蓄電素子、蓄電素子の製造方法
【課題】蓄電素子の生産効率を向上させる。
【解決手段】膜状の第一極体１１１と第二極体１１２とセパレータ１１９とが第一方向に層状に配置されてなる発電要素１０１と、第一極体１１１と電気的に接続される第一集電体１４３とを備え、第一集電体１４３は、第一方向に並んで配置される第一接続部１４１と第二接続部１４２とを備え、第一極体１１１は、第一接続部１４１と第二接続部１４２との間に配置され第一接続部１４１と接続される第三接続部１１３と、第一接続部１４１と第二接続部１４２との外側に配置され第二接続部１４２と接続される第四接続部１１４とを備える。
【解決手段】膜状の第一極体１１１と第二極体１１２とセパレータ１１９とが第一方向に層状に配置されてなる発電要素１０１と、第一極体１１１と電気的に接続される第一集電体１４３とを備え、第一集電体１４３は、第一方向に並んで配置される第一接続部１４１と第二接続部１４２とを備え、第一極体１１１は、第一接続部１４１と第二接続部１４２との間に配置され第一接続部１４１と接続される第三接続部１１３と、第一接続部１４１と第二接続部１４２との外側に配置され第二接続部１４２と接続される第四接続部１１４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、筐体内に発電要素や電解液などの蓄電・放電手段が収容される蓄電素子に関し、特に前記発電要素と集電体とが複数箇所で接続される蓄電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド自動車や電気自動車、アシスト自転車のように、駆動源や駆動源の一部として電力を用いる走行車が注目されており、このような走行車の電源として高いエネルギー容量の蓄電素子（例えば二次電池）が実用化されている。また、太陽光発電などにより発生した電力を蓄えておく蓄電素子も実用化されている。例えば、リチウムイオン電池などが前記高いエネルギー容量の蓄電素子として挙示することができる。
【０００３】
このような蓄電素子の内部構造としては、例えば特許文献１に記載されているように、金属などからなる剛性の高い筐体に電力を供給したり蓄えたりするための電極端子が絶縁状態で取り付けられ、前記電極端子に接続され、前記筐体の内壁と接触しないように内壁に沿って配置される集電体と、二つの集電体の間を架橋状態で発電要素が配置される構造が採用されている。
【０００４】
また、集電体は帯状の二つの接続部を垂下状に備えると共に、発電要素は、上下方向に延びて配置される二つの接続部を備えており、集電体の二つの接続部が外側に、発電要素の二つの接続部が内側になるように配置した後、集電体の接続部と発電要素の接続部とを超音波溶接により接続している。
【０００５】
この場合、発電要素側の接続部は、薄い金属箔であるので、超音波振動するチップを発電要素側に配置すると、集電体の薄い金属箔部分が破損する場合がある。従って、チップを集電体の接続部に当接させることが必要となるため、従来は、二つの接続箇所の内、一方を接続した後、発電要素を機械的にひっくり返して他方の接続箇所の溶接を行う必要がある。
【０００６】
また、レーザー溶接やスポット溶接などで集電体の接続部と発電要素の接続部とを接続する場合も、発電要素をひっくり返す場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１６５４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、集電体と溶接された発電要素を機械的に反転することは、複雑な機構を用い、さらに、長時間を要することから、このようなタイプの蓄電素子の生産効率を向上させることは甚だ困難であった。
【０００９】
本願発明は上記課題に鑑みなされたものであり、集電体と発電要素との接続工程の簡易化、短縮化を図ることができる、蓄電素子、および、蓄電素子の製造方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本願発明にかかる蓄電素子は、負極、および、正極のいずれか一方である膜状の第一極体と、他方である膜状の第二極体と膜状のセパレータとが第一方向に層状に配置されてなる発電要素と、前記第一極体と電気的に接続される第一集電体とを備える蓄電素子であって、前記第一集電体は、前記第一方向と交差する方向に延在し前記第一方向に並んで配置される第一接続部と第二接続部とを備え、前記第一極体は、 前記第一接続部と前記第二接続部との間に配置され前記第一接続部と接続される第三接続部と、前記第一接続部と前記第二接続部との外側に配置され前記第二接続部と接続される第四接続部とを備えることを特徴とする。
【００１１】
これによれば、第一接続部と第三接続部とを溶接により接続した後、発電要素を反転させること無く第二接続部と第三接続部とを接続することができる。
【００１２】
従って、第一接続部と第三接続部とを接続した後、第一接続部と第二接続部の間隔分発電要素などと接続機を相対的に移動させるだけでよく、回転を伴うことなく次のセッティングを完了することができる。従って、接続工程を簡易化、短縮化することができ、蓄電素子の生産効率を向上させることが可能となる。
【００１３】
なお、明細書、および、特許請求の範囲に記載される「蓄電素子」の語は、電気化学的に電気を蓄電し、また、必要に応じて電気を放電することのできる素子であり、より具体的には、蓄電池、キャパシタ、大容量キャパシタ、コンデンサ、電解コンデンサ、電気二重層コンデンサ等を含むものとして記載している。
【００１４】
また、前記第一集電体は、前記第二接続部が突出状態で設けられる基部と、前記基部と前記第二接続部の接続部分において第二接続部の面が前記第一方向と沿う位置から前記第四接続部と接触可能な位置までねじられたねじれ部とを備えてもよい。
【００１５】
これによれば、例えば巻回式の発電要素などのように第三接続部と第四接続部とがつながっているような場合であっても、ねじれ部を用いて当該つながっている部分を跨いで、第三接続部と第四接続部との間に第二接続部を配置することが可能となる。
【００１６】
