(57)【要約】【課題】本発明は、電析を抑制できる蓄電素子を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の一態様に係る蓄電素子は、導電性の壁部を含むケースと、上記ケース内に収容され、極板を含む電極体とを備え、上記壁部が外面が凹状の薄肉部を有し、この薄肉部の内面に上記極板が溶接される。本発明の別の態様に係る蓄電素子は、導電性の壁部を含むケースと、上記ケース内に収容される電極体と、上記電極体と上記壁部とを接続する集電部材とを備え、上記壁部が外面が凹状の薄肉部を有し、この薄肉部の内面に上記集電部材が溶接される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の壁部を含むケースと、
上記ケース内に収容され、極板を含む電極体と
を備え、
上記壁部が外面が凹状の薄肉部を有し、この薄肉部の内面に上記極板が溶接される蓄電素子。
【請求項２】
上記極板の端部が上記壁部と略平行に広がり且つ上記薄肉部の内面に面接触する請求項１に記載の蓄電素子。
【請求項３】
上記電極体が上記極板の端部が束ねられた束部を含み、
上記束部が上記薄肉部の内面に溶接されている
請求項１又は２に記載の蓄電素子。
【請求項４】
上記薄肉部との間に上記極板を挟み込む板状部材をさらに備える請求項１、請求項２又は請求項３に記載の蓄電素子。
【請求項５】
上記板状部材の上記薄肉部に重なる部分の平均厚さが上記薄肉部の平均厚さ以上である請求項４に記載の蓄電素子。
【請求項６】
上記ケースが上記壁部を含む蓋体と、この蓋体により開口が封止される筒状の本体とを有し、
上記板状部材が上記本体の端面と蓋体との間に挟持される請求項４又は請求項５に記載の蓄電素子。
【請求項７】
導電性の壁部を含むケースと、
上記ケース内に収容される電極体と、
上記電極体と上記壁部とを接続する集電部材と
を備え、
上記壁部が外面が凹状の薄肉部を有し、この薄肉部の内面に上記集電部材が溶接される蓄電素子。
【請求項８】
上記薄肉部が上記壁部の長手方向における端部付近に設けられている請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の蓄電素子。
【請求項９】
上記壁部が複数の上記薄肉部を含む請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の蓄電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種機器の電源として、正極板と負極板とをセパレータを介して積層した電極体をケース内に収容した多様な蓄電素子が使用されている。蓄電素子の中には、ケースの一部分を金属で形成し、この金属部分を極板から集電する集電部材及び外部端子として使用するものがある。
【０００３】
ケースの金属部分を集電部材として使用する蓄電素子では、極板を金属部分に接続する必要がある。ケースの金属部分への極板の接続方法としては、金属部分の内面に複数の凹溝を形成し、各凹溝にそれぞれ極板の端部を嵌合させた状態で金属部分の外面側から電子ビーム又はレーザーを照射して凹溝に極板の端部を溶接する方法が提案されている（特開２００６−１７２７８０公報参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７２７８０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記公報に記載の接続方法において、電子ビーム等を照射する際に熱が金属部分を伝導して拡散するため、ケースの金属部分の内面に極板を確実に溶接するためには電子ビーム等の出力を比較的大きくする必要がある。しかしながら、電子ビーム等の出力を大きくすると、ケース又は極板が局所的に過剰に加熱され、例えばビードや酸化物等の金属くずを生成し易くなる。このような金属くずは、正極板で金属イオンを生成し、負極板において電析することで極板間を微小短絡させる原因となり得る。また、電極体自体に熱が伝わって、変形等を引き起こす可能性がある。
【０００６】
上記不都合に鑑みて、本発明は、極板の溶接による蓄電素子内部への影響が抑制された蓄電素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る蓄電素子は、導電性の壁部を含むケースと、上記ケース内に収容され、極板を含む電極体とを備え、上記壁部が、外面が凹状の薄肉部を有し、この薄肉部の内面に上記極板が溶接される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様に係る蓄電素子は、極板の溶接による蓄電素子内部への影響が抑制された蓄電素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態の蓄電素子を示す模式的断面図である。
