JP2013114940A - 蓄電素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 蓄電素子において電極体と集電体との干渉を低減する。
【解決手段】 電池本体１０及び蓋部２０からなる電池容器と、電池容器に設けられた電極端子２３と、電極端子２３とそれぞれ接続する集電体１２と、電池容器内に収納され、集電体１２と接続される電極体１１とを備え、電極体１１は、電極体本体２０と、電極体本体３０と集電体１１との間に設けられたタブ４１ａ及び４１ａ´を含む絶縁シート４０とを有する非水電解質二次電池１。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば二次電池その他の電池等の蓄電素子に関する。

二次電池は、一次電池の置きかえ用途はもとより、携帯電話、ＩＴ機器などの電子機器の電源として広く普及している。とりわけ、リチウムイオン電池に代表される非水電解質二次電池は、高エネルギー密度であることから、電気自動車などの産業用大型電気機器への応用も進められている。

図１３は、従来の技術による、非水電解質二次電池の模式的な構成を示す分解斜視図である（例えば特許文献１を参照）。

図１３に示すように、非水電解質二次電池１００は、開口１１０ｘを有する開口箱状の容器本体１１０と、アルミニウム製の板状の蓋部１２０とから構成される、外形六面体の電池容器を外装として備える。

電極体１１１は、帯状の電極である正極と負極を、セパレータを介して長円筒形に巻回してなる電極体本体１１１ｂと、電極体本体１１１ａの更に外周に巻回された絶縁シート１１１ｃとを備える。

電極体本体１１１ｂは、巻回された状態において、正極及び負極は巻回軸の両端の異なる方向に位置ずれし、電極体１１１の両端にそれぞれ位置する。更に、各電極の端部は活物質が担持されておらず、基材である金属箔が露出している。電極体本体１１１の両端部にそれぞれはみ出した金属箔としての正極１１１ａ、負極１１１ａ´には、導電性の金属板である、正極側の集電体１１２及び負極側の集電体１１２´がそれぞれ接続される。

絶縁シート１１１ｃは、ポリエステル、ポリエチレン、ポリフェニレンエーテル等の合成樹脂製の、薄いシート状の部材であり、後述する絶縁封止材１１３及び１２１とともに電池容器と電極体１１１とを絶縁する手段である。

絶縁シート１１１ｃの巻回軸に沿った幅は、電極体本体１１１ｂよりも小さくなっており、したがって絶縁シート１１１ｃが捲かれた状態であっても、電極体１１１の両端の正極１１１ａ、負極１１１ａ´は露出しており、集電体１１２及び１１２´と直接接合し、電気的接続が確保されている。

次に、集電体１１２の一端は、電極体１１１の表面と平行に延伸し、その表面には貫通孔１１２ａが形成されている。又、他端は電極体１１１の側面に向かって屈曲し、電極体１１１の側面に露出した巻回状態の金属箔としての正極１１１ａと共に、アルミニウム等の金属製の挟持板１１４に挟まれて超音波溶接等により接続、固定されている。負極側の集電体１１２´も同様の構成を有する。

蓋部１２０の両端には端子引出用の貫通孔が開口されている。なお、図１１においては、正極側の貫通孔１２０ａのみを示し、負極側の貫通孔は後述する部品の陰に隠れるため図示されない。蓋部１２０と集電体１１４との間には絶縁封止材１１３が位置している。絶縁封止材１１３は合成樹脂等の絶縁性及び一定の弾性を備えた合成樹脂製の部材であり、その表面には蓋部１２０の貫通孔１２０ａ及び集電体１１２の貫通孔１１２ａと同心円をなす貫通孔１１３ａが形成されている。

更に、蓋部１２０の短辺側の端部近傍と重なるように絶縁封止材１２１が位置している。絶縁封止材１２１は絶縁封止材１１３と同様の合成樹脂製の部材であり、その表面には蓋部１２０の貫通孔１２０ａと同心円をなす貫通孔１２１ｂが形成されている。又、絶縁封止材１２１の、蓋部１２０と対向する側には筒部１２１ｃが形成されており、貫通孔１２１ｂは筒部１２１ｃ内を延伸している。筒部１２１ｃは貫通孔１２０ａ及び１１３ａに対応した外形を有し、これら各貫通孔に嵌り込むようになっている。

更に、絶縁封止材１２１の主面を蔽うように、電極端子１３０が配置されている。電極端子１３０は貫通孔１２１ｂと同心円状の貫通孔１３０ａが設けられた、アルミニウム又はアルミニウム合金その他の導電性の金属製の板状の部材である。

又、電極端子１３０の貫通孔１３０ａには固定部材１３１が挿入される。固定部材１３１は、アルミニウム、銅又はそれらの合金等の導電性の金属製部品であり、電極端子１３０と集電体１１２とを電気的に接続するとともに、蓋部１２０と電極体１１１とを機械的に結合するための部材である。

上述した各部は、非水電解質二次電池１００においては、以下のように組み合わされる。すなわち、蓋部１２０の貫通孔１２０ａ及び絶縁封止材１１３の貫通孔１１３ａには、絶縁封止材１２１の筒部１２１ｃが貫通し、筒部１２１ｃの端面は、絶縁封止材１１３の主面とともに集電体１１２の主面に接触する。そして、固定部材１３１は、電極端子１３０の貫通孔１３０ｂ、絶縁封止材１２１の貫通孔１２１ｂ及び集電体１１２の貫通孔１１２ａを貫通した状態で、その両端１３１ａ及び１３１ｂがかしめられる。

