(57)【要約】【課題】熱処理を行うことなく、集電板に接続される外部端子の割れを防止することができ、かつ、外部端子と蓄電要素との間の電気抵抗を低減することができる蓄電素子を提供する。【解決手段】外部端子の軸部は、集電板３０の貫通孔３３を貫通した先端部に拡径部４３を有している。拡径部４３は、径方向に切り欠かれた切欠き部４４を有している。蓄電要素に接続された集電板３０の接続部３２に近接した拡径部４３の第１半部４３Ａは、集電板３０の接続部３２から離隔した第２半部４３Ｂよりも、集電板３０の中継部３１に対向する接続面の面積が大きい。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器と、該容器に収容された蓄電要素と、該蓄電要素に接続され前記容器に収容された集電板と、該集電板に接続されて前記容器の外面に配置された外部端子と、を備えた蓄電素子であって、
前記外部端子は、前記容器の外面に配置された端子部と、該端子部から延びて前記容器を貫通した軸部と、を有し、
前記集電板は、前記軸部の中心軸に直交する方向に延在する中継部と、該中継部の延在方向の一端に設けられて前記蓄電要素に接続された接続部と、該接続部よりも前記中継部の前記延在方向の他端側に設けられた貫通孔と、を有し、
前記軸部は、前記貫通孔を貫通した先端部に、前記貫通孔の内径よりも拡径されて前記中継部に接続された拡径部を有し、
前記拡径部は、前記軸部の径方向に切り欠かれた切欠き部を有し、前記軸部の中心軸および前記中継部の前記延在方向に直交する中心線によって分けられる二つの半部のうち、前記接続部に近接した第１半部は、前記接続部から離隔した第２半部よりも、前記中継部に対向する接続面の面積が大きいことを特徴とする蓄電素子。
【請求項２】
前記第１半部および前記第２半部は、それぞれ、前記接続面が前記中継部に接して前記中継部に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電素子。
【請求項３】
前記拡径部と前記中継部との間に、前記拡径部と前記中継部とを接合する溶接部を有することを特徴とする請求項１に記載の蓄電素子。
【請求項４】
前記拡径部は、前記中継部の延在方向に平行な中心線に線対称に配置された複数の前記溶接部を有することを特徴とする請求項３に記載の蓄電素子。
【請求項５】
前記拡径部は、前記第２半部に唯一の前記切欠き部を有していることを特徴とする請求項１に記載の蓄電素子。
【請求項６】
前記拡径部は、複数の前記切欠き部を有し、
前記第２半部に設けられた前記切欠き部の数は、前記第１半部に設けられた前記切欠き部の数よりも多いことを特徴とする請求項１に記載の蓄電素子。
【請求項７】
前記切欠き部は、前記拡径部の径方向における内側の端部が、前記貫通孔の開口縁よりも外側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電素子。
【請求項８】
前記切欠き部は、前記拡径部の径方向における内側の端部に、円弧状の応力緩和部を有していることを特徴とする請求項１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】
従来から電池などの蓄電素子が知られている（下記特許文献１、２を参照）。特許文献１は、電池ケースの上蓋にシール用のパッキングを介して中空リベット状の電極端子を固定する密閉形電池において、次の特徴を有する電極端子を開示している（同文献、実用新案登録請求の範囲を参照）。
【０００３】
特許文献１の電極端子は、上蓋上面に対向する平円板上の平頭部と、中空の軸部を一体に備えている。平頭部の裏面には、パッキング上面に圧接する環状突起を一体に形成している。中空の軸部の先端部側には、スリットにより分割された複数のかしめ用開脚部を形成している。この開脚部は、軸部よりも薄肉に形成され、軸部との境目の支点部で開脚されて電極端子を固定する。
【０００４】
この構成により、開脚部を平面状に略９０°折り曲げて十字状に開脚することで、平頭部と開脚部の間でパッキングを上下から締め付けることができる。したがって、中空の軸部の先端部をかしめ工具により強い押圧力で押しつぶす必要がなく、電極端子の固定作業が簡単になる。
【０００５】
特許文献２は、電池缶と、電極群と、蓋体と、絶縁プレートと、ワッシャーと、電極タブと、絶縁ガスケットと、出力端子と具備する電池を開示している（同文献、請求項１を参照）。電極群は、電池缶内に収納され、正極および負極を含む。蓋体は、電池缶の開口部を塞ぎ、貫通孔を有している。
【０００６】
絶縁プレートは、蓋体の一方の面に配置され、蓋体の貫通孔と連通するように設けられた軸用貫通孔を有している。ワッシャーは、絶縁プレートに配置され、絶縁プレートの軸用貫通孔と連通するように設けられている。電極タブは、一端が電極群の正極または負極と電気的に接続され、かつ他端がワッシャーに溶接されている。
【０００７】
絶縁ガスケットは、フランジ部と、筒状軸部と、軸挿入孔とを備えている。フランジ部は、蓋体の他方の面に配置され、かつ凹みを有する。筒状軸部は、フランジ部から延出されて蓋体の貫通孔に挿入されている。軸挿入孔は、筒状軸部内の中空と連通するようにフランジ部に開口されている。
【０００８】
出力端子は、頭部と軸部とを有している。頭部は、絶縁ガスケットのフランジ部の凹み内に配置されている。軸部は、頭部から延出され、絶縁ガスケットの軸挿入孔および筒状軸部に挿入されて蓋体の貫通孔、絶縁プレートの軸用貫通孔およびワッシャーの軸用貫通孔にかしめ固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実開平４−７４８５４号公報