【図２】図１の蓄電素子の模式的斜視図である。
【図３】本発明の図１とは異なる実施形態の蓄電素子を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一態様は、導電性の壁部を含むケースと、上記ケース内に収容され、極板を含む電極体とを備え、上記壁部が、外面が凹状の薄肉部を有し、この薄肉部の内面に上記極板が溶接される蓄電素子である。
【００１１】
当該蓄電素子は、上記ケースの壁部が、外面が凹状の薄肉部を有し、この薄肉部の内面に上記極板が溶接されるので、薄肉部の熱容量が小さく、溶接のための熱が拡散しにくい。このため、当該蓄電素子は、ケースに孔を開けることなくケースに極板を溶接することが比較的容易である。また、当該蓄電素子は、溶接に要する熱量が小さいことで溶接時に金属くずが生成されにくいので、金属イオンの生成による電析を抑制することができ、これにより極板間の短絡を防止することができる。
【００１２】
上記極板の端部が上記壁部と略平行に広がり且つ上記薄肉部の内面に面接触するとよい。このように、上記極板の端部が上記壁部と略平行に広がり且つ上記薄肉部の内面に面接触することによって、極板の端部に薄肉部を比較的容易に溶接することができる。
【００１３】
上記電極体が上記極板の端部が束ねられた束部を含み、上記束部が上記薄肉部の内面に溶接されているとよい。このように、上記電極体が上記極板の端部が束ねられた束部を含み、上記束部が上記薄肉部の内面に溶接されていることによって、複数の極板を一括して薄肉部に接続することができるので、当該蓄電素子の製造が比較的容易となる。
【００１４】
上記薄肉部との間に上記極板を挟み込む板状部材をさらに備えるとよい。このように、上記薄肉部との間に上記極板を挟み込む板状部材をさらに備えることによって、極板を薄肉部に確実に当接させることができるので、薄肉部と極板との溶接をより確実にすることができる。
【００１５】
上記板状部材の上記薄肉部に重なる部分の平均厚さが上記薄肉部の平均厚さ以上であるとよい。このように、上記板状部材の上記薄肉部に重なる部分の平均厚さが、上記薄肉部の平均厚さ以上であることによって、薄肉部と極板とを電気抵抗溶接する場合に、薄肉部の外面側から供給される溶接電流が壁部をバイパスすることなく板状部材を流れやすいので、薄肉部と極板との溶接をより確実にすることができる。
【００１６】
上記ケースが上記壁部を含む蓋体と、この蓋体により開口が封止される筒状の本体とを有し、上記板状部材が上記本体の端面と蓋体との間に挟持されるとよい。このように、上記ケースが上記壁部を含む蓋体と、この蓋体により開口が封止される筒状の本体とを有し、上記板状部材が上記本体の端面と蓋体との間に挟持されることによって、板状部材により比較的容易に極板の端部を蓋体に圧接することができるので、薄肉部と極板との溶接をより確実にすることができる。
【００１７】
本発明の別の態様は、導電性の壁部を含むケースと、上記ケース内に収容される電極体と、上記電極体と上記壁部とを接続する集電部材とを備え、上記壁部が外面が凹状の薄肉部を有し、この薄肉部の内面に上記集電部材が溶接される蓄電素子である。
【００１８】
当該蓄電素子は、上記ケースの壁部が外面が凹状の薄肉部を有し、この薄肉部の内面に上記集電部材が溶接されるので、薄肉部の熱容量が小さく、溶接のための熱が拡散しにくい。このため、当該蓄電素子は、溶接時に金属くずが生成されにくいので、金属イオンの生成による電析を抑制することができ、これによって極板間の短絡を防止することができる。
【００１９】
上記薄肉部が上記壁部の長手方向における端部付近に設けられているとよい。このように、上記薄肉部が上記壁部の長手方向における端部付近に設けられていることによって、溶接時に溶接電極等により薄肉部を外側から押圧しても、薄肉部近傍の壁部が撓みにくいので、薄肉部と極板との溶接が比較的確実となる。
【００２０】
上記壁部が複数の上記薄肉部を含むとよい。このように、上記壁部が複数の上記薄肉部を含むことによって、２つの薄肉部に一対の溶接電極を当接させて一度に電気抵抗溶接することができる。
【００２１】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る蓄電素子について詳説する。
【００２２】
［第一実施形態］
図１及び図２に示す本発明の第一実施形態に係る蓄電素子は、ケース１と、このケース１に収容される電極体２とを備える。
【００２３】
ケース１は、筒状のケース本体３と、このケース本体３の両端の開口を封止する一対の蓋体（正極蓋体４及び負極蓋体５）とを有する。このケース１内には、電極体２と共に電解質が封入される。なお、電解質は、液体であってもよく、固体であってもよい。
【００２４】
一方、電極体２は、複数の極板（正極板６及び負極板７）と、極板６，７間に介在する複数のセパレータ８とを有する。
【００２５】
＜ケース本体＞