かしめられた固定部材１３１の両端１３１ａ及び１３１ｂの外径はそれぞれ各貫通孔の内径より大きくなるため、電極端子１３０、絶縁封止材１２１，蓋部１２０、絶縁封止材１１３及び集電体１１２はこれら両端１３１ａ及び１３１ｂにより挟まれることで互いに圧着され、一体的に固定される。又、集電体１１２及び電極端子１３０は固定部材１３１により接続されることで電気的にも接続される。なお、固定部材１３１の側面は絶縁封止材１２１の筒部１２１ｃによって蔽われることとなり、蓋部１２０と固定部材１３１との間は絶縁状態が確保される。

一方、集電体１１２は、固定部材１３１のかしめられた先端１３１ａ及び絶縁封止材１１３により直接挟まれる基台部１１２ｂと、基台部１１２ｂの側端から直角に屈曲して図中下方に延伸し、発電素子１１１の両側面に露出する正極１１１ａ他の電極に接続される一対の腕部１１２ｃとを備える。したがって、発電素子１１１は、一対の腕部１１２ｃの主面同士及び基台部１１２ｂの下面に挟まれた空間内に配置される。

このような構成を備えたことにより、電極体１１１にて発生した電力は集電体１１２及び電極端子１３０を介して容器本体１１０の外に取り出される。具体的には、図示しない外部負荷の配線を電極端子１３０の主面に溶接固定することにより、非水電解質二次電池１００と外部負荷との電気的接続を完成する。

特開２０１１−０４９０６６号公報

従来の技術による非水電解質二次電池の構成は以上のようなものであるが、上記従来の技術においては、以下のような問題があった。

すなわち、非水電解質二次電池１００の組立ては、電極端子１３０、絶縁封止材１１３、絶縁封止材１２１、集電体１１２及び電極体１１１を予め一体に組み合わせており、開口１１０ｘに電極体１１１を挿入するようにして蓋部１２０で容器本体１１０を密閉し、接合箇所をレーザ溶接することにより行う。

しかしながら、図１３に示すように、電極体１１１において、正負各電極１１１ａ、１１１ｂに集電体１１２、１１２´を接合する際に、絶縁シート１１１ｃに覆われていない、正負各電極１１１ａ、１１１ｂの表面１１５、１１５´に集電体１１２が接触した場合、電極体１１１が損傷する恐れがあった。又、完成後の非水電解質二次電池１００においても、長期間の使用に伴う電池容器の膨張、外部からの圧力等の原因で電池容器が変形した場合、集電体１１２と電極体１１１の表面とが接触し、短絡等の不具合を生ずる恐れがあった。

このように、従来の技術による非水電解質二次電池のような蓄電素子においては、電極体と集電体との干渉に起因する不具合が生じる恐れがあるという課題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、電極体と集電体との干渉を低減することが可能な蓄電素子及びそれに用いられる電極体を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、
素子容器と、
前記素子容器に設けられた電極端子と、
前記電極端子とそれぞれ接続する集電体と、
前記素子容器内に収納され、前記集電体と接続される電極体とを備え、
前記電極体は、
電極体本体と、
前記電極体本体と前記集電体との間に設けられた絶縁体とを有する、蓄電素子である。

又、本発明の第２の側面は、
前記絶縁体は、前記集電体の間の、前記電極体の表面に沿って設けられている、
本発明の第１の側面の蓄電素子である。

又、本発明の第３の側面は、
前記絶縁体は、前記集電体が接続された箇所に設けられていない、
本発明の第１又は第２の側面の蓄電素子である。

又、本発明の第４の側面は、
前記電極体本体は、
正極部材及び負極部材が、セパレータを介して巻回されてなる巻回体の構成を有し、
前記絶縁体は、
前記巻回体の最外周に、前記巻回体とは独立して巻回されたシート状の部材である、
本発明の第１から第３のいずれかの側面の蓄電素子である。

又、本発明の第５の側面は、
前記電極体本体は、
正極部材及び負極部材が、セパレータを介して巻回されてなる巻回体の構成を有し、
前記絶縁体は、
前記電極体本体の巻回体の最外周にまで巻回された前記セパレータである、
本発明の第１から第３のいずれかの側面の蓄電素子である。

又、本発明の第６の側面は、
前記絶縁体は、その巻回軸方向における幅が、
前記対向面に対応する部分にて最も大きく、
少なくとも前記集電体に隣接する部分にて最も小さい、
本発明の第４又は第５の側面の蓄電素子である。

又、本発明の第７の側面は、
前記絶縁体は、前記電極体本体の最外周に少なくとも一周以上巻回されており、
巻回により積層された部分は、巻回軸を間に挟んで前記集電体と前記電極端子との接続箇所に対向している、
本発明の第１から第６のいずれかの側面の蓄電素子である。

又、本発明の第８の側面は、
前記絶縁体は、前記電極体本体の最外周に少なくとも一周以上巻回されており、
巻回により積層された部分は、前記集電体と前記電極端子との接続箇所に直接対向している、
本発明の第１から第６のいずれかの側面の蓄電素子である。

又、本発明の第９の側面は、
前記絶縁体は、前記集電体と前記電極端子との接続箇所に対向する部分の厚みが、他の部分の厚みより大きい、
本発明の第１から第８のいずれかの側面の蓄電素子である。

又、本発明の第１０の側面は、
前記絶縁体は、
前記集電体と前記電極端子との接続箇所に対向する部分が、前記電極体本体の表面上にて蛇腹状に折り畳まれている、
本発明の第１から第９のいずれかの側面の蓄電素子である。

又、本発明の第１１の側面は、
前記電極端子と接続される基台部と、
前記基台部から延伸し、前記電極体と接続される、少なくとも一本の腕部とを有し、
前記腕部は、正極の前記集電体と負極の前記集電体とを結ぶ直線に直交する断面形状において前記基台部から遠ざかるように湾曲又は屈曲した部分を有し、
前記絶縁体は、前記腕部の前記湾曲又は屈曲した部分と対向している、
本発明の第１から第１０のいずれかの側面の蓄電素子である。

