(57)【要約】【課題】離間する複数の金属箔の板厚面に集電板を溶接可能な蓄電素子を提供する。【解決手段】蓄電素子１０は一対の金属箔１ａ・１ｂ、一対の活物質層１ｃ・１ｄ、及びセパレータ１ｓを積層して円筒状に巻いた巻回体１を備える。一対の金属箔１ａ・１ｂは正極及び負極を構成する。一対の活物質層１ｃ・１ｄは各金属箔１ａ・１ｂの両面に一方の側縁を除き活物質を塗着する。セパレータ１ｓは一対の活物質層１ｃ・１ｄを絶縁する。巻回体１は一対の電極群１１・１２を有する。一対の電極群１１・１２は、一対の金属箔１ａ・１ｂの一方の側縁が互いに逆極性となるように相反する向きに突出する。一対の電極群１１・１２は、互いに離間する金属箔１ａ・１ａ、及び金属箔１ｂ・１ｂの側縁間に介装される一対の金属帯１ｅ・１ｆ群を有する。【選択図】図１
2007335814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極及び負極を構成する一対の金属箔、これらの各金属箔の両面に一方の側縁を除き活物質が塗着される一対の活物質層、及びこれらの活物質層を絶縁するセパレータを積層する集合体を備える蓄電素子であって、
前記集合体は、前記一対の金属箔の一方の側縁が互いに逆極性となるように相反する向きに突出する一対の電極群を有し、
前記一対の電極群は、互いに離間する前記金属箔の側縁間に介装される一対の金属帯群を有している蓄電素子。
【請求項２】
正極及び負極を構成する一対の金属箔、これらの各金属箔の両面に一方の側縁を除き活物質が塗着される一対の活物質層、及びこれらの活物質層を絶縁するセパレータを積層して円筒状に巻いた巻回体を備える蓄電素子であって、
前記巻回体は、前記一対の金属箔の一方の側縁が互いに逆極性となるように相反する向きに突出する一対の電極群を有し、
前記一対の電極群は、互いに離間する前記金属箔の側縁間に介装される一対の金属帯群を有している蓄電素子。
【請求項３】
正極及び負極を構成する一対の金属箔、これらの各金属箔の両面に一方の側縁を除き活物質が塗着される一対の活物質層、及びこれらの活物質層を絶縁するセパレータを積層する略直方体状の積層体を備える蓄電素子であって、
前記積層体は、前記一対の金属箔の一方の側縁が互いに逆極性となるように相反する向きに突出する一対の電極群を有し、
前記一対の電極群は、互いに離間する前記金属箔の側縁間に介装される一対の金属帯群を有している蓄電素子。
【請求項４】
正極を構成する前記金属箔の厚さが「１０」μｍ以上、「５０」μｍ未満であり、負極を構成する前記金属箔の厚さが「５」μｍ以上、「５０」μｍ未満である請求項１から３のいずれかに記載の蓄電素子。
【請求項５】
前記一対の金属帯群は、前記一対の金属箔とそれぞれ同材質である請求項１から４のいずれかに記載の蓄電素子。
【請求項６】
前記電極群における前記一対の金属箔の板厚面と前記金属帯群の表出面とが略面一に配置されている請求項１から５のいずれかに記載の蓄電素子。
【請求項７】
正極側の前記電極群に溶接される略円形の集電板を備える請求項２記載の蓄電素子。
【請求項８】
前記一対の電極群に溶接される一対の長尺状の集電板を備える請求項３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。特に、本発明は、リチウムイオン二次電池などの車載用として好適な電気二重層コンデンサ又は二次電池の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサやバッテリーなどの電気を蓄える蓄電素子として、活物質が塗着された正極・負極となる一対の電極を重ねて巻回し、得られた円筒状の巻回体のエッジに一対の集電板を取り付けている電気二重層コンデンサが知られている。又、蓄電素子として、活物質が塗着された正極板と負極板にセパレータを介して積層した発電要素である積層電極体に一対の集電板を設ける二次電池が知られている。
【０００３】
前者の円筒状の巻回体を備える電気二重層コンデンサとして、巻回体の内部に電解液を効率よく充填することができる電気二重層コンデンサが発明されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１による電気二重層コンデンサは、円形の集電板が、巻回体の中心から放射状に延び、かつ、巻回体に向って突起する複数の放射凸条を備えている。又、集電板は、放射凸条から離れた位置に、複数の開口部又は切欠部を備えている。そして、巻回体に放射凸条を押し付けることで、巻回体のエッジに折曲げ部を形成している。更に、放射凸条と折曲げ部とを溶接で接合可能としている。複数の開口部又は切欠部を通じて、電解液を巻回体内に充填できるようにしている。
【０００５】
一方、後者の積層電極体を備える二次電池として、積層電極体の極板群の両側面と集電板を確実に接合した二次電池及びその製造方法が発明されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
