(57)【要約】【課題】多数の枚数を有する金属箔からなる集電体と、これよりも厚肉平板状の集電タブとを抵抗溶接によって接続する際に、安定した溶接電流を得ることができ、よって当該接続部における製品品質が向上した蓄電デバイスを提供する。【解決手段】正極側の集電タブ１０と正極板３の金属箔からなる多数の集電体１および／または負極側の集電タブ１１と負極板６の金属箔からなる多数の集電体４が、集電タブ１０（１１）に形成された集電体側に向けて突出する凸部１２を間に挟んで上記積層方向の両面側に配置された一対の溶接電極Ｗにより抵抗溶接されることによって接続されている。【選択図】図３
2010016043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔からなる平板状の集電体の両面に正極が形成された正極板と、金属箔からなる平板状の集電体の両面に負極が形成された負極板とが、セパレータを間に介して複数組積層されて容器内に収納されるとともに、上記正極板と負極板との間に電解液が注液されてなり、かつ複数の上記正極板の集電体と上記正極側の集電タブとが積層されて互いに接続されるとともに、複数の上記負極板の集電体と上記負極側の集電タブとが積層されて互いに接続された蓄電デバイスにおいて、
上記正極側の集電タブと上記正極板の集電体および／または上記負極側の集電タブと上記負極板の集電体は、当該集電タブに形成された上記集電体側に向けて突出する凸部を間に挟んで上記積層方向の両面側に配置された一対の溶接電極により抵抗溶接されることによって接続されていることを特徴とする蓄電デバイス。
【請求項２】
上記集電体には、帯状に突出する舌部が形成され、当該舌部において上記集電タブと積層されるとともに、上記集電タブには、上記舌部の幅方向の複数箇所に上記凸部が形成され、上記複数の集電体と上記集電タブとは、各々の上記凸部の形成箇所において上記抵抗溶接により接続され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。
【請求項３】
上記負極板の上記集電体は、銅箔からなり、かつ上記電解液はリチウム塩を含むとともに、少なくとも上記負極側の集電タブと上記負極板の集電体とが、上記抵抗溶接によって互いに接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極板と負極板とがセパレータを間に介して複数組積層されるとともに、これらの間に電解液が注液されたキャパシタや二次電池等の蓄電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、蓄電デバイスの一種であるリチウムイオンキャパシタは、従来のバッテリと比較して小型・軽量であるにも拘わらず、急速な充放電が可能であるとともに、さらに所望のエネルギー容量も得られることから、風力発電の負荷平準化装置、電圧の瞬低対策装置、ハイブリッド電気自動車や燃料電池車等におけるバックアップ用電源装置等の広い分野において使用されつつある。
【０００３】
このようなリチウムイオンキャパシタは、一般に、集電体の両面に正極を形成した複数の平板状の正極板と、集電体の両面にリチウムイオンの吸蔵および放出が可能な物質からなる負極を形成した複数の平板状の負極板とを、セパレータを間に介して交互に積層し、得られた積層体の両端部間に圧縮方向の荷重を付与して一体化した後に、ラミネートケース内に配設して、これらの間にリチウム塩を含む電解液を注液して内部を真空封止することにより構成されている。
【０００４】
ところで、上記構成からなるリチウムイオンキャパシタにおいては、集電体を外部の接続端子と接続するために、積層された複数枚の集電体を、一枚の厚肉平板状の集電タブに接続し、この集電タブを上記ケースの外方に接続端子として延出させている。
そして、上記集電体と集電タブとの接続は、当該集電体の枚数が約４０以上にも及ぶため、一般に抵抗溶接によって行っている。
【０００５】
ところが、上記集電体を集電タブと積層して、両面側から溶接電極を押し当てても、上記集電体の積層枚数が極めて多いために、所望の接触抵抗を得ることが難しく、この結果溶接電流の流れ位置が不安定になって、溶接部や溶接部周辺におけるスパークの発生や、溶接強度のばらつき、異常発熱による集電部や集電タブの変色等の溶接不良を発生する頻度が多いという問題点があった。
【０００６】
そこで従来は、この対策として、溶接電極の先端に、凸部や突起を設けるなどして、上記集電体を局部的に加圧することにより、溶接電流の安定化を図る等の工夫がなされている。
【０００７】