【特許文献２】特開２００９−７６３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載された電極端子は、中空の軸部の先端部をかしめ工具によって押しつぶす必要がなく、電極端子の固定作業が簡単である反面、開脚部の間に大きな隙間が形成される。そのため、電極端子の開脚部に接続される金属製平Ｏリングとの間の電流経路が十分に確保できず、電極端子と蓄電要素との間の電気抵抗を上昇させるおそれがある。
【００１１】
これに対し、特許文献２に記載された電池は、ワッシャー上でかしめにより出力端子の軸部に最大拡張部を形成することで、出力端子とワッシャーとの間の電気抵抗を低減させ、出力端子と電極群との間の電気抵抗を低減することができる。その反面、出力端子の軸部をかしめ工具によって押しつぶす必要があり、加工硬化と延性減少に起因して、軸部の最大拡張部に割れが生じるおそれがある。このような割れを防止するために、出力端子の熱処理を行うと、製造コストが上昇してしまう。
【００１２】
そこで、熱処理を行うことなく集電板に接続される外部端子の割れを防止することができ、かつ、外部端子と蓄電要素との間の電気抵抗を低減することができる蓄電素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様は、容器と、該容器に収容された蓄電要素と、該蓄電要素に接続され前記容器に収容された集電板と、該集電板に接続されて前記容器の外面に配置された外部端子と、を備えた蓄電素子であって、前記外部端子は、前記容器の外面に配置された端子部と、該端子部から延びて前記容器を貫通した軸部と、を有し、前記集電板は、前記軸部の中心軸に直交する方向に延在する中継部と、該中継部の延在方向の一端に設けられて前記蓄電要素に接続された接続部と、該接続部よりも前記中継部の前記延在方向の他端側に設けられた貫通孔と、を有し、前記軸部は、前記貫通孔を貫通した先端部に、前記貫通孔の内径よりも拡径されて前記中継部に接続された拡径部を有し、前記拡径部は、前記軸部の径方向に切り欠かれた切欠き部を有し、前記軸部の中心軸および前記中継部の前記延在方向に直交する中心線によって分けられる二つの半部のうち、前記接続部に近接した第１半部は、前記接続部から離隔した第２半部よりも、前記中継部に対向する接続面の面積が大きいことを特徴とする蓄電素子である。
【発明の効果】
【００１４】
上記態様によれば、集電板の中継部の貫通孔を貫通させた外部端子の軸部の先端部を塑性変形させて拡径させて拡径部を形成し、外部端子と集電板とを接続する時に、切欠き部によって軸部の先端の塑性変形が抑制される。これにより、外部端子の拡径部において、加工硬化と延性減少が抑制され、熱処理を行うことなく割れを防止することができる。
【００１５】
上記態様の蓄電素子において、電流は、蓄電要素から集電板の接続部へ流れ、接続部から集電板の中継部へ流れ、中継部から外部端子の拡径部へ流れ、拡径部から外部端子の軸部へ流れ、軸部から外部端子の端子部へ流れる。また、電流は、外部端子の端子部から軸部へ流れ、軸部から拡径部へ流れ、拡径部から集電板の中継部へ流れ、中継部から接続部へ流れ、接続部から蓄電要素へ流れる。
【００１６】
すなわち、集電板の接続部に近接した拡径部の第１半部は、外部端子と蓄電要素との間の主要な電流経路の一部となり、第２半部よりも電流密度が高くなる。一方、集電板の接続部から離隔した拡径部の第２半部は、外部端子と蓄電要素との間の主要な電流経路から外れ、第１半部よりも電流密度が低くなる。また、拡径部の第１半部と第２半部は、それぞれ、集電板の中継部に対向する接続面を介して、集電板の中継部に電気的に接続されている。
【００１７】
そのため、拡径部の第１半部と第２半部との間で、相対的に電流密度が高くなる第１半部の接続面の面積を、相対的に電流密度が低くなる拡径部の第２半部の接続面よりも大きくすることで、外部端子と蓄電要素との間の電気抵抗の増加を抑制し、電気抵抗を低減することができる。したがって、本発明の上記態様によれば、集電板に接続される外部端子の割れを、熱処理を行うことなく防止することができ、かつ、外部端子と蓄電要素との間の電気抵抗を低減することができる蓄電素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態１に係る蓄電素子の外観斜視図。
【図２】図１に示す蓄電素子の分解斜視図。
【図３】図２の蓄電要素の一部を展開した状態を示す斜視図。
【図４】図２の外部端子と集電板の近傍を拡大した分解斜視図。
【図５】図１に示す蓄電素子のかしめ工程における外部端子の近傍の拡大断面図。
【図６】図５に示すかしめ工程によって形成された拡径部の模式的な平面図。
【図７】図１の蓄電素子における電流の経路の一例を示す拡大正面図。
【図８】本発明の実施形態２に係る蓄電素子の拡径部の模式的な平面図。
【図９】図８に示す拡径部の近傍の電流密度の分布図。
【図１０】比較形態に係る蓄電要素の拡径部の近傍の電流密度の分布図。
【図１１】実施形態２および比較形態の蓄電素子の抵抗上昇率を示すグラフ。
【図１２】本発明の実施形態３に係る蓄電素子の拡径部の模式的な平面図。
【図１３】本発明の実施形態４に係る蓄電素子の拡径部の模式的な平面図。
【図１４】本発明の実施形態５に係る蓄電素子の拡径部の模式的な平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明に係る蓄電素子の実施形態を説明する。
【００２０】
