(57)【要約】【課題】析出した金属粉による負極シートと正極シートとの導通を防止して、電池電圧の低下を抑制することができる蓄電素子を提供する。【解決手段】正極シート３１の正極リード部３１ａには、正極延在部６が、電気的に接続されている。この正極延在部６は、正極シート３１の正極金属箔と同材質である。正極延在部６は、正極リード部３１ａよりも負極リード部３２ａ側に延在する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器と、
上記容器の外部に少なくとも一部が配置されている外部端子と、
上記容器内に収容されている電極体と、
上記外部端子と上記電極体とを電気的に接続する集電体と
を備え、
上記電極体は、正極金属箔に正極活物質層を設けた正極シートと、負極金属箔に負極活物質層を設けた負極シートと、セパレータとを、上記正極シートと上記負極シートとの間に上記セパレータが介在するように、重ね合わせてなり、
上記正極シートは、上記電極体の一方の端部において、上記正極金属箔が露出した正極リード部を有し、
上記負極シートは、上記電極体の他方の端部において、上記負極金属箔が露出した負極リード部を有し、
上記正極リード部に直接的または間接的に電気的に接続されると共に、上記正極リード部よりも上記負極リード部側に延在する正極延在部が、設けられていることを特徴とする蓄電素子。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電素子において、
上記正極延在部は、網目を有することを特徴とする蓄電素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の蓄電素子において、
上記負極リード部に直接的または間接的に電気的に接続されると共に、上記負極リード部よりも上記正極リード部側に延在する負極延在部が、設けられていることを特徴とする蓄電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蓄電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蓄電素子としては、特開２００９−２７７６０４号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この蓄電素子は、容器と、上記容器の外部に露出する外部端子と、上記容器内に収容されている電極体と、上記外部端子と上記電極体とを電気的に接続する集電体とを備えている。
【０００３】
上記電極体は、正極金属箔に正極活物質層を設けた正極シートと、負極金属箔に負極活物質層を設けた負極シートと、セパレータとを、正極シートと負極シートとの間にセパレータが介在するように、重ね合わせてなる。上記正極シートは、電極体の一方の端部において、正極金属箔が露出した正極リード部を有する。上記負極シートは、電極体の他方の端部において、負極金属箔が露出した負極リード部を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７７６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記従来の蓄電素子では、上記負極シートの負極リード部を集電体に溶接する際に、負極金属箔から金属粉が発生した場合、この金属粉が、容器内の電解液を泳動して、正極シートの正極リード部に接触するおそれがある。金属粉が、正極リード部に接触すると、金属粉は、正極リード部で溶解してイオンとなる。
【０００６】
そして、このイオン化した金属粉が、負極シートの電位に導かれ、負極シート上に到達すると、負極シート上に、金属粉が析出する。すると、この析出した金属粉は、セパレータを突き破って、正極シートと導通し、微小な電流が流れて、電池電圧が低下するおそれがある。
【０００７】
そこで、この発明の課題は、析出した金属粉による負極シートと正極シートとの導通を防止して、電池電圧の低下を抑制することができる蓄電素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、この発明の蓄電素子は、
容器と、
