(57)【要約】【課題】エネルギー密度を向上できる蓄電素子及び蓄電装置を提供する。【解決手段】蓄電素子１は、電極体７を収容する外装体２と、断面長円形を有し外装体２を貫通した状態で外装体２にインサート成形された導電部３０，４０と、導電部３０，４０の一端に設けられ電極体７のタブ７２，タブ７３が接合される第一平面３ｂ，４ｂとを有する端子３，４とを備える。外装体２の内部空間で従来端子のかしめ部分や集電体が空間を占有していた分、電極体７を大きくすることができ、エネルギー密度が向上する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極体を収容する外装体と、
断面長円形を有し前記外装体を貫通した状態で前記外装体にインサート成形された導電部と、該導電部の一端に設けられ前記電極体のタブが接合される第一平面とを有する端子と
を備える、蓄電素子。
【請求項２】
前記端子は銅を含み、
前記銅を含む前記端子の表面における、インサート樹脂と接する部分には、被膜が形成されている、又は前記部分はケミカルエッチングにより粗面化されている、請求項１に記載の蓄電素子。
【請求項３】
前記端子は、銅とアルミニウムとのクラッド材で形成されている、請求項１に記載の蓄電素子。
【請求項４】
前記端子の前記銅で形成されている部分の表面における、インサート樹脂と接する部分には、被膜が形成されている、請求項３に記載の蓄電素子。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載の複数の蓄電素子と、
隣り合う前記蓄電素子を接続するバスバーと
を備え、
各蓄電素子の前記端子は、前記導電部の他端に第二平面を有し、前記バスバーは前記第二平面に接合される、蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外装体を貫通した状態で外装体に設けられた端子を備える蓄電素子、及び該蓄電素子を備える蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池等の蓄電素子は、ノートパソコン及び携帯電話機等のモバイル機器の電源として用いられてきた。近年、ＥＶ（電気自動車）、ＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）、ＰＨＥＶ（プラグインハイブリッド電気自動車）の電源等、幅広い分野で使用されている。
【０００３】
一般に、蓄電素子は、セパレータを介して正極板及び負極板を積層し、又は巻回して形成される電極体を、電解液と共に外装体に気密に収容する。電極体と電気的に接続される正極端子及び負極端子は、外装体の蓋板等に設けられる。
【０００４】
蓄電素子においては、端子が外装体及び絶縁体を貫通して集電体にかしめられることで、電極端子と集電体とが電気的に接続されたものが知られている（例えば特許文献１参照）。この場合、かしめによる締結力によって、絶縁体が圧迫されて一定の気密性が確保されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−７２１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
容器内で電極端子をかしめた場合、そのかしめ部分が容器の内部空間を一部占有するため、その分、電極体を小さくする必要があった。蓄電素子のエネルギー密度を向上するために、容器内の電極体を極力大きくできる構成が求められている。
【０００７】
本発明は、エネルギー密度を向上できる蓄電素子及び蓄電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る蓄電素子は、電極体を収容する外装体と、断面長円形を有し前記外装体を貫通した状態で前記外装体にインサート成形された導電部と、該導電部の一端に設けられ前記電極体のタブが接合される第一平面とを有する端子とを備える。
【０００９】
本発明に係る蓄電装置は、上述の複数の蓄電素子と、隣り合う前記蓄電素子を接続するバスバーとを備え、各蓄電素子の前記端子は、前記導電部の他端に第二平面を有し、前記バスバーは前記第二平面に接合される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の蓄電素子によれば、端子がインサート成形により外装体に一体化され、導電部の第一平面に直接タブが接合されている。導電部の一端部を集電体にかしめる構造と比較して、端子の構造が簡素化され、端子を容易に形成でき、端子を容易に外装体に一体化することができる。外装体の内部空間で従来端子のかしめ部分や集電体が空間を占有していた分、電極体を大きくすることができ、エネルギー密度が向上する。端子は、断面長円形を有する導電部の一端に広い接合面（第一平面）を有し、電極体のタブの接合性が良好である。
【００１１】
