WO2022059796A1 - 蓄電装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

長尺シート状の第１集電体と、第１集電体に担持された第１活物質層と、を具備する第１電極と、長尺シート状の第２電極と、第１電極と第２電極との間に介在するセパレータと、非水電解質と、第１集電体と電気的に接続された第１集電部と、を具備し、第１電極、第２電極およびセパレータは、柱状の巻回体を構成しており、第１集電体の長手方向に沿う一方の端部が、第１活物質層を有さず、かつ巻回体の一方の端面から突出する第１露出部であり、第１集電部は、多孔質金属部と、多孔質金属部に圧入された１つ以上の突起部と、を有し、多孔質金属部は、第１露出部の隙間に充填されている、蓄電装置。

Description

蓄電装置およびその製造方法

　本開示は、蓄電装置およびその製造方法に関する。

　特許文献１は、蓄電装置の一例として、円筒状の軸芯の周囲に、正極電極と負極電極とをセパレータを介して巻回した電極群と、上部側に開口部を有し、前記電極群が収容されると共に電解液が注入された電池缶と、前記電池缶の上部側に配置された電池蓋と、前記電池缶の缶底と前記軸芯の下端部との間に配置され、前記負極電極の負極タブが接続されると共に前記電池缶に接合された負極集電部材とを備え、前記負極集電部材は、前記負極電極が接続される第１の金属と、前記第１の金属に拡散融合され、前記電池缶の缶底に接合された第２の金属とが一体化したクラッド材により形成され、前記第１の金属は、銅または銅合金で形成され、前記第２の金属はニッケルで形成され、前記負極集電部材は、外周側に外周側壁を有するリング状であり、前記負極集電部材は、中央部に前記軸芯の先端部側が挿入される筒状凹部が形成され、前記筒状凹部において、前記第２の金属は前記電池缶の缶底に接合され、前記負極集電部材の外周側壁において、前記負極タブは前記第１の金属に超音波溶接により接合されている円筒形二次電池を提案している。

国際公開第２０１３／０２４７７４号

　特許文献１の場合、負極電極の負極タブが接続された部分からしか電流を取り出すことができないため、集電効率が低く、電池の接続抵抗が高くなる。

　一方、高出力を得るための集電構造として、いわゆる端面集電構造が検討されている。端面集電構造とは、一般に巻回体の端面から電極の集電体の露出部を突出させて集電板と溶接させた構造をいう。

　しかし、集電体は薄いため、巻回された集電体を変形させ、集合させて、集電板に溶接する必要がある。薄い集電体を変形させると集電体に大きな負荷がかかり、集電体が破断する要因となる。また、巻回された集電体を変形させるには、集電体の露出部を部分的に切除したり、スリットを入れたりする加工が必要となる。

　本開示の一側面は、長尺シート状の第１集電体と、前記第１集電体に担持された第１活物質層と、を具備する第１電極と、長尺シート状の第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に介在するセパレータと、非水電解質と、前記第１集電体と電気的に接続された第１集電部と、を具備し、前記第１電極、前記第２電極および前記セパレータは、柱状の巻回体を構成しており、前記第１集電体の長手方向に沿う一方の端部が、前記第１活物質層を有さず、かつ前記巻回体の一方の端面から突出する第１露出部であり、前記第１集電部は、多孔質金属部と、前記多孔質金属部に圧入された１つ以上の突起部と、を有し、前記多孔質金属部は、前記第１露出部と当接している、蓄電装置に関する。

　本開示の別の側面は、長尺シート状の第１集電体と、前記第１集電体に担持された第１活物質層と、を具備し、前記第１集電体の長手方向に沿う一方の端部が、前記第１活物質層を有さない第１露出部である第１電極を準備する工程と、長尺シート状の第２電極を準備する工程と、前記第１電極と前記第２電極との間に介在させるセパレータを準備する工程と、前記第１電極、前記第２電極および前記セパレータから柱状の巻回体を構成して、前記巻回体の一方の端面から前記第１露出部を突出させる工程と、前記第１露出部に金属粒子を含む導電性ペーストを塗布し、前記導電性ペーストを固化または硬化させて、前記第１露出部の隙間に充填された多孔質金属部を形成する工程と、前記多孔質金属部に１つ以上の突起部を圧入して、第１集電部を形成する工程と、を具備する、蓄電装置の製造方法に関する。

　本開示によれば、接続抵抗が低く、かつ集電体にかかる負荷が小さい信頼性の高い蓄電装置を得ることができる。
　本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本発明の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。