さらに、前記第二極体と電気的に接続される第二集電体を備え、前記第二集電体は、前記第一方向と交差する方向に延在し前記第一方向に並んで配置される第五接続部と第六接続部とを備え、前記第二極体は、前記第五接続部と前記第六接続部との間に配置され前記第五接続部と接続される第七接続部と、前記第五接続部と前記第六接続部との外側に配置され前記第六接続部と接続される第八接続部とを備え、前記第一接続部と前記第五接続部が前記第一方向において同じ側に配置されるものでもかまわない。
【００１７】
これによれば、第一極体と第二極体とのそれぞれに第一集電体と第二集電体を接続する場合であっても、第一方向を回転軸として発電要素を回転させるだけで、全ての接続を完了させることができる。
【００１８】
従って、接続工程を簡略化、高速化することができ、蓄電素子の生産効率を向上させることが可能となる。
【００１９】
また、前記発電要素は、前記第一極体と前記第二極体と前記セパレータとを巻回して形成されるものであり、前記第三接続部は、前記第一方向において巻回軸から前記発電要素の一方の外側までの間に配置される前記第一極体の巻回軸方向の端部を前記第一方向の一方に片寄せて束ねられ、前記第四接続部は、前記第一方向において巻回軸から前記発電要素の他方の外側までの間に配置される前記第一極体の巻回軸方向の端部を前記第三接続部の偏り方向と同方向に片寄せて束ねられるものでもよい。
【００２０】
これによれば、例えば図５に示すように、第三接続部は複数枚の（実質的には連続した１枚）の第一極体を発電要素の外側に片寄せて束ねた場合、最も外側に配置される第一極体は、最も広い面積で第一接続部と接触する場合がある。また、最も内側に配置される第一極体は、発電要素の巻き厚さの分だけ第一接続部と間接的に接触する面積は減少する場合がある。つまり、接触面積は外側から内側に向かって減少する。
【００２１】
一方、第四接続部は、最も内側に配置される第一極体の接触面積が最大となり、最も外側に配置される第一極体の接触面積が最小となる。そして、接触面積は外側から内側に向かって増加する。
【００２２】
ここで、発電要素は巻回式であるので、第三接続部の外側に配置される第一極体と、第四接続部の外側に配置される第一極体とは電気的な距離が短い。この関係は、内側同士でも同様である。従って、電気的な距離が短い隣り合った第三接続部の接触面積と第四接続部の接触面積との合計面積は、他の巻き位置の合計面積とほぼ等しくなる。
【００２３】
以上のような状態になることにより、発電要素に蓄電される電気を効率よく第一集電体に流すことが可能となる。
【００２４】
さらに、発電要素の各接続部の長さを短くしても所望の集電効率を保つことができる。
【００２５】
従来のように第一極体の巻回軸方向の端部であり接続部を構成する集電箔を片寄せずに発電要素と集電体とを接続すると、発電要素の巻き始め及び巻き終わりの部分の集電効率を巻回の中央部分（集電箔の束の中央に相当）と近づけるためには、集電箔の束の中でも端に位置する集電箔を長くし、接続面積を稼ぐ必要がある。そのためには発電要素全体における接続部の長さを長くせざるを得ない。
【００２６】
本願の構造であれば、先述のように巻き位置による集電効率の差がないので、集電効率の平準化のために接続部（集電箔）を長くする必要は無い。
【００２７】
従って、電極体における接続部の面積の割合を減少させることができる。接続部は活物質が塗工されていない部分であるので、接続部の面積の割合が小さくなり、活物質塗工部の面積の割合が上がれば、発電要素の容量を向上させることが可能となる。
【００２８】
また、上記目的を達成するために、本願発明にかかる蓄電素子の製造方法は、負極、および、正極のいずれか一方である膜状の第一極体と、他方である膜状の第二極体と膜状のセパレータとが第一方向に層状に配置されてなる発電要素の前記第一極体と第一集電体とを電気的な導通可能に溶接する蓄電素子の製造方法であって、前記第一集電体は、前記第一方向と交差する方向に延在し前記第一方向に並んで配置される第一接続部と第二接続部とを備え、前記第一極体は、前記第一接続部と電気的に接続される第三接続部と前記第二接続部と電気的に接続される第四接続部とを備え、前記第一接続部と前記第二接続部との間に前記第三接続部が配置され、前記第一接続部と前記第二接続部との外側に前記第四接続部が配置されるように前記発電要素と前記第一集電体とを配置する第一配置ステップと、前記第一接続部、および、前記第三接続部を溶接する第一溶接ステップと、前記第二接続部、および、前記第四接続部を溶接する第二溶接ステップとを含むことを特徴とする。
【００２９】
これによれば、第一接続部と第三接続部とを溶接により接続した後、発電要素を反転させること無く第二接続部と第三接続部とを溶接機で溶接することができ、第一接続部と第三接続部とを溶接した後、第一接続部と第二接続部の間隔分発電要素などと溶接機を相対的に移動させるだけでよく、回転を伴うことなく次のセッティングを完了することができる。従って、溶接による接続工程を簡易化、短縮化することができ、蓄電素子の生産効率を向上させることが可能となる。
【００３０】
さらに、前記第二極体と電気的に接続される第二集電体を備え、前記第二集電体は、前記第一方向と交差する方向に延在し前記第一方向に並んで配置される第五接続部と第六接続部とを備え、前記第二極体は、前記第五接続部と電気的に接続される第七接続部と前記第六接続部と電気的に接続される第八接続部とを備え、前記第一方向と沿う方向を軸として前記発電要素を回転させる回転ステップと、前記第五接続部と前記第六接続部との間に前記第七接続部が配置され、前記第五接続部と前記第六接続部との外側に前記第八接続部とが配置され、前記第一接続部と前記第五接続部が前記第一方向において同じ側に配置されるように前記発電要素と前記第二集電体とを配置する第二配置ステップと、前記第五接続部、および、前記第七接続部を溶接する第三溶接ステップと、前記第六接続部、および、前記第八接続部を溶接する第四溶接ステップとを含んでもよい。
【００３１】
これによれば、第一極体と第二極体とのそれぞれに第一集電体と第二集電体を接続する場合であっても、第一方向を回転軸として発電要素を回転させるだけで、全ての接続を完了させることができる。
【００３２】
従って、溶接工程を簡略化、高速化することができ、蓄電素子の生産効率を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００３３】