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係る蓄電素子１００の外観斜視図である。図２は、図１に示す蓄電素子１００の分解斜視図である。本実施形態に係る蓄電素子１００は、たとえば、車載用途の偏平角形のリチウムイオン二次電池である。蓄電素子１００は、たとえば、電気自動車やハイブリッド自動車などの車両に搭載され、モータなどの電力を消費する機器へ電力を供給し、発電機などの電力を生成する機器から供給された電力を蓄える。
【００２１】
蓄電素子１００は、主に、容器１０と、この容器１０に収容された蓄電要素２０と、この蓄電要素２０に接続されて容器１０に収容された集電板３０と、この集電板３０に接続されて容器１０の外面に配置された外部端子４０と、を備えている。また、図１および図２に示す例において、蓄電素子１００は、蓄電要素２０および集電板３０を覆う絶縁シート５０と、容器１０と集電板３０との間に配置される絶縁板６０と、容器１０と外部端子４０との間に配置されるガスケット７０と、を備えている。
【００２２】
容器１０は、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金を素材として薄型の直方体形状に形成され、容器１０の厚さ方向を向く最大面積の広側面１０ｗと、容器１０の厚さ方向に沿う最小面積の狭側面１０ｎと、容器１０の高さ方向の上下の上面１０ｔと底面１０ｂを有している。なお、蓄電素子１００の容器１０の形状は、角形に限定されず、たとえば円筒形など、任意の形状を採用することができる。
【００２３】
容器１０は、たとえば、一端に開口部１１ａを有する電池缶１１と、電池缶１１の開口部１１ａを密閉する電池蓋１２とによって構成されている。電池缶１１は、たとえば、上端部が開放された有底角筒状に設けられ、上端部におおむね長方形の開口部１１ａを有する偏平な箱形の部材である。電池蓋１２は、たとえば、容器１０の幅方向を長手方向とするおおむね長方形の細長い板状の部材である。
【００２４】
電池蓋１２は、たとえば、長手方向の両端部に貫通孔１２ａを有し、長手方向の中央部にガス排出弁１２ｂを有し、ガス排出弁１２ｂと貫通孔１２ａとの間に注液栓１２ｃによって密閉された注液口１２ｄを有している。ガス排出弁１２ｂは、たとえば、電池蓋１２に設けられた薄肉部であり、溝状のスリットを有している。ガス排出弁１２ｂは、容器１０の内圧が上昇して所定の圧力に達すると開裂して、容器１０の内部のガスを外部に放出することで、容器１０の内圧を低下させて蓄電素子１００の安全性を確保する。
【００２５】
図３は、図２に示す蓄電要素２０の一部を展開した状態を示す斜視図である。蓄電要素２０は、蓄電素子１００の発電体であり、たとえば、長尺帯状の正極体２１と負極体２２とを、これらの間に長尺帯状のセパレータ２３を介在させて捲回した捲回電極群である。正極体２１は、長尺帯状の正極箔２１ａと、この正極箔２１ａの幅方向の一端を除く両面に形成された正極合剤層２１ｂと、正極箔２１ａの幅方向の一端で正極箔２１ａが正極合剤層２１ｂから露出した箔露出部２１ｃとを有している。
【００２６】
同様に、負極体２２は、長尺帯状の負極箔２２ａと、この負極箔２２ａの幅方向の一端を除く両面に形成された負極合剤層２２ｂと、負極箔２２ａの幅方向の一端で負極箔２２ａが負極合剤層２２ｂから露出した箔露出部２２ｃとを有している。正極体２１と負極体２２は、捲回軸２０Ａを中心に偏平な形状に捲回され、それぞれの箔露出部２１ｃ，２２ｃが捲回軸２０Ａ方向における反対の位置に配置されている。偏平な形状に捲回された蓄電要素２０は、正極体２１および負極体２２が平坦に積層された厚さ方向を向く平坦部２０Ｆと、平坦部２０Ｆの両側で正極体２１および負極体２２が円弧状に湾曲して積層された半円筒状の湾曲部２０Ｒと、を有している。
【００２７】
外部端子４０は、正極集電板３０Ｐに接続される正極外部端子４０Ｐと、負極集電板３０Ｎに接続される負極外部端子４０Ｎとを含む。正極外部端子４０Ｐは、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の部材である。負極外部端子４０Ｎは、たとえば、銅または銅合金製の部材である。正極外部端子４０Ｐの形状と負極外部端子４０Ｎの形状は、おおむね同一である。外部端子４０は、たとえば、電池蓋１２の長手方向の一端と他端に配置されている。
【００２８】
図４は、外部端子４０と集電板３０とを接続する前の状態を示す拡大された分解斜視図である。外部端子４０は、容器１０の外面に配置された端子部４１と、この端子部４１から延びて容器１０を貫通する軸部４２と、を有している。外部端子４０は、たとえば、一つの金属材料を成型または切削加工することにより、一部材として一体的に設けられている。
【００２９】
端子部４１は、たとえば、おおむね直方体のブロック状の形状を有し、容器１０の上面１０ｔすなわち電池蓋１２の外面に、ガスケット７０を介して配置される。端子部４１の電池蓋１２と反対の面は、たとえば、電池蓋１２の外面とおおむね平行であり、金属製の板状のバスバーを溶接するための外部端子４０の溶接接合部である。
【００３０】
軸部４２は、たとえば、端子部４１の電池蓋１２に対向する面に直交する中心軸４２Ａに沿って延び、基端側に円柱部４２ａを有し、先端側に円筒部４２ｂを有している。円筒部４２ｂの外径は円柱部４２ａの外径よりも縮径され、円柱部４２ａと円筒部４２ｂとの間に段差が形成されている。円筒部４２ｂは、先端部が中空の円筒状にされている。なお、軸部４２は、たとえば、中空円筒状の円筒部４２ｂの先端部に、軸部４２の中心軸４２Ａに沿って延びるスリットを有していてもよい。
【００３１】
また、軸部４２は、先端部を塑性変形させて先端部に拡径部４３（図５参照）を形成できるものであれば、全体が中空の筒状であってもよいし、全体が中実の柱状であってもよい。また、軸部４２は、断面形状が円形の円筒状や円柱状に限定されず、断面形状が多角形の筒状や柱状であってもよい。