本発明の蓄電装置によれば、端子において、断面長円形を有する導電部の他端にバスバーを接合するための広い接合面（第二平面）を確保でき、端子とバスバーとの接合性が良好である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第一実施形態に係る蓄電素子の斜視図である。
【図２】蓄電素子の平面図である。
【図３】蓄電素子の蓋板の裏面図である。
【図４】図２のIV−IV線断面図である。
【図５】図４の拡大断面図である。
【図６】複数の蓄電素子を有する蓄電装置を示す平面図である。
【図７】第二実施形態に係る蓄電素子の斜視図である。
【図８】負極端子の取り付け部分の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（本実施形態の概要）
本実施形態の蓄電素子は、電極体を収容する外装体と、断面長円形を有し前記外装体を貫通した状態で前記外装体にインサート成形された導電部と、該導電部の一端に設けられ前記電極体のタブが接合される第一平面とを有する端子とを備える。
【００１４】
ここで、長円形とは、角を有しない形状を意味し、平面上のある２定点からの距離の和が一定となるような点の集合から作られる曲線（楕円）を外周とする形状であってもよいし、略平行な一対の長辺の端部を半円でつないだ形状であってもよい。
上記構成によれば、端子がインサート成形により外装体に一体化されるとともに、端子の第一平面に直接タブが接合される。導電部の一端部を集電体にかしめる構造と比較して、端子自体の構造及び端子の接続構造が簡素化される。端子が断面長円形状であるので、インサート成形性が良好であり、端子を容易に外装体に一体化することができる。導電部が角を有しない断面形状を持つことで、インサート樹脂による端子まわりの密封性が長期間にわたって維持される。導電部は、インサート樹脂が接する部分のみが断面長円形状であってもよい。導電部は、後述する打ち抜き加工により容易に形成できるよう、一端から他端にわたって断面長円形状であることが好ましい。
外装体の内部空間で従来端子のかしめ部分や集電体が空間を占有していた分、電極体を大きくすることができ、エネルギー密度が向上する。端子は、断面長円形を有する導電部の一端（第一平面）に広い接合面を確保でき、電極体のタブの接合性が良好である。
導電部の直下にタブが接続されるので、タブから端子までの電流経路が短い。電流経路が短く、第一平面とタブとの接合面が広いので、電流経路の抵抗ロスを小さくできる。従って、蓄電素子において、大電流が流れても、電流経路が溶断しにくい。
【００１５】
前記端子は銅を含み、前記銅を含む前記端子の表面における、インサート樹脂と接する部分には、被膜が形成されてもよい、又は前記部分はケミカルエッチングにより粗面化されてもよい。
【００１６】
銅はインサート樹脂との接合性が良くない。上記構成によれば、銅を含む端子の表面における、インサート樹脂と接する部分に被膜が形成されているので、又は粗面化されているので、銅とインサート樹脂との接合性が向上し、電解液が導電部に沿って這い上がる漏液が防止され、耐腐食性が良好である。
【００１７】
前記端子は、銅とアルミニウムとのクラッド材で形成されてもよい。
【００１８】
上記構成によれば、複数の蓄電素子の端子同士をバスバーにより接続し、バスバーがアルミニウム製である場合、端子のアルミニウム部分とバスバーとの溶接性が良好であり、端子とバスバーとの接続が良好である。溶接方法として、レーザ溶接が可能である。
【００１９】
前記端子の前記銅で形成されている部分の表面における、インサート樹脂と接する部分には、被膜が形成されてもよい。
【００２０】
上記構成によれば、銅を含む端子の表面における、インサート樹脂と接する部分に被膜が形成されているので、銅とインサート樹脂との接合性が向上し、電解液が導電部に沿って這い上がる漏液が防止され、耐腐食性が良好である。
【００２１】
本実施形態の蓄電装置は、上述のいずれかに記載の複数の蓄電素子と、隣り合う前記蓄電素子を接続するバスバーとを備え、各蓄電素子の前記端子は、前記導電部の他端に第二平面を有し、前記バスバーは前記第二平面に接合される。
【００２２】
上記構成によれば、断面長円形を有する導電部の他端にバスバーを接合するための広い接合面（第二平面）を確保でき、端子とバスバーとの接合性が良好である。
【００２３】
（第一実施形態）
以下本発明を、実施の形態に係る蓄電素子を示す図面に基づいて説明する。図１は第一実施形態に係る蓄電素子１の斜視図、図２は蓄電素子１の平面図、図３は蓄電素子１の蓋板２２の裏面図、図４は図２のIV−IV線断面図、図５は図４の拡大断面図である。以下、蓄電素子１がリチウムイオン二次電池である場合を説明するが、蓄電素子１はリチウムイオン二次電池には限定されない。図１、図２、図４、及び図５においては、蓄電素子１を複数直列に接続して、後述する蓄電装置１０を構成するために用いられるバスバー８も示している。