ケース本体３は、ケース１内に収容される電極体２を保護する。このケース本体３の材質としては、強度を有するものであればよく、例えば樹脂、金属等を用いることができる。但し、ケース本体３を導電性の材料で形成する場合、例えば正極蓋体４及び負極蓋体５との間に絶縁性を有するパッキンを配置する等により、正極蓋体４と負極蓋体５との間を絶縁する必要が生じることがある。
【００２６】
ケース本体３の断面形状としては、方形状（好ましくは角を丸く面取りした長方形状）又は長楕円状とするとよい。
【００２７】
＜蓋体＞
蓋体４，５は、ケース本体３の端部に嵌合する概略筒状の胴部９と、この胴部９の開口を封止する導電性の壁部１０とを含み、少なくとも壁部１０が電極体２と外部とを電気的に接続する電路又は外部端子として使用される。従って、蓋体４，５は、少なくとも壁部１０が導電性を有する材料から形成される。胴部９と壁部１０とは、同じ材料から一体に形成されてもよいが、例えば樹脂等の絶縁性を有する材料で形成される胴部９に、例えば金属等の導電性を有する材質から形成される板状の壁部１０を接合することで蓋体４，５を形成することができる。
【００２８】
壁部１０を形成する金属としては、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス鋼、銅等が用いられるが、後述する極板６，７の端部を溶接しやすい材質を選択するとよい。また、壁部１０を鉄等の錆や腐食のおそれがある金属で形成する場合、例えばニッケル等でメッキをしてもよい。
【００２９】
壁部１０の平面形状としては、ケース本体３の壁部１０と平行な面での断面外形形状と略等しいことが好ましく、典型的には長方形状とされる。
【００３０】
壁部１０は、外面が凹状の薄肉部１１を有し、この薄肉部１１の内面に極板６，７の端部が溶接される。より詳しくは、正極蓋体４の薄肉部１１の内面には、複数の正極板６の端部が溶接され、負極蓋体５の薄肉部１１の内面には、複数の負極板７の端部が溶接される。この薄肉部１１は、上記壁部における上記薄肉部の周囲よりも、厚さ方向の寸法が小さい。
【００３１】
また、この薄肉部１１は、各壁部１０にそれぞれ複数形成されることが好ましい。各壁部１０に薄肉部１１を複数形成することにより、壁部１０と正極板６又は負極板７とをより確実に接続することができる。また、壁部１０が複数の薄肉部１１を有することで、薄肉部１１に極板６，７の端部を電気抵抗溶接する場合、一対の溶接電極を異なる薄肉部１１に当接させることにより、２つの薄肉部１１にそれぞれ正極板６の端部を同時に溶接することができる。
【００３２】
壁部１０の薄肉部１１を除く部分の平均厚さの下限としては、０．５ｍｍが好ましく、１．０ｍｍがより好ましい。一方、壁部１０の薄肉部１１を除く部分の平均厚さの上限としては、３ｍｍが好ましく、２ｍｍがより好ましい。壁部１０の薄肉部１１を除く部分の平均厚さを上記下限以上とすることによって、壁部１０の強度が不十分となることを防止できる、逆に、壁部１０の薄肉部１１を除く部分の平均厚さを上記上限以下とすることによって、薄肉部１１の加工が容易でなくなるおそれや、当該蓄電素子が不必要に大型化することを防止できる。
【００３３】
薄肉部１１の平均厚さの下限としては、０．２ｍｍが好ましく、０．３ｍｍがより好ましい。一方、薄肉部１１の平均厚さの上限としては、壁部１０の薄肉部１１を除く部分の平均厚さの２／３が好ましく、１／２がより好ましい。薄肉部１１の平均厚さを上記下限以上とすることによって、極板６，７の溶接時に薄肉部１１に孔が開くおそれや、薄肉部１１の強度が不十分となることを防止できる。逆に、薄肉部１１の平均厚さを上記上限以下とすることによって、極板６，７の溶接を促進できないことを防止できる。
【００３４】
薄肉部１１の平面形状としては、アスペクト比（長さと幅との比）が比較的小さく角のない形状とすることが好ましい。薄肉部１１の平面形状のアスペクトを小さくすることによって、薄肉部１１の面積に対して薄肉部１１と極板６，７との溶接時の熱の放散を抑制する効果が比較的大きくなる。また、薄肉部１１の平面形状が角を有しないことにより、壁部１０の強度低下を抑制すると共に、薄肉部１１の形成が比較的容易となる。
【００３５】
薄肉部１１の平面形状の円相当径の下限としては、２ｍｍが好ましく、３ｍｍがより好ましい。一方、薄肉部１１の平面形状の円相当径の上限としては、３０ｍｍが好ましく、２０ｍｍがより好ましい。薄肉部１１の平面形状の円相当径を上記下限以上とすることによって、薄肉部１１と極板６，７との溶接時に熱が薄肉部１１の外側に逃げやすくなることで溶接が不確実となることを防止できる。逆に、薄肉部１１の平面形状の円相当径を上記上限以下とすることによって、壁部１０の強度が不必要に低下することを防止できる。
【００３６】