又、本発明の第１２の側面は、
前記集電体は、
前記電極端子と接続される基台部と、
前記基台部から延伸し、前記電極体と接続される、少なくとも一本の腕部とを有し、
前記腕部は、前記電極体に渡る表面に投影される形状において前記基台部から遠ざかるように湾曲又は屈曲した部分を有し、
前記絶縁体は、前記腕部の前記湾曲又は屈曲した部分と対向している、
本発明の第１から第１０のいずれかの側面の蓄電素子である。

又、本発明の第１３の側面は、
前記正極の前記腕部又は前記正極の前記腕部は、湾曲した縁面を有する、
本発明の第１２の側面の蓄電素子である。

又、本発明の第１４の側面は、
前記素子容器の内壁には凹部が設けられており、
前記集電体の前記基台部は、前記凹部内に位置している、
本発明の第１１から第１３のいずれかの側面の蓄電素子である。

以上のような本発明によれば、蓄電素子において電極体と集電体との干渉を低減することが可能になるという効果を有する。

本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の構成を示す分解斜視図 本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の構成を示す断面図 本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の構成を示す要部断面図 本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の電極体本体の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の電極体の構成を示す斜視図 （ａ）本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の絶縁シートの構成を示す平面図（ｂ）本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の絶縁シートの巻回状態を説明するための図 （ａ）本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の絶縁シートの構成を示す平面図（ｂ）本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の絶縁シートの巻回状態を説明するための図 （ａ）本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の絶縁シートの構成を示す平面図（ｂ）本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の絶縁シートの巻回状態を説明するための図 （ａ）本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の絶縁シートの構成を示す平面図（ｂ）本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の絶縁シートの巻回状態を説明するための図 本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の電極体の他の構成を示す斜視図 図１の本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の組立て状態を示す等角投影図 （ａ）図１の本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の組立て状態を示す平面図（ｂ）図１の本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の組立て状態を示す底面図 従来の技術による非水電解質二次電池の構成を示す分解斜視図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池１の模式的な構成を示す分解斜視図であり、図２は、図１の非水電解質二次電池１の蓋部２０の長手方向に平行、且つ接続部材２３ｂの延伸方向と直交する図中直線Ｘによる模式的断面図であり、図３は、図１の非水電解質二次電池１の蓋部２０の短手方向に平行、且つ接続部材２３ｂの延伸方向と直交する図中直線Ｙによる要部断面図である。

図１に示すように、本実施の形態の非水電解質二次電池１は、アルミニウム製の板状の蓋部２０と開口１０ｘを有する開口箱状の容器本体１０から構成される外形六面体の電池容器を、外装として備える。

電極体１１は、帯状の電極である正極と負極を、セパレータを介して長円筒形に巻回してなる電極体本体３０と、電極体本体３０の更に外周に巻回された絶縁シート４０とを備える。

電極体本体３０は、従来例と同様、巻回された状態において、正極及び負極が巻回軸の両端の異なる方向に位置ずれし、電極体１１の両端にそれぞれ位置する。更に、各電極の端部は活物質が担持されておらず、基材である金属箔が露出している。電極体１１の両端部にそれぞれはみ出した金属箔としての正極１１ａ、負極１１ａ´には、導電性の金属部材から構成された、正極側の集電体１２及び負極側の集電体１２´がそれぞれ接続される。なお、電極体１１の巻回軸の延伸方向、すなわち正極１１ａと負極１１ａ´とを結ぶ、又は集電体１２と１２´とを結ぶ直線は、図中直線Ｘに平行であり、電極体１１の巻回軸に直交する方向、すなわち正極１１ａと負極１１ａ´とを結ぶ、又は集電体１２と１２´とを結ぶ直線に直交する方向は、図中直線Ｙに平行な位置関係となっている。

絶縁シート４０もまた、従来例同様、ポリエステル、ポリエチレン、ポリフェニレンエーテル等の合成樹脂製の、薄いシート状の部材であり、後述する絶縁封止材１１３及び１２１とともに電池容器と電極体１１１とを絶縁する手段である。

なお、電極体本体３０及び絶縁シート４０の構成については、後に更に詳細に説明する。

次に、集電体１２の一端は、電極体１１の表面と平行に延伸した板状の構成を有し、その表面には貫通孔１２ａが形成されている。又、他端は電極体１１の側面に向かって湾曲し、電極体１１の側面に露出した巻回状態の金属箔としての正極１１ａに、超音波溶接等により接続、固定されている。負極側の集電体１２´も同様の構成を有する。又、図２に示すように、集電体１２と電極体１１の正極１１ａとの接続箇所１５は、集電体１２の上記他端のうち、容器本体１０の深さ方向に沿って直進する部分と電極体１１の正極１１ａとが対向する位置である。図示省略したが負極１１ａ´側も同様である。

又、当該接続箇所は、図１に示すように、樹脂製の挟持板１４により被覆される。なお、図２においては説明のため狭持板１４は省略した。

次に、本実施の形態１の蓋部２０は、その両端には、表面２０ａから盛り上がった凸部２１が形成されている。凸部２１はその上部が表面２０ａと平行な平面２１ｂを形成しており、かつ平面２１ｂ上に貫通孔２１ａが開口されている。なお、図１においては、正極側の貫通孔２１ａのみを示し、負極側の貫通孔は後述する絶縁封止材の陰に隠れるため図示されない。

蓋部２０と集電体１２との間には、集電体１２に覆い被さるように絶縁封止材１３が位置している。絶縁封止材１３は合成樹脂等の絶縁性及び一定の弾性を備えた合成樹脂製の部材であり、その表面には蓋部２０の貫通孔２１ａ及び集電体１２の貫通孔１２ａと同心円をなす貫通孔１３ａが形成されている。