【００２４】
図１に示すように、蓄電素子１は、ケース本体２１及び蓋板２２を有するケース２と、負極端子３と、正極端子４と、支持部５，６とを備える。
【００２５】
ケース２は例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等の金属、又は合成樹脂からなる。ケース２は、直方体状をなし、後述する電極体７及び電解液（不図示）を収容する。本実施形態では、蓄電素子１の設置面（不図示）に対し、蓋板２２は図１における上を向くように配置しているが、図１における側方を向くように配置してもよい。
蓋板２２は、図４に示すように、両端部に貫通孔２２ａ及び２２ｂを有する。
【００２６】
負極端子３は、図４及び図５に示すように、横断面が長円形である柱状をなす。負極端子３は、貫通孔２２ａを貫通する柱状の導電部３０と、長円形の第二平面（図４における上面）３ａと、長円形の第一平面（図４における下面）３ｂとを有する。第二平面３ａ及び第一平面３ｂは、蓋板２２に平行である。
【００２７】
負極端子３は銅で形成され、導電部３０の側面には、トリアジンチオール等の化合物を用いて被膜３１が形成されている。化合物は、銅とインサート樹脂との接合性を向上させ、電解液が導電部３０に沿って這い上がる漏液を防止できるものであればよい。被膜３１は銅とインサート樹脂との接合性が良好である場合、省略できる。なお、前記側面に被膜３１を形成する代わりに、前記側面に対しケミカルエッチングによる粗面化を行ってもよい。
負極端子３は、導電部３０が貫通孔２２ａを貫通した状態で、蓋板２２にインサート成形されている。即ち、負極端子３は、インサート樹脂で形成された支持部５に支持された状態で蓋板２２に設けられている。
【００２８】
支持部５は、包囲部５１と、第一当接部５２と、第二当接部５３とを有する。包囲部５１は、導電部３０の側面を包囲する。第一当接部５２は包囲部５１の外周に設けられ、四角形の周縁部を有し、蓋板２２の外面に当接する。包囲部５１と第一当接部５２との接続部５２ａはテーパ状をなす。第二当接部５３は包囲部５１の外周に設けられ、四角形の周縁部を有し、蓋板２２の内面に当接する。
第一当接部５２及び第二当接部５３の周縁部の形状は四角形である場合に限定されず、他の多角形又は円形であってもよい。
【００２９】
正極端子４は、図４に示すように、横断面が長円形である柱状をなす。正極端子４は、貫通孔２２ｂを貫通する柱状の導電部４０と、長円形の第二平面４ａと、長円形の第一平面４ｂとを有する。正極端子４は負極端子３と異なり、アルミニウム製であり、インサート樹脂との接合性が良好であるので、導電部４０の側面に被膜は形成されていない。
正極端子４は、導電部４０が貫通孔２２ｂを貫通した状態で、蓋板２２にインサート成形されている。即ち、正極端子４は、インサート樹脂で形成された支持部６に支持された状態で蓋板２２に設けられている。
【００３０】
支持部６は、包囲部６１と、第一当接部６２と、第二当接部６３とを有する。包囲部６１は、導電部４０の側面を包囲する。第一当接部６２は包囲部６１の外周に設けられ、四角形の周縁部を有し、蓋板２２の外面に当接する。包囲部６１と第一当接部６２との接続部６２ａはテーパ状をなす。第二当接部６３は包囲部６１の外周に設けられ、四角形の周縁部を有し、蓋板２２の内面に当接する。
第一当接部６２及び第二当接部６３の周縁部の形状は四角形である場合に限定されず、他の多角形又は円形であってもよい。
【００３１】
図４に示すように、電極体７は、複数の正極板及び負極板がセパレータを介して交互に積層されて直方体状に形成された本体７１と、本体７１から蓋板２２に向けて延びる負極タブ７２及び正極タブ７３とを有する。
電極体７は、正極板と負極板とをセパレータを介して積層し扁平状に巻回して得られるものであってもよい。
【００３２】
正極板は、アルミニウムやアルミニウム合金等からなる板状（シート状）又は長尺帯状の金属箔である正極基材箔の両面に正極活物質層が形成されたものである。負極板は、銅及び銅合金等からなる板状（シート状）又は長尺帯状の金属箔である負極基材箔の両面に負極活物質層が形成されたものである。
正極活物質層に用いられる正極活物質、又は負極活物質層に用いられる負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質又は負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。
【００３３】
正極活物質としては、例えば、ＬｉＭＰＯ4 、ＬｉＭ2 ＳｉＯ4 、ＬｉＭＢＯ3 （ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ等から選択される１種又は２種以上の遷移金属元素）等のポリアニオン化合物、チタン酸リチウム、マンガン酸リチウム等のスピネル化合物、ＬｉＭＯ2 （ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ等から選択される１種又は２種以上の遷移金属元素）等のリチウム遷移金属酸化物等を用いることができる。