薄肉部１１の平面形状の最小曲率半径の下限としては、０．５ｍｍが好ましく、１．０ｍｍがより好ましい。一方、薄肉部１１の平面形状の最小曲率半径の上限としては、１０ｍｍが好ましく、５ｍｍがより好ましい。薄肉部１１の平面形状の最小曲率半径を上記下限以上とすることによって、応力集中により壁部１０の強度が不必要に低下することを防止できる。逆に、薄肉部１１の平面形状の最小曲率半径を上記上限以下とすることによって、薄肉部１１の平面形状が比較的自由となる。
【００３７】
薄肉部１１は、略一定の厚さを有することが好ましいが、周縁部では応力集中を緩和するよう厚さが連続的に増大してもよい。
【００３８】
薄肉部１１は、壁部１０の長手方向における端部付近、具体的には長手方向の端部から長さの１／３以下の範囲内に形成されることが好ましい。壁部１０が長方形状である場合、薄肉部１１の中心の壁部１０の長手方向端部からの距離の上限としては、壁部１０の短手方向の幅の１倍が好ましく、０．５倍がより好ましい。薄肉部１１の中心の壁部１０の長手方向端部からの距離を上記上限以下とすることによって、薄肉部１１と極板６，７とを電気抵抗溶接する場合に、薄肉部１１に溶接電極を圧接することで壁部１０が撓み、極板６，７との接触状体が不安定となって溶接が不完全となることを防止できる。
【００３９】
薄肉部１１は、例えば切削加工、プレス加工等によって形成することができる。
【００４０】
＜正極板＞
正極板６は、導電性を有する箔状乃至シート状の正極集電基材と、この正極集電基材の表面に積層される正極活物質層とを有する。具体的には、正極板６は、正極集電基材の表面に正極活物質層が積層される平面視矩形状の電極部と、この電極部から電極部よりも幅の小さい帯状に延出し、正極蓋体４の薄肉部１１に接続される正極板６の端部を形成する接続部とを有する構成とすることができる。
【００４１】
複数の正極板６の接続部は、束ねられて１つの束部を形成する。つまり、複数の正極板６の接続部は互いに重ね合わされて一体的に薄肉部１１の内面に溶接される。具体的には、束部を形成する正極板６の接続部は、正極蓋体４の壁部１０と略平行に広がり且つ薄肉部１１の内面に面接触するよう配置される。このため、正極板６の接続部は、薄肉部１１に対して比較的確実な溶接することができる。
【００４２】
また、正極板６の接続部をこのように配置するために、当該蓄電素子は、図示するように、薄肉部１１との間に正極板６の接続部を挟み込む板状部材１２をさらに備えているとよい。この板状部材１２は、ケース本体３の端面と蓋体４との間に挟持されるとよく、断面長方形状のケース本体３の少なくとも２つの側面の端面に当接するよう配置されることがより好ましい。このように板状部材１２をケース本体３と蓋体４との間に挟持することで、板状部材１２によって正極板６の接続部を薄肉部１１の内面により確実に圧接することができる。また、板状部材１２は、正極板６の接続部と共に薄肉部１１に溶接され、薄肉部１１に孔が開くことを防止する。
【００４３】
板状部材１２は、複数の薄肉部１１に重なるよう配置されることが好ましい。１つの板状部材１２が複数の薄肉部１１に跨がって配置されることにより、２つの薄肉部１１の外側に一対の溶接電極を当接させて電流を流すことにより、一方の薄肉部１１及び正極板６の接続部を厚さ方向に貫通した電流が板状部材１２を通って他方の正極板６の接続部及び薄肉部を厚さ方向に貫通する。従って、一度の通電により２つの薄肉部１１にそれぞれ正極板６の接続部を溶接することができる。
【００４４】
板状部材１２の薄肉部１１に重なる部分の平均厚さの下限としては、薄肉部１１の平均厚さの１．０倍が好ましく、１．５倍がより好ましい。一方、板状部材１２の薄肉部１１に重なる部分の平均厚さの上限としては、壁部１０の薄肉部１１を除く部分の平均厚さの３倍が好ましく、２倍がより好ましい。板状部材１２の薄肉部１１に重なる部分の平均厚さを上記下限以上とすることによって、溶接時に薄肉部１１に孔が開くことを抑制する効果がちいさくなるおそれや、溶接電流の電路として機能することができずに電気抵抗溶接が困難となることを防止できる。逆に、板状部材１２の薄肉部１１に重なる部分の平均厚さを上記上限以下とすることによって、溶接時の熱が放散することで正極板６の接続部と薄肉部１１との溶接が不完全となることを防止できる。
【００４５】
（正極集電基材）
正極集電基材の材質としては、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル等の金属又はそれらの合金が用いられる。これらの中でも、導電性の高さとコストとのバランスからアルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金が好ましく、アルミニウム及びアルミニウム合金がより好ましい。また、正極集電基材の形成形態としては、箔、蒸着膜等が挙げられ、コストの面から箔が好ましい。つまり、正極集電基材としてはアルミニウム箔が好ましい。なお、アルミニウム又はアルミニウム合金としては、ＪＩＳ−Ｈ４０００（２０１４）に規定されるＡ１０８５Ｐ、Ａ３００３Ｐ等が例示できる。