【００３２】
集電板３０は、蓄電要素２０の正極体２１に接続される正極集電板３０Ｐと、蓄電要素２０の負極体２２に接続される負極集電板３０Ｎとを含んでいる。正極集電板３０Ｐは、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の板状の部材である。負極集電板３０Ｎは、たとえば、銅または銅合金製の板状の部材である。正極集電板３０Ｐの形状と負極集電板３０Ｎの形状は、おおむね鏡像対称である。
【００３３】
集電板３０は、軸部４２の中心軸４２Ａに直交する方向に延在する中継部３１と、この中継部３１の延在方向の一端に設けられて蓄電要素２０に接続された接続部３２と、この接続部３２よりも中継部３１の延在方向の他端側に設けられた貫通孔３３と、を有している。中継部３１は、絶縁板６０を介して電池蓋１２の内面に固定される集電板３０の基部であり、電池蓋１２に平行に配置されるおおむね長方形の板状の部分である。
【００３４】
接続部３２は、中継部３１の延在方向の一端において中継部３１に対しておおむね直角に曲折され、軸部４２の中心軸４２Ａにおおむね平行に容器１０の底面１０ｂに向けて延びている。より詳細には、図２および図４に示す例において、接続部３２は、容器１０の広側面１０ｗに対向する中継部３１の一側縁であって、中継部３１の延在方向すなわち容器１０の幅方向に沿う中継部３１の一側縁において、容器１０の狭側面１０ｎに隣接する容器１０の幅方向における外側の中継部３１の一端に接続されている。また、接続部３２は、蓄電要素２０の捲回軸２０Ａ方向の一端と他端においてそれぞれ捲回されて束ねられた正極体２１の箔露出部２１ｃと負極体２２の箔露出部２２ｃに沿って延びている。
【００３５】
絶縁シート５０は、たとえば、可撓性および電気絶縁性を有する樹脂製のシートである。絶縁シート５０は、蓄電要素２０と、この蓄電要素２０に接合された集電板３０の周囲を覆うように配置されることで、蓄電要素２０と電池缶１１との間、および集電板３０と電池缶１１との間を電気的に絶縁している。絶縁板６０は、たとえば、電気絶縁性を有する硬質の樹脂製の部材であり、外部端子４０の軸部４２を貫通させる貫通孔６１を有している。絶縁板６０は、集電板３０の中継部３１と電池蓋１２との間に配置され、これらの間を電気的に絶縁している。
【００３６】
ガスケット７０は、たとえば、柔軟性と電気絶縁性を有する樹脂製の部材である。ガスケット７０は、外部端子４０の端子部４１の電池蓋１２に対向する面と側面の端部を覆う本体部７１と、本体部７１に設けられた貫通孔７２と、外部端子４０の軸部４２の基端部を覆う筒状部７３とを有している。ガスケット７０の本体部７１は、外部端子４０の端子部４１と電池蓋１２との間を電気的に絶縁している。ガスケット７０の筒状部７３は、外部端子４０の軸部４２と電池蓋１２の貫通孔１２ａとの間を電気的に絶縁している。また、ガスケット７０は、本体部７１が外部端子４０の端子部４１と電池蓋１２との間で圧縮されることで、電池蓋１２の貫通孔１２ａを封止している。
【００３７】
次に、本実施形態の蓄電素子１００の組み立て手順の一例を説明する。まず、図４に示すように、外部端子４０の軸部４２を、ガスケット７０の貫通孔７２、電池蓋１２の貫通孔１２ａ、絶縁板６０の貫通孔６１、および集電板３０の中継部３１の貫通孔３３に、順次、貫通させる。次に、集電板３０の中継部３１の貫通孔３３を貫通した外部端子４０の軸部４２の先端部を塑性変形させて拡径させることで、中継部３１の貫通孔３３の内径よりも拡径されて中継部３１に接続された拡径部４３（図５参照）を形成する。
【００３８】
図５は、蓄電素子１００の製造工程の一部であるかしめ工程における外部端子４０の近傍の拡大断面図である。図６は、図５に示すかしめ工程によって形成された拡径部４３の模式的な平面図である。ガスケット７０の貫通孔７２、電池蓋１２の貫通孔１２ａ、絶縁板６０の貫通孔６１、および集電板３０の中継部３１の貫通孔３３を貫通した外部端子４０の軸部４２の先端部は、たとえば、かしめ工具Ｔによって軸部４２の中心軸４２Ａ方向に押し潰されるように加圧される。
【００３９】
これにより、かしめ工具Ｔによって外部端子４０の軸部４２の先端部が径方向外側に拡げられ、集電板３０の中継部３１の貫通孔３３の内径よりも拡径されて拡径部４３が形成される。拡径部４３は、集電板３０の中継部３１に対向する接続面４３Ｆが、集電板３０の中継部３１に押し付けられ、中継部３１に電気的に接続される。このとき、集電板３０の中継部３１は、たとえば、軸部４２の基部と先端部との間の段差に係合し、この段差と軸部４２の先端の拡径部４３との間に挟持される。これにより、外部端子４０の端子部４１と拡径部４３と電池蓋１２との間でガスケット７０が所定の変形量で圧縮された状態で、電池蓋１２に対して外部端子４０、ガスケット７０、絶縁板６０、および集電板３０を固定することができる。
【００４０】
また、前述のように、軸部４２が中空円筒状の円筒部４２ｂの先端部に軸部４２の中心軸４２Ａに沿って延びるスリットを有している場合には、このスリットが拡径部４３の径方向の外側の部分ほど拡径部４３の周方向に拡大され、拡径部４３にくさび形、Ｖ字型または扇形の切欠き部４４が形成される。また、軸部４２が先端部にスリットを有しない場合には、軸部４２の先端部に切込みを形成する凸部または刃を備えたかしめ工具Ｔを用いることで、切欠き部４４を有する拡径部４３を形成することができる。
【００４１】