本開示の実施形態に係る蓄電装置の一例の構成を示す縦断面図である。 第１電極の構成を示す平面図である。 別の第１電極の構成を示す平面図（ａ）と縦断面図（ｂ）である。 第２電極の構成を示す平面図である。 本開示の実施形態に係る蓄電装置に含まれる巻回体の外観を示す斜視図である。 第１電極の第１露出部に導電性ペーストを塗布しながら第１電極と第２電極とをセパレータを介して巻回するときの工程図である。 第１電極の第１露出部に塗布される導電性ペーストの塗布パターンのバリエーションを示す図である。 第１露出部の隙間に充填された多孔質金属部に第１集電板の突起部を圧入し、その後、第１集電板を有底ケースの底部に溶接するときの工程図である。 貫通孔を有する第１集電板の一例を示す断面図である。 突起部の一例を示す断面図である。 有底ケースの底部から突出する突起部を示す図である。 突起部が突出する第１集電板に導電性ペーストを塗布した後、巻回体の第１端面に第１集電板を配置するときの工程図である。 スリットにより細分化された第１露出部を具備する巻回体を示す斜視図である。

　以下、本開示の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、本開示の実施形態について例を挙げて説明するが、本開示は以下で説明する例に限定されない。以下の説明では、具体的な数値、材料等を例示する場合があるが、本開示の効果が得られる限り、他の数値、材料等を適用してもよい。

＜蓄電装置＞
　本開示に係る蓄電装置は、長尺シート状の第１電極と、長尺シート状の第２電極と、第１電極と第２電極との間に介在するセパレータと、非水電解質もしくは電解液とを具備する。第１電極と第２電極とは、セパレータを介して巻回され、柱状の巻回体を構成している。

　第１電極は、長尺シート状の第１集電体と、第１集電体に担持された第１活物質層とを具備する。第１集電体の長手方向に沿う一方の端部（幅方向の一方の端部）は、第１活物質層を有さない第１露出部である。第１露出部は、巻回体の一方の端面（以下、「第１端面」とも称する。）から突出している。

　本開示に係る蓄電装置は、第１集電体と電気的に接続された第１集電部を具備する。第１集電部は、多孔質金属部と、多孔質金属部に圧入された１つ以上の突起部とを有する。第１集電部は、第１集電体から外部端子に引き出される電流の経路を形成する。第１集電部と電気的に接続される第１露出部の面積が大きいほど接続抵抗が小さくなる。

　多孔質金属部は、第１露出部と当接している。また、多孔質金属部は、第１露出部の隙間に配置されているとも言える。第１露出部の隙間とは、第１電極が渦巻状に巻回されたときに第１露出部の間に形成される複数周の環状の隙間をいう。多孔質金属部は、元々存在した第１露出部の隙間に、例えば充填されるように配置されるため、第１露出部自体は多孔質金属部から過度な負荷を受けない。また、隙間に充填された多孔質金属部と第１露出部との接触面積は十分に大きい。そのため多孔質金属部と第１露出部の界面における接続抵抗が小さい。

　多孔質金属部に圧入された１つ以上の突起部は、多孔質金属部に食い込んでいるため、多孔質金属部と強固に結合し得る。そのような強固な結合によって集電の信頼性が確保される。一方、多孔質金属部において、突起部が圧入される部分だけが選択的に塑性変形する。そのため、集電板を第１露出部へ押し当てて、集電板と第１露出部とを溶接する構成と比べて、第１露出部（すなわち第１集電体）にかかる負荷は小さくなり得る。よって、高い信頼性が長期間に亘って維持される。なお、多孔質金属部が当接した第１露出部は、突起がない集電板と溶接接合されていてもよい。この構成でも従来の第１露出部よりも剛性が改善され得る。

　多孔質金属部は、例えば、金属粒子を含む導電性ペーストから形成してもよい。導電性ペーストは、巻回体の第１端面の少なくとも一部を覆うように塗布される。導電性ペーストは流動性を有するため、第１露出部に大きな負荷をかけずに塗布できる。この場合、多孔質金属部は、複数の金属粒子の集合物、すなわち導電性ペーストの固化物または硬化物で構成される。

　導電性ペーストから形成された多孔質金属部（導電性ペーストの固化物または硬化物）は、複数の金属粒子で構成されており、内部に多くの空隙を持つため、塑性変形しやすい。よって、突起部を圧入するときの第１露出部（すなわち第１集電体）にかかる負荷が更に小さくなる。

　導電性ペーストは、金属粒子以外に、溶剤、樹脂などの有機成分を含んでもよい。導電性ペーストが不揮発性の有機成分を含む場合、多孔質金属部も有機成分を含み得る。

　揮発性の溶剤を含む導電性ペーストとしては、溶剤を揮発させることで固化する導電性ペーストが望ましい。この場合、多孔質金属部の多くの部分（例えば８０質量％以上）は金属粒子で構成される。樹脂を含む導電性ペーストとしては、硬化性樹脂を含む導電性ペーストが望ましい。この場合、硬化性樹脂を硬化させることで、強固な多孔質金属部が形成され得る。硬化性樹脂は、熱硬化性樹脂であってもよい。