更に、蓋部２０の凸部２１に覆い被さるように絶縁封止材２２が位置している。絶縁封止材２２は絶縁封止材１３と同様の合成樹脂製の部材であり、その表面には蓋部２０の貫通孔２１ａと同心円をなす貫通孔２２ｄが開口されている。又、絶縁封止材２２の、蓋部２０と対向する側には筒部２２ｃが形成されており、貫通孔２２ｄは筒部２２ｃ内を延伸している。筒部２２ｃは貫通孔２１ａ及び１３ａに対応した外形を有し、これら各貫通孔に嵌り込むようになっている。

更に、絶縁封止材２２の表面には枠体２２ｅが形成されており、貫通孔２１ｄは枠体２２ｅで囲まれた主面２２ｂ上に開口されている。

次に、絶縁封止材２２の主面２２ｂ内に載置されるように、電極端子２３が配置されている。電極端子２３は枠体２２ｅの内形に対応した平面形状を有する、アルミニウム又はアルミニウム合金その他の導電性の金属製の電極部２３ａと電極部２３ａの表面から突き出した接続部材２３ｂとから構成される。接続部材２３ｂはアルミニウム、銅又はそれらの合金等の導電性の金属製部品であり、電極部２３ａと集電体１２とを電気的に接続するとともに、蓋部２０と電極体１１とを機械的に結合する役割を果たす。

なお、電極端子２３において、電極部２３ａと接続部材２３ｂとは、鍛造、鋳造等によって同一の素材から構成されていてもよいし、独立した２つの異種又は同種材料の素材を一体成形することにより構成されていてもよい。

又、上述した各部の組合せの態様は、基本的には従来例と同様である。すなわち、図３に示すように、蓋部２０の貫通孔２１ａ及び絶縁封止材１３の貫通孔１３ａには、絶縁封止材２２の筒部２２ｃが貫通しており、筒部２２ｃの端面は、絶縁封止材１３の主面とともに、集電体１２の主面に接している。そして、電極端子２３の接続部材２３ｂは、絶縁封止材２１の貫通孔２１ａ及び集電体１２の貫通孔１２ａを貫通した状態で、その先端がかしめられ、かしめ端２３ｃに整形される。

かしめ端２３ｃの外径は各貫通孔より大きいため、絶縁封止材２２、蓋部２０、絶縁封止材１３及び集電体１２は、電極端子２３の電極部２３ａとかしめ端２３ｃとに挟まれることで互いに圧着され、一体的に固定される。又、集電体１２及び電極端子２３は接続部材２３ｂを介することで電気的にも接続される。なお、接続部材２３ｂの側面は絶縁封止材２２の筒部２２ｃによって蔽われているため、蓋部２０と接続部材２３ｂとの間は絶縁状態が確保されている。

又、図３に示すように、本実施の形態の蓋部２０は、その裏側に、容器本体１０の開口１０ｘに嵌合するように、容器本体１０の端面と当接する側端の内側に形成され、当該を含めた他の部分よりも厚みが大きい枠部２０ｂを有している。又、蓋部２０の、凸部２１を除いた部分の厚みは、枠部２０ｂにおいて最も大きく、次いで側端、次いで枠部２０ｂで囲まれた裏面２０ｃ、の順に小さくなっている。

又、蓋部２０は、その構成部材の断面の厚みは一様であり、したがって、凸部２１は、蓋部２０の裏面２０ｃ上に更に設けられた凹みに対応した、部材の形状変化として形成されている。以下、裏面２０ｃ上の凹みを凹部２１ｘと称する。

更に、凹部２１ｘは、蓋部２０の長手方向に沿って、その根元から表面２０ａに向かって開くように傾斜した、テーパ面としての壁面２１ｄを有する。そして絶縁封止材１３は、凹部２１ｘの内側に、これらの壁面に囲まれるように配置されている。

絶縁封止材１３もまた、その周縁に電極体１１に向かって立ち上がった壁面を有しており、開口を有するトレイ状の形状となっている。この開口の内側に、集電体１２の根元部分である、基台部１２ｂと、貫通孔１２ａを介して突出したかしめ端２３ｃとが位置している。

同様に、蓋部２０の凸部２１の外側に位置している絶縁封止材２２も、凸部２１に対応したトレイ状の形状を有する。又、凸部２１の壁面２１ｄの形状に対応して、絶縁封止材の側壁２２ａは、蓋部２０の表面２０ａに対して、長手方向においては傾斜している。

次に、集電体１２は、一枚の金属板をプレス等により屈曲加工することにより形成されており、概略平板状の基台部１２ｂと、基台部１２の両端から延伸する一対の腕部１２ｃとを備える。

図１及び図３に示すように、基台部１２ｂは、貫通孔１２ａが開口された外形平板状の部材で、その縁辺は、蓋部２０の凹部２１ｘの内壁である壁面２１ｄに対応して、電極体１１から屈曲している。

又、腕部１２ｃは、電極体１１の側面に対応して、基台部１２ｂから容器本体１０の底に向かって延伸する外形矩形状の平板であって、集電体１２全体においては一対で平行面を形成する。図３に示すように、一対の腕部１２は、共に基台部１２ｂから離れる向きに広がるように延伸する渡り部分１２ｃ３と、渡り部分１２ｃ３から屈曲して、基台部１２ｂに直交して図中下方に延伸する直線部分１２ｃ４とから構成され、直線部分１２ｃ４の対向した平行面内に電極体１１を挟み込んで接続している。

更に、図１及び図２に示すように、集電体１２の腕部１２ｃは、図中電極体１１の正極１１ａと負極１１ａ´とに渡る側面から見て、貫通孔１２ａから電極体１１の側端に向かって後退する方向、すなわち集電体１２の基台部１２ｂから遠ざかるに向きに湾曲する渡り部分１２ｃ１と、渡り部分１２ｃ１から屈曲して、基台部１２ｂに直交して図中下方に延伸する直線部分１２ｃ２とから構成される。