このように、かしめ工程において拡径部４３に切欠き部４４を形成することで、切欠き部４４を形成しない場合と比較して、拡径部４３を形成するときの軸部４２の塑性変形を減少させることができる。より詳細には、拡径部４３が切欠き部４４を有しない場合、拡径部４３の周方向の塑性変形は、径方向の外側ほど大きくなる。すると、拡径部４３に加工硬化と延性減少に起因する割れが生じるおそれがある。このような割れを防止するために熱処理を行うと、蓄電素子１００の製造コストが増加する。
【００４２】
これに対し、拡径部４３が、軸部４２の径方向に切り欠かれた切欠き部４４を有する場合には、軸部４２の先端を拡径させて拡径部４３を形成するときの軸部４２の周方向の塑性変形を減少させることができる。そのため、熱処理を行うことなく、拡径部４３に加工硬化と延性減少に起因する割れが生じるのを防止することができる。しかし、拡径部４３の切欠き部４４が、外部端子４０と蓄電要素２０との間の電流密度が高い部分に設けられると、電流の流れが阻害され、外部端子４０と蓄電要素２０との間の電気抵抗が上昇するおそれがある。
【００４３】
このような外部端子４０と蓄電要素２０との間の電気抵抗の上昇を防止するために、本実施形態の蓄電素子１００は、次の構成を備えることを特徴としている。拡径部４３において、軸部４２の中心軸４２Ａおよび中継部３１の延在方向に直交する中心線Ｃ１によって分けられる二つの半部４３Ａ，４３Ｂのうち、集電板３０の接続部３２に近接した第１半部４３Ａは、集電板３０の接続部３２から離隔した第２半部４３Ｂよりも、集電板３０の中継部３１に対向する接続面４３Ｆの面積が大きい。
【００４４】
拡径部４３の第１半部４３Ａおよび第２半部４３Ｂは、それぞれ、集電板３０の中継部３１に対向する接続面４３Ｆが中継部３１に接して中継部３１に電気的に接続されている。そのため、拡径部４３の第１半部４３Ａおよび第２半部４３Ｂは、集電板３０の中継部３１に対向する接続面４３Ｆの面積が大きいほど、中継部３１に電気的に接続される面積が大きくなり、電気抵抗が低下する。すなわち、集電板３０の接続部３２に近接した第１半部４３Ａは、集電板３０の接続部３２から離隔した第２半部４３Ｂよりも、集電板３０の中継部３１との間の電気抵抗が小さい。なお、拡径部４３の第１半部４３Ａおよび第２半部４３Ｂの接続面４３Ｆは、おおむね全面が集電板３０の中継部３１に接している。
【００４５】
本実施形態の蓄電素子１００において、外部端子４０の軸部４２の拡径部４３は、集電板３０の接続部３２から離隔した第２半部４３Ｂに唯一の切欠き部４４を有している。図６に示す例において、第２半部４３Ｂの切欠き部４４は、軸部４２の中心軸４２Ａに直交し、中継部３１の延在方向に平行な中心線Ｃ２上に配置されている。また、図６に示す例において、集電板３０の接続部３２は、図２および図４に示す例と異なり、中継部３１の延在方向の一端において、容器１０の狭側面１０ｎに対向する中継部３１の側縁からおおむね直角に曲折され、容器１０の狭側面１０ｎに沿って容器１０の底面１０ｂに向けて延びている。
【００４６】
また、本実施形態の蓄電素子１００において、外部端子４０の軸部４２の拡径部４３に設けられた切欠き部４４は、拡径部４３の径方向における内側の端部４４ａが、貫通孔３３の開口縁３３ａよりも外側に設けられている。図６に示す例において、切欠き部４４は、くさび形、Ｖ字型、または扇形の形状を有し、拡径部４３の径方向における内側ほど、拡径部４３の周方向の寸法が小さくなっている。拡径部４３の強度は、たとえば、拡径部４３の周方向の全周にわたって連続し、かつ、集電板３０の中継部３１の貫通孔３３の外側に係合している拡径部４３の円環部分４３Ｃの強度として求められる。すなわち、拡径部４３の強度は、たとえば、拡径部４３の円環部分４３Ｃの径方向の寸法４３ｄと厚み４３ｔ（図５参照）を積算することによって求められる。
【００４７】
以上のように、外部端子４０の軸部４２の先端部を塑性変形させるかしめにより拡径部４３を形成することで、外部端子４０の軸部４２と集電板３０の中継部３１を電気的に接続するとともに、電池蓋１２に対して外部端子４０、ガスケット７０、絶縁板６０、および集電板３０をかしめ固定することができる。その後、集電板３０の接続部３２を、蓄電要素２０に接続する。
【００４８】
より具体的には、図２に示すように、蓄電要素２０は、たとえば、捲回軸２０Ａが容器１０の幅方向すなわち電池蓋１２の長手方向に平行に配置され、捲回軸２０Ａ方向の一端と他端に捲回された正極体２１の箔露出部２１ｃと負極体２２の箔露出部２２ｃが、平坦部２０Ｆにおいて圧縮されて束ねられる。そして、集電板３０の接続部３２は、蓄電要素２０の箔露出部２１ｃ，２２ｃが束ねられた部分に対向して配置され、たとえば、超音波接合によって蓄電要素２０の箔露出部２１ｃ，２２ｃに接合されて電気的に接続される。これにより、正極外部端子４０Ｐと負極外部端子４０Ｎが、それぞれ、正極集電板３０Ｐと負極集電板３０Ｎを介して、蓄電要素２０の正極体２１と負極体２２に電気的に接続される。
【００４９】
次に、集電板３０に接合されて集電板３０を介して電池蓋１２に固定された蓄電要素２０を、集電板３０とともに絶縁シート５０によって覆い、容器１０の電池缶１１の開口部１１ａから電池缶１１の内部に挿入する。そして、集電板３０、蓄電要素２０およびこれらを覆う絶縁シート５０の全体を電池缶１１の内部に収容し、電池缶１１の開口部１１ａを電池蓋１２によって閉塞する。その後、たとえば、レーザ溶接によって、電池蓋１２を全周にわたって電池缶１１の上端部に接合して、電池缶１１の開口部１１ａを電池蓋１２によって密閉および封止し、電池缶１１と電池蓋１２によって、集電板３０および蓄電要素２０を収容する容器１０を構成する。
【００５０】