　金属粒子の体積基準の粒度分布における平均粒径（メディアン径）は、０．１μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。平均粒径が異なる複数種の金属粒子を混ぜてもよい。金属粒子を構成する金属種は、蓄電装置の種類、第１電極の極性、第１集電体の材質などに応じて適宜選択される。

　熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂を主成分とする樹脂組成物が望ましいが、特に限定されない。

　多孔質金属部の厚さは、第１集電体の短手方向（幅方向）における第１露出部の幅よりも小さいことが望ましく、第１露出部の幅の１０％以上１００％未満であってもよい。ここで、多孔質金属部の厚さとは、任意の１０箇所で測定された測定値の平均値である。

　突起部は、第１電極の外部端子（以下、第１端子と称する。）と電気的に導通していればよい。例えば、突起部は、第１端子と導通する第１集電板から突出させてもよい。第１集電板は、通常、板状である。

　突起部が第１集電板から突出する場合、突起部が第１集電板を貫通する貫通孔を有してもよい。この場合、貫通孔を介した非水電解質もしくは電解液の流通が可能である。例えば、板状金属部材に複数の穿孔を施すことで、貫通孔と貫通孔の縁に起立した突起部とを同時に形成してもよい。

　突起部を有底ケースの底部から突出させてもよい。有底ケースは、少なくとも巻回体（すなわち、第１電極と第２電極とセパレータ）と非水電解質もしくは電解液とを収容するケースである。この場合、有底ケースの底部は第１集電板を兼ねており、別途に第１集電板を必要としない。そのため、製造コストの削減や電池容量の向上に有利である。

　突起部の形状は、特に限定されないが、先端が鋭利に尖っていることが望ましい。突起部の先端は、鉤状であってもよい。鉤状とは、先端が係合部を有する形状、先端が屈曲部を有する形状などを広く包含する。係合部とは、多孔質金属部に圧入された突起部を引き抜くときに、多孔質金属部に係合する部分をいう。係合部は、突起部が突出する方向とは異なる方向に突出している。

　突出部は１つでもよいが、複数個（例えば３個以上）あることが望ましい。複数の突起部は、できるだけ分散させて配置することが望ましい。

　突起部の高さは、多孔質金属部の厚さ以下でもよく、多孔質金属部の厚さの２０％以下でもよい。突起部の高さは、例えば５０μｍ以上５００μｍ以下としてもよい。ここで、突起部の高さとは、全ての突起部の最大高さの測定値の平均値である。

　第１露出部は、少なくとも１回折り返されていてもよい。折り返しにより形成される折り返し部の厚さは、折り返す前の厚さの約２倍程度になり、折り返し部の導電性ペーストとの接触面積も折り返し部の内側面を含めると約２倍程度になる。そのため、より多くの導電性ペーストが第１露出部に付着しやすくなり、多孔質金属部と第１露出部との接続状態をより強固にすることができる。

　第１露出部の少なくとも一部が、第１集電体の短手方向（幅方向）に延びた複数のスリットにより細分化されていてもよい。この場合、第１露出部は、複数の短冊状に細分化されて第１端面から突出したブラシのような状態になる。その結果、導電性ペーストと第１露出部との接触面積を大幅に増大させることができる。

　また、第１露出部に形成された多孔質金属部は、第１露出部の巻回方向において間欠に形成されていてもよい。この構成により、巻回方向に並ぶ複数の多孔質金属部のうち、隣り合う多孔質金属部の間の隙間から電解液（非水電解質）が浸入し易くなる。そのため、巻回体に電解液を含侵し易くなる。また、連続して巻回方向に延びた多孔質金属部と比べて、巻回時の多孔質金属部を曲げることによるストレスを低減できる。

　所定の間隔を空けて間欠に形成された複数の多孔質金属部は、巻回体の端面を巻回軸方向から見たときに、巻回体の径方向に互いに重なりあって並んでいてもよい。この構成により、端面と集電板とを接合する際に径方向に溶接痕を延ばす際に巻回体の端面と集電板との接合面積を増やすことが可能となる。また、複数の多孔質金属部によって端面の熱容量が増加するため、溶接時に端面から巻回体内部に発生する熱によるダメージを低減することが可能となる。

＜蓄電装置の製造方法＞
　本開示に係る蓄電装置の製造方法は、（i）第１電極を準備する工程と、（ii）第２電極を準備する工程と、（iii）第１電極と第２電極との間に介在させるセパレータを準備する工程と、（iv）第１電極、第２電極およびセパレータから柱状の巻回体を構成して、巻回体の一方の端面（第１端面）から第１露出部を突出させる工程と、（v）第１露出部に金属粒子を含む導電性ペーストを塗布し、導電性ペーストを固化または硬化させて、第１露出部の隙間に充填された多孔質金属部を形成する工程と、（vi）多孔質金属部に１つ以上の突起部を圧入して、第１集電部を形成する工程と、を具備する。