なお、図２及び図３に示すように、渡り部分１２ｃ３と直線部分１２ｃ４との境界Ｌ２と、渡り部分１２ｃ１と直線部分１２ｃ２との境界Ｌ１は一致しない。そして、直線部分１２ｃ４と電極体１１の各電極との接続位置は領域１５として示される。なお、直線部分１２ｃ４（又は直線部分１２ｃ２）の端部は丸みを持たせており、これにより組立て時に電極体１１の表面に傷がつくのを防ぐようにしているが、端部の形状は角を持たせるようにしてもよい。

次に、図４を参照して、電極体１１の構成を更に詳細に説明する。ただし図４は電極体本体３０の構成を示す部分展開図である。

図４に示すように、電極体本体３０は、巻回軸Ｓに対し、最内周から外周に向かって積層された、シート状の正極部材３１、セパレータ３３、負極部材３２及びセパレータ３４の各部材を巻回し、巻回軸Ｓに対する断面形状が長円筒形状となるよう成型されている。

なお、正極部材３１は、例えば帯状のアルミニウム箔の表面に正極活物質を担持させて構成し、負極部材３２は、例えば帯状の銅箔の表面に負極活物質を担持させて構成される。電極体本体３０においては、正極部材３１及び負極部材３２は、それぞれ帯状の片方の側端部に活物質を塗布しない未塗工部を設けておき、この未塗工部で電極１１ａ及び１１ａ´をそれぞれ形成する。そして、正極部材３１及び負極部材３２は、巻回の際に、巻回軸Ｓに沿って互いに端面方向にずらすことにより、長円筒形の一方の端面には正極１１ａのみがはみ出し、他方の端面には負極１１ａ´のみがはみ出すようにしている。

一方、セパレータ３３及び３４は、高い放電性や電解質の保液性を示す多孔膜や不織布等を基材として用いる。セパレータ３３及び３４を構成する具体的な材料としては、例えばポリアクリレートや、ポリエチレン等に代表されるポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート等に代表されるポリエステル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、セルロース等を挙げることができる。

以上の構成において、容器本体１０と蓋部２０との組合せは本発明の素子容器に相当する。又、電極端子２３は本発明の電極端子に相当し、集電体１２は本発明の集電体に相当する。

又、蓋部２０の凹部２１ｘは本発明の凹部に相当し、集電体１２の基台部１２ｂ及び腕部１２ｃは、それぞれ本発明の基台部及び腕部に相当する。又、絶縁封止材１３は本発明の絶縁部材に相当する。

又、電極体１１は本発明の電極体に相当し、電極体本体３０は本発明の電極体本体に相当し、正極部材３１は本発明の正極部材に、負極部材３１は本発明の負極部材にそれぞれ相当し、絶縁シート４０は本発明の絶縁体に相当する。又、セパレータ３３及び３４は本発明のセパレータに相当する。

以上のような構成を備えた本実施の形態の非水電解質二次電池１は、電極体１１として、電極体本体３０の、集電体１２と対向する部分全体を被覆する絶縁シート４０を備えたことを特徴とする。

すなわち、本実施の形態の絶縁シート４０は、図５に示すように、電極体本体３０に更に巻回され、その表面を被覆するシート本体４２と、シート本体４２の両端に設けられた、その下底同士が対向してシート本体４２に連続している外形台形のタブ４１ａ及び４１ａ´とを有する。

タブ４１ａ及び４１ａ´の両端の間隔は、正極１１ａの端面と負極１１ａ´の端面との間隔に等しく、したがってタブ４１ａ及び４１ａ´は電極体本体３０の全幅を被覆する。

又、タブ４１ａ及び４１ａ´は、長円筒形状の電極体本体３０の、短軸側の表面であって、図１及び図３に示すように、集電体１２に対向する側に位置している。特に図３に示すように、絶縁シート４０において、タブ４１ａ及び４１ａ´が占める領域は、図１中の直線Ｘに直交する断面形状において、集電体１２が接続部材２３のかしめ端２３ｃにより圧着されている基台部１２ｂ及び腕部１２ｃの渡り部分１２ｃ３のそれぞれの内壁に対向する対向面Ｒを少なくとも含むことが望ましい。ただし、図中において、電極体１１と接続する領域１５に含まれない、直線部分１２ｃ４と対向する部分を占めるようにしてもよい。

又、図２に示すように、図１中の直線Ｙに沿って見た形状において、絶縁シート４０のタブ４１ａ及び４１ａ´の占める領域は、集電体１２の渡り部分１２ｃ１と直線部分１２ｃ２との境界Ｌ１より直線部分１２ｃ２寄り、すなわち絶縁シート４０は少なくとも渡り部分１２ｃ１に対向して被覆されていることが望ましい。

このような構成を備えたことにより、電極体１１は、集電体１２に対しては常に絶縁シート４０で被覆された面のみを向けることとなる。電極体本体に集電体が直接接触する恐れを回避して、電極体と集電体との干渉に起因する不具合を未然に防止、又はその発生の可能性を低減することが可能となる。

更に、図２に示すように、タブ４１ａ及び４１ａ´以外の幅は狭く、従来例の絶縁シートと同様、絶縁シート４０は、正極１１ａ及び負極１１´ａと集電体１２及び１２´の接続部分は迂回して、他の部分を被覆している。すなわち、絶縁シート４０は絶縁部材と緩衝材とを一体化した構成を有し、非水電解質二次電池１の内部構成及び製造工程の双方の簡略化を実現している。