上記容器の外部に少なくとも一部が配置されている外部端子と、
上記容器内に収容されている電極体と、
上記外部端子と上記電極体とを電気的に接続する集電体と
を備え、
上記電極体は、正極金属箔に正極活物質層を設けた正極シートと、負極金属箔に負極活物質層を設けた負極シートと、セパレータとを、上記正極シートと上記負極シートとの間に上記セパレータが介在するように、重ね合わせてなり、
上記正極シートは、上記電極体の一方の端部において、上記正極金属箔が露出した正極リード部を有し、
上記負極シートは、上記電極体の他方の端部において、上記負極金属箔が露出した負極リード部を有し、
上記正極リード部に直接的または間接的に電気的に接続されると共に、上記正極リード部よりも上記負極リード部側に延在する正極延在部が、設けられていることを特徴としている。
【０００９】
この発明の蓄電素子によれば、上記正極延在部が、上記正極リード部に直接的または間接的に電気的に接続され、上記正極リード部よりも上記負極リード部側に延在している。これにより、負極シートの負極リード部を集電体に溶接する際に、負極金属箔から金属粉が発生した場合、この金属粉を、正極リード部に接触させる前に、正極延在部に接触させることができる。この結果、金属粉を、正極リード部でなく正極延在部で溶解させることができ、イオン化した金属粉を、正極延在部の近くの負極シート上に析出させることができる。このように、狙ったところに金属粉を析出させることができ、析出した金属粉によって、負極シートと正極シートとが導通することを防止でき、電池電圧の低下を抑制することができる。
【００１０】
また、一実施形態の蓄電素子では、上記正極延在部は、網目を有する。
【００１１】
この実施形態の蓄電素子によれば、上記正極延在部は、網目を有するので、容器内の電解液の流動性を確保しつつ、電解液を泳動する金属粉との接触面積を増大することができる。
【００１２】
また、一実施形態の蓄電素子では、上記負極リード部に直接的または間接的に電気的に接続されると共に、上記負極リード部よりも上記正極リード部側に延在する負極延在部が、設けられている。
【００１３】
この実施形態の蓄電素子によれば、上記負極延在部が、上記負極リード部に直接的または間接的に電気的に接続され、上記負極リード部よりも上記正極リード部側に延在している。これにより、正極延在部でイオン化した金属粉を、負極シートでなく負極延在部に析出させることができる。したがって、析出した金属粉による負極シートと正極シートとの導通を一層確実に防止して、電池電圧の低下を一層確実に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の蓄電素子によれば、上記正極延在部が、上記正極リード部に直接的または間接的に電気的に接続され、上記正極リード部よりも上記負極リード部側に延在している。これにより、析出した金属粉による負極シートと正極シートとの導通を防止して、電池電圧の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態の蓄電素子を示す斜視図である。
【図２】蓄電素子の電極体の端部方向からみた端面図である。
【図３】正極延在部の作用を説明する説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態の蓄電素子を示す側面図である。
【図５】本発明の第３実施形態の蓄電素子を示す端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、この発明の第１実施形態の蓄電素子を示す斜視図である。図１に示すように、この蓄電素子は、容器１と、この容器１内に収容されている電極体３とを備えている。この蓄電素子は、例えば、リチウムイオン電池等の非水電解質二次電池である。
【００１８】
上記容器１は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金からなる。容器１は、開口部を有する容器本体１０と、この容器本体１０の開口部を閉じる蓋体１１とを有する。容器１内には、電解液が充填されている。
【００１９】