しかしながら、上記対応策にあっては、上記溶接電極の先端における摩耗が激しく、このため量産時の溶接電極のメンテナンス頻度が上がって製造工程が煩雑になったり、あるいは製造タクトを悪化させたりする等の問題点があった。
【０００８】
一方、下記特許文献１においては、一般的な電池における金属箔集電体の電極材料層未形成部分と金属リードとを抵抗溶接によって接続するに際して、溶接不良が発生することを阻止すべく、金属リードの表面に平均径が０.５μｍ以上１０.０μｍ以下の凹凸部を形成することにより、金属リードと金属箔集電体との間における接触抵抗を増加させる技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−８６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記技術を上記リチウムイオンキャパシタにおける集電体と集電タブとの接続に適用した場合においても、上述したように、集電体の積層枚数が極めて多いために、溶接電極間に局部的な電気的導通を形成して溶接電流の安定化を図ることは難しい。
【００１０】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、多数の枚数を有する金属箔からなる集電体と、これよりも厚肉平板状の集電タブとを抵抗溶接によって接続する際に、安定した溶接電流を得ることができ、よって当該接続部における製品品質が向上した蓄電デバイスを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、金属箔からなる平板状の集電体の両面に正極が形成された正極板と、金属箔からなる平板状の集電体の両面に負極が形成された負極板とが、セパレータを間に介して複数組積層されて容器内に収納されるとともに、上記正極板と負極板との間に電解液が注液されてなり、かつ複数の上記正極板の集電体と上記正極側の集電タブとが積層されて互いに接続されるとともに、複数の上記負極板の集電体と上記負極側の集電タブとが積層されて互いに接続された蓄電デバイスにおいて、上記正極側の集電タブと上記正極板の集電体および／または上記負極側の集電タブと上記負極板の集電体は、当該集電タブに形成された上記集電体側に向けて突出する凸部を間に挟んで上記積層方向の両面側に配置された一対の溶接電極により抵抗溶接されることによって接続されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記集電体には、帯状に突出する舌部が形成され、当該舌部において上記集電タブと積層されるとともに、上記集電タブには、上記舌部の幅方向の複数箇所に上記凸部が形成され、上記複数の集電体と上記集電タブとは、各々の上記凸部の形成箇所において上記抵抗溶接により接続されていることを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記負極板の上記集電体が、銅箔からなり、かつ上記電解液がリチウム塩を含むとともに、少なくとも上記負極側の集電タブと上記負極板の集電体とが、上記抵抗溶接によって互いに接続されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１〜３のいずれかに記載の発明によれば、正極側および／または負極側の集電タブに、集電体側に向けて突出する凸部を形成しているために、この凸部を間に挟んで積層方向の両面側に一対の溶接電極を配置し、これら溶接電極同士を近接する方向に加圧すると、上記凸部と溶接電極との間に挟まれた複数の集電体に局部的に大きな押圧力が作用して互いに密着することにより、溶接電極に挟まれた部分の電気抵抗が、他の部分よりも充分に低くなる。
【００１５】
この結果、上記溶接電極によって抵抗溶接する際に、両溶接電極間の複数の集電体および集電タブに、所望の電気的導通が確保されることにより、当該集電タブと複数の集電体との間を流れる溶接電流を安定化させることができる。
これにより、上記接続部における製品品質が向上した蓄電デバイスを確実に得ることができる。加えて、溶接電極のメンテナンス回数の増加を招くこともない。
【００１６】
この際に、請求項２に記載の発明にように、集電体に帯状に突出する舌部を形成し、当該舌部において上記集電タブと積層するとともに、上記集電タブに、舌部の幅方向に複数の上記凸部を形成して、上記複数の集電体と集電タブとを、各々の上記凸部の形成箇所において抵抗溶接により接続すれば、少ない入熱によって、一層接続強度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１〜図３は、本発明に係る蓄電デバイスをリチウムイオンキャパシタに適用した一実施形態を示すものであり、図４および図５は、その変形例を示すものである。