特許文献２による二次電池は、正極板と負極板にセパレータを介して積層して極板群を形成している。極板群の両側面に、互いに逆極性の一対の極板の端面をそれぞれ突出させている。そして、極板群の両側面のそれぞれに、各極板を一体接合する溶射金属部を設けて一対の集電部を構成している。更に、一対の集電部に集電体を接続している。
【特許文献１】特開２００１−６８３７９号公報
【特許文献２】特開２００１−１２６７０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１１は、特許文献１による電気二重層コンデンサの要部斜視外観図である。本願の図１１は、特許文献１の図２に相当している。又、図１２は、特許文献１による電気二重層コンデンサの巻回体の要部斜視外観図である。本願の図１２は、特許文献１の図３に相当している。更に、図１３は、特許文献１による電気二重層コンデンサの要部縦断面図である。本願の図１３は、特許文献１の図６（ｃ）に相当している。
【０００８】
図１１において、正集電板８３０は、円板８３１の中央に突起部８３２を備えている。又、正集電板８３０は、巻回体８１２の中心から放射状に延び、かつ、巻回体８１２に向って隆起する複数の放射凸条８３５を備えている。正集電板８３０は、放射凸条８３５から離れた位置に、複数の開口部８３６を備えている。
【０００９】
図１１において、複数の放射凸条８３５を正電極８１６（図１２参照）となるアルミ箔上端８７ａに押し付けることにより、複数の放射凸条８３５に相当する位置にのみアルミ箔上端８７ａに折曲げ部８７ｂを形成する（図１２及び図１３参照）。したがって、複数の開口部８３６は、アルミ箔上端８７ａを折曲げない位置に配置することができる。
【００１０】
図１２において、巻回体８１２は、複数の放射凸条８３５（図１１参照）に相当する位置にのみ折曲げ部８７ｂを形成したので、複数の折曲げ部８７ｂから離間して部位には、アルミ箔上端８７ａとアルミ箔上端８７ａとの間に空間Ｓを開けることができる。このため、空間Ｓの上方に複数の開口部８３６（図１１参照）を配置することにより、電解液を複数の開口部８３６から空間Ｓに容易に注入できる。
【００１１】
図１３において、電子ビーム溶接装置８５５は、正集電板８３０の放射凸条８３５に沿って矢印Ｘの方向に移動する。そして、電子ビーム溶接装置８５５は、放射凸条８３５と複数の折曲げ部８７ｂとを溶接することができる。図１３に示されるように、放射凸条８３５と折曲げ部８７ｂとの接合面積を大きく確保できるので、放射凸条８３５と折曲げ部８７ｂとの接続が確実である。
【００１２】
図１４は、特許文献２による二次電池に備わる極板群の要部拡大横断面図である。本願の図１４は、特許文献２の図４に相当している。又、図１５は、特許文献２による二次電池に備わる集電体の正面図である。本願の図１５は、特許文献２の図３に相当している。更に、図１６は、特許文献２による二次電池に備わる他の実施例による極板群の要部拡大横断面図である。本願の図１６は、特許文献２の図６に相当している。
【００１３】
図１４において、極板群９１は、多数枚の正極板９２と多数枚の負極板９３とを交互に配置すると共に、各正極板９２の横方向に開口部を有するように、各負極板９３に袋状のセパレータ９４を被せることにより、正極板９２と負極板９３の間にセパレータ９４を介装した状態で積層して構成されている。これら正極板９２群と負極板９３群は、互いに反対側の側縁部が外側に突出され、その突出側縁部にリード部９２ａ・９３ａが設けられている。
【００１４】
図１５において、各集電体９５・９６は、正極板９２群の各リード部９２ａ間及び負極板９３群の各リード部９３ａ間にそれぞれ挿入される櫛歯部９５ａ・９６ａを形成した櫛歯状の板材にて構成されている。そして、これらリード部９２ａと櫛歯部９５ａ、及びリード部９３ａと櫛歯部９６ａに向けて外側からニッケルなどの金属溶射を行って、溶射金属部９８が形成され、溶射金属部９８により、これらが一体接合されている。
【００１５】
図１６に示すように、他の実施例では、極板群９１の両側面全面にわたる集電体は設けず、正極板９２や負極板９３のリード部９２ａ・９３ａに、隣接するリード部９２ａ・９３ａに近接又は当接する折曲部９９を形成し、その外面に直接に金属溶射を行うことによって溶射金属部９８を形成している。そして、溶射金属部９８により、各極板９２・９３を相互に一体接合すると共に、集電部を構成している。図１６において、溶射金属部９８から成る集電部の上部に、外部接続端子に接続するための一対の集電板（図示せず）を溶接している。
【００１６】
近年では、車載用の蓄電素子は高出力化が要求されている。このため、蓄電素子は、負極及び正極を構成する金属箔の板厚を薄くし、これらの金属箔の両面に塗着される活物質の膜厚を薄くしている。更に、円筒状の巻回体を備える蓄電素子は、金属箔の巻き回数を多くし、積層電極体を備える蓄電素子は、金属箔の積層数を多くして、活物質の塗着延べ面積を増加させている。