本願発明によれば、蓄電素子の生産効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、本実施の形態の蓄電素子の外観を示す斜視図である。
【図２】図２は、筐体の一部を省略して蓄電素子の内部を模式的に示す斜視図である。
【図３】図３は、発電要素を模式的に示す側面図である。
【図４】図４は、発電要素を他の方向から模式的に示す側面図である。
【図５】図５は、発電要素を上方から断面で示す平面図である。
【図６】図６は、第一集電体および第二集電体を共に示す斜視図である。
【図７】図７は、発電要素と集電体とを接続する際の状態を一部断面で示す平面図である。
【図８】図８は、発電要素と集電体とを接続する際の次の状態を一部断面で示す平面図である。
【図９】図９は、異なる極において発電要素と集電体とを接続する際の状態を一部断面で示す平面図である。
【図１０】図１０は、異なる極において発電要素と集電体とを接続する際の次の状態を一部断面で示す平面図である。
【図１１】図１１は、他の態様における発電要素を上方から断面で示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
次に、本願発明に係る蓄電素子の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本願発明に係る蓄電素子の一例を示したものに過ぎない。従って本願発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。
【００３６】
図１は、本実施の形態の蓄電素子の外観を示す斜視図である。
【００３７】
図２は、筐体の一部を省略して蓄電素子の内部を模式的に示す斜視図である。
【００３８】
これらの図に示すように、本実施の形態にかかる蓄電素子１００は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる非水電解質二次電池であり、発電要素１０１と、筐体１０２と、集電体１０４とを備えている。
【００３９】
図３は、発電要素を模式的に示す側面図である。
【００４０】
同図に示すように発電要素１０１は、負極、および、正極のいずれか一方である膜状の第一極体１１１と、他方である膜状の第二極体１１２と膜状のセパレータ１１９とが第一方向（図中Ｘ軸方向）に層状に配置され、電気を蓄えることができる部材である。
【００４１】
本実施の形態の場合、負極は、銅からなる長尺帯状の第一極体１１１の表面に負極活物質層が形成されたものである。正極は、アルミニウムからなる長尺帯状の第二極体１１２の表面に正極活物質層が形成されたものである。セパレータ１１９は、樹脂からなる微多孔性のシートである。そして、発電要素１０１は、第一極体１１１と第二極体１１２との間にセパレータ１１９が挟み込まれるように層状に配置されたものを全体が長円形状となるように巻き回されて形成されている。
【００４２】
図４は、発電要素を他の方向から模式的に示す側面図である。
【００４３】
同図に示すように、発電要素１０１は、第一極体１１１と第二極体１１２とが巻回軸方向（図中Ｙ軸方向）にずれた状態で形成されている。そして、第二極体１１２から突出する第一極体１１１の部分、および、第一極体１１１から突出する第二極体１１２の部分はそれぞれ集電体１０４と電気的かつ物理的に接続する接続部１１５（図中２点鎖線で囲った部分）として機能する。接続部１１５は、負極活物質や正極活物質が形成されてておらずアルミニウム箔や銅箔が露出している。
【００４４】
なお、セパレータ１１９は、樹脂からなるものばかりでなく、ガラスファイバーなど他の部材であってもかまわない。
【００４５】
図５は、発電要素を上方から断面で示す平面図である。
【００４６】
同図に示すように、接続部１１５は、第一方向（図中Ｘ軸方向）に重ね合わされた状態で束ねられている。なお説明のため図５では、接続部１１５において、第一極体１１１や第二極体１１２を離れた状態で示しているが、実際には重ね合わされて密着している。
【００４７】
本実施の形態の場合、第一極体１１１は、巻回軸の一方側に配置される第三接続部１１３と、巻回軸の他方側に配置される第四接続部１１４とを備えている。また、第二極体１１２は、巻回軸の一方側に配置される第七接続部１１７と、巻回軸の他方側に配置される第八接続部１１８とを備えている。
【００４８】
さらに、第三接続部１１３は、第一方向において巻回軸から発電要素１０１の一方（図中下側）の外側までの間に配置される第一極体１１１の巻回軸方向の端部である接続部１１５を第一方向の一方（図中下側）に片寄せて束ねられている。第四接続部１１４も同様に、第一方向において巻回軸から発電要素１０１の他方（図中上側）の外側までの間に配置される接続部１１５を第三接続部の偏り方向と同方向（図中下側）に片寄せて束ねられている。
【００４９】
また、第七接続部１１７は、接続部１１５を第三接続部の偏り方向と同方向（図中下側）に片寄せて束ねられている。第八接続部１１８も同様に、接続部１１５を第三接続部の偏り方向と同方向（図中下側）に片寄せて束ねられている。
【００５０】
なお、発電要素１０１は扁平巻回型ばかりで無く、折り畳み型など任意の積層態様を採用することができる。
【００５１】
筐体１０２は、発電要素１０１を収容する部材である。本実施の形態の場合、筐体１０２は、容器１２０と蓋体１０３とで構成されている。
【００５２】
容器１２０は、発電要素１０１を収容する矩形（直方体）の部材である。容器１２０は、軽量化のため、アルミニウムやその合金で形成されたり、肉厚の薄いステンレス鋼などにより形成される。容器１２０は、矩形の底部と、底部の各長辺部にそれぞれ立設される矩形の長壁部と、底部の各短辺部にそれぞれ立設される矩形の短壁部とを備えている。また、容器１２０は、容器１２０の開口端部と蓋体１０３とが溶接されることにより、蓋体１０３とともに筐体１０２を構成する。蓋体１０３は、容器１２０の開口部を閉塞する金属製の板状部材である。
【００５３】
図６は、第一集電体および第二集電体を共に示す斜視図である。
【００５４】