図１〜図３において、このリチウムイオンキャパシタは、集電体１の両面に正極２が形成された複数の正極板３と、集電体４の両面に負極５が形成された複数の負極板６とが、セパレータ７を間に介して交互に積層されてラミネートケース（容器）８内に収納されるとともに、内部に電解液９が注液されて真空封止することにより概略構成されたものである。
【００１８】
ここで、正極板３の集電体１は、２５μｍ〜３５μｍの厚さ寸法のニッケル箔やアルミニウム箔等の耐酸化性を有して化学的に溶出しない金属箔を（５０ｍｍ〜１５０ｍｍ）×（５０ｍｍ〜１５０ｍｍ）の方形に打ち抜くことによって形成されたものであり、当該打ち抜き加工を行う際に、その１辺には６０ｍｍ程度の幅寸法を有する接続用舌部１ａが一体に形成されている。そして、この集電体１の両面に、それぞれ活性炭等からなる炭素材料からなる上記正極２が形成されている。
【００１９】
他方、負極板６の集電体４は、１２〜１６μｍの厚さ寸法の銅箔を、正極側の集電体１とほぼ同形の（５０ｍｍ〜１５０ｍｍ）×（５０ｍｍ〜１５０ｍｍ）の方形に打ち抜くことによって形成されたものであり、同様に上記打ち抜き加工を行う際に、その１辺には正極側の集電体１における接続用舌部１ａと一致しない位置に、６０ｍｍ程度の幅寸法を有する接続用舌部４ａが一体に形成されている。そして、この集電体４の両面に、難黒鉛化性炭素材料を主成分とする上記負極５が形成されている。
【００２０】
また、セパレータ７は、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂やガラス繊維等からなる通液性および非電子伝導性を有するシート材からなるもので、正極板３および負極板６の集電体１、４と等しいか、あるいはこれらより大きな外形寸法の方形に形成されている。
【００２１】
さらに、電解液９としては、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6等のリチウム塩を含む液が注液されている。
なお、図２においては、図示の便宜から、ラミネートケース８内に３組ずつの正極板３および負極板６が、セパレータ７を間に介して交互に積層されて収納されている状態を示しているが、実際の製品においては、各々４０〜９０枚の正極板３および負極板６が、同様にセパレータ７を間に介して収納されている。
【００２２】
そして、このような多数枚の正極板３は、互いの集電体１の接続舌部１ａが積層されて、集電タブ１０に接続されるとともに、多数枚の負極板６は、互いの集電体４の接続舌部４ａが積層されて集電タブ１１に接続されている。
【００２３】
ここで、正極側の集電タブ１０は、厚さ寸法が０．１〜１．０ｍｍのアルミニウム板等を、接続舌部１ａとほぼ等しい幅寸法の帯板状に形成したものであり、負極側の集電タブ１１は、厚さ寸法が０．１〜１．０ｍｍの銅板にニッケルメッキを施したものを、接続舌部４ａとほぼ等しい幅寸法の帯板状に形成したものである。
【００２４】
さらに、これら集電タブ１０、１１の接続舌部１ａ、４ａとの積層部分には、幅方向に向けて複数箇所（本実施形態においては５箇所）に、接続舌部１ａ、４ａ側に向けて突出する凸部１２が形成されている。この凸部１２は、集電タブ１０、１１を球状の金型によってプレス加工することによって形成されたものであり、例えば外径寸法が３〜４ｍｍ、高さ寸法が０．１〜３．０ｍｍに形成されている。
【００２５】
そして、図３に示すように、正極側の集電タブ１０と集電体１の接続舌部１ａおよび負極側の集電タブ１１と集電体４の接続舌部４ａは、各々集電タブ１０、１１に形成された凸部１２を間に挟んで、積層方向の両面側に配置された一対の溶接電極Ｗにより加圧された状態で抵抗溶接されることによって接続されている。ここで、上記溶接電極Ｗは、φ８ｍｍの外形寸法のものが用いられている。これを換言すれば、凸部１２は、その外形寸法が溶接電極Ｗの外形寸法の１／３〜１／２になるように形成されている。
【００２６】
なお、上記抵抗溶接は、各々の凸部１２毎に行われている。この結果、接続舌部１ａ（４ａ）と集電タブ１０（１１）とは、各々幅方向の５箇所において互いに接続されている。このようにして、各々集電体１、４に接続された集電タブ１０、１１は、外部端子としてラミネートケース８から外方に引き出されている。
【００２７】
また、図４および図５は、各々接続舌部１ａ、４ａと集電タブ１０、１１とを抵抗溶接する際の図３の変形例を示すものである。
