った。また、得られた接合部は、表面の形状が直径３．３ｍｍの円形であり、接合部周辺には凹部が無くなっていた。
　また、電極体における第１のセパレータおよび第２のセパレータを目視で確認した結果、溶融していないことが確認された。しかし、抵抗溶接を行った箇所の近傍においては、第１のセパレータおよび第２のセパレータには金属粉のスパッタが複数付着していることが確認された。

［短絡試験］
　実施例１（Ｓ１）～実施例７（Ｓ７）および比較例１（Ｃ１）～比較例５（Ｃ５）に係るリチウムイオンキャパシタに対し、２５℃の環境下で１０Ａの定電流で電圧が３．８Ｖになるまで充電し、その後、３．８Ｖの定電圧を印加する定電流－定電圧充電を０．５時間行い、次いで、１０Ａの定電流でセル電圧が２．２Ｖになるまで放電した。次いで、この３．８Ｖ－２．２Ｖの充放電の操作を繰り返し、１０万回目の放電後に、リチウムイオンキャパシタを角形外装容器から取り出し、電極体の短絡の有無を確認した。その結果を下記表１に示す。

　リチウムイオンキャパシタＳ１～Ｓ７については、１０万回充放電サイクル後の電極体を確認したが、短絡は存在していなかった。
　リチウムイオンキャパシタＣ１～Ｃ４においては、ｗ１／ｗ５の値が１未満（即ち、ｗ１＜ｗ５）であるため、レーザー溶接の際に、熱エネルギーが凹部の外側にかかり、リードを厚み方向全体にわたって溶解させなければならず、過大な熱エネルギーが必要であった。このため、リードおよび正極集電体を介して第１のセパレータおよび第２のセパレータに伝熱し、第１のセパレータおよび第２のセパレータが溶融した。その結果、リチウムイオンキャパシタＣ１～Ｃ４については、１０万回充放電サイクル後の電極体において短絡が確認された。
　リチウムイオンキャパシタＣ５においては、溶接後の電極体には金属の粉体のスパッタが複数付着していたため、１０万回充放電サイクル後の電極体において短絡が確認された。

１０　外装体
１１　セパレータ
１２　負極
１３　正極
１４　正極無地部
２０　電極体
３０　封口板
３４　安全弁
４０ａ，４０ｂ　端子板
４２　貫通孔
５０　樹脂ホルダー
５６　開口
６０　絶縁板
６４　リード
６５　凹部
６６　壁面
６７　底面
６８　接合部
６９　凹部開口縁の外接矩形
７１　凹部底面の外接矩形
７２　接合部周縁の外接矩形
８０　ボルト
９０　電極体
９１　セパレータ
９２　負極
９３　正極
９４　無地部
９５　リード
９６　スリット
９７　接合部
１００　蓄電デバイス
Ｄ　　凹部の深さ
ｄ　　接合部の厚み
Ｗ１　第１の幅
Ｗ２　第２の幅
Ｗ３　第３の幅
Ｗ４　第４の幅
Ｗ５　第５の幅
Ｗ６　第６の幅

Claims

　それぞれ集電体上に活物質層が形成された正極および負極がセパレータを介して積層された電極体を備え、前記正極および前記負極の少なくとも一方の集電体は、前記活物質層が形成されていない無地部を有し、前記無地部とリードとを接合する接合部が形成された蓄電デバイスであって、
　前記正極および前記負極の少なくとも一方に接続された前記リードは、前記接合部が形成された位置に凹部を有し、
　前記リードの厚み方向から平面視したとき、
　前記凹部の開口縁には、一方向の第１の幅（ｗ１）および前記一方向に垂直な他方向の第２の幅（ｗ２）を有する矩形が外接しており、
　前記接合部の周縁には、前記一方向の第５の幅（ｗ５）および前記他方向の第６の幅（ｗ６）を有する矩形が外接しており、
　前記第１の幅（ｗ１）および前記第５の幅（ｗ５）が、ｗ５≦ｗ１の関係を満たすこと特徴とする蓄電デバイス。
　前記無地部を構成する金属と前記リードを構成する金属とが前記接合部において混合していることを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイス。
　前記接合部は、前記リードの前記凹部における壁面から底面にわたって形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄電デバイス。
　前記第１の幅（ｗ１）および前記第５の幅（ｗ５）が、ｗ１＞ｗ５の関係を満たすことを特徴とする請求項１～請求項３のいずれかに記載の蓄電デバイス。
　前記リードの厚み方向から平面視したとき、前記接合部の周縁は、前記凹部の開口縁に外接する矩形に囲まれていることを特徴とする請求項１～請求項４のいずれかに記載の蓄電デバイス。
　前記リードの厚み方向から平面視したとき、前記接合部は、前記リードの前記凹部の開口縁に外接する矩形内に複数存在することを特徴とする請求項１～請求項５のいずれかに記載の蓄電デバイス。
　前記凹部を前記第１の幅（ｗ１）の方向に沿って前記リードの厚み方向に切断した断面において、前記凹部の壁面に沿って伸びる２つの仮想直線のなす角θが０～２．６２ｒａｄであることを特徴とする請求項１～請求項６のいずれかに蓄電デバイス。
　前記凹部の深さＤ（ｍｍ）および前記角θ（ｒａｄ）は、０．２５≦（θ＋１）／Ｄの関係を満たすことを特徴とする請求項７に記載の蓄電デバイス。
　リチウムイオンキャパシタとして構成されていることを特徴とする請求項１～請求項８のいずれかに記載の蓄電デバイス。
　それぞれ集電体上に活物質層が形成された正極および負極がセパレータを介して積層された電極体を備え、前記集電体の少なくとも一方は、前記活物質層が形成されていない無地部を有し、前記無地部とリードとを接合する接合部が形成された蓄電デバイスの製造方法であって、
　凹部を有することにより肉薄部が形成されているリードを準備する工程と、
　前記凹部による前記肉薄部に、前記無地部を溶接によって接合することにより、前記接合部を形成する工程とを有することを特徴とする蓄電デバイスの製造方法。
　前記溶接がレーザー溶接であることを特徴とする請求項１０に記載の蓄電デバイスの製造方法。
　前記凹部を前記リードが伸びる方向と垂直な方向に沿って前記リードの厚み方向に切断した断面において、前記凹部の壁面に沿って伸びる２つの仮想直線のなす角θが０～２．６２ｒａｄであることを特徴とする請求項１０または請求項１１に蓄電デバイスの製造方法。