次に、図６（ａ）は絶縁シート４０の展開状態を示す平面図、図６（ｂ）は巻回状態を模式的に示す側面図である。

図６（ａ）に示すように、絶縁シート４０は、その一端を一定長の糊代４３として、糊代４３を除く部分が中心線Ｌ３を軸とする線対称な形状を有する。したがって、図６（ｂ）に示すように、絶縁シート４０を、タブ４１ａ及び４１ａ´が長円筒形状の短軸側の表面に一致するように電極体本体３０に巻回すると、糊代４３は、タブ４１ａ及び４１ａ´の位置から巻回軸Ｓを挟んで相対する、長円筒形状の短軸側の他方の表面に重ね合わせられ、溶着又は接着される。

これは以下の効果をもたらす。すなわち、巻回された絶縁シート４０を固定するためには糊代４３が必要となるが、糊代４３とその下に位置するシート本体４２との積層部分は、他の部分より厚みが大きくなるため、長円筒形状の長軸側の表面に糊代４３がある場合、その厚み分、電極体１１の容器本体１０の幅方向（蓋部２０の短手方向）に沿った向きの寸法を圧迫してしまう。

そこで、糊代４３を短軸側の表面に位置させることで、積層部分の厚みを、容器本体１０の奥行き方向（蓋部２０の表面２０ａに直交する方向）に沿った向きに逃がすことができ、これにより電極体１１の容器本体１０の幅方向の寸法を確保し、電池容器における電極体１１の収納効率を高めることができる。

なお、絶縁シート４０は、図７（ａ）の平面図に示すように、タブ４１ａ及び４１ａ´が絶縁シート４０の一端に設けられる構成としてもよい。この場合、図７（ｂ）の側面図に示すように、糊代４３と絶縁シート４０との積層部分がタブ４１ａ及び４１ａ´の位置、すなわち図３の対向面Ｒと一致することとなり、絶縁シート４０において集電体１２との対向面Ｒの厚みが大きくなる。これにより、電極体１１の収納効率を高めつつ、更に電極体１１の保護の効果を一層高めることができる。

このとき、糊代４３の幅は、タブ４１ａ及び４１ａ´の幅と同一であることが望ましいが、図６（ａ）のように、より短い幅であってもよい。又、糊代４３にタブ４１ａ及び４１ａ´と同一形状のタブを設けるようにしてもよい。

又、絶縁シート４０は、図８（ａ）の平面図に示すように、タブ４１ａ及び４１ａ´を含む帯４４の領域の厚みが、他の領域より大きくなった構成（例えば他の部分の厚みの１．５〜２倍）としてもよい。この場合、図７の構成例と同様、図８（ｂ）の側面図に示すように、絶縁シートにおいて対向面Ｒの厚みが大きくなり、更に電極体１１の保護の効果を一層高めることができる。又、糊代４３は図６の構成例と同様、電極体１１の長円筒形状の短軸側の他方の表面に位置するため、収納効率は確保されている。

さらに、絶縁シート４０は、図９（ａ）の平面図に示すように、タブ４１ａ及び４１ａ´の間隔を広げ、その間の領域を折り込んだ構成としてもよい。図中においては、折り線４５、４６をそれぞれ山折り、谷折りとすることにより、図９（ｂ）の側面図に示すように、タブ４１ａ及び４１ａ´を含む、図３の対向面Ｒを被覆する領域に、絶縁シート４０の折り込まれた部分が蛇腹状に形成され、集電体１２に向かって突き出している。

これにより、上述した図６〜８の構成の効果に加えて、完成後の非水電解質二次電池１内における、電極体１１に印加される外力に抗する緩衝材としての機能を更に向上させることができる。

なお、タブ４１ａ及び４１ａ´の間の折込みの回数は任意であってよい。又、図９（ｂ）には、絶縁シート４０本体の折曲げられた領域は、内側に空隙を有する断面が逆Ｖの字状の形状を有するものとして示したが、折曲げに寄り対向する面同士を密着させて、折曲げ部分がそのまま絶縁シート４０の厚みとなる構成としてもよい。

又、上記の説明においては、電極体１１は、電極体本体３０と、電極体１１と独立して、その表面に巻回されるシート状の絶縁体としての絶縁シート４０とから構成されるものとしたが、本発明の絶縁体は、電極体本体と一体化した構成であってもよい。

図１０は、電極体１１として、電極体本体３６単体で絶縁シート４０を備えた構成と同様の絶縁、緩衝機能を備えるようにしたものである。

電極体本体３６は、図１０に示すように、図４の電極体本体３０と同様、電極体本体３６は、巻回軸Ｓに対し、最内周から外周に向かって積層された、シート状の正極部材３１、セパレータ３３、負極部材３２及びセパレータ３５の各部材を巻回し、巻回軸Ｓに対する断面形状が長円筒形状となるよう成型されている。

そして、電極体本体３６の最外周に位置するセパレータ３５は、正極部材３１、セパレータ３３及び負極部材３２の被覆が完了した位置から、その終端３５ａが、電極体本体３６の周囲にさらに一周巻回される。

セパレータ３５の終端３５ａは、その幅が図４の絶縁シート４０のシート本体４２と同一幅となるよう広がり、更にタブ４１ａ、４１ａ´と同一形状のタブ３５ｂ、３５ｂ´を備える。

このように、セパレータ３５の終端３５ａをシート本体４２と同様の構成とすることにより、電極体本体３６単体で、本発明の電極体の機能を実現することが可能となる。又、上述した図７〜図９の構成例を組み合わせて実施するようにしてもよい。

なお、終端３５ａは、セパレータ３５の基材である多孔膜や不織布等をそのまま用いてもよいが、表面に絶縁性の樹脂等を塗工することが、絶縁性、強度を向上でき、より望ましい。更に、セパレータ３５に変えて、セパレータ３３を延伸して最外周に引回した構成としてもよい。