集電体１０４は、後述する電極端子１０５と発電要素１０１とに電気的に接続されるとともに、筐体１０２（蓋体１０３）に物理的（機械的）にも接続される部材である。なお、同図においては、説明のため二つの集電体１０４が近接して示されているが、実際には、発電要素１０１の巻回軸の端部にそれぞれ集電体１０４が配置される。
【００５５】
本実施の形態の場合、集電体１０４は、蓋体１０３から筐体１０２の壁部に渡って壁部および蓋体１０３に沿って屈曲状態で配置される金属製の板状部材であり、集電体１０４は、電極端子１０５とともに蓋体１０３に固定的に接続されている。
【００５６】
発電要素１０１の第一極体１１１に接続される集電体１０４である第一集電体１４３は、第一方向（図中Ｘ軸方向）と交差する方向（図中Ｚ軸方向）に延在し、第一方向に並んで配置される棒状の第一接続部１４１と棒状の第二接続部１４２とを備えている。発電要素１０１の第二極体１１２に接続される集電体１０４である第二集電体１４４は、第一方向と交差する方向に延在し第一方向に並んで配置される棒状の第五接続部１４５と棒状の第六接続部１４６とを備えている。
【００５７】
さらに、第一集電体１４３は、帯状の第二接続部１４２が突出状態で設けられる基部１４７を備えており、基部１４７と第二接続部１４２の接続部分において第二接続部１４２の面が第一方向（図中Ｘ軸方向）と沿う位置から第四接続部１１４と面接触可能な位置まで、つまり、図中のＹ軸方向に向いていた面がＸ軸方向に向くまでねじられたねじれ部１５９を備えている。また、第一接続部１４１も同様に基部１４７に対しねじられて設けられている。さらに、第二集電体１４４も基部１４８を備えており、第五接続部１４５、および、第六接続部１４６も基部１４８に対してねじられた状態で突出している。
【００５８】
なお、第一集電体１４３は、銅で形成され、第二集電体１４４は、アルミニウムで形成されている。
【００５９】
以上のような蓄電素子１００において、発電要素１０１と集電体１０４とは次の様に配置されている。すなわち、第一接続部１４１と第二接続部１４２との間に第三接続部１１３が配置され、第一接続部１４１と第二接続部１４２との外側に第四接続部１１４が配置されている。また、第五接続部１４５と第六接続部１４６との間に第七接続部１１７が配置され、第五接続部１４５と第六接続部１４６との外側に第八接続部１１８が配置されている。
【００６０】
この場合、第二接続部１４２は、第一極体１１１の端部であって、屈曲している部分を跨ぐこととなるが、当該部分にねじれ部１５９が対応するため、第一極体１１１の端部との干渉を抑制することが可能となる。これは第六接続部１４６も同様である。
【００６１】
本実施の形態の場合、蓄電素子１００はさらに、電極端子１０５と、締結具１０８と、第一絶縁部材１０９と、第二絶縁部材（図示せず）を備えている。
【００６２】
電極端子１０５は、外部の機器や他の電池などと蓄電素子１００の発電要素１０１とを電気的に接続するための端子である。本実施の形態の場合、電極端子１０５は、筐体１０２と絶縁を保ちつつ、筐体１０２に貫通状態で取り付けられており、負極用の電極端子１０５と、正極用の電極端子１０５の二つが筐体１０２に取り付けられている。
【００６３】
また、電極端子１０５は、貫通孔を備えている。貫通孔は、他の機器などと電極端子１０５とを電気的に接続するための締結具１０８が挿通される孔である。
【００６４】
なお、筐体１０２自体が一方の極の電極端子として機能するものでもかまわない。
【００６５】
締結具１０８は、外部の機器や他の電池などと電気的に接続するための通電部材、例えばバスバーなどの通電部材を電極端子１０５と電気的かつ物理的に接続するための部材である。本実施の形態の場合、通電部材を着脱可能に締結できるよう締結具は、ボルト状であり、ナットで締め付けることによって、電極端子１０５と通電部材とを挟持状態で接続するものとなっている。
【００６６】
第一絶縁部材１０９は、筐体１０２と締結具１０８、および、筐体１０２と電極端子１０５とを電気的に絶縁する部材である。本実施の形態の場合、第一絶縁部材１０９は、樹脂などの絶縁体で形成される板状の部材であって、蓋体１０３の一部を覆うと共に、締結具１０８の頭部を収容する形状となっている。
【００６７】
第二絶縁部材（図示せず）は、筐体１０２と集電体１０４とを電気的に絶縁する部材である。本実施の形態の場合、第二絶縁部材は、樹脂などの絶縁体で形成される薄い箱状の部材であって、筐体１０２（蓋体１０３）の内側であって集電体１０４と蓋体１０３との間に配置されている。
【００６８】
次に、蓄電素子１００の製造方法を説明する。
【００６９】
図７は、発電要素と集電体とを接続する際の状態を一部断面で示す平面図である。
【００７０】
同図に示すように、第一集電体１４３の第一接続部１４１と第二接続部１４２との間に第一極体１１１の第三接続部１１３が配置され、第一接続部１４１と第二接続部１４２との外側に第四接続部１１４が配置されるように発電要素１０１と第一集電体１４３とを配置する（第一配置ステップ）。
【００７１】
超音波溶接機２００のチップ２０１とアンビル２０２とを用い、第一接続部１４１、および、第三接続部１１３を挟み込んで溶接する（第一溶接ステップ）。この際、ホーンと接続され超音波振動が発生するチップ２０１は、比較的厚さの厚い第一接続部１４１側に配置する。第三接続部１１３側にチップ２０１を配置すると、第一極体１１１の端部が破損する可能性があるからである。
【００７２】
なお、第三接続部１１３などの接続部１１５においては、第一極体１１１や第二極体１１２の重ね合わせて束ねた状態を維持するために、導電性のクリップで挟持してもよく、この場合、集電体１０４と接続部１１５とは、クリップを介して接続することとなる。
【００７３】
次に、図８に示す状態となるように、チップ２０１およびアンビル２０２と発電要素１０１とを巻回軸（図中Ｙ軸方向）方向に一端分離した後、第一方向（図中Ｘ軸方向）にチップ２０１およびアンビル２０２と発電要素１０１と相対的に移動させ、チップ２０１およびアンビル２０２と発電要素１０１とを巻回軸（図中Ｙ軸方向）方向に近づけて、第二接続部１４２、および、第四接続部１１４をチップ２０１およびアンビル２０２で挟み込む。そして、超音波溶接を行う（第二溶接ステップ）。