　第１電極は、長尺シート状の第１集電体と、第１集電体に担持された第１活物質層と、を具備する。第１集電体の長手方向に沿う一方の端部は、第１活物質層を有さない第１露出部である。

　第１露出部に導電性ペーストを塗布する工程は、巻回体を構成するときに行われてもよい。例えば、巻き取られる前の第１電極の第１露出部に導電性ペーストを塗布しながら、第１電極と第２電極とをセパレータを介して巻回してもよい。これにより、導電性ペーストの第１露出部への塗布と並行して、セパレータを介した第１電極と第２電極との巻回を行い得る。この場合、従来の巻回体を構成するための装置において、ディスペンサのような導電性ペーストの塗布装置を追加的に設置すればよい。製造プロセスの大きな変更や所要時間の顕著な延長は生じない。また、巻回する前にあらかじめ、第１露出部に導電性ペーストを塗布していてもよい。

　第１電極の第１露出部に導電性ペーストを塗布する前に、第１露出部を少なくとも１回折り返してもよい。このように、第１露出部の折り返しと第１露出部への導電性ペーストの塗布とを巻回のプロセスに組み込むことで、巻回体を効率的に形成することができる。第１露出部を折り返す装置は、導電性ペーストの塗布装置の前段階に追加的に設置すればよい。導電性ペーストの固化または硬化は、導電性ペーストが塗布された第１露出部が巻き取られる前に行ってもよく、巻き取られた後に行ってもよい。

　一方、巻回体を構成した後に、第１露出部に導電性ペーストを塗布する工程を行ってもよい。具体的には、突起部を有する第１集電板を準備し、第１集電板の突起部が突出する面に導電性ペーストを塗布して塗膜を形成する。次に、巻回体の第１端面に塗膜を介して第１集電板を配置する。そのとき、第１露出部の隙間に導電性ペーストが侵入するとともに、突起部は導電性ペーストに圧入（もしくは埋設）される。その後、導電性ペーストを固化または硬化させることで、多孔質金属部と多孔質金属部に圧入された突起部とを形成することができる。

　以上のように、多孔質金属部に１つ以上の突起部を圧入して第１集電部を形成する工程は、導電性ペーストの固化または硬化の前に行ってもよく、後で行ってもよい。形成された多孔質金属部は流動性を有さないが、塑性変形し得る柔軟性を有している。よって、第１露出部に過度な負荷をかけずに突起部を圧入することができる。

　既述した方法は例示に過ぎないが、少なくとも上記方法によれば、第１露出部を変形させたりする複雑な加工は特に必要ではないため、第１集電体が破断しにくく、信頼性の高い電池を得ることは容易である。

　第２電極は、長尺シート状の第２集電体と、第２集電体に担持された第２活物質層とを具備してもよい。第２集電体の長手方向に沿う一方の端部（幅方向の一方の端部）が、第２活物質層を有さない第２露出部であり、第２露出部が巻回体の他方の端面から突出していてもよい。そして、第１集電部と同様の構成の第２集電部を、巻回体の他方の端面（第１端面の反対側の端面であり、以下、「第２端面」とも称する。）側にも形成してもよい。

　ただし、第２集電部は、多孔質金属部と突起部とを有する上記構成以外の構成を有してもよい。第２集電部は、第２露出部から延出するリードタブを有してもよい。リードタブは、第２露出部および第２集電体と一体に金属シートから切り出してもよく、別途準備されたリードタブを第２露出部に接続してもよい。第２集電部は、第２電極の外部端子（以下、第２端子と称する。）と電気的に導通していればよい。第２集電部は、第２露出部と電気的に接続される板状の第２集電板を有してもよい。

　なお、第１集電体の長手方向に沿う他方の端部が、更に、第１活物質層を有さない第３露出部であってもよいし、第２集電体の長手方向に沿う他方の端部が、更に、第２活物質層を有さない第４露出部であってもよい。この場合、第３露出部および第４露出部は、通常、巻回体の端面からは突出せず、通常、絶縁性部材で覆われて保護される。

　本開示に係る蓄電装置は、例えば、非水電解質二次電池、アルカリ蓄電池、キャパシタ等として構成するのに適し、特に非水電解質電池の高出力化に寄与する。非水電解質電池には、リチウムイオン二次電池、全固体電池などが含まれる。この場合、第１電極および第２電極の一方は正極であり、他方は負極である。また、第１集電体および第２集電体の一方は、例えば、アルミニウムもしくはアルミニウム合金により形成される正極集電体であり、他方は、例えば、銅もしくは銅合金により形成される負極集電体である。