又、本実施の形態の非水電解質二次電池１は、図１及び図２に示すように、集電体１２の腕部１２ｃが、貫通孔１２ａから電極体１１の側端に向かう方向に後退するよう湾曲した渡り部分１２ｃ１を有していることも特徴としている。

上記特徴は、集電体１２自体の強度を向上させる効果を有するが、これは本実施の形態の絶縁シート４０の構成について、以下の理由を与えている。すなわち、図１３の従来例の集電体１１２のように、図１１のように、基台部１１２ｂから直交して腕部１１２ｃを形成されている構成においては、電極活物質が塗工された中央部分に比べて厚みの小さい集電箔としての正極１１１ａ（負極１１１ａ´）にのみ集電体が当たり、中央部分と干渉する可能性は低い。

これに対し、本実施の形態においては、図１及び図２に示すように、渡り部分１２ｃ１が湾曲していることで、集電体の基台部１２ｂが互いに近接し、従来例に比して、より集電体１１の中央寄りに入り込んでいる。

この構造を採用すると、渡り部分１２ｃ１が電極体１１の、正極又は負極よりも相対的な厚みが大きい中央部分に当たる可能性が高くなる。

そこで、本実施の形態においては、渡り部分１２ｃ１が電極体１１の当該厚みの大きい中央部分に干渉することを防ぐため、絶縁シート４０は、タブ４１ａ及び４１ａ´が渡り部分１２ｃ１と電極体１１の間に入り込んだ構成を備えている。

又、渡り部分１２ｃ１は、その縁面において角が存在しないため、例えば非水電解質二次電池１の組み立ての際に電極体１１と集電体１２とがたとえ接触したとしても、その影響を最小限に留めることができる。なお、渡り部分１２ｃ１は、その全体が湾曲しているものとして示したが、少なくとも内側の縁面１２ｄが湾曲していればよく、外側の縁面は屈曲した構成であるとしてもよい。

以上のように、本発明の実施の形態の非水電解質二次電池１によれば、集電体１２との対向面全体を被覆する絶縁シート４０等を有する構成としたことにより、電極体と集電体との干渉に起因する不具合を未然に防止、又はその発生の可能性を低減することが可能となる。

しかしながら、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。

上記の説明においては、集電体１２は、一対の腕部１２ｃを有するものとして説明を行ったが、基台部に少なくとも一本以上の腕部が設けられた構成であればよく、本発明の集電体は、腕部の本数や形状により限定されるものではない。

又、上記の説明においては、集電体１２の腕部１２の渡り部分１２ｃ３と直線部分１２ｃ４との境界Ｌ２は屈曲したものとしたが、湾曲した態様であってもよい。

又、上記の説明においては、凹部２１ｘは、蓋部２０の表面２０ａに形成された凸部２１の形成に伴い生ずる凹みであるとしたが、凹部の形成は、以下の効果を奏する。すなわち、集電体１２は凹部２１ｘ内にかしめ固定されて、かしめ端２３ｅ及び絶縁封止材１３は凹部２１ｘ寄りにシフトして、容器本体１０からは離れた箇所に位置している。更に、集電体１２は、基台部１２ｂが凹部２１ｘ内に位置しており、電極端子２３と集電体１２とを接続するための構成部材のうち、容器本体１０内に位置するのは腕部１２のみとなっている。

これにより、容器本体１０の内部の殆どを電極体１１によって占めることができ、同一容積の容器本体１０を用いた電池容器に比して、より背の高い、体積の大きな電極体を用いた大容量の非水電解質二次電池を構成することが可能となる。

なお、本発明の凹部は、凸部の形成によらず構成されていてもよい。具体的には表面２０ａは平面を保ち、裏面にプレス又は切削等の加工により凹部２１ｘを形成する。この場合、上記の効果に加えて、凹部２１ｘ以外の部分に関し、凹部２１ｘに対して相対的に大きな厚みが確保され、凸部の寸法分だけ電池容器の寸法を小さく抑えることができる。特に予め蓋部の厚みを予め大きくとった場合に有効である。

又、上記の説明においては、本発明の電極体は巻回型であるとしたが、積層型の電極体としてもよい。

又、上記の説明においては、本発明の蓄電素子は、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池１であるとしたが、電気化学反応により充放電可能な電池であれば、ニッケル水素電池その他各種の二次電池を用いてもよい。又、一次電池であってもよい。さらに電気二重層キャパシタのように、電気を直接電荷として蓄積する方式の素子であってもよい。要するに、本発明の蓄電素子は電気を蓄積可能な素子であれば、その具体的な方式によって限定されるものではない。

又、上記の説明においては、容器本体１０及び蓋部２０から構成される電池容器は、本発明の素子容器に相当するものであり、電極端子は蓋部に設けられるものとしたが、本発明は、電極端子を容器本体側に設けるものとしてもよい。要するに本発明は、素子容器の内壁の任意の部位に集電体が位置可能な構成であればよく、蓋部と容器本体との結合の態様によって限定されるものではない。

又、電池本体はアルミニウム製であるとしたが、アルミニウム合金、ステンレスその他任意の金属又は金属化合物を材料とするものであってもよい。

又、上記の説明において、非水電解質二次電池１として例示した本発明の蓄電素子は、図１１に示すように、図１に分解斜視図として示した各部を組み合わせた状態においては、正面と背面、及び右側面と左側面がそれぞれ対称であり、更に、図１２（ａ）の平面図に示すように、蓋部２０上に絶縁封止材２２及び電極端子２３の電極部２３ａが露出し、図１２（ｂ）の底面図に示すように、電池容器１０の底面が平坦な、外形六面体の形状を有するものとした。

しかしながら、本発明の蓄電素子の形状は外形六面体の他、円筒形状、六面以上の多面体、球形等であってもよい。要するに、本発明の素子容器は、形状、材質その他の具体的な構成によって限定されるものではない。