【００１７】
前述したような蓄電素子が開発されるにあたり、特許文献１で開示された技術を応用すると、金属箔の板厚が５０μｍ未満の場合は、電子ビーム溶接又はレーザー溶接による溶融熱の影響で金属箔の接合端部が溶断し、正集電板と接合が困難になるという問題がある（図１３参照）。
【００１８】
又、特許文献２で開示された技術を応用すると、金属箔同士の間隙が０．５ｍｍ未満の場合は、櫛歯状の集電体を金属箔のリード部に挿入することが困難となる（図１５参照）。同様に、金属箔の板厚が５０μｍ未満の場合は、金属溶射による溶融熱の影響で折曲部を有する金属箔のリード部が溶断し、これらリード部同士を接合することが困難になるという問題がある（図１６参照）。
【００１９】
負極及び正極を構成する金属箔の板厚が薄く、これらの金属箔の両面に塗着される活物質の膜厚が薄い蓄電素子において、複数の金属箔の板厚面に集電板を溶接可能な構造が求められている。そして、以上のことが本発明の課題といってよい。
【００２０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、積層する金属箔の板厚が薄く、これらの金属箔の両面に塗着される活物質の膜厚が薄い蓄電素子において、離間する複数の金属箔の板厚面に集電板を溶接可能な蓄電素子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】
【００２１】
本発明者は、離間する複数の金属箔の側縁間に金属帯を介装することにより、複数の金属箔の板厚面に集電板を溶接可能なことを見出し、これに基づいて、以下のような新たな蓄電素子を発明するに至った。
【００２２】
（１）  正極及び負極を構成する一対の金属箔、これらの各金属箔の両面に一方の側縁を除き活物質が塗着される一対の活物質層、及びこれらの活物質層を絶縁するセパレータを積層する集合体を備える蓄電素子であって、前記集合体は、前記一対の金属箔の一方の側縁が互いに逆極性となるように相反する向きに突出する一対の電極群を有し、前記一対の電極群は、互いに離間する前記金属箔の側縁間に介装される一対の金属帯群を有している蓄電素子。
【００２３】
（１）の発明による蓄電素子は、一対の金属箔、一対の活物質層、及びセパレータを積層する集合体を備えている。一対の金属箔は、正極及び負極を構成している。一対の活物質層は、各金属箔の両面に一方の側縁を除き活物質が塗着されている。集合体は一対の電極群を有している。一対の電極群は、一対の金属箔の一方の側縁が互いに逆極性となるように相反する向きに突出している。そして、一対の電極群は、互いに離間する金属箔の側縁間に介装される一対の金属帯群を有している。
【００２４】
ここで、正極及び負極を構成する一対の金属箔の各両面には活物質が塗着されている。例えば、正極活物質としては、ＬｉＣｏＯ２などのＬｉ含有複合酸化物が用いられる。負極活物質としては、グラファイトなどの炭素材料が用いられる。セパレータは一対の活物質層を絶縁するとは、電気的に絶縁することであってよく、セパレータは、正極の活物質層と負極の活物質層とが直接、接触して短絡しないように両極の活物質層を隔離する。セパレータは、通常、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂の微多孔膜が使用される。しかし、セパレータは前記材料に限定されるものではない。
【００２５】
例えば、リチウムイオン二次電池は、正極の金属箔としてアルミニウム箔、負極の金属箔として銅箔が使用される。正極のアルミニウム箔と負極の銅箔がセパレータを介して交互に積層されるにあたり、これらの金属箔が破損しない強度を確保するために、アルミニウム箔の板厚は１０μｍ以上、銅箔の板厚は５μｍ以上であることが好ましい。
【００２６】
集合体は、セパレータと負極及び正極を構成する一対の金属箔とが交互に積層されてよく、セパレータと一対の金属箔とを積層して円筒状に巻いた巻回体を含み、セパレータと一対の金属箔とを積層する略直方体状の積層体を含むことができる。積層するとは、同心円状に曲面同士が積層する形態を含み、平面と平面とが重なり合わされて積層する形態を含んでいる。ここで、相反する向きに突出する一方の金属箔の側縁が負極の電極群となり、相反する向きに突出する他方の金属箔の側縁が正極の電極群となるように、一対の金属箔の両側縁を残して、セパレータが積層される。一対の金属箔の各両面には、セパレータが積層される領域のみに各活物質層が塗着されており、活物質が塗着されない領域は、例えば、集電板が溶接される。
【００２７】