【００７４】
以上のように、チップ２０１およびアンビル２０２と発電要素１０１との相対的な移動は、巻回軸方向（Ｙ軸方向）と、第一方向（Ｘ軸方向）との２軸において直線的な動作のみで実現できるため、チップ２０１およびアンビル２０２と発電要素１０１との動作を簡易な装置構成の下、高速に実施することが可能となる。
【００７５】
次に、図９に示す状態となるように、チップ２０１およびアンビル２０２と発電要素１０１とを巻回軸（図中Ｙ軸方向）方向に一端分離した後、第一方向（Ｘ軸方向）を回転軸として発電要素１０１を回転させる（回転ステップ）。そして、第五接続部１４５と第六接続部１４６との間に第七接続部１１７が配置され、第五接続部１４５と第六接続部１４６との外側に第八接続部１１８とが配置されるように、発電要素１０１と集電体１０４とを配置する。ここで、第一接続部１４１と第五接続部１４５が第一方向において同じ側（図７、図９中の最も下側）となるように配置する（第二配置ステップ）。
【００７６】
そして、チップ２０１とアンビル２０２とを用い、第五接続部１４５、および、第七接続部１１７を挟み込んで超音波溶接する（第三溶接ステップ）。
【００７７】
次に、図１０に示す状態となるように、チップ２０１およびアンビル２０２と発電要素１０１とを巻回軸（図中Ｙ軸方向）方向に一端分離した後、第一方向（図中Ｘ軸方向）にチップ２０１およびアンビル２０２と発電要素１０１と相対的に移動させ、チップ２０１およびアンビル２０２と発電要素１０１とを巻回軸（図中Ｙ軸方向）方向に近づけて、第六接続部１４６、および、第八接続部１１８をチップ２０１およびアンビル２０２で挟み込んで超音波溶接する（第四溶接ステップ）。
【００７８】
以上のように、チップ２０１およびアンビル２０２と発電要素１０１との相対的な移動は、溶接対象を第一極体１１１から第二極体１１２に変更する際のＸ軸を中心軸とした相対的な回動と、巻回軸方向（Ｙ軸方向）と、第一方向（Ｘ軸方向）との２軸において直線的な動作のみで実現できるため、発電要素１０１の両極と集電体１０４との接続を簡易な機械構成の下、高速で実施することが可能となる。
【００７９】
なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。
【００８０】
例えば、上記実施の形態では、第一方向の一方に片寄せて束ねられた接続部１１５を示したが、これに限定されるわけでは無く、図１１に示すように、均等に束ねられたものでもよい。
【００８１】
また、巻回式の発電要素１０１を示したが、発電要素１０１は、負極、および、正極のいずれか一方である膜状の第一極体１１１と、他方である膜状の第二極体１１２と膜状のセパレータ１１９とが第一方向に層状となるように折りたたまれたものでもかまわない。この場合、巻回軸は存在しないが、折りたたまれた第一極体１１１や第二極体１１２の第一方向における中間であって、帯状の第一極体１１１や第二極体１１２の幅方向に延びる軸が巻回軸の代替となり得る。
【００８２】
また、溶接は超音波溶接ばかりでなく、レーザー溶接やスポット溶接など発電要素１０１の接続部１１５側から溶接するのと、集電体１０４側から溶接するのでは、最適な溶接条件が異なる溶接で溶接しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本願発明は、二次電池等の蓄電素子に利用可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１００ 蓄電素子
１０１ 発電要素
１０２ 筐体
１０３ 蓋体
１０４ 集電体
１０５ 電極端子
１０８ 締結具
１０９ 第一絶縁部材
１１１ 第一極体
１１２ 第二極体
１１３ 第三接続部
１１４ 第四接続部
１１５ 接続部
１１７ 第七接続部
１１８ 第八接続部
１１９ セパレータ
１２０ 容器
１４１ 第一接続部
１４２ 第二接続部
１４３ 第一集電体
１４４ 第二集電体
１４５ 第五接続部
１４６ 第六接続部
１４７ 基部
１４８ 基部
１５９ ねじれ部
２００ 超音波溶接機
２０１ チップ
２０２ アンビル
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、筐体内に発電要素や電解液などの蓄電・放電手段が収容される蓄電素子に関し、特に前記発電要素と集電体とが複数箇所で接続される蓄電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド自動車や電気自動車、アシスト自転車のように、駆動源や駆動源の一部として電力を用いる走行車が注目されており、このような走行車の電源として高いエネルギー容量の蓄電素子（例えば二次電池）が実用化されている。また、太陽光発電などにより発生した電力を蓄えておく蓄電素子も実用化されている。例えば、リチウムイオン電池などが前記高いエネルギー容量の蓄電素子として挙示することができる。
【０００３】
このような蓄電素子の内部構造としては、例えば特許文献１に記載されているように、金属などからなる剛性の高い筐体に電力を供給したり蓄えたりするための電極端子が絶縁状態で取り付けられ、前記電極端子に接続され、前記筐体の内壁と接触しないように内壁に沿って配置される集電体と、二つの集電体の間を架橋状態で発電要素が配置される構造が採用されている。
【０００４】
また、集電体は帯状の二つの接続部を垂下状に備えると共に、発電要素は、上下方向に延びて配置される二つの接続部を備えており、集電体の二つの接続部が外側に、発電要素の二つの接続部が内側になるように配置した後、集電体の接続部と発電要素の接続部とを超音波溶接により接続している。
【０００５】
この場合、発電要素側の接続部は、薄い金属箔であるので、超音波振動するチップを発電要素側に配置すると、集電体の薄い金属箔部分が破損する場合がある。従って、チップを集電体の接続部に当接させることが必要となるため、従来は、二つの接続箇所の内、一方を接続した後、発電要素を機械的にひっくり返して他方の接続箇所の溶接を行う必要がある。
【０００６】