なお、図１１及び１２（ｂ）においては、例示として、一方の電極端子２３の電極部２３ａ上に、接続部材２３ｂの端部輪郭２３ｄが露出したものとしたが、端部輪郭２３ｄは両方の電極部２３ａ上に露出したものとしてもよいし、両方の電極部２３ａに露出しないものとしてもよい。

要するに、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内であれば、以上説明したものを含め、上記実施の形態に種々の変更を加えたものとして実施してもよい。

以上のような本発明は、蓄電素子において電極体と集電体との干渉を低減することが可能になる効果を有し、例えば二次電池のような蓄電素子等において有用である。

１ 非水電解質二次電池
１０ 容器本体
１１ 電極体
１１ａ 正極
１２ 集電体
１２ａ 貫通孔
１２ｂ 基台部
１２ｂ１ 板部
１２ｂ２ 壁部
１２ｃ 腕部
１２ｃ１ 渡り部分
１２ｃ２ 直線部分
１２ｃ３ 渡り部分
１２ｃ４ 直線部分
１３ 絶縁封止材
１４ 挟持板
２０ 蓋部
２０ａ 貫通孔
２０ｂ 枠部
２０ｃ 裏面
２１ 絶縁封止材
２１ａ 貫通孔
２１ｂ 平面
２１ｃ 壁面
２１ｄ 壁面
２１ｄ 貫通孔
２１ｘ 凹部
２２ 絶縁封止材
２２ａ 側壁
２２ｂ 主面
２２ｃ 筒部
２２ｅ 枠体
２２ｆ 端面
２３ 電極端子
２３ａ 電極部
２３ｂ 接続部材
２３ｃ かしめ端
３０ 電極体本体
３１ 正極部材
３２ 負極部材
３３、３４ セパレータ
３５ セパレータ
３６ 電極体本体
４０ 絶縁シート
４１ａ、４１ａ´ タブ
４２ シート本体
４３ 糊代

Claims (14)

1. 素子容器と、
   前記素子容器に設けられた電極端子と、
   前記電極端子とそれぞれ接続する集電体と、
   前記素子容器内に収納され、前記集電体と接続される電極体とを備え、
   前記電極体は、
   電極体本体と、
   前記電極体本体と前記集電体との間に設けられた絶縁体とを有する、蓄電素子。
2. 前記絶縁体は、前記集電体の間の、前記電極体の表面に沿って設けられている、
   請求項１に記載の蓄電素子。
3. 前記絶縁体は、前記集電体が接続された箇所に設けられていない、
   請求項１又は２に記載の蓄電素子。
4. 前記電極体本体は、
   正極部材及び負極部材が、セパレータを介して巻回されてなる巻回体の構成を有し、
   前記絶縁体は、
   前記巻回体の最外周に、前記巻回体とは独立して巻回されたシート状の部材である、
   請求項１から３のいずれかに記載の蓄電素子。
5. 前記電極体本体は、
   正極部材及び負極部材が、セパレータを介して巻回されてなる巻回体の構成を有し、
   前記絶縁体は、
   前記電極体本体の巻回体の最外周にまで巻回された前記セパレータである、
   請求項１から３のいずれかに記載の蓄電素子。
6. 前記絶縁体は、その巻回軸方向における幅が、
   前記対向面に対応する部分にて最も大きく、
   少なくとも前記集電体に隣接する部分にて最も小さい、
   請求項４又は５に記載の蓄電素子。
7. 前記絶縁体は、前記電極体本体の最外周に少なくとも一周以上巻回されており、
   巻回により積層された部分は、巻回軸を間に挟んで前記集電体と前記電極端子との接続箇所に対向している、
   請求項１から６のいずれかに記載の蓄電素子。
8. 前記絶縁体は、前記電極体本体の最外周に少なくとも一周以上巻回されており、
   巻回により積層された部分は、前記集電体と前記電極端子との接続箇所に直接対向している、
   請求項１から６のいずれかに記載の蓄電素子。
9. 前記絶縁体は、前記集電体と前記電極端子との接続箇所に対向する部分の厚みが、他の部分の厚みより大きい、
   請求項１から８のいずれかにに記載の蓄電素子。
10. 前記絶縁体は、
    前記集電体と前記電極端子との接続箇所に対向する部分が、前記電極体本体の表面上にて蛇腹状に折り畳まれている、
    請求項１から９のいずれかに記載の蓄電素子。
11. 前記集電体は、
    前記電極端子と接続される基台部と、
    前記基台部から延伸し、前記電極体と接続される、少なくとも一本の腕部とを有し、
    前記腕部は、正極の前記集電体と負極の前記集電体とを結ぶ直線に直交する断面形状において前記基台部から遠ざかるように湾曲又は屈曲した部分を有し、
    前記絶縁体は、前記腕部の前記湾曲又は屈曲した部分と対向している、
    請求項１から１０のいずれかに記載の蓄電素子。
12. 前記集電体は、
    前記電極端子と接続される基台部と、
    前記基台部から延伸し、前記電極体と接続される、少なくとも一本の腕部とを有し、
    前記腕部は、前記電極体に渡る表面に投影される形状において前記基台部から遠ざかるように湾曲又は屈曲した部分を有し、
    前記絶縁体は、前記腕部の前記湾曲又は屈曲した部分と対向している、
    請求項１から１０のいずれかに記載の蓄電素子。
13. 前記正極の前記腕部又は前記正極の前記腕部は、湾曲した縁面を有する、
    請求項１２に記載の蓄電素子。
14. 前記素子容器の内壁には凹部が設けられており、
    前記集電体の前記基台部は、前記凹部内に位置している、
    請求項１１から１３のいずれかに記載の蓄電素子。

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