一対の電極群は、正極の金属箔同士の離間距離と負極の金属箔同士の離間距離とが、異なってもよく、同じであってもよい。正極の金属箔同士の離間距離は、「正極活物質の塗着膜厚×２＋負極の金属箔の板厚＋負極活物質の塗着膜厚×２＋セパレータの板厚×２」で規定される。負極の金属箔同士の離間距離は、「負極活物質の塗着膜厚×２＋正極の金属箔の板厚＋正極活物質の塗着膜厚×２＋セパレータの板厚×２」で規定される。一対の金属帯は、それぞれ前記式で規定される離間距離の板厚を有し、互いに離間する金属箔の側縁間に介装される。したがって、一方の金属帯群の板厚と他方の金属帯群の板厚とは、異なってもよく、同じであってもよい。
【００２８】
金属帯は離間する金属箔の側縁間に介装されるとは、金属帯が金属箔の側縁の片面に予め保持されていることを意味し、一対の金属箔を交互に積層することにより、一対の金属帯群が金属箔の側縁間に介装される。例えば、接着により、金属帯が金属箔の側縁の片面に保持されてよく、導電性接着剤が好ましく使用されてもよい。金属帯の全領域に亘り、接着する必要はなく、長手方向に所定の間隔を設けて点在するように接着することが好ましい。
【００２９】
以上のように、（１）の発明による蓄電素子は、互いに離間する金属箔の側縁間に金属帯を介装しているので、電子ビーム溶接又はレーザー溶接を用いて、薄板の金属箔の板厚面側に集電板又は集電体を溶接できる。比較的熱容量の大きい金属帯群が、薄板の金属箔の溶断を保護すると考えられる。
【００３０】
（２）  正極及び負極を構成する一対の金属箔、これらの各金属箔の両面に一方の側縁を除き活物質が塗着される一対の活物質層、及びこれらの活物質層を絶縁するセパレータを積層して円筒状に巻いた巻回体を備える蓄電素子であって、前記巻回体は、前記一対の金属箔の一方の側縁が互いに逆極性となるように相反する向きに突出する一対の電極群を有し、前記一対の電極群は、互いに離間する前記金属箔の側縁間に介装される一対の金属帯群を有している蓄電素子。
【００３１】
（２）の発明による蓄電素子は、一対の金属箔、一対の活物質層、及びセパレータを積層して円筒状に巻いた巻回体を備えている。一対の金属箔は、正極及び負極を構成している。一対の活物質層は、各金属箔の両面に一方の側縁を除き活物質が塗着されている。セパレータは、これらの活物質層を絶縁している。巻回体は一対の電極群を有している。一対の電極群は、一対の金属箔の一方の側縁が互いに逆極性となるように相反する向きに突出している。そして、一対の電極群は、互いに離間する金属箔の側縁間に介装される一対の金属帯群を有している。
【００３２】
巻回体は、帯状のセパレータと負極及び正極を構成する一対の帯状の金属箔とが交互に積層されてよく、円柱状のコア（芯材）に巻回された後に、コアが引き抜かれて製造される。ここで、巻回される軸方向に延びる一方の金属箔の側縁が正極となり、巻回される軸方向に延びる他方の金属箔の側縁が負極となるように、一対の金属箔の両側縁を残して、セパレータが積層される。一対の金属箔の各両面には、セパレータが積層される領域のみに各活物質層が塗着されており、前記活物質が塗着されない領域は、例えば、円形の集電板が溶接される。
【００３３】
一対の金属帯群は互いに離間する金属箔の側縁間に介装されるとは、一対の金属帯が活物質層に当接しないように、金属箔の両側縁の片面に予め保持されていることを意味し、一対の金属箔を交互に積層して巻回することにより、一対の金属帯群が金属箔の側縁間に介装される。例えば、接着により、金属帯が金属箔の側縁の片面に保持されてよく、導電性接着剤が好ましく使用されてもよい。金属帯の全領域に亘り、接着する必要はなく、巻回方向に所定の間隔を設けて点在するように接着することが好ましい。
【００３４】
以上のように、（２）の発明による蓄電素子は、一対の金属箔、一対の活物質層、及びセパレータを積層して円筒状に巻いた巻回体を備えており、巻回体は、互いに離間する金属箔の側縁間に金属帯を介装しているので、電子ビーム溶接又はレーザー溶接を用いて、薄板の金属箔の板厚面側に円形の集電板を溶接できる。比較的熱容量の大きい金属帯群が、薄板の金属箔の溶断を保護すると考えられる。
【００３５】
（３）  正極及び負極を構成する一対の金属箔、これらの各金属箔の両面に一方の側縁を除き活物質が塗着される一対の活物質層、及びこれらの活物質層を絶縁するセパレータを積層する略直方体状の積層体を備える蓄電素子であって、前記積層体は、前記一対の金属箔の一方の側縁が互いに逆極性となるように相反する向きに突出する一対の電極群を有し、前記一対の電極群は、互いに離間する前記金属箔の側縁間に介装される一対の金属帯群を有している蓄電素子。
【００３６】
（３）の発明による蓄電素子は、一対の金属箔、一対の活物質層、及びセパレータを積層する略直方体状の積層体を備えている。一対の金属箔は、正極及び負極を構成している。一対の活物質層は、各金属箔の両面に一方の側縁を除き活物質が塗着されている。積層体は、一対の電極群を有している。一対の電極群は、一対の金属箔の一方の側縁が互いに逆極性となるように相反する向きに突出している。そして、一対の電極群は、互いに離間する金属箔の側縁間に介装される一対の金属帯群を有している。