すなわち、接続舌部１ａ（４ａ）と集電タブ１０（１１）との積層部分には、積層方向の両面側に押さえ板Ｐが配置されており、これらの押さえ板Ｐには、上記凸部１２に対応する位置に、溶接電極Ｗの外形寸法よりも幾分大径の貫通孔Ｈが穿設されている。そして、積層された複数枚の接続舌部１ａ（４ａ）と集電タブ１０（１１）とは、上記押さえ板Ｐによって周囲が加圧された状態で、貫通孔Ｈ内に配置された溶接電極Ｗによって、接合されている。
【００２８】
以上の構成からなるリチウムイオンキャパシタにおいては、正極側および負極側の集電タブ１０、１１に、積層された接続舌部１ａ、４ａ側に向けて突出する凸部１２を形成しているために、当該凸部１２を間に挟んで積層方向の両面側に一対の溶接電極Ｗを配置して、これら溶接電極Ｗ同士を近接する方向に加圧すると、凸部１２と溶接電極Ｗとの間に挟まれた複数枚の接続舌部１ａ、４ａに局部的に大きな押圧力が作用して互いに密着することにより、溶接電極Ｗに挟まれた部分の電気抵抗が、他の部分よりも充分に低くなる。
【００２９】
この結果、溶接電極Ｗによって抵抗溶接する際に、両溶接電極Ｗ間の複数枚の接続舌部１ａ（４ａ）および集電タブ１０（１１）に、所望の電気的導通が確保されることにより、これらの間を流れる溶接電流を安定化させることができる。
これにより、上記接続部における製品品質が向上したリチウムイオンキャパシタを確実に得ることができる。加えて、溶接電極Ｗのメンテナンス回数の増加を招くこともない。
【実施例】
【００３０】
上記作用効果を実証するために、以下の実験を行った。
先ず、本発明に係るリチウムイオンキャパシタとして、上記実施形態において示した構成を有し、かつ図４および図５に示す押さえ板Ｐを用いて、正極側および負極側の接続舌部１ａ、４ａと、５箇所に凸部１２を形成した集電タブ１０、１１とを抵抗溶接したものを製作した。
【００３１】
また、従来製品１として、集電タブおよび溶接電極のいずれにも凸部（突起、プロジェクション等を含む）を形成せずに、溶接電極によって上記抵抗溶接を行ったものを製作した。さらに、従来製品２として、溶接電極の先端にのみ凸部を形成して、当該溶接電極により上記抵抗溶接を行ったものを製作した。
【００３２】
そして、これら本発明製品、従来製品１および従来製品２について、溶接不良率および溶接電極のメンテナンスを要する回数を確認したところ、従来製品１においては、溶接電流が安定して流れない結果、溶接不良率が５％と高く、しかも溶接時に発生したスパークによる溶接電極の汚れにより、そのメンテナンス回数が４回／５０００ショットであった。
【００３３】
また、従来製品２においては、溶接電極側に凸部を形成したために、従来製品１よりも溶接電流が比較的安定し、この結果溶接不良率が１．５％と低下したものの、溶接電極の先端の摩耗が激しいために、メンテナンス回数は、逆に７回／５０００ショットと増加した。
【００３４】
これに対して、本発明製品においては、溶接不良率が０．５％、溶接電極のメンテナンス回数が１回／５０００ショットであり、上記従来製品１、２よりも、溶接電流を安定化させて溶接不良率を低下させることができ、かつ溶接電極Ｗのメンテナンス回数を一層少なくできることが実証された。
【００３５】
なお、上記実施の形態においては、本発明に係る蓄電デバイスを、リチウムイオンキャパシタに適用した場合についてのみ説明したが、これに限るものではなく、セパレータを介して対向配置された複数層の正極板と負極板との間に、リチウム塩を含む電解液が注液されたリチウムイオン二次電池等の他の蓄電デバイスに対しても、同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の蓄電デバイスの一実施形態を示す全体の縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線視断面図である。
【図３】集電タブと集電体の接続舌部とを抵抗溶接によって接続する状態を示す縦断断面図である。
【図４】図３の変形例を示す縦断面図である。
【図５】図４の平面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  正極側の集電体
１ａ  接続舌部
２  正極
３  正極板
４  負極側の集電体
４ａ  接続舌部
５  負極
６  負極板
７  セパレータ
８  ラミネートケース（容器）
１０  正極側の集電タブ
１１  負極側の集電タブ
Ｗ  溶接電極
【図１】
2010016043.tif 000003
【図２】
2010016043.tif 000004
【図３】
2010016043.tif 000005
【図４】
2010016043.tif 000006
【図５】
2010016043.tif 000007