また、レーザー溶接やスポット溶接などで集電体の接続部と発電要素の接続部とを接続する場合も、発電要素をひっくり返す場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１６５４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、集電体と溶接された発電要素を機械的に反転することは、複雑な機構を用い、さらに、長時間を要することから、このようなタイプの蓄電素子の生産効率を向上させることは甚だ困難であった。
【０００９】
本願発明は上記課題に鑑みなされたものであり、集電体と発電要素との接続工程の簡易化、短縮化を図ることができる、蓄電素子、および、蓄電素子の製造方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本願発明にかかる蓄電素子は、負極、および、正極のいずれか一方である膜状の第一極体と、他方である膜状の第二極体と膜状のセパレータとが第一方向に層状に配置されてなる発電要素と、前記第一極体と電気的に接続される第一集電体とを備える蓄電素子であって、前記第一集電体は、前記第一方向と交差する方向に延在し前記第一方向に並んで配置される第一接続部と第二接続部とを備え、前記第一極体は、 前記第一接続部と前記第二接続部との間に配置され前記第一接続部と接続される第三接続部と、前記第一接続部と前記第二接続部との外側に配置され前記第二接続部と接続される第四接続部とを備えることを特徴とする。
【００１１】
これによれば、第一接続部と第三接続部とを溶接により接続した後、発電要素を反転させること無く第二接続部と第三接続部とを接続することができる。
【００１２】
従って、第一接続部と第三接続部とを接続した後、第一接続部と第二接続部の間隔分発電要素などと接続機を相対的に移動させるだけでよく、回転を伴うことなく次のセッティングを完了することができる。従って、接続工程を簡易化、短縮化することができ、蓄電素子の生産効率を向上させることが可能となる。
【００１３】
なお、明細書、および、特許請求の範囲に記載される「蓄電素子」の語は、電気化学的に電気を蓄電し、また、必要に応じて電気を放電することのできる素子であり、より具体的には、蓄電池、キャパシタ、大容量キャパシタ、コンデンサ、電解コンデンサ、電気二重層コンデンサ等を含むものとして記載している。
【００１４】
また、前記第一集電体は、前記第二接続部が突出状態で設けられる基部と、前記基部と前記第二接続部の接続部分において第二接続部の面が前記第一方向と沿う位置から前記第四接続部と接触可能な位置までねじられたねじれ部とを備えてもよい。
【００１５】
これによれば、例えば巻回式の発電要素などのように第三接続部と第四接続部とがつながっているような場合であっても、ねじれ部を用いて当該つながっている部分を跨いで、第三接続部と第四接続部との間に第二接続部を配置することが可能となる。
【００１６】
さらに、前記第二極体と電気的に接続される第二集電体を備え、前記第二集電体は、前記第一方向と交差する方向に延在し前記第一方向に並んで配置される第五接続部と第六接続部とを備え、前記第二極体は、前記第五接続部と前記第六接続部との間に配置され前記第五接続部と接続される第七接続部と、前記第五接続部と前記第六接続部との外側に配置され前記第六接続部と接続される第八接続部とを備え、前記第一接続部と前記第五接続部が前記第一方向において同じ側に配置されるものでもかまわない。
【００１７】
これによれば、第一極体と第二極体とのそれぞれに第一集電体と第二集電体を接続する場合であっても、第一方向を回転軸として発電要素を回転させるだけで、全ての接続を完了させることができる。
【００１８】
従って、接続工程を簡略化、高速化することができ、蓄電素子の生産効率を向上させることが可能となる。
【００１９】
また、前記発電要素は、前記第一極体と前記第二極体と前記セパレータとを巻回して形成されるものであり、前記第三接続部は、前記第一方向において巻回軸から前記発電要素の一方の外側までの間に配置される前記第一極体の巻回軸方向の端部を前記第一方向の一方に片寄せて束ねられ、前記第四接続部は、前記第一方向において巻回軸から前記発電要素の他方の外側までの間に配置される前記第一極体の巻回軸方向の端部を前記第三接続部の偏り方向と同方向に片寄せて束ねられるものでもよい。
【００２０】
これによれば、例えば図５に示すように、第三接続部は複数枚の（実質的には連続した１枚）の第一極体を発電要素の外側に片寄せて束ねた場合、最も外側に配置される第一極体は、最も広い面積で第一接続部と接触する場合がある。また、最も内側に配置される第一極体は、発電要素の巻き厚さの分だけ第一接続部と間接的に接触する面積は減少する場合がある。つまり、接触面積は外側から内側に向かって減少する。
【００２１】
一方、第四接続部は、最も内側に配置される第一極体の接触面積が最大となり、最も外側に配置される第一極体の接触面積が最小となる。そして、接触面積は外側から内側に向かって増加する。
【００２２】
ここで、発電要素は巻回式であるので、第三接続部の外側に配置される第一極体と、第四接続部の外側に配置される第一極体とは電気的な距離が短い。この関係は、内側同士でも同様である。従って、電気的な距離が短い隣り合った第三接続部の接触面積と第四接続部の接触面積との合計面積は、他の巻き位置の合計面積とほぼ等しくなる。
【００２３】
以上のような状態になることにより、発電要素に蓄電される電気を効率よく第一集電体に流すことが可能となる。
【００２４】
さらに、発電要素の各接続部の長さを短くしても所望の集電効率を保つことができる。
【００２５】
従来のように第一極体の巻回軸方向の端部であり接続部を構成する集電箔を片寄せずに発電要素と集電体とを接続すると、発電要素の巻き始め及び巻き終わりの部分の集電効率を巻回の中央部分（集電箔の束の中央に相当）と近づけるためには、集電箔の束の中でも端に位置する集電箔を長くし、接続面積を稼ぐ必要がある。そのためには発電要素全体における接続部の長さを長くせざるを得ない。
【００２６】
本願の構造であれば、先述のように巻き位置による集電効率の差がないので、集電効率の平準化のために接続部（集電箔）を長くする必要は無い。
【００２７】
従って、電極体における接続部の面積の割合を減少させることができる。接続部は活物質が塗工されていない部分であるので、接続部の面積の割合が小さくなり、活物質塗工部の面積の割合が上がれば、発電要素の容量を向上させることが可能となる。