【００３４】
負極活物質としては、例えば、リチウム金属、リチウム合金（リチウム−アルミニウム、リチウム−シリコン、リチウム−鉛、リチウム−錫、リチウム−アルミニウム−錫、リチウム−ガリウム、及びウッド合金等のリチウム金属含有合金）の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料（例えば黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、非晶質カーボン等）、金属酸化物、リチウム金属酸化物（Ｌｉ4 Ｔｉ5 Ｏ12等）、ポリリン酸化合物等が挙げられる。
【００３５】
セパレータは、電解液が浸潤するシート状乃至フィルム状の材料から形成される。セパレータを形成する材料としては、例えば織布、不織布、又は多孔性かつシート状乃至フィルム状の樹脂が挙げられる。セパレータは正極板と負極板とを離隔すると共に、正極板と負極板との間に電解液を保持する。
【００３６】
銅又は銅合金製の負極タブ７２は、銅製の負極端子３の第一平面３ｂに超音波溶接により接合されている。アルミニウム又はアルミニウム合金製の正極タブ７３は、アルミニウム製の正極端子４の第一平面４ｂに超音波溶接により接合されている。負極タブ７２と第一平面３ｂとの接合方法、及び正極タブ７３と第一平面４ｂとの接合方法は超音波溶接に限定されず、レーザ溶接又は抵抗溶接でもよい。
【００３７】
以下、蓄電素子１の製造方法について説明する。
まず、負極端子３及び正極端子４を打ち抜き加工（トリミング又はパンチング）により形成する。
負極端子３の導電部３０の側面の表面に被膜３１を形成する。
負極端子３を蓋板２２の貫通孔２２ａに貫通させた状態で、金型中に配置する。ここで使用する金型は、支持部５の形状に合成樹脂が流れるように構成されている。合成樹脂としては、例えばグラスファイバを添加したＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）、ＰＰ（ポリプロピレン樹脂）等が挙げられる。
この金型で合成樹脂を射出成形することで支持部５が形成され、負極端子３が、蓋板２２に支持される。
正極端子４についても、負極端子３と同時に、蓋板２２にインサート成形を行う。
負極端子３の第一平面３ｂに負極タブ７２を超音波溶接により接合し、正極端子４の第一平面４ｂに正極タブ７３を超音波溶接により接合する。
ケース本体２１に電極体７を収容した状態で、蓋板２２をケース本体２１の開口の周縁部にレーザ溶接により接合する。
蓋板２２に設けた注液孔（不図示）から電解液を注入し、注液孔を栓により閉塞することにより、蓄電素子１が得られる。
【００３８】
図１、図２、図４、及び図５には、負極端子３の第二平面３ａに、バスバー８が抵抗溶接により接合された状態を示している。第二平面３ａは長円形であり、バスバー８を接合するための広い接合面を確保でき、バスバー８と負極端子３との接合性が良好である。バスバー８と第二平面３ａとの接合方法は、抵抗溶接に限定されず、レーザ溶接又は超音波溶接でもよい。
【００３９】
図６は、複数の蓄電素子１を有する蓄電装置１０を示す平面図である。
蓄電装置１０は、蓄電素子１を、負極端子３及び正極端子４の前後方向（図６における上下方向）の配置が交互に逆になるように配置し、ケース１１に収容してなる。ケース１１に代えて、保持部材が複数の蓄電素子１を保持してもよい。
隣り合う蓄電素子１の負極端子３と正極端子４とがバスバー８により接続され、複数の蓄電素子１が電気的に直列に接続されている。負極端子３と同様に、正極端子４の第二平面４ａには、バスバー８が抵抗溶接により接合されている。バスバー８と第二平面４ａとの接合方法は、抵抗溶接に限定されず、レーザ溶接でもよい。
なお、図６においては、負極端子３及び正極端子４が上を向くように蓄電素子１を配列した場合につき説明しているが、これに限定されず、負極端子３及び正極端子４が側方を向くように蓄電素子１を配列してもよい。
【００４０】
本実施形態によれば、負極端子３及び正極端子４が、第二平面３ａ，４ａ及び第一平面３ｂ，４ｂが長円形である柱状であるので、形状が簡単であり、打ち抜き加工により容易に形成される。
端子の導電部を、二つの絶縁体を介在させた状態で、蓋板を貫通させ、ケース本体内の集電体にかしめる構造と異なり、負極端子３及び正極端子４がインサート成形によりに蓋板２２に一体化される。負極端子３及び正極端子４が断面長円形状を有するので、インサート成形性が良好である。負極端子３及び正極端子４の接続構造が簡素化され、負極端子３及び正極端子４を容易に蓋板２２に容易に一体化することができる。