【００３７】
積層体は、矩形のセパレータと負極及び正極を構成する一対の矩形の金属箔とが交互に積層される。ここで、相反する向きに突出する一方の金属箔の側縁が正極となり、相反する向きに突出する他方の金属箔の側縁が負極となるように、一対の金属箔の両側縁を残して、セパレータが積層される。一対の金属箔の各両面には、セパレータが積層される領域のみに各活物質層が塗着されており、活物質が塗着されない両翼の領域は、例えば、一対の長尺状の集電板が溶接される。
【００３８】
一対の金属帯群は互いに離間する金属箔の側縁間に介装されるとは、一対の短冊状の金属帯が活物質層に当接しないように、金属箔の両側縁の片面に予め保持されていることを意味し、一対の金属箔を交互に積層することにより、一対の金属帯群が金属箔の側縁間に介装される。例えば、接着により、短冊状の金属帯が金属箔の側縁の片面に保持されてよく、導電性接着剤が好ましく使用されてもよい。短冊状の金属帯の全領域に亘り、接着する必要はなく、長手方向に所定の間隔を設けて点在するように接着することが好ましい。
【００３９】
以上のように、（３）の発明による蓄電素子は、一対の金属箔、一対の活物質層、及びセパレータを積層する略直方体状の積層体を備えており、積層体は、互いに離間する金属箔の側縁間に短冊状の金属帯を介装しているので、櫛歯状の集電体を用いることなく、金属箔の間隙を封鎖できる。そして、電子ビーム溶接又はレーザー溶接を用いて、薄板の金属箔の板厚面側に長尺状の集電板を溶接できる。比較的熱容量の大きい金属帯群が、薄板の金属箔の溶断を保護すると考えられる。
【００４０】
（４）  正極を構成する前記金属箔の厚さが「１０」μｍ以上、「５０」μｍ未満であり、負極を構成する前記金属箔の厚さが「５」μｍ以上、「５０」μｍ未満である（１）から（３）のいずれかに記載の蓄電素子。
【００４１】
（５）  前記一対の金属帯群は、前記一対の金属箔とそれぞれ同材質である（１）から（４）のいずれかに記載の蓄電素子。
【００４２】
例えば、リチウムイオン二次電池は、正極のアルミニウム箔間に介装される金属帯がアルミニウム板であってよく、負極の銅箔間に介装される金属帯が銅板であってよい。
【００４３】
（６）  前記電極群における前記一対の金属箔の板厚面と前記金属帯群の表出面とが略面一に配置されている（１）から（５）のいずれかに記載の蓄電素子。
【００４４】
（６）の発明による蓄電素子は、一対の金属箔の板厚面と金属帯群の表出面とが略面一に配置されることにより、集電体の溶接が容易になる。
【００４５】
（７）  正極側の前記電極群に溶接される略円形の集電板を備える（２）記載の蓄電素子。
【００４６】
（７）の発明による蓄電素子は、例えば、有底筒形の外装缶に収容され、蓋体で密閉される。
【００４７】
（８）  前記一対の電極群に溶接される一対の長尺状の集電板を備える（３）記載の蓄電素子。
【００４８】
（８）の発明による蓄電素子は、例えば、略直方体状の箱型の電池缶に収容され、蓋体で密閉される。
【発明の効果】
【００４９】
本発明による蓄電素子は、一対の金属箔、一対の活物質層、及びセパレータを積層して円筒状に巻いた巻回体を備えており、巻回体は、互いに離間する金属箔の側縁間に金属帯を介装しているので、電子ビーム溶接又はレーザー溶接を用いて、薄板の金属箔の板厚面側に円形の集電板を溶接できる。比較的熱容量の大きい金属帯群が、薄板の金属箔の溶断を保護すると考えられる。
【００５０】
又、本発明による蓄電素子は、一対の金属箔、一対の活物質層、及びセパレータを積層する略直方体状の積層体を備えており、積層体は、互いに離間する金属箔の側縁間に短冊状の金属帯を介装しているので、櫛歯状の集電体を用いることなく、金属箔の間隙を封鎖できる。そして、電子ビーム溶接又はレーザー溶接を用いて、薄板の金属箔の板厚面側に長尺状の集電板を溶接できる。比較的熱容量の大きい金属帯群が、薄板の金属箔の溶断を保護すると考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００５２】
図１は、本発明の第１実施形態による蓄電素子を構成する巻回体の斜視外観図であり、一対の金属箔及びセパレータが巻かれる前の状態図である。図２は、前記第１実施形態による蓄電素子を示す斜視分解組立図である。図３は、本発明の第２実施形態による蓄電素子を構成する積層体の斜視外観図であり、一対の金属箔及びセパレータが積層される前の状態図である。図４は、前記第２実施形態による蓄電素子を示す斜視分解組立図である。
【００５３】
図５は、従来技術による巻回体と本発明の第１実施形態による巻回体とを比較した図であり、図５（Ａ）は従来技術による巻回体の要部展開図、図５（Ｂ）は本発明の第１実施形態による巻回体の要部展開図である。図６は、本発明の第２実施形態による積層体の縦断面図であり、積層要素が積層される前の状態図である。図７は、本発明の第２実施形態による積層体の縦断面図であり、積層要素が積層された状態図である。