【００２８】
また、上記目的を達成するために、本願発明にかかる蓄電素子の製造方法は、負極、および、正極のいずれか一方である膜状の第一極体と、他方である膜状の第二極体と膜状のセパレータとが第一方向に層状に配置されてなる発電要素の前記第一極体と第一集電体とを電気的な導通可能に溶接する蓄電素子の製造方法であって、前記第一集電体は、前記第一方向と交差する方向に延在し前記第一方向に並んで配置される第一接続部と第二接続部とを備え、前記第一極体は、前記第一接続部と電気的に接続される第三接続部と前記第二接続部と電気的に接続される第四接続部とを備え、前記第一接続部と前記第二接続部との間に前記第三接続部が配置され、前記第一接続部と前記第二接続部との外側に前記第四接続部が配置されるように前記発電要素と前記第一集電体とを配置する第一配置ステップと、前記第一接続部、および、前記第三接続部を溶接する第一溶接ステップと、前記第二接続部、および、前記第四接続部を溶接する第二溶接ステップとを含むことを特徴とする。
【００２９】
これによれば、第一接続部と第三接続部とを溶接により接続した後、発電要素を反転させること無く第二接続部と第三接続部とを溶接機で溶接することができ、第一接続部と第三接続部とを溶接した後、第一接続部と第二接続部の間隔分発電要素などと溶接機を相対的に移動させるだけでよく、回転を伴うことなく次のセッティングを完了することができる。従って、溶接による接続工程を簡易化、短縮化することができ、蓄電素子の生産効率を向上させることが可能となる。
【００３０】
さらに、前記第二極体と電気的に接続される第二集電体を備え、前記第二集電体は、前記第一方向と交差する方向に延在し前記第一方向に並んで配置される第五接続部と第六接続部とを備え、前記第二極体は、前記第五接続部と電気的に接続される第七接続部と前記第六接続部と電気的に接続される第八接続部とを備え、前記第一方向と沿う方向を軸として前記発電要素を回転させる回転ステップと、前記第五接続部と前記第六接続部との間に前記第七接続部が配置され、前記第五接続部と前記第六接続部との外側に前記第八接続部とが配置され、前記第一接続部と前記第五接続部が前記第一方向において同じ側に配置されるように前記発電要素と前記第二集電体とを配置する第二配置ステップと、前記第五接続部、および、前記第七接続部を溶接する第三溶接ステップと、前記第六接続部、および、前記第八接続部を溶接する第四溶接ステップとを含んでもよい。
【００３１】
これによれば、第一極体と第二極体とのそれぞれに第一集電体と第二集電体を接続する場合であっても、第一方向を回転軸として発電要素を回転させるだけで、全ての接続を完了させることができる。
【００３２】
従って、溶接工程を簡略化、高速化することができ、蓄電素子の生産効率を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００３３】
本願発明によれば、蓄電素子の生産効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、本実施の形態の蓄電素子の外観を示す斜視図である。
【図２】図２は、筐体の一部を省略して蓄電素子の内部を模式的に示す斜視図である。
【図３】図３は、発電要素を模式的に示す側面図である。
【図４】図４は、発電要素を他の方向から模式的に示す側面図である。
【図５】図５は、発電要素を上方から断面で示す平面図である。
【図６】図６は、第一集電体および第二集電体を共に示す斜視図である。
【図７】図７は、発電要素と集電体とを接続する際の状態を一部断面で示す平面図である。
【図８】図８は、発電要素と集電体とを接続する際の次の状態を一部断面で示す平面図である。
【図９】図９は、異なる極において発電要素と集電体とを接続する際の状態を一部断面で示す平面図である。
【図１０】図１０は、異なる極において発電要素と集電体とを接続する際の次の状態を一部断面で示す平面図である。
【図１１】図１１は、他の態様における発電要素を上方から断面で示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
次に、本願発明に係る蓄電素子の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本願発明に係る蓄電素子の一例を示したものに過ぎない。従って本願発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。
【００３６】
図１は、本実施の形態の蓄電素子の外観を示す斜視図である。
【００３７】
図２は、筐体の一部を省略して蓄電素子の内部を模式的に示す斜視図である。
【００３８】
これらの図に示すように、本実施の形態にかかる蓄電素子１００は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる非水電解質二次電池であり、発電要素１０１と、筐体１０２と、集電体１０４とを備えている。
【００３９】
図３は、発電要素を模式的に示す側面図である。
【００４０】
同図に示すように発電要素１０１は、負極、および、正極のいずれか一方である膜状の第一極体１１１と、他方である膜状の第二極体１１２と膜状のセパレータ１１９とが第一方向（図中Ｘ軸方向）に層状に配置され、電気を蓄えることができる部材である。
【００４１】
本実施の形態の場合、負極は、銅からなる長尺帯状の第一極体１１１の表面に負極活物質層が形成されたものである。正極は、アルミニウムからなる長尺帯状の第二極体１１２の表面に正極活物質層が形成されたものである。セパレータ１１９は、樹脂からなる微多孔性のシートである。そして、発電要素１０１は、第一極体１１１と第二極体１１２との間にセパレータ１１９が挟み込まれるように層状に配置されたものを全体が長円形状となるように巻き回されて形成されている。
【００４２】
図４は、発電要素を他の方向から模式的に示す側面図である。
【００４３】