【００４６】
正極集電基材の平均厚さの下限としては、５μｍが好ましく、１０μｍがより好ましい、一方、正極集電基材の平均厚さの上限としては、５０μｍが好ましく、４０μｍがより好ましい。正極集電基材の平均厚さを上記下限以上とすることによって、正極集電基材の強度が不十分となることを防止できる。逆に、正極集電基材の平均厚さを上記上限以下とすることによって、正極集電基材の束の厚さが大きくなることで、全ての正極板６を薄肉部１１に溶接することが容易でなくなることを防止できる。
【００４７】
（正極活物質層）
正極活物質層は、正極活物質を含むいわゆる正極合材から形成される。また、正極活物質層を形成する正極合材は、必要に応じて導電剤、結着剤（バインダ）、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。
【００４８】
上記正極活物質としては、例えばＬｉｘＭＯｙ（Ｍは少なくとも一種の遷移金属を表す）で表される複合酸化物（ＬｉｘＣｏＯ２、ＬｉｘＮｉＯ２、ＬｉｘＭｎ２Ｏ４、ＬｉｘＭｎＯ３、ＬｉｘＮｉαＣｏ（１−α）Ｏ２、ＬｉｘＮｉαＭｎβＣｏ（１−α−β）Ｏ２、ＬｉｘＮｉαＭｎ（２−α）Ｏ４等）、ＬｉｗＭｅｘ（ＸＯｙ）ｚ（Ｍｅは少なくとも一種の遷移金属を表し、Ｘは例えばＰ、Ｓｉ、Ｂ、Ｖ等を表す）で表されるポリアニオン化合物（ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＮｉＰＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４、Ｌｉ３Ｖ２（ＰＯ４）３、Ｌｉ２ＭｎＳｉＯ４、Ｌｉ２ＣｏＰＯ４Ｆ等）が挙げられる。これらの化合物中の元素又はポリアニオンは他の元素又はアニオン種で一部が置換されていてもよい。正極活物質層においては、これら化合物の一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。また、正極活物質の結晶構造は、層状構造又はスピネル構造であることが好ましい。
【００４９】
正極活物質層における正極活物質の含有量の下限としては、５０質量％が好ましく、７０質量％がより好ましく、８０質量％がさらに好ましい。一方、正極活物質の含有量の上限としては、９９質量％が好ましく、９４質量％がより好ましい。正極活物質粒子の含有量を上記範囲とすることで、当該蓄電素子のエネルギー密度を高めることができる。
【００５０】
上記導電剤としては、電池性能に悪影響を与えない導電性材料であれば特に限定されない。このような導電剤としては、天然又は人造の黒鉛、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、金属、導電性セラミックスなどが挙げられる。導電剤の形状としては、粉状、繊維状等が挙げられる。
【００５１】
正極活物質層における導電剤の含有量の下限としては、０．１質量％が好ましく、０．５質量％がより好ましい。一方、導電剤の含有量の上限としては、１０質量％が好ましく、５質量％がより好ましい。導電剤の含有量を上記範囲とすることで、当該蓄電素子のエネルギー密度を高めることができる。
【００５２】
上記結着剤としては、フッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド等の熱可塑性樹脂；エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、フッ素ゴム等のエラストマー；多糖類高分子などが挙げられる。
【００５３】
正極活物質層における結着剤の含有量の下限としては、１質量％が好ましく、２質量％がより好ましい。一方、結着剤の含有量の上限としては、１０質量％が好ましく、５質量％がより好ましい。結着剤の含有量を上記範囲とすることで、正極活物質を安定して保持することができる。
【００５４】
上記増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース等の多糖類高分子が挙げられる。また、増粘剤がリチウムと反応する官能基を有する場合、予めメチル化等によりこの官能基を失活させておくことが好ましい。
【００５５】
上記フィラーとしては、電池性能に悪影響を与えないものであれば特に限定されない。フィラーの主成分としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、シリカ、アルミナ、ゼオライト、ガラス、炭素などが挙げられる。
【００５６】
＜負極板＞
負極板７は、導電性を有する箔状乃至シート状の負極集電基材と、この負極集電基材の表面に積層される負極活物質層とを有する。具体的には、負極板７は、負極集電基材の表面に負極活物質層が積層される平面視矩形状の電極部と、この電極部から電極部よりも幅の小さい帯状に延出し、負極蓋体５の薄肉部１１に接続される負極板７の端部を形成する接続部とを有する構成とされる。