　以下、図面を参照しながら更に具体的に本実施形態に係る蓄電装置の一例であるリチウムイオン二次電池について説明する。

　図１は、本開示の実施形態に係る蓄電装置の一例である電池（リチウムイオン二次電池）の構成を示す縦断面図である。図２は、正極および負極の一方である第１電極１０の構成を示す平面図である。図３は、別の第１電極１０Ａの構成を示す平面図である。図４は、正極および負極の他方である負極２０の構成を示す平面図である。図５は、本実施形態に係る巻回体１００の外観を示す斜視図である。

　電池２００は、柱状の巻回体１００と、非水電解質（図示せず）と、巻回体１００および非水電解質を収容する金属製の有底ケース２１０と、ケース２１０の開口を封口する封口板２２０とを具備する。封口板２２０の周縁部にはガスケット２２１が配されており、ケース２１０の開口端部をガスケット２２１にかしめることでケース２１０の内部が密閉されている。巻回体１００は、長尺シート状のセパレータ３０を介して長尺シート状の第１電極１０と長尺シート状の第２電極２０とを巻回して構成されている。

　第１電極１０は、図２に示すように、第１集電体１１およびこれに担持された第１活物質層１２を具備する。第１活物質層１２は、第１集電体１１の両面に形成されている。ただし、第１集電体１１の長手方向に沿う一方の端部には、第１活物質層１２を有さない第１露出部１１ｘが形成されている。第１露出部１１ｘは、巻回体１００の一方の端面（第１端面）から突出している。なお、第１露出部１１ｘ以外の露出部が更に第１集電体１１に形成されていてもよい。

　巻回体１００の第１端面側には、第１集電体１１と電気的に接続された第１集電部１３が形成されている。第１集電部１３は、多孔質金属部ＰＭと、第１集電板１３２とを具備する。多孔質金属部ＰＭは、第１露出部１１ｘの隙間に充填されている。隙間に充填された多孔質金属部ＰＭと第１露出部１１ｘとの接触面積は必然的に十分に大きくなる。

　図３は、別の第１電極１０Ａの構成を示す平面図（ａ）およびそのｂ－ｂ線における縦断面図（ｂ）である。第１電極１０Ａでは、第１集電体１１の第１露出部１１ｘが１回折り返されて、折り返し部１１ｙが設けられている。折り返し部１１ｙが形成された第１電極１０Ａの場合、第１露出部１１ｘと多孔質金属部ＰＭとの接触面積は更に大きくなる。

　第１集電板１３２からは複数の突起部ＰＲが突出している。突起部ＰＲは多孔質金属部ＰＭに圧入されている。第１集電板１３２は、接続端子１３３を介して、ケース２１０の底部の内面に接続されている。よって、ケース２１０は、第１端子として機能する。

　第２電極２０は、図４に示すように、第２集電体２１およびこれに担持された第２活物質層２２を具備する。第２活物質層２２は、第２集電体２１の両面に形成されている。ただし、第２集電体２１の長手方向に沿う一方の端部には、第２活物質層２２を有さない第２露出部２１ｘが形成されている。第２露出部２１ｘは、巻回体１００の他方の端面（第２端面）から突出している。なお、第２露出部２１ｘ以外の露出部が更に第２集電体２１に形成されていてもよい。

　巻回体１００の第２端面側には、第２集電体２１と電気的に接続された第２集電部２３が形成されている。第２集電部２３は、多孔質金属部ＰＭと、第２集電板２３２とを具備する。以下、第１集電部の多孔質金属部をＰＭ１、第２集電部の多孔質金属部をＰＭ２と表示して区別することがある。

　多孔質金属部ＰＭ２は、第２露出部２１ｘの隙間に充填されている。隙間に充填された多孔質金属部ＰＭ２と第２露出部２１ｘとの接触面積は必然的に十分に大きくなる。第２露出部２１ｘに折り返し部を形成すれば、第２露出部２１ｘと多孔質金属部ＰＭ２との接触面積は更に大きくなる。

　第２集電板２３２からは複数の第２突起部ＰＲが突出している。第２突起部ＰＲは第２多孔質金属部ＰＭ２に圧入されている。第２集電板２３２は、集電リード２５を介して、封口板２２０の内面に接続されている。よって、封口板２２０は、第２端子として機能する。

　第１および第２露出部１１ｘ，２１ｘは、いずれも、多孔質金属部ＰＭから過度な負荷を受けないため、ほとんど変形していない。

　第１集電体１１および第２集電体２１の一方である正極集電体には、シート状の金属材料が用いられる。シート状の金属材料は、金属箔、金属多孔体、エッチングメタルなどであればよい。金属材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、チタンなどを用い得る。正極集電体の厚みは、例えば１０μｍ～１００μｍである。

　第１集電体１１および第２集電体２１の他方である負極集電体には、シート状の金属材料が用いられる。シート状の金属材料は、金属箔、金属多孔体、エッチングメタルなどであればよい。金属材料としては、銅、銅合金、ニッケル、ステンレス鋼などを用い得る。負極集電体の厚みは、例えば１０μｍ～１００μｍである。