上記電極体３は、正極シート３１と負極シート３２とセパレータとを有する。正極シート３１と負極シート３２とセパレータは、正極シート３１と負極シート３２との間にセパレータが介在するように、重ね合わされている。
【００２０】
上記正極シート３１は、正極金属箔と、この正極金属箔の両面に形成された正極活物質層とを有する。正極金属箔は、例えば、アルミニウム箔である。正極シート３１は、幅方向の一端において、正極金属箔が露出した正極リード部３１ａを有する。
【００２１】
上記負極シート３２は、負極金属箔と、この負極金属箔の両面に形成された負極活物質層とを有する。負極金属箔は、例えば、銅箔である。負極シート３２は、幅方向の一端において、負極金属箔が露出した負極リード部３２ａを有する。
【００２２】
上記正極シート３１と上記負極シート３２とは、セパレータに対して幅方向の反対側にそれぞれ位置をずらせた状態で長円形状に巻回されている。つまり、電極体３の幅方向の一方の端部に、正極シート３１の正極リード部３１ａが露出しており、電極体３の幅方向の他方の端部に、負極シート３２の負極リード部３２ａが露出している。ここで、電極体３の幅方向とは、図１の電極体３の左右方向をいう。
【００２３】
上記セパレータは、多孔性の樹脂フィルムからなる。セパレータは、正極シート３１と負極シート３２との間に、両方の活物質層を覆うようにして配置されている。電極体３の両端部では、正極シート３１と負極シート３２との間に、セパレータは、介在していない。
【００２４】
上記電極体３の正極側端部（正極シート３１の正極リード部３１ａ）には、正極側集電体４Ａが接続され、上記電極体３の負極側端部（負極シート３２の負極リード部３２ａ）には、負極側集電体４Ｂが接続されている。正極側集電体４Ａと負極側集電体４Ｂは、容器１内に収容されている。正極側集電体４Ａは、アルミニウムからなり、負極側集電体４Ｂは、銅からなる。
【００２５】
上記正極側集電体４Ａおよび上記負極側集電体４Ｂは、それぞれ、２つの板状の集電部４１を有する。集電部４１は、電極体３の外側面３ａに沿うように、下方向に延在している。正極側集電体４Ａの２つの集電部４１は、正極シート３１の正極リード部３１ａを挟持し、負極側集電体４Ｂの２つの集電部４１は、負極シート３２の負極リード部３２ａを挟持する。集電部４１は、正極リード部３１ａと負極リード部３２ａに、超音波溶接により、接合されている。
【００２６】
上記蓋体１１には、正極側外部端子２Ａおよび負極側外部端子２Ｂが取り付けられている。正極側外部端子２Ａは、電極体３の正極側端部に対応する位置に、配置されている。負極側外部端子２Ｂは、電極体３の負極側端部に対応する位置に、配置されている。正極側外部端子２Ａは、アルミニウムからなり、負極側外部端子２Ｂは、銅からなる。外部端子２Ａ，２Ｂの一部は、容器１の外部に、配置されている。
【００２７】
上記電極体３の正極シート３１の正極リード部３１ａは、正極側集電体４Ａを介して、正極側外部端子２Ａに電気的に接続される。上記電極体３の負極シート３２の負極リード部３２ａは、負極側集電体４Ｂを介して、負極側外部端子２Ｂに電気的に接続される。
【００２８】
上記外部端子２Ａ，２Ｂは、それぞれ、接続杆２１とボルト２２とを有する。接続杆２１は、蓋体１１の外部に位置する。ボルト２２は、接続杆２１に螺合されて、ボルト２２の先端部が、上方に突出している。接続杆２１と蓋体１１との間には、パッキン５が取り付けられている。
【００２９】
上記外部端子２Ａ，２Ｂと上記蓋体１１と上記接続杆２１とは、図示しないリベットなどによって、連結される。このように、集電体４Ａ，４Ｂは、外部端子２Ａ，２Ｂに電気的に接続される。集電体４Ａ，４Ｂと外部端子２Ａ，２Ｂとは、蓋体１１に一体に固定される。
【００３０】
図１と図２に示すように、上記正極シート３１の正極リード部３１ａには、正極延在部６が、間接的に電気的に接続されている。この正極延在部６は、上記正極金属箔と同材質であり、アルミニウムからなる。正極延在部６は、正極リード部３１ａよりも負極リード部３２ａ側に延在する。正極延在部６は、電極体３の両外側面３ａ，３ａの底部のそれぞれに、電解液に浸かった状態で配置される。
【００３１】