【００５７】
複数の負極板７の接続部の負極蓋体５の壁部１０の薄肉部１１への接続は、複数の正極板６の接続部の正極蓋体４の壁部１０の薄肉部１１への接続と同様とすることができる。
【００５８】
（負極集電基材）
負極集電基材は、上述の正極集電基材と同様の構成とすることができるが、材質としては、銅又は銅合金が好ましい。つまり、負極板７の負極集電基材としては銅箔が好ましい。銅箔としては、圧延銅箔、電解銅箔等が例示される。
【００５９】
銅は熱伝導率が比較的大きく、レーザーによる溶接が容易ではないため、負極集電基材が銅から形成される場合、板状部材１２を配置して負極板７の接続部を２つの薄肉部１１に同時に電気抵抗溶接することが好ましい。
【００６０】
（負極活物質層）
負極活物質層は、負極活物質を含むいわゆる負極板合材から形成される。また、負極活物質層を形成する負極板合材は、必要に応じて導電剤、結着剤（バインダ）、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。導電剤、結着剤、増粘剤、フィラー等の任意成分は、正極活物質層と同様のものを用いることができる。
【００６１】
負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる材質が好適に用いられる。具体的な負極活物質としては、例えばリチウム、リチウム合金等の金属；金属酸化物；ポリリン酸化合物；黒鉛、非晶質炭素（易黒鉛化炭素または難黒鉛化性炭素）等の炭素材料などが挙げられる。
【００６２】
上記負極活物質の中でも、正極板６と負極板７との単位対向面積当たりの放電容量を好適な範囲とする観点から、Ｓｉ、Ｓｉ酸化物、Ｓｎ、Ｓｎ酸化物又はこれらの組み合わせを用いることが好ましく、Ｓｉ酸化物を用いることが特に好ましい。なお、ＳｉとＳｎとは、酸化物にした際に、黒鉛の３倍程度の放電容量を持つことができる。
【００６３】
負極活物質としてＳｉ酸化物を用いる場合、Ｓｉ酸化物に含まれるＯのＳｉに対する原子数の比としては０超２未満が好ましい。つまり、Ｓｉ酸化物としては、ＳｉＯｘ（０＜ｘ＜２）で表される化合物が好ましい。また、上記原子数の比としては、０．５以上１．５以下がより好ましい。
【００６４】
なお、負極活物質は上述したものを一種単体で用いてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。例えば、Ｓｉ酸化物と他の負極活物質とを混合して用いることで、正極板６と負極板７との単位対向面積当たりの放電容量及び後述する負極活物質の質量に対する上記正極活物質の質量の比が共に好適な値となるように調整できる。Ｓｉ酸化物と混合して用いる他の負極活物質としては、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン、コークス類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維、フラーレン、活性炭等の炭素材料が挙げられる。これらの炭素材料は、一種のみをＳｉ酸化物と混合してもよいし、二種以上を任意の組み合わせ及び比率でＳｉ酸化物と混合してもよい。これらの他の負極活物質の中でも、充放電電位が比較的卑である黒鉛が好ましく、黒鉛を用いることで高いエネルギー密度の二次電池素子が得られる。Ｓｉ酸化物と混合して用いる黒鉛としては、鱗片状黒鉛、球状黒鉛、人造黒鉛、天然黒鉛等が挙げられる。これらの中でも、充放電を繰り返してもＳｉ酸化物粒子表面との接触を維持しやすい鱗片状黒鉛が好ましい。
【００６５】
負極活物質におけるＳｉ酸化物の含有量の下限としては、３０質量％が好ましく、５０質量％より好ましく、７０質量％がさらに好ましい。一方、Ｓｉ酸化物の含有量の上限としては、通常１００質量％であり、９０質量％が好ましい。
【００６６】
さらに、負極活物質層は、Ｓｉ酸化物に加えて少量のＢ、Ｎ、Ｐ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ等の典型非金属元素、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ等の典型金属元素、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｗ等の遷移金属元素を含有してもよい。
【００６７】
上記Ｓｉ酸化物（一般式ＳｉＯｘで表される物質）として、ＳｉＯ２及びＳｉの両相を含むものを使用することが好ましい。このようなＳｉ酸化物は、ＳｉＯ２のマトリックス中のＳｉにリチウムが吸蔵及び放出されるため、体積変化が小さく、かつ充放電サイクル特性に優れる。
【００６８】
上記Ｓｉ酸化物は、高結晶性のものからアモルファスのものまで使用することができる。さらに、Ｓｉ酸化物としては、フッ化水素、硫酸などの酸で洗浄されているものや水素で還元されているものを使用してもよい。