その後、たとえば、電池蓋１２に設けられた注液口１２ｄを介して容器１０の内部に電解液を注入し、注液口１２ｄを注液栓１２ｃによって閉塞し、たとえばレーザ溶接によって注液栓１２ｃの全周を電池蓋１２に接合することで、注液口１２ｄを注液栓１２ｃによって密閉および封止する。以上により、図１に示す形態の蓄電素子１００を組み立てることができる。
【００５１】
以下、本実施形態の蓄電素子１００の作用について説明する。
【００５２】
図７は、本実施形態の蓄電素子１００における電流Ｉの経路の一例を示す拡大正面図である。なお、図７では、容器１０の電池缶１１、絶縁シート５０等の図示を省略している。
【００５３】
本実施形態の蓄電素子１００は、前述のように、たとえば、車両に搭載され、モータなどの電力を消費する機器へ電力を供給する。このとき、蓄電要素２０の箔露出部２１ｃから、集電板３０の接続部３２へ電流Ｉが流れる。集電板３０の接続部３２を流れた電流Ｉは、接続部３２から中継部３１へ流れ、中継部３１から外部端子４０の軸部４２の拡径部４３へ流れる。外部端子４０の軸部４２の拡径部４３へ流れた電流Ｉは、軸部４２を介して端子部４１へ流れ、端子部４１からバスバーや配線などを介して、モータなどの電力を消費する機器へ供給される。
【００５４】
また、本実施形態の蓄電素子１００は、前述のように、たとえば、発電機などの電力を生成する機器から供給された電力を蓄える。このとき、発電機などの電力を生成する機器から配線やバスバーなどを介して外部端子４０の端子部４１へ電流Ｉが流れる。端子部４１へ流れた電流Ｉは、軸部４２を介して軸部４２の先端の拡径部４３へ流れる。拡径部４３へ流れた電流Ｉは、集電板３０の中継部３１を介して接続部３２へ流れ、接続部３２から蓄電要素２０の箔露出部２１ｃへ流れ、蓄電要素２０に電力が蓄えられる。
【００５５】
すなわち、本実施形態の蓄電素子１００において、電流Ｉは、外部端子４０の端子部４１と軸部４２との間では、軸部４２の中心軸４２Ａの方向に流れる。また、電流Ｉは、外部端子４０の軸部４２と集電板３０の接続部３２との間は、軸部４２の中心軸４２Ａに直交する中継部３１の延在方向、すなわち容器１０の幅方向に流れる。さらに電流Ｉは、集電板３０の中継部３１と蓄電要素２０との間では、集電板３０の接続部３２の延在方向、すなわち容器１０の高さ方向に流れる。
【００５６】
すなわち、図６に示すように、集電板３０の接続部３２に近接した拡径部４３の第１半部４３Ａは、外部端子４０と蓄電要素２０との間の主要な電流経路の一部となり、第２半部４３Ｂよりも電流密度が高くなる。一方、集電板３０の接続部３２から離隔した拡径部４３の第２半部４３Ｂは、外部端子４０と蓄電要素２０との間の主要な電流経路から外れ、第１半部４３Ａよりも電流密度が低くなる。
【００５７】
ここで、本実施形態の蓄電素子１００は、前述のように、次の構成を備えている。蓄電素子１００は、主に、容器１０と、この容器１０に収容された蓄電要素２０と、この蓄電要素２０に接続されて容器１０に収容された集電板３０と、この集電板３０に接続されて容器１０の外面に配置された外部端子４０と、を備えている。外部端子４０は、容器１０の外面に配置された端子部４１と、この端子部４１から延びて容器１０を貫通した軸部４２と、を有している。集電板３０は、軸部４２の中心軸４２Ａに直交する方向に延在する中継部３１と、この中継部３１の延在方向の一端に設けられて蓄電要素２０に接続された接続部３２と、この接続部３２よりも中継部３１の延在方向の他端側に設けられた貫通孔３３と、を有している。軸部４２は、貫通孔３３を貫通した先端部に、貫通孔３３の内径よりも拡径されて中継部３１に接続された拡径部４３を有している。拡径部４３は、軸部４２の径方向に切り欠かれた切欠き部４４を有している。さらに、拡径部４３は、軸部４２の中心軸４２Ａおよび中継部３１の延在方向に直交する中心線Ｃ１によって分けられる二つの半部４３Ａ，４３Ｂのうち、接続部３２に近接した第１半部４３Ａは、接続部３２から離隔した第２半部４３Ｂよりも、中継部３１に対向する接続面４３Ｆの面積が大きい。
【００５８】
このように、本実施形態の蓄電素子１００において、拡径部４３は、軸部４２の径方向に切り欠かれた切欠き部４４を有している。そのため、前述のように、集電板３０の中継部３１の貫通孔３３を貫通させた外部端子４０の軸部４２の先端部を塑性変形させて拡径させて拡径部４３を形成し、外部端子４０と集電板３０とを接続する時に、切欠き部４４によって軸部４２の先端の塑性変形が抑制される。これにより、外部端子４０の拡径部４３において、加工硬化と延性減少が抑制され、熱処理を行うことなく割れを防止することができる。
【００５９】
また、本実施形態の蓄電素子１００は、前述のように、拡径部４３の第１半部４３Ａと第２半部４３Ｂとの間で、相対的に電流密度が高くなる第１半部４３Ａの接続面４３Ｆの面積を、相対的に電流密度が低くなる拡径部４３の第２半部４３Ｂの接続面４３Ｆよりも大きくしている。これにより、外部端子４０と蓄電要素２０との間の電気抵抗の増加を抑制し、電気抵抗を低減することができる。したがって、本実施形態の蓄電素子１００によれば、集電板３０に接続される外部端子４０の割れを、熱処理を行うことなく防止することができ、かつ、外部端子４０と蓄電要素２０との間の電気抵抗を低減することができる蓄電素子１００を提供することができる。
【００６０】