上記正極延在部６は、メッシュ部６１と連結部６２とを有する。メッシュ部６１は、略三角柱に形成され、電極体３の外側面３ａの下部と容器１の底部との間の隙間に収容される。メッシュ部６１は、多孔体であり、全ての面に、網目を有する。メッシュ部６１の長さは、電極体３の幅方向の半分程度である。なお、メッシュ部６１の長さは、電極体３の幅方向の２０％から８０％の範囲であってもよい。
【００３２】
上記連結部６２は、メッシュ部６１を、正極側集電体４Ａの集電部４１に連結する。連結部６２は、メッシュ部６１に、溶接され、連結部６２は、集電部４１に、超音波溶接されている。なお、連結部６２は、メッシュ部６１に、一体に連続していてもよい。
【００３３】
次に、上記正極延在部６の作用を説明する。
【００３４】
図３に示すように、上記負極シート３２の負極リード部３２ａを負極側集電体４Ｂに溶接する際に、負極金属箔から金属粉（銅粉）Ｐ１が発生した場合、この金属粉Ｐ１は、矢印ａのように、電解液中を泳動する。すると、正極延在部６のメッシュ部６１は、正極リード部３１ａよりも負極リード部３２ａ側に延在しているので、金属粉Ｐ２は、正極リード部３１ａに接触する前に、正極延在部６のメッシュ部６１に接触する。
【００３５】
このとき、上記正極延在部６は、上記正極リード部３１ａに電気的に接続されて正極リード部３１ａと同電位となっており、さらに、上記正極金属箔と同材質であるため、金属粉Ｐ１は、正極リード部３１ａでなく正極延在部６のメッシュ部６１で溶解する。金属粉Ｐ１が、溶解すると、金属粉Ｐ１は、矢印ｂのように、イオン化する（つまり、銅イオンＩとなる）。
【００３６】
そして、イオン化した金属粉Ｉは、矢印ｃのように、負極の電位に引かれて、電解液中を泳動し、正極延在部６の近くの負極シート３２上に到達する。すると、イオン化した金属粉Ｉは、この負極シート３２から電位を受けて、最も外面側の負極シート３２上に、金属粉Ｐ２が、析出する。つまり、金属粉Ｐ２は、積層された正極シート３１と負極シート３２との間に析出するのでなく、電極体３の外側面３ａに析出する。このとき、正極延在部６のメッシュ部６１と、電極体３の外側面３ａとの間には、イオンを通さない絶縁シート（図示しない）を配置しており、これにより、メッシュ部６１でイオン化された金属粉Ｉは、積層された正極シート３１と負極シート３２との間に進入して析出しない。
【００３７】
したがって、狙ったところである電極体３の外側面３ａに、金属粉Ｐ２を析出させることができ、析出した金属粉Ｐ２によって、負極シート３２と正極シート３１とが導通することを防止でき、電池電圧の低下を抑制することができる。
【００３８】
また、上記正極延在部６は、網目を有するので、容器１内の電解液の流動性を確保しつつ、電解液を泳動する金属粉Ｐ１との接触面積を増大することができる。
【００３９】
また、上記メッシュ部６１の長さは、電極体３の幅方向の半分程度であるので、容器１内の電解液の流動性を確保しつつ、金属粉をメッシュ部６１に確実に接触させることができる。なお、メッシュ部６１の長さは、電極体３の幅方向の２０％から８０％の範囲であってもよく、電解液の流動性と金属粉の接触性とを両立できる。これに対して、メッシュ部６１の長さが２０％よりも小さいと、金属粉が、メッシュ部６１でなく、正極シート３１の正極リード部３１ａに接触するおそれがある。メッシュ部６１の長さが８０％よりも大きいと、容器１内に電解液が流れ難くなる。
【００４０】
なお、上記正極延在部６のメッシュ部６１と、上記電極体３の外側面３ａとの間には、イオンを通さない絶縁シートを配置しなくてもよい。この場合、メッシュ部６１でイオン化された金属粉Ｉは、図３の仮想線で囲んだ領域Ｚ（つまり、イオン化してすぐの位置）の最も外周側の負極シート３２の外周に析出する。
【００４１】
（第２の実施形態）
図４は、この発明の第２実施形態の蓄電素子を示す側面図である。この第２の実施形態は、上記第１の実施形態とは、負極延在部の構成が相違する。この相違する構成のみを以下に説明する。なお、この第２の実施形態において、上記第１の実施形態と同一の符号は、上記第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。