【００６９】
負極活物質層における負極活物質の含有量の下限としては、６０質量％が好ましく、８０質量％がより好ましく、９０質量％がさらに好ましい。一方、負極活物質の含有量の上限としては、９９質量％が好ましく、９８質量％がより好ましい。負極活物質粒子の含有量を上記範囲とすることで、蓄電素子のエネルギー密度を高めることができる。
【００７０】
負極活物質層における結着剤の含有量の下限としては、１質量％が好ましく、５質量％がより好ましい。一方、結着剤の含有量の上限としては、２０質量％が好ましく、１５質量％がより好ましい。結着剤の含有量を上記範囲とすることで、負極活物質を安定して保持することができる。
【００７１】
＜セパレータ＞
セパレータ８は、多孔質樹脂フィルムから形成される。
【００７２】
セパレータ８の主成分としては、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体、塩素化ポリエチレン等のポリオレフィン誘導体、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートや共重合ポリエステル等のポリエステル、キュプラレーヨン、再生セルロース、セルロースなどを採用することができる。中でも、セパレータ８の主成分としては、耐電解質性、耐久性及び溶着性に優れるポリエチレン及びポリプロピレンが好適に用いられる。なお、「主成分」とは、最も質量含有率が大きい成分を意味する。
【００７３】
セパレータ８の平均厚さの下限としては、０．５μｍが好ましく、１μｍがより好ましい。一方、セパレータ８の平均厚さの上限としては、１００μｍが好ましく、５０μｍがより好ましい。セパレータ８の平均厚さを上記下限以上とすることによって、溶着時にセパレータ８が破断することを防止できる。逆に、セパレータ８の平均厚さを上記上限以下とすることによって、セパレータ８の厚さが不必要に増大することにより蓄電素子の体積当たりの容量が小さくなることを防止できる。
【００７４】
また、セパレータ８は、正極に対向する面に耐熱性を向上する耐熱層が積層されていることが好ましい。この耐熱層は、多数の無機粒子と、この無機粒子間を接続するバインダとを含む構成とすることができる
【００７５】
耐熱層の無機粒子の主成分としては、例えばアルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、酸化鉄等の酸化物、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素等の窒化物、シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリンクレイ、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウムなどが挙げられる。中でも、耐熱層の無機粒子の主成分としては、アルミナ、シリカ及びチタニアが特に好ましい。
【００７６】
耐熱層のバインダの主成分としては、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体等のフッ素ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体及びその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体及びその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体及びその水素化物、メタクリル酸エステル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等の合成ゴム、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、カルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩等のセルロース誘導体、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド及びその前駆体（ポリアミック酸等）等のポリイミド、エチレン−エチルアクリレート共重合体等のエチレン−アクリル酸共重合体、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステルな
【００７７】
＜利点＞
当該蓄電素子は、壁部１０の薄肉部１１に極板６，７の接続部を溶接する構成としたことによって、溶接部分の熱容量が比較的小さいので比較的小さい熱量で溶接することができ、壁部１０に孔を開ける危険性が小さい。また、当該蓄電素子は、溶接に必要な熱量が比較的小さいので、溶接時に金属くずが発生しにくく、金属くずに起因する電析を防止することができる。