　第１活物質層１２および第２活物質層２２の一方である正極活物質層は、例えば、正極活物質と導電材と結着材とを含む。正極活物質層は、例えば、正極集電体の両面に正極活物質と導電材と結着材とを含む正極合材スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、圧延することにより得られる。正極活物質は、リチウムイオンを吸蔵および放出する材料である。正極活物質としては、例えば、リチウム含有遷移金属酸化物、遷移金属フッ化物、ポリアニオン、フッ素化ポリアニオン、遷移金属硫化物等が挙げられる。

　第１活物質層１２および第２活物質層２２の他方である負極活物質層は、例えば、負極活物質と導電剤と結着剤とを含む。負極活物質層は、例えば、負極集電体２１の両面に負極活物質と導電材と結着材とを含む負極合材スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、圧延することにより得られる。負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵および放出する材料である。負極活物質としては、炭素材料、金属化合物、合金、セラミックス材料などが挙げられる。

　第１集電板１３２および第２集電板２３２の一方である正極集電板の材質は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、チタン、ステンレス鋼などである。正極集電板の材質は、正極集電体１１の材質と同じでもよい。

　第１集電板１３２および第２集電板２３２の他方である負極集電板の材質は、例えば銅、銅合金、ニッケル、ステンレス鋼などである。負極集電板の材質は、負極集電体の材質と同じでもよい。

　セパレータ３０としては、例えば、ポリオレフィンなどの樹脂製の微多孔膜、織布、不織布などを用い得る。セパレータの厚みは、例えば１０～３００μｍであり、１０～４０μｍが好ましい。

　非水電解質は、リチウムイオン伝導性を有し、例えばリチウム塩とリチウム塩を溶解させる非水溶媒とを含む。

　巻回体１００は、図５に示すように、巻回の際、第１露出部１１ｘが巻回体１００の一方の端面（第１端面）から突出し、第２露出部２１ｘが巻回体１００の他方の端面（第２端面）から突出するように位置が合わせられる。巻回体１００の最外周には、セパレータ３０が巻き付けられている。なお、巻回体１００の最外周は、正極集電体や負極集電体であってもよい。

　第１端面から突出する第１露出部１１ｘには、導電性ペーストＰ１が塗布されている。導電性ペーストＰ１を固化または硬化させることで複数の金属粒子の集合物からなる多孔質金属部ＰＭ１が形成される。固化または硬化させる前の導電性ペーストＰ１は、流動性を有するため、例えば、表面張力の作用により、巻回体１００の第１端面の少なくとも一部を覆うように第１露出部１１ｘに濡れ広がる。

　第２端面から突出する第２露出部２１ｘには、導電性ペーストＰ２が塗布されている。導電性ペーストＰ２を固化または硬化させることで複数の金属粒子の集合物からなる多孔質金属部ＰＭ２が形成される。固化または硬化させる前の導電性ペーストＰ２は、流動性を有するため、例えば、表面張力の作用により、巻回体１００の第２端面の少なくとも一部を覆うように第２露出部２１ｘに濡れ広がる。

　正極集電体の露出部に塗布される導電性ペーストＰ１およびＰ２の一方には、金属粒子としてアルミニウム、アルミニウム合金などの粉末が用いられる。負極集電体の露出部に塗布される導電性ペーストＰ１，Ｐ２の他方には、金属粒子として銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金などの粉末が用いられる。導電性ペーストＰ１、Ｐ２の金属粒は、別の金属で表面をコートされていてもよい。

　図６は、巻回体１００が構成されるプロセスの一例を概念的に示している。ここでは、巻き取られる前の第１電極１０の第１露出部１１ｘに導電性ペーストＰ１を塗布しながら第１電極１０と第２電極２０とをセパレータ３０を介して巻回する場合を示している。第２電極２０およびセパレータ３０は、破線で略して示すが、巻き取られる前の第２電極２０の第２露出部２１ｘに導電性ペーストＰ２を塗布してもよい。

　図７には、第１電極１０の第１露出部１１ｘに塗布される導電性ペーストＰ１の塗布パターンのバリエーションを例示する。以下のバリエーションは、第２電極２０の第２露出部１１ｘに塗布される導電性ペーストＰ２にも適用され得る。

　図７Ａは、導電性ペーストＰ１を連続的に第１露出部１１ｘに塗布して巻回体１００を構成するプロセス（ａ）と、得られた巻回体１００の第１端面の状態（ｂ）を概念的に示している。図７Ａの態様では、第１端面のほとんど（例えば９０％以上）が覆われるように第１露出部１１ｘの隙間に導電性ペーストＰ１が塗布される。そのため、その後の溶接プロセスなどでスパッタもしくは金属異物が巻回体１００の内部に侵入しにくくなるとともに、より低抵抗な第１集電部１３が形成される。