【００４２】
図４に示すように、この第２実施形態の蓄電素子は、正極延在部６に加えて、負極延在部７を有する。負極延在部７は、負極シート３２の負極リード部３２ａに、間接的に電気的に接続されている。負極延在部７は、上記負極金属箔と同材質であり、銅からなる。負極延在部７は、負極リード部３２ａよりも正極リード部３１ａ側に延在する。
【００４３】
上記負極延在部７は、メッシュ部７１と連結部７２とを有する。メッシュ部７１は、略三角柱に形成され、電極体３の外側面３ａの下部と容器１の底部との間の隙間に収容される。メッシュ部７１は、全ての面に、網目を有する。メッシュ部７１の長さは、電極体３の幅方向の３分の１程度である。
【００４４】
なお、上記正極延在部６のメッシュ部６１の長さは、電極体３の幅方向の３分の１程度である。正極延在部６のメッシュ部６１の長さと負極延在部７のメッシュ部７１の長さとの合計は、電極体３の幅方向の２０％から８０％の範囲であってもよい。
【００４５】
上記連結部７２は、メッシュ部７１を、負極側集電体４Ｂの集電部４１に連結する。連結部７２は、メッシュ部７１に、溶接され、連結部７２は、集電部４１に、超音波溶接されている。なお、連結部７２は、メッシュ部７１に、一体に連続していてもよい。
【００４６】
上記実施形態によれば、上記負極延在部７は、上記負極金属箔と同材質で、負極リード部３２ａと同電位であり、負極リード部３２ａよりも正極リード部３１ａ側に延在している。これにより、正極延在部６でイオン化した金属粉を、負極シート３２でなく負極延在部７のメッシュ部７１に析出させることができる。つまり、金属粉は、電極体３の負極シート３２に直接に析出するのでなく、負極延在部７で析出させることができる。したがって、析出した金属粉による負極シート３２と正極シート３１との導通を一層確実に防止して、電池電圧の低下を一層確実に抑制することができる。このとき、正極延在部６のメッシュ部６１及び負極延在部７のメッシュ部７１と、電極体３の外側面３ａとの間に、イオンを通さない絶縁シートを配置することで、メッシュ部６１でイオン化された金属粉を、より確実に負極延在部７のメッシュ部７１に析出させることができる。
【００４７】
なお、上記正極延在部６のメッシュ部６１と上記負極延在部７のメッシュ部７１との間に、仮想線にて示す絶縁体８を配置してもよい。この絶縁体８は、メッシュ部６１，７１に電気的に接続されていない。この絶縁体８は、多孔体であり、網目を有する筒状に形成されている。これにより、金属粉は、筒状の絶縁体８の内部を通って、正極延在部６のメッシュ部６１に、確実に誘導される。また、電解液の流れは、網目の絶縁体８により、邪魔されない。
【００４８】
（第３の実施形態）
図５は、この発明の第３実施形態の蓄電素子を示す端面図である。この第３の実施形態は、上記第１の実施形態とは、電極体の数量と正極延在部の配置が相違する。この相違する構成のみを以下に説明する。なお、この第３の実施形態において、上記第１の実施形態と同一の符号は、上記第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。
【００４９】
図５に示すように、この第３実施形態の蓄電素子は、２つの電極体３を有する。この２つの電極体３，３は、互いの外側面３ａ，３ａが対向するように、並列に配置されている。
【００５０】
そして、正極延在部６Ａは、各電極体３の外側面３ａの下部に配置されている。なお、各電極体３の外側面３ａの上部に、正極延在部６Ｂを配置するようにしてもよい。
【００５１】
したがって、この正極延在部６Ａ，６Ｂでは、複数の電極体３においても、狙ったところである電極体３の外側面３ａに、金属粉を析出させることができ、析出した金属粉によって、負極シート３２と正極シート３１とが導通することを防止でき、電池電圧の低下を抑制することができる。なお、図５では、２つの電極体３，３の間に配置されている上下の正極延在部６A，６Bは、それぞれ、電極体３に接続されているが、これを一つの部材として配置してもよい。
【００５２】