【００５４】
図８は、本発明の第２実施形態による積層体の縦断面図であり、金属箔同士の離間距離が比較的大きい積層体の要部断面を示している。図９は、本発明の第２実施形態による積層体の縦断面図であり、金属箔同士の離間距離が比較的小さい積層体の要部断面を示している。図１０は、本発明の第２実施形態による積層体の縦断面図であり、積層体の端部を溶接している状態図である。
【００５５】
最初に、本発明の第１実施形態による蓄電素子の構成を説明する。図１及び図２において、蓄電素子１０は、一対の金属箔１ａ・１ｂ、一対の活物質層１ｃ・１ｄ、及びセパレータ１ｓを積層して円筒状に巻いた巻回体１を備えている。蓄電素子１０は、一対の円形の集電板２１・２２を備えている。蓄電素子１０は、有底筒形の外装缶３に収容される。外装缶３に電解液が充填され、図示されない蓋体で密閉される。図２において、蓄電素子１０は、電気二重層コンデンサを示している。
【００５６】
図１において、金属箔１ａは正極を構成し、金属箔１ｂは負極を構成している。金属箔１ａの両面に一方の側縁を除き活物質が塗着され、正極の活物質層１ｃを形成している。金属箔１ｂの両面に一方の側縁を除き活物質が塗着され、負極の活物質層１ｄを形成している。セパレータ１ｓは、正極の活物質層１ｃと負極の活物質層１ｄとが直接、接触して短絡しないように両極の活物質層１ｃ・１ｄを隔離している。
【００５７】
図１において、金属箔１ａは、活物質層１ｃが形成されていない側縁の片面に金属帯１ｅが接着されている。金属箔１ｂは、活物質層１ｄが形成されていない側縁の片面に金属帯１ｆが接着されている。巻回体１は、帯状のセパレータ１ｓと負極及び正極を構成する一対の金属箔１ａ・１ｂとが交互に積層されている。そして、巻回体１は、円柱状のコア１ｋに巻回された後に、コア１ｋが引き抜かれて製造される。
【００５８】
図１において、巻回される軸方向に延びる金属箔１ａの側縁が正極となり、巻回される軸方向に延びる金属箔１ｂの側縁が負極となるように、一対の金属箔１ａ・１ｂの両側縁を残して、セパレータ１ｓが積層されている。セパレータ１ｓの終端はテープ１ｔが貼着されている。又、一対の金属箔１ａ・１ｂの各両面には、セパレータ１ｓが積層される領域のみに各活物質層１ｃ・１ｄが形成されている。セパレータ１ｓは、一対の活物質層１ｃ・１ｄを電気的に絶縁している。活物質が塗着されない領域は、例えば、集電板２１が溶接される（図２参照）。
【００５９】
図１において、巻回体１は、金属箔１ａの側縁と金属箔１ｂの側縁とが、互いに逆極性となるように相反する向きに突出する一対の電極群１１・１２を有している、ということができる。電極群１１・１２は、個別には、各金属箔１ａ・１ｂであるが、集合体としては、同心円状に曲面同士が積層する巻回体の両端面ということができる。図１及び図２において、電極群１１を正極とし、電極群１２を負極とした。
【００６０】
又、図１において、一対の電極群１１・１２は、互いに離間する金属箔１ａ・１ａの側縁間、及び互いに離間する金属箔１ｂ・１ｂの側縁間に介装される一対の金属帯群を有している、ということもできる。一対の金属帯群は、個別には、各金属帯１ｅ・１ｆであるが、集合体としては、同心円状に曲面同士が積層する巻回体の両端面ということができる。
【００６１】
次に、本発明の第２実施形態による蓄電素子の構成を説明する。図３及び図４において、蓄電素子４０は、一対の金属箔４ａ・４ｂ、一対の活物質層４ｃ・４ｄ、及びセパレータ４ｓを積層する略直方体状の積層体４を備えている。蓄電素子４０は、一対の長尺状の集電板５１・５２を備えている。蓄電素子４０は、略直方体状の箱型の電池缶６に収容される。電池缶６に電解液が充填され、図示されない蓋体で密閉される。図４において、蓄電素子４０は、二次電池を示している。
【００６２】
図３において、金属箔４ａは正極を構成し、金属箔４ｂは負極を構成している。金属箔４ａの両面に一方の側縁を除き活物質が塗着され、正極の活物質層４ｃを形成している。金属箔４ｂの両面に一方の側縁を除き活物質が塗着され、負極の活物質層４ｄを形成している。セパレータ４ｓは、正極の活物質層４ｃと負極の活物質層４ｄとが直接、接触して短絡しないように両極の活物質層４ｃ・４ｄを隔離している。
【００６３】
図３において、金属箔４ａは、活物質層４ｃが形成されていない側縁の片面に、短冊状の金属帯４ｅが介装されている。金属箔４ｂは、活物質層４ｄが形成されていない側縁の片面に、短冊状の金属帯４ｆが介装されている。積層体４は、矩形のセパレータ４ｓと負極及び正極を構成する一対の矩形の金属箔４ａ・４ｂとが交互に積層されている。
【００６４】