　図７Ｂは、導電性ペーストＰ１を間欠的に第１露出部１１ｘに塗布して巻回体１００を構成するプロセス（ａ）と、得られた巻回体１００の第１端面の状態（ｂ）を概念的に示している。図７Ｂの態様では、例えば、第１端面の５０％以上（例えば５０％以上９０％未満）が覆われるように第１露出部１１ｘの隙間に導電性ペーストＰ１が塗布される。そのため、金属異物が巻回体１００の内部に侵入しにくくなるとともに、非水電解質の注液性も十分に確保される。

　図７Ｃは、導電性ペーストＰ１を所定間隔毎にスポット状に第１露出部１１ｘに塗布して巻回体１００を構成するプロセス（ａ）と、得られた巻回体１００の第１端面の状態（ｂ）を概念的に示している。図７Ｃの態様では、第１端面の５０％未満（例えば１０％以上５０％未満）が覆われるように第１露出部１１ｘの隙間に導電性ペーストＰ１が塗布される。この場合、より高い非水電解質の注液性が確保される。なお、破線Ｘで囲まれる領域のように、巻回体１００の半径方向（放射状）に沿って導電性ペーストＰ１を配する場合、より太く、抵抗の低い導電経路が形成される。

　図８は、第１露出部１１ｘの隙間に充填された多孔質金属部ＰＭ１に第１集電板１３２の突起部ＰＲを圧入し（（ａ）、（ｂ））、その後、第１集電板１３２を有底ケース２１０の底部に溶接する工程（（ｃ）、（ｄ））を示す概念図である。突起部ＰＲの圧入により、第１集電板１３２が多孔質金属部ＰＭ１に強固に接続される、信頼性の高い電気的接続が達成される。溶接工程（ｄ）は、ケース２１０の底部の外面側からレーザＬＡを照射するレーザ溶接などの手法で行うことができる。

　なお、図８は、第１集電部１３がケース２１０の底部に接続され、ケース２１０が第１端子を兼ねる場合について例示したが、これに限定されず、第１集電部１３はケース２１０の開口側に配置され、封口板２２０の内面に所定の集電リードを介して接続してもよい。その場合は、第２集電部２３がケース２１０の底部に接続される。

　図９は、第１または第２集電板１３２，２３２の一例の断面を概念的に示している。第１または第２集電板１３２，２３２の突起部ＰＲを構成する部分には、その集電板を貫通する貫通孔１３２ｈ（２３２ｈ）が設けられている。貫通孔１３２ｈ（２３２ｈ）は、非水電解質の流通を促す役割を果たす。突起部ＰＲに貫通孔を設けることで、多孔質金属部ＰＭの内部もしくは多孔質金属部ＰＭよりも巻回体１００側に、非水電解質を流通させやすくなる。

　既述の図面では、突起部が概念的に円錐状に示されているが、突起部の形状には様々なバリエーションがある。図１０に別の突起部ＰＲの一例を示す。突起部ＰＲは、先端が鉤状の係合部ＰＲＣになっている。係合部ＰＲＣは、突起部ＰＲが多孔質金属部ＰＭから引き抜かれにくくする役割を果たす。

　第１または第２集電板１３２，２３２は、必ずしも必須ではない。図１１に、有底ケース２１０の底部から突起部ＰＲが突出している場合を概念的に示す。このようにケース２１０の底部に突起部ＰＲを形成すると、ケース２１０の底部に多孔質金属部ＰＭを直接接続することができる。よって、ケース内空間をより有効に利用できるようになる。

　第１または第２露出部１１ｘ，２１ｘに導電性ペーストＰ１またはＰ２を塗布する工程は、巻回体を構成してから行ってもよい。図１２は、突起部ＰＭ（図１２では省略）を有する第１集電板１３２を準備し、第１集電板１３２の突起部ＰＲを突出させている面に導電性ペーストＰ１を塗布して塗膜を形成し、その後、既に構成された巻回体１００の第１端面に第１集電板１３２を配置する工程を示している。導電性ペーストＰ１の塗膜に巻回体１００の端面を配置すると、流動性を有する導電性ペーストＰ１は、表面張力の作用により、第１露出部１１ｘの隙間に侵入する。よって、容易に第１集電部１３を形成することができる。その際、図１３に示すように、第１露出部１１ｘの少なくとも一部に第１集電体１１の幅方向の複数のスリットを入れて第１露出部１１ｘを細分化し、ブラシ状の露出部１１１ｘを形成してもよい。これにより、導電性ペーストＰ１と第１露出部１１ｘとの接触面積が大幅に増大するため、より顕著な接触抵抗の低減が期待できる。

　本開示に係る蓄電装置は、接触抵抗が小さく、高出力であり、かつ信頼性が高いため、例えば車載用途として好適である。
　本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形および改変を包含する、と解釈されるべきものである。