また、電極体３の内径の孔部に、正極延在部６Ｃを配置するようにしてもよく、この場合、正極延在部６Ｃは、網目を有する板部材である。なお、正極延在部６Cを覆うようにイオンを通さない絶縁シートを配置し、かつ、電極体３の内径の孔部に、負極延在部を配置するようにしてもよい。
【００５３】
したがって、この正極延在部６Ｃでは、複数の電極体３においても、狙ったところである電極体３の内周面に、金属粉を析出させることができ、析出した金属粉によって、負極シート３２と正極シート３１とが導通することを防止でき、電池電圧の低下を抑制することができる。さらに、イオンを通さない絶縁シートと負極延在部を配置した場合、正極延在部６Ｃでイオン化した金属粉を、負極シート３２でなく負極延在部に析出させることができる。
【００５４】
なお、この発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。例えば、上記第１から上記第３の実施形態のそれぞれの特徴点を様々に組み合わせてもよい。
【００５５】
上記第１から上記第３実施形態では、正極延在部や負極延在部を、集電体の集電部と別体としたが、集電体の集電部を延在させて、集電部の一部を、正極延在部や負極延在部としてもよい。
【００５６】
上記第１から上記第３実施形態では、正極延在部を、正極リード部に間接的に電気的に接続し、負極延在部を、負極リード部に間接的に電気的に接続したが、正極延在部を、正極リード部に直接的に電気的に接続し、負極延在部を、負極リード部に直接的に電気的に接続するようにしてもよい。
【００５７】
上記第１から上記第３実施形態では、正極延在部や負極延在部を、網目を有するメッシュ状としたが、網目を有さない棒状としてもよい。
【００５８】
上記第１から上記第３実施形態では、集電体と電極体とは、超音波溶接により、接合されていたが、レーザ溶接や、抵抗溶接や、固相接合などにより、結合するようにしてもよい。
【００５９】
上記第１から上記第３実施形態では、集電体と正極延在部や負極延在部とは、超音波溶接により、接合されていたが、レーザ溶接や、抵抗溶接や、固相接合などにより、結合するようにしてもよい。
【００６０】
上記第１から上記第３実施形態では、容器の材質の例として、アルミニウム、アルミニウム合金を例示したが、他の材質、例えばステンレス鋼、鉄、ニッケル、およびニッケル鋼などでも本発明の効果は制限されない。集電体、正極延在部および負極延在部の材質として、アルミニウムおよび銅を例示したが、他の材質であっても本発明の効果は制限されない。また、ニッケルメッキ等を実施しても本発明の効果は制限されない。
【００６１】
上記第１から上記第３実施形態では、正極金属箔、正極側集電体および正極延在部を同材質とし、負極金属箔、負極側集電体および負極延在部を同材質とすることにより、これらの部材を電解液中に配置しても、溶解、分解するおそれがない。これに対して、異種金属を接合させて電解液中に配置すると、イオン化傾向の差から、一方の金属がイオン化して溶解、分解する恐れがある。なお、異種金属を使用する場合は、酸化還元電位ができるだけ近いものを使用して、一方の金属の溶解を防ぐようにするのが望ましい。
【００６２】
上記第１から上記第３実施形態では、長円形状の巻回型の電極体について説明したが、積層型の電極体であってもよい。また、蓄電素子として、非水電解質二次電池について説明したが、キャパシタ等であっても同様に適用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１  容器
１０  容器本体
１１  蓋体
２Ａ  正極側外部端子
２Ｂ  負極側外部端子
３  電極体
３ａ  外側面
３１  正極シート
３１ａ  正極リード部
３２  負極シート
３２ａ  負極リード部
３３  セパレータ
４Ａ  正極側集電体
４Ｂ  負極側集電体
６  正極延在部
６１  メッシュ部
６２  連結部
７  負極延在部
７１  メッシュ部
７２  連結部
【図１】
2015069801.tif 000003
【図２】
2015069801.tif 000004
【図３】
2015069801.tif 000005
【図４】
2015069801.tif 000006
【図５】
2015069801.tif 000007