また、本実施形態の蓄電素子１００において、拡径部４３の第１半部４３Ａおよび第２半部４３Ｂは、それぞれ、接続面４３Ｆが集電板３０の中継部３１に接して中継部３１に電気的に接続されている。そのため、第１半部４３Ａと集電板３０の中継部３１との間の電流経路の面積と、第２半部４３Ｂと集電板３０の中継部３１との間の電流経路の面積は、それぞれ、第１半部４３Ａの接続面４３Ｆの面積と、第２半部４３Ｂの接続面４３Ｆの面積に比例する。したがって、第１半部４３Ａの接続面４３Ｆの面積を第２半部４３Ｂの接続面４３Ｆの面積よりも大きくすることで、第１半部４３Ａと集電板３０の中継部３１との間の電流経路の面積が、第２半部４３Ｂと集電板３０の中継部３１との間の電流経路の面積よりも大きくなる。よって、本実施形態の蓄電素子１００によれば、外部端子４０と蓄電要素２０との間の電気抵抗を低減することができる。
【００６１】
また、本実施形態の蓄電素子１００において、拡径部４３は、第２半部４３Ｂに唯一の切欠き部４４を有している。すなわち、拡径部４３は、第１半部４３Ａに切欠き部４４を有しないため、第１半部４３Ａの接続面４３Ｆの面積を大きくすることができる。したがって、本実施形態の蓄電素子１００によれば、外部端子４０と蓄電要素２０との間の電気抵抗を低減することができる。
【００６２】
また、本実施形態の蓄電素子１００において、拡径部４３の切欠き部４４は、拡径部４３の径方向における内側の端部４４ａが、貫通孔３３の開口縁３３ａよりも外側に設けられている。この場合、拡径部４３の強度を維持し、拡径部４３によって集電板３０の中継部３１を電池蓋１２に絶縁板６０を介して強固に固定することができる。より詳細には、前述のように、拡径部４３に周方向に円環部分４３Ｃを形成し、円環部分４３Ｃの径方向の寸法４３ｄと厚み４３ｔの積算から求められる拡径部４３の強度を確保することができる。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態によれば、集電板３０に接続される外部端子４０の割れを、熱処理を行うことなく防止することができ、かつ、外部端子４０と蓄電要素２０との間の電気抵抗を低減することができる蓄電素子１００を提供することができる。
【００６４】
［実施形態２］
次に、図８から図１１を参照して、本発明の実施形態２に係る蓄電素子を説明する。図８は、本発明の実施形態２に係る蓄電素子の拡径部４３の模式的な平面図である。図９は、本実施形態の蓄電素子の拡径部４３の近傍の電流密度の分布図である。図１０は、比較形態の蓄電素子の拡径部４３の近傍の電流密度の分布図である。図１１は、本実施形態の蓄電素子および比較形態の蓄電素子の抵抗上昇率を示すグラフである。なお、図９および図１０に示す分布図は、電流密度が低い部分ほど白色に近い淡色で示し、電流密度が高い部分ほど黒色に近い濃色で示している。
【００６５】
本実施形態の蓄電素子は、図８に示すように、外部端子４０の軸部４２の拡径部４３と、集電板３０の中継部３１との間に、これら拡径部４３と中継部３１とを接合する溶接部Ｗを有する点で、前述の実施形態１の蓄電素子１００と異なっている。本実施形態の蓄電素子のその他の部分は、前述の実施形態１の蓄電素子１００と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００６６】
外部端子４０の軸部４２の拡径部４３と集電板３０の中継部３１とは、たとえば、レーザや電子ビーム等の高エネルギービームを照射する高エネルギービーム溶接によって溶接され、拡径部４３と中継部３１との間に溶接部Ｗが形成されている。図８に示す例において、拡径部４３は、集電板３０の中継部３１の延在方向に平行な中心線Ｃ２に線対称に配置された複数の溶接部Ｗを有している。より具体的には、図８に示す例において、溶接部Ｗは、外部端子４０の軸部４２の中心軸４２Ａおよび集電板３０の中継部３１の延在方向に直交する拡径部４３の中心線Ｃ１と拡径部４３の外縁が交差する位置に１つずつ、合計２つが形成されている。溶接部Ｗは、切欠き部４４を避けて設けられている。
【００６７】
また、図８に示す例において、拡径部４３の周方向に反時計回りの角度を設定し、一方の溶接部Ｗの角度を０度、他方の溶接部Ｗの位置を１８０度とする。そして、拡径部４３の第２半部４３Ｂの周縁部は、０度から１８０度までの角度範囲にあり、拡径部４３の第１半部４３Ａの周縁部は１８０度から３６０度までの角度範囲にあるとする。すなわち、図８に示す例において、切欠き部４４は、拡径部４３の第２半部４３Ｂの９０度の位置に形成されている。
【００６８】
一方、図１０に示す比較形態の蓄電素子において、切欠き部４４は、拡径部４３の第１半部４３Ａの２７０度の位置に形成されている。この場合、集電板３０の中継部３１に対向する拡径部４３の接続面４３Ｆの面積は、第２半部４３Ｂよりも電流密度が高い第１半部４３Ａにおいて減少する。そのため、図１１に示すように、図１０に示す比較形態の蓄電素子は、図９に示す本実施形態の蓄電素子と比較して、蓄電要素２０と外部端子４０との間の電気抵抗が、たとえば、おおむね１０％程度上昇するおそれがある。
【００６９】
これに対し、図９に示す本実施形態の蓄電素子において、切欠き部４４は、拡径部４３の第２半部４３Ｂの９０度の位置に形成されている。この場合、集電板３０の中継部３１に対向する拡径部４３の接続面４３Ｆの面積は、第１半部４３Ａよりも電流密度が低い第２半部４３Ｂにおいて減少する。しかし、拡径部４３の接続面４３Ｆの面積は、第２半部４３Ｂよりも電流密度が高い第１半部４３Ａにおいて減少せず、切欠き部４４を有しない場合と同様の面積を維持することができる。
【００７０】
したがって、本実施形態によれば、前述の実施形態１と同様に、集電板３０に接続される外部端子４０の割れを、熱処理を行うことなく防止することができ、かつ、外部端子４０と蓄電要素２０との間の電気抵抗を低減することができる蓄電素子を提供することができる。
【００７１】