【００７８】
［第二実施形態］
図３に示す本発明の第二実施形態に係る蓄電素子は、ケース１ａと、このケース１ａに収容される電極体２とを備える。図３の蓄電素子における電極体２の構成は、図１の蓄電素子における電極体２の構成と同様とすることができる。このため、図３の蓄電素子について、図１の蓄電素子同じ構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略する。
【００７９】
＜ケース＞
ケース１ａは、導電性を有する材料から形成され、有底筒状のケース本体３ａと、このケース本体３ａの開口を封止する負極蓋体５とを有する。このケース１ａ内には、電極体２と共に電解液が封入される。図３の蓄電素子において、ケース本体３ａは、正極外部端子として使用される。図３のケース１ａにおける負極蓋体５の構成は、図１のケース１における負極蓋体５の構成と同様とすることができる。
【００８０】
（ケース本体）
ケース本体３ａは、筒状部分の一部、例えば例えば断面が方形状筒状部分１つの側壁を形成する壁部１０ａの底部近傍部分に外面が凹状の薄肉部１１ａを有し、この薄肉部１１ａの内面に正極板６の接続部が溶接される。
【００８１】
薄肉部１１ａの構成としては、負極蓋体５の壁部１０の薄肉部１１（ひいては図１のケース１における正極蓋体４の薄肉部１１）と同様とすることができる。
【００８２】
また、当該蓄電素子は、図３に示すように、ケース本体３ａの薄肉部１１ａと正極板６の接続部を挟んで対向する板状部材１２ａを有してもよい。この板状部材１２ａの形状及び材質等は、図１の板状部材１２の形状及び材質と同様とすることができる。
【００８３】
また、当該蓄電素子は、負極蓋体５の壁部１０の薄肉部１１の内面に、導電性の材料から形成される集電部材１３が溶接される。この集電部材１３には、負極板７の接続部が接続される。つまり、当該蓄電素子において、複数の負極板７は、集電部材１３を介して負極蓋体５の壁部１０に接続される。
【００８４】
薄肉部１１への集電部材１３の溶接は、例えば薄肉部１１の外側からのレーザーの照射、薄肉部１１の外側に電極を当接させる電気抵抗溶接等によって行うことができる。また、集電部材１３への負極板７の接続部の接続は、例えば、超音波溶接、レーザー溶接、電気抵抗溶接、かしめ、ねじ止め、半田付け等によって行うことができる。
【００８５】
［その他の実施形態］
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
【００８６】
当該蓄電素子において、ケースの壁部に形成した薄肉部に極板の端部を溶接する構成は、正極側及び負極側のいずれか一方だけに適用してもよい。
【００８７】
当該蓄電素子において、板状部材は省略してもよい。
【００８８】
当該蓄電素子において、極板の端部の薄肉部への溶接は、ケースの内側から行ってもよい。例えば、ケース本体を蓋体で封止する前に、ケース本体又は蓋体の壁部に形成した薄肉部に極板の端部を溶接してもよい。
【００８９】
当該蓄電素子の電極体は、複数正極板及び負極板を積み重ねた積層型に限られず、例えば長尺の極板及びセパレータの積層体を巻き取った巻回型であってもよい。
【００９０】
当該蓄電素子において、ケース本体の壁部に形成した薄肉部の内面に集電部材を解して極板の端部を接続してもよい。
【００９１】
上記実施形態では、蓋体を外部端子として構成した例を示したが、当該蓄電素子は、例えば、ケース外面に突出する外部端子を有してもよい。この場合、外部に突出する外部端子は、正極及び負極のどちらか一方の外部端子でもよいし、両方の外部端子でもよい。当該外部端子は、壁部を通じて、電極体と電気的に接続される。
【００９２】
当該蓄電素子において、薄肉部及び板状部材の少なくとも一方は、極板と対向する表面に突起部を有してもよい。突起部は相対的に接触面積を小さくすることで電気抵抗を増大させるため、抵抗溶接を行う場合に発熱量が大きくなり、極板との溶接性を向上することができる。
【００９３】
本発明に係る蓄電素子は、当該蓄電素子を複数含む組電池を構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明の実施形態に係る蓄電素子は、ケースの一部分と極板とを溶接する蓄電素子に好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１，１ａ  ケース
２  電極体
３，３ａ  ケース本体
４  正極蓋体
５  負極蓋体
６  正極板
７  負極板
８  セパレータ
９  胴部
１０，１０ａ  壁部
１１，１１ａ  薄肉部
１２，１２ａ  板状部材
１３  集電部材
【図１】
2018081749.tif 000003
【図２】
2018081749.tif 000004
【図３】
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