【００４１】
ケース本体の内部空間で従来かしめ部分が占めていた分、電極体７を大きくすることができ、エネルギー密度が向上する。負極端子３は、断面長円形の導電部３０の一端部に広い接合面（第一平面３ｂ）を有し、負極端子３と負極タブ７２との接合性が良好である。正極端子４と正極タブ７３との接合性も同様に良好である。
【００４２】
導電部３０の直下に負極タブ７２が接続されるので、負極タブ７２から負極端子３までの電流経路が短い。電流経路が短く、第一平面３ｂと負極タブ７２との接合面が広いので、電流経路の抵抗ロスを小さくできる。正極端子４においても、同様に電流経路の抵抗ロスを小さくできる。従って、蓄電素子１において、大電流が流れても、電流経路が溶断しにくい。
【００４３】
本実施形態の蓄電装置１０においては、断面長円形を有する導電部３０，導電部４０の他端にバスバー８を接合するための広い接合面（第二平面３ａ，４ａ）を確保でき、負極端子３，正極端子４とバスバー８との接合性が良好である。
【００４４】
（第二実施形態）
図７は第二実施形態に係る蓄電素子１３の斜視図、図８は負極端子９の取り付け部分の拡大断面図である。図７及び図８中、図１、図４、及び図５と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図７に示すように、蓄電素子１３は、ケース本体２１及び蓋板２２を有するケース２と、負極端子９と、正極端子４と、支持部５，６とを備える。
【００４５】
負極端子９は、図８に示すように、横断面が長円形である柱状をなし、異種金属を貼り合わせたクラッド材からなる。負極端子９は、銅で形成され、柱状であり、貫通孔２２ａを挿通する第一導電部９１と、アルミニウムで形成され、柱状であり、第一導電部９１に接合された第二導電部９２と、第二平面９ａと、第一平面９ｂとを有する。厚みの一例として、第一導電部９１の厚みが３ｍｍ、第二導電部９２の厚みが３ｍｍである場合が挙げられる。
【００４６】
第一導電部９１の側面には、トリアジンチオール等の化合物を用いて被膜９３が形成されている。化合物は、銅とインサート樹脂との接合性を向上させ、電解液が第一導電部９１に沿って這い上がる漏液を防止できるものであればよい。被膜９３は、銅とインサート樹脂との接合性が良好である場合、省略できる。
【００４７】
負極端子９は、第一実施形態の負極端子３と同様に、インサート樹脂で形成された支持部５に支持された状態で蓋板２２に一体化されている。
正極端子４は、第一実施形態の正極端子４と同様の構成を有し、インサート樹脂で形成された支持部６に支持された状態で蓋板２２に一体化さ設れている。
【００４８】
負極端子９のアルミニウム製の第二導電部９２の端部の第二平面９ａには、レーザ溶接により、アルミニウム製のバスバー１４の一端部が接合されている。いずれもアルミニウム製であるので、第二導電部９２とバスバー１４との接合性は良好である。
アルミニウム製である正極端子４の導電部４０の端部の第二平面４ａには、レーザ溶接により、アルミニウム製のバスバー１４の一端部が接合されている（不図示）。いずれもアルミニウム製であるので、導電部４０とバスバー１４との接合性は良好である。
負極端子３及び正極端子４とバスバー１４との接合性が良好であるので、複数の蓄電素子１を良好に接続して蓄電装置を構成することができる。
なお、溶接方法はレーザ溶接に限定されず、抵抗溶接でもよい。
【００４９】
本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
第一実施形態及び第二実施形態において、蓄電素子１がリチウムイオン二次電池である場合につき説明しているが、蓄電素子１はリチウムイオン二次電池には限定されない。蓄電素子１は、ニッケル水素電池等の他の二次電池であってもよいし、一次電池であってもよいし、キャパシタ等の電気化学セルであってもよい。また、蓋板２２に負極端子３又は正極端子４が設けられる場合に限定されず、負極端子３又は正極端子４はケース２の側板に設けてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１、１３  蓄電素子
２  ケース
２１  ケース本体
２２  蓋板
３、９  負極端子
３０、４０  導電部
３１、９３  被膜
９１  第一導電部
９２  第二導電部
３ａ、４ａ、９ａ  第二平面
３ｂ、４ｂ、９ｂ  第一平面
４  正極端子
５  支持部
５１、６１  包囲部
５２、６２  第一当接部
５３、６３  第二当接部
６  支持部
７  電極体
７１  本体
７２  負極タブ
７３  正極タブ
８、１４  バスバー
１０  蓄電装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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