図３において、相反する向きに突出する金属箔４ａの側縁が正極となり、相反する向きに突出する金属箔４ｂの側縁が負極となるように、一対の金属箔４ａ・４ｂの両側縁を残して、セパレータ４ｓが積層されている。一対の金属箔４ａ・４ｂの各両面には、セパレータ４ｓが積層される領域のみに各活物質層４ｃ・４ｄが形成されている。セパレータ４ｓは、一対の活物質層４ｃ・４ｄを電気的に絶縁している。活物質が塗着されない両翼の領域は、例えば、一対の長尺状の集電板５１・５２が溶接される（図４参照）。
【００６５】
図３において、積層体４は、金属箔４ａの側縁と金属箔４ｂの側縁とが、互いに逆極性となるように相反する向きに突出する一対の電極群４１・４２を有している、ということができる（図４参照）。電極群４１・４２は、個別には、各金属箔４ａ・４ｂであるが、集合体としては、平面と平面とが重なり合わされて積層する積層体の両端面ということができる。図４において、電極群４１を正極とし、電極群４２を負極とした。
【００６６】
又、図３及び図４において、一対の電極群４１・４２は、互いに離間する金属箔４ａ・４ａの側縁間、及び互いに離間する金属箔４ｂ・４ｂの側縁間に介装される一対の金属帯群を有している、ということもできる。一対の金属帯群は、個別には、短冊状の各金属帯４ｅ・４ｆであるが、集合体としては、平面と平面とが重なり合わされて積層する積層体の両端面ということができる。
【００６７】
次に、本発明の第１実施形態による蓄電素子の作用を説明する。図５（Ａ）と図５（Ｂ）とを比較すると、図５（Ａ）に示された従来技術による巻回体１Ｎは、展開された状態において、一対の金属箔１ａ・１ｂの側縁に一対の金属帯１ｅ・１ｆが保持されていない。一方、図５（Ｂ）に示された本発明による巻回体１は、展開された状態において、一対の金属箔１ａ・１ｂの側縁に一対の金属帯１ｅ・１ｆが保持されている。
【００６８】
図５（Ａ）に示された積層要素を巻回した巻回体１Ｎは、「正極の活物質層１ｃの膜厚×２＋負極の金属箔１ｂの板厚＋負極の活物質層１ｄの膜厚×２＋セパレータ１ｓの板厚×２」で規定される離間距離Ｓ１を、正極の金属箔１ａ同士が半径方向に有することになる。一方、「負極の活物質層１ｄの膜厚×２＋正極の金属箔１ａの板厚＋正極の活物質層１ｃの膜厚×２＋セパレータ１ｓの板厚×２」で規定される離間距離Ｓ２を、負極の金属箔１ｂ同士が半径方向に有することになる。
【００６９】
ここで、正極を構成する金属箔１ａの厚さが１０μｍ以上、５０μｍ未満であり、負極を構成する金属箔１ｂの厚さが５μｍ以上、５０μｍ未満である一対の金属箔１ａ・１ｂを使用するとしたならば、電子ビーム溶接又はレーザー溶接を用いて、集電板２１を電極群１１に溶接することは困難である（図２参照）。
【００７０】
図５（Ｂ）において、金属帯１ｅの板厚は、正極の金属箔１ａ同士の離間距離Ｓ１と同じであり、金属帯１ｆの板厚は、負極の金属箔１ｂ同士の離間距離Ｓ２と同じである。そして、金属帯１ｅ・１ｆがこれらの離間距離Ｓ１・Ｓ２を充填するように巻回される。このように、予め、一対の金属帯を一対の金属箔の両側縁に貼着しておくことにより、巻回体の製造が容易となる。又、前記のような薄い一対の金属箔を巻回した巻回体であっても、電子ビーム溶接又はレーザー溶接を用いて、集電板２１を電極群１１に溶接することが容易となる（図２参照）。
【００７１】
以上のように、本発明による蓄電素子は、一対の金属箔、一対の活物質層、及びセパレータを積層して円筒状に巻いた巻回体を備えており、巻回体は、互いに離間する金属箔の側縁間に金属帯を介装しているので、電子ビーム溶接又はレーザー溶接を用いて、薄板の金属箔の板厚面側に円形の集電板を溶接できる。比較的熱容量の大きい金属帯群が、薄板の金属箔の溶断を保護すると考えられる。
【００７２】
次に、本発明の第２実施形態による蓄電素子の作用を説明する。図６に示されるように、複数の短冊状の金属帯４ｅ・４ｆは、金属箔４ａ・４ｂの側縁に予め一体化しておくことが好ましい。金属帯４ｅ・４ｆは、接着により金属箔４ａ・４ｂに保持されることが好ましい。複数の金属帯を対応する金属箔の側縁に予め、貼着しておくことにより、積層体４の製造が容易となる（図７参照）。
【００７３】
図６及び図８において、積層体４は、「正極の活物質層４ｃの膜厚×２＋負極の金属箔４ｂの板厚＋負極の活物質層４ｄの膜厚×２＋セパレータ４ｓの板厚×２」で規定される離間距離Ｓ３を、正極の金属箔４ａ同士が有することになる。一方、「負極の活物質層４ｄの膜厚×２＋正極の金属箔４ａの板厚＋正極の活物質層４ｃの膜厚×２＋セパレータ４ｓの板厚×２」で規定される離間距離Ｓ４を、負極の金属箔４ｂ同士が有することになる。
【００７４】
ここで、正極を構成する金属箔４ａの厚さが１０μｍ以上、５０μｍ未満であり、負極を構成する金属箔４ｂの厚さが５μｍ以上、５０μｍ未満である一対の金属箔４ａ・４ｂを使用するとしたならば、一対の金属箔４ａ・４ａ間、及び一対の金属箔４ｂ・４ｂ間の櫛歯状の集電体９５を挿入することが困難となる（図１５参照）。
【００７５】