さらに、本実施形態の蓄電素子は、前述のように、拡径部４３と集電板３０の中継部３１との間に、拡径部４３と中継部３１とを接合する溶接部Ｗを有している。これにより、拡径部４３と集電板３０の中継部３１との接合強度が向上するだけでなく、拡径部４３と集電板３０の中継部３１とが溶接部Ｗを介して電気的に接続される。これにより、外部端子４０と蓄電要素２０との間の電気抵抗をさらに低減することができる。
【００７２】
また、本実施形態の蓄電素子において、拡径部４３は、複数の溶接部Ｗを有しているので、一つの溶接部Ｗのみを有する場合と比較して、外部端子４０と蓄電要素２０との間の電気抵抗をより低減することができる。さらに、拡径部４３は、複数の溶接部Ｗは、中継部３１の延在方向に平行な中心線Ｃ２に線対称に配置されている。これにより、各溶接部Ｗを介して流れる電流Ｉの偏りを抑制して、各溶接部Ｗを介して流れる電流Ｉをより均一にすることができ、外部端子４０と蓄電要素２０との間の電気抵抗をより低減することができる。
【００７３】
［実施形態３］
次に、図１２を参照して、本発明の実施形態３に係る蓄電素子を説明する。図１２は、本発明の実施形態３に係る蓄電素子の拡径部４３の模式的な平面図である。本実施形態の蓄電素子は、溶接部Ｗの構成が前述の実施形態２に係る蓄電素子と異なっている。本実施形態の蓄電素子のその他の構成は、前述の実施形態２に係る蓄電素子と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００７４】
本実施形態の蓄電素子において、溶接部Ｗは、外部端子４０の軸部４２の中心軸４２Ａおよび集電板３０の中継部３１の延在方向に直交する拡径部４３の中心線Ｃ１と拡径部４３の外縁が交差する位置を中心として、拡径部４３の周方向に所定の角度範囲で設けられている。このような溶接部Ｗは、たとえば、高エネルギービームを拡径部４３の周方向に連続的に照射することによって形成することができる。このように、溶接部Ｗが形成される領域を拡大することで、拡径部４３と集電板３０の中継部３１とが溶接部Ｗを介して電気的に接続される領域を拡大することができ、外部端子４０と蓄電要素２０との間の電気抵抗をさらに低減することができる。
【００７５】
［実施形態４］
次に、図１３を参照して、本発明の実施形態４に係る蓄電素子を説明する。図１３は、本発明の実施形態４に係る蓄電素子の拡径部４３の模式的な平面図である。本実施形態の蓄電素子は、切欠き部４４の構成が前述の実施形態３に係る蓄電素子と異なっている。本実施形態の蓄電素子のその他の構成は、前述の実施形態３に係る蓄電素子と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００７６】
本実施形態の蓄電素子において、拡径部４３は、複数の切欠き部４４を有している。拡径部４３において、第２半部４３Ｂに設けられた切欠き部４４の数は、第１半部４３Ａに設けられた切欠き部４４の数よりも多い。これにより、本実施形態の蓄電素子において、集電板３０の接続部３２に近接した第１半部４３Ａは、集電板３０の接続部３２から離隔した第２半部４３Ｂよりも、集電板３０の中継部３１に対向する接続面４３Ｆの面積が大きくなっている。
【００７７】
したがって、本実施形態の蓄電素子によれば、前述の実施形態１から３の蓄電素子と同様の効果を得ることができる。さらに、外部端子４０の軸部４２の先端部を塑性変形させて拡径部４３を形成する時に、複数の切欠き部４４によって、軸部４２の先端の塑性変形をより効果的に抑制することができる。これにより、外部端子４０の拡径部４３において、加工硬化と延性減少がより抑制され、熱処理を行うことなく、拡径部４３の割れをより確実に防止することができる。
【００７８】
［実施形態５］
次に、図１４を参照して、本発明の実施形態５に係る蓄電素子を説明する。図１４は、本発明の実施形態５に係る蓄電素子の拡径部４３の模式的な平面図である。本実施形態の蓄電素子は、切欠き部４４の構成が前述の実施形態２に係る蓄電素子と異なっている。本実施形態の蓄電素子のその他の構成は、前述の実施形態２に係る蓄電素子と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００７９】
本実施形態の蓄電素子において、切欠き部４４は、拡径部４３の径方向における内側の端部４４ａに、円弧状の応力緩和部４４Ｒを有している。この構成により、たとえば、拡径部４３の周方向に応力が作用した場合、拡径部４３の径方向における切欠き部４４の内側の端部４４ａに応力が集中するのを防止することができる。これにより、拡径部４３の周方向に応力が作用した場合に、拡径部４３の径方向における切欠き部４４の内側の端部４４ａを起点として割れが発生するのを防止することができる。
【００８０】
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。たとえば、蓄電素子は、二次電池に限定されず、一次電池、電気二重層コンデンサ、キャパシタなど、電力を蓄えることができる電気化学素子を含む。
【符号の説明】
【００８１】
１０    容器
２０    蓄電要素
３０    集電板
３１    中継部
３２    接続部
３３    貫通孔
３３ａ  開口縁
４０    外部端子
４１    端子部
４２    軸部
４２Ａ  中心軸
４３    拡径部
４３Ａ  第１半部
４３Ｂ  第２半部
４３Ｆ  接続面
４４    切欠き部
４４ａ  端部
４４Ｒ  応力緩和部
１００  蓄電素子
Ｃ１    中心線
Ｃ２    中心線
Ｗ      溶接部
【図１】
2019121566.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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