　１００：巻回体
　　１０、１０Ａ：第１電極
　　１１：第１集電体
　　１１ｘ：第１露出部
　　１１１ｘ：ブラシ状露出部
　　１１ｙ：折り返し部
　　１２：第１活物質層
　　１３：第１集電部
　　１３２：第１集電板
　　１３３：接続端子
　　２０：第２電極
　　２１：第２集電体
　　２１ｘ：第２露出部
　　２２：第２活物質層
　　２３：第２集電部
　　２３２：第２集電板
　　２５：集電リード
　　３０：セパレータ
　２００：電池（蓄電装置）
　　２１０：ケース
　　２２０：封口板
　　２２１：ガスケット
　　ＰＭ：多孔質金属部
　　ＰＲ：突起部

Claims (14)

1. 　長尺シート状の第１集電体と、前記第１集電体に担持された第１活物質層と、を具備する第１電極と、
   　長尺シート状の第２電極と、
   　前記第１電極と前記第２電極との間に介在するセパレータと、
   　非水電解質と、
   　前記第１集電体と電気的に接続された第１集電部と、
   を具備し、
   　前記第１電極、前記第２電極および前記セパレータは、柱状の巻回体を構成しており、
   　前記第１集電体の長手方向に沿う一方の端部が、前記第１活物質層を有さず、かつ前記巻回体の一方の端面から突出する第１露出部であり、
   　前記第１集電部は、多孔質金属部と、前記多孔質金属部に圧入された１つ以上の突起部と、を有し、
   　前記多孔質金属部は、前記第１露出部と当接している、蓄電装置。
2. 　前記多孔質金属部は、複数の金属粒子の集合体物である、請求項１に記載の蓄電装置。
3. 　前記第１集電部が、第１集電板を含み、
   　前記第１集電板から前記突起部が突出している、
   請求項１または２に記載の蓄電装置。
4. 　前記突起部が、前記第１集電板を貫通する貫通孔を有する、
   請求項３に記載の蓄電装置。
5. 　前記突起部が、前記第１電極と、前記第２電極と、前記セパレータと、前記非水電解質と、を収容する有底ケースの底部から突出している、請求項１または２に記載の蓄電装置。
6. 　前記突起部の先端が、鉤状である、請求項１～５のいずれか１項に記載の蓄電装置。
7. 　前記第１露出部が少なくとも１回折り返されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の蓄電装置。
8. 　前記第１露出部の少なくとも一部が、前記第１集電体の短手方向に延びた複数のスリットにより細分化されている、
   請求項１～７のいずれか１項に記載の蓄電装置。
9. 　前記多孔質金属部が、前記第１露出部の巻回方向において、間欠に形成されている、
   請求項１～８のいずれか１項に記載の蓄電装置。
10. 　所定の間隔をあけて前記巻回方向に並んだ複数の多孔質金属部のうちの一部が、前記巻回体の端面において、互いに重なりあって前記巻回体の径方向に並んでいる、
    請求項９記載の蓄電装置。
11. 　長尺シート状の第１集電体と、前記第１集電体に担持された第１活物質層と、を具備し、前記第１集電体の長手方向に沿う一方の端部が、前記第１活物質層を有さない第１露出部である第１電極を準備する工程と、
    　長尺シート状の第２電極を準備する工程と、
    　前記第１電極と前記第２電極との間に介在させるセパレータを準備する工程と、
    　前記第１電極、前記第２電極および前記セパレータから柱状の巻回体を構成して、前記巻回体の一方の端面から前記第１露出部を突出させる工程と、
    　前記第１露出部に金属粒子を含む導電性ペーストを塗布し、前記導電性ペーストを固化または硬化させて、前記第１露出部の隙間に充填された多孔質金属部を形成する工程と、
    　前記多孔質金属部に１つ以上の突起部を圧入して、第１集電部を形成する工程と、を具備する、蓄電装置の製造方法。
12. 　前記第１露出部に前記導電性ペーストを塗布する工程が、
    　巻き取られる前の前記第１電極の前記一方の端部に前記導電性ペーストを塗布しながら前記第１電極と前記第２電極とを前記セパレータを介して巻回すること、を含む、請求項１１に記載の蓄電装置の製造方法。
13. 　前記第１電極の前記一方の端部に前記導電性ペーストを塗布する前に、前記一方の端部が少なくとも１回折り返される、
    請求項１２に記載の蓄電装置の製造方法。
14. 　前記第１露出部に前記導電性ペーストを塗布する工程が、
    　前記突起部を突出させている第１集電板を準備し、前記第１集電板の前記突起部を突出させている面に前記導電性ペーストを塗布して塗膜を形成し、前記巻回体の前記一方の端面に前記塗膜を介して前記第１集電板を配置すること、を含む、請求項１１に記載の蓄電装置の製造方法。

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