図８において、金属帯４ｅの板厚は、正極の金属箔４ａ同士の離間距離Ｓ３と同じであり、金属帯４ｆの板厚は、負極の金属箔４ｂ同士の離間距離Ｓ４と同じである。そして、金属帯４ｅ・４ｆがこれらの離間距離Ｓ３・Ｓ４を充填するように介装されている。したがって、電子ビーム溶接又はレーザー溶接を用いて、一対の集電板５１・５２を積層体４の両側面に溶接することが容易になる（図４参照）。
【００７６】
図９は、正極の金属箔４ａ同士の離間距離Ｓ３が、更に小さい離間距離Ｓ５を有する積層体を例示したものであるが、正極の金属箔４ａ同士の離間距離、及び負極の金属箔４ｂ同士の離間距離に対応して、金属帯４ｅ・４ｆの板厚を変えることにより、積層体の隙間を埋めることができる。
【００７７】
図１０は、レーザー溶接装置ＬＤがＸ方向に移動する様子を示した図であるが、金属帯４ｅ・４ｆの壁厚Ｔを適宜に設定することにより、金属帯４ｅ・４ｆが溶融熱を吸収して、薄板の金属箔４ａ・４ｂの溶断を防止できる。
【００７８】
以上のように、本発明による蓄電素子は、一対の金属箔、一対の活物質層、及びセパレータを積層する略直方体状の積層体を備えており、積層体は、互いに離間する金属箔の側縁間に短冊状の金属帯を介装しているので、櫛歯状の集電体を用いることなく、金属箔の間隙を封鎖できる。そして、電子ビーム溶接又はレーザー溶接を用いて、薄板の金属箔の板厚面側に長尺状の集電板を溶接できる。比較的熱容量の大きい金属帯群が、薄板の金属箔の溶断を保護すると考えられる。
【００７９】
本発明による蓄電素子は、円筒状の巻回体を備える電気二重層コンデンサに適用されてもよく、略直方体状の積層電極体を備える二次電池に適用されてもよく、リチウムイオン二次電池に適用されてもよい。本発明は、高出力化が要求されている車載用の蓄電素子として、好適な蓄電構造を提供している。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１実施形態による蓄電素子を構成する巻回体の斜視外観図であり、一対の金属箔及びセパレータが巻かれる前の状態図である。
【図２】前記第１実施形態による蓄電素子を示す斜視分解組立図である。
【図３】本発明の第２実施形態による蓄電素子を構成する積層体の斜視外観図であり、一対の金属箔及びセパレータが積層される前の状態図である。
【図４】前記第２実施形態による蓄電素子を示す斜視分解組立図である。
【図５】従来技術による巻回体と本発明の第１実施形態による巻回体とを比較した図であり、図５（Ａ）は従来技術による巻回体の要部展開図、図５（Ｂ）は本発明の第１実施形態による巻回体の要部展開図である。
【図６】本発明の第２実施形態による積層体の縦断面図であり、積層要素が積層される前の状態図である。
【図７】本発明の第２実施形態による積層体の縦断面図であり、積層要素が積層された状態図である。
【図８】本発明の第２実施形態による積層体の縦断面図であり、金属箔同士の離間距離が比較的大きい積層体の要部断面を示している。
【図９】本発明の第２実施形態による積層体の縦断面図であり、金属箔同士の離間距離が比較的小さい積層体の要部断面を示している。
【図１０】本発明の第２実施形態による積層体の縦断面図であり、積層体の端部を溶接している状態図である。
【図１１】従来技術による電気二重層コンデンサの要部斜視外観図である。
【図１２】従来技術による電気二重層コンデンサの巻回体の要部斜視外観図である。
【図１３】従来技術による電気二重層コンデンサの要部縦断面図である。
【図１４】従来技術による二次電池に備わる極板群の要部拡大横断面図である。
【図１５】従来技術による二次電池に備わる集電体の正面図である。
【図１６】従来技術による二次電池に備わる他の実施例による極板群の要部拡大横断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１  巻回体（集合体）
４  積層体（集合体）
１ａ・１ｂ、４ａ・４ｂ  一対の金属箔
１ｃ・１ｄ、４ｃ・４ｄ  一対の活物質層
１ｅ・１ｆ、４ｅ・４ｆ  一対の金属帯
１ｓ・４ｓ  セパレータ
１０、４０  蓄電素子
１１・１２、４１・４２  一対の電極群
【図１】
2007335814.tif 000003
【図２】
2007335814.tif 000004
【図３】
2007335814.tif 000005
【図４】
2007335814.tif 000006
【図５】
2007335814.tif 000007
【図６】
2007335814.tif 000008
【図７】
2007335814.tif 000009
【図８】
2007335814.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2007335814.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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