同図に示すように、発電要素１０１は、第一極体１１１と第二極体１１２とが巻回軸方向（図中Ｙ軸方向）にずれた状態で形成されている。そして、第二極体１１２から突出する第一極体１１１の部分、および、第一極体１１１から突出する第二極体１１２の部分はそれぞれ集電体１０４と電気的かつ物理的に接続する接続部１１５（図中２点鎖線で囲った部分）として機能する。接続部１１５は、負極活物質や正極活物質が形成されてておらずアルミニウム箔や銅箔が露出している。
【００４４】
なお、セパレータ１１９は、樹脂からなるものばかりでなく、ガラスファイバーなど他の部材であってもかまわない。
【００４５】
図５は、発電要素を上方から断面で示す平面図である。
【００４６】
同図に示すように、接続部１１５は、第一方向（図中Ｘ軸方向）に重ね合わされた状態で束ねられている。なお説明のため図５では、接続部１１５において、第一極体１１１や第二極体１１２を離れた状態で示しているが、実際には重ね合わされて密着している。
【００４７】
本実施の形態の場合、第一極体１１１は、巻回軸の一方側に配置される第三接続部１１３と、巻回軸の他方側に配置される第四接続部１１４とを備えている。また、第二極体１１２は、巻回軸の一方側に配置される第七接続部１１７と、巻回軸の他方側に配置される第八接続部１１８とを備えている。
【００４８】
さらに、第三接続部１１３は、第一方向において巻回軸から発電要素１０１の一方（図中下側）の外側までの間に配置される第一極体１１１の巻回軸方向の端部である接続部１１５を第一方向の一方（図中下側）に片寄せて束ねられている。第四接続部１１４も同様に、第一方向において巻回軸から発電要素１０１の他方（図中上側）の外側までの間に配置される接続部１１５を第三接続部の偏り方向と同方向（図中下側）に片寄せて束ねられている。
【００４９】
また、第七接続部１１７は、接続部１１５を第三接続部の偏り方向と同方向（図中下側）に片寄せて束ねられている。第八接続部１１８も同様に、接続部１１５を第三接続部の偏り方向と同方向（図中下側）に片寄せて束ねられている。
【００５０】
なお、発電要素１０１は扁平巻回型ばかりで無く、折り畳み型など任意の積層態様を採用することができる。
【００５１】
筐体１０２は、発電要素１０１を収容する部材である。本実施の形態の場合、筐体１０２は、容器１２０と蓋体１０３とで構成されている。
【００５２】
容器１２０は、発電要素１０１を収容する矩形（直方体）の部材である。容器１２０は、軽量化のため、アルミニウムやその合金で形成されたり、肉厚の薄いステンレス鋼などにより形成される。容器１２０は、矩形の底部と、底部の各長辺部にそれぞれ立設される矩形の長壁部と、底部の各短辺部にそれぞれ立設される矩形の短壁部とを備えている。また、容器１２０は、容器１２０の開口端部と蓋体１０３とが溶接されることにより、蓋体１０３とともに筐体１０２を構成する。蓋体１０３は、容器１２０の開口部を閉塞する金属製の板状部材である。
【００５３】
図６は、第一集電体および第二集電体を共に示す斜視図である。
【００５４】
集電体１０４は、後述する電極端子１０５と発電要素１０１とに電気的に接続されるとともに、筐体１０２（蓋体１０３）に物理的（機械的）にも接続される部材である。なお、同図においては、説明のため二つの集電体１０４が近接して示されているが、実際には、発電要素１０１の巻回軸の端部にそれぞれ集電体１０４が配置される。
【００５５】
本実施の形態の場合、集電体１０４は、蓋体１０３から筐体１０２の壁部に渡って壁部および蓋体１０３に沿って屈曲状態で配置される金属製の板状部材であり、集電体１０４は、電極端子１０５とともに蓋体１０３に固定的に接続されている。
【００５６】
発電要素１０１の第一極体１１１に接続される集電体１０４である第一集電体１４３は、第一方向（図中Ｘ軸方向）と交差する方向（図中Ｚ軸方向）に延在し、第一方向に並んで配置される棒状の第一接続部１４１と棒状の第二接続部１４２とを備えている。発電要素１０１の第二極体１１２に接続される集電体１０４である第二集電体１４４は、第一方向と交差する方向に延在し第一方向に並んで配置される棒状の第五接続部１４５と棒状の第六接続部１４６とを備えている。
【００５７】
さらに、第一集電体１４３は、帯状の第二接続部１４２が突出状態で設けられる基部１４７を備えており、基部１４７と第二接続部１４２の接続部分において第二接続部１４２の面が第一方向（図中Ｘ軸方向）と沿う位置から第四接続部１１４と面接触可能な位置まで、つまり、図中のＹ軸方向に向いていた面がＸ軸方向に向くまでねじられたねじれ部１５９を備えている。また、第一接続部１４１も同様に基部１４７に対しねじられて設けられている。さらに、第二集電体１４４も基部１４８を備えており、第五接続部１４５、および、第六接続部１４６も基部１４８に対してねじられた状態で突出している。
【００５８】
なお、第一集電体１４３は、銅で形成され、第二集電体１４４は、アルミニウムで形成されている。
【００５９】
以上のような蓄電素子１００において、発電要素１０１と集電体１０４とは次の様に配置されている。すなわち、第一接続部１４１と第二接続部１４２との間に第三接続部１１３が配置され、第一接続部１４１と第二接続部１４２との外側に第四接続部１１４が配置されている。また、第五接続部１４５と第六接続部１４６との間に第七接続部１１７が配置され、第五接続部１４５と第六接続部１４６との外側に第八接続部１１８が配置されている。
【００６０】
この場合、第二接続部１４２は、第一極体１１１の端部であって、屈曲している部分を跨ぐこととなるが、当該部分にねじれ部１５９が対応するため、第一極体１１１の端部との干渉を抑制することが可能となる。これは第六接続部１４６も同様である。
【００６１】
本実施の形態の場合、蓄電素子１００はさらに、電極端子１０５と、締結具１０８と、第一絶縁部材１０９と、第二絶縁部材（図示せず）を備えている。
【００６２】
電極端子１０５は、外部の機器や他の電池などと蓄電素子１００の発電要素１０１とを電気的に接続するための端子である。本実施の形態の場合、電極端子１０５は、筐体１０２と絶縁を保ちつつ、筐体１０２に貫通状態で取り付けられており、負極用の電極端子１０５と、正極用の電極端子１０５の二つが筐体１０２に取り付けられている。
【００６３】
また、電極端子１０５は、貫通孔を備えている。貫通孔は、他の機器などと電極端子１０５とを電気的に接続するための締結具１０８が挿通される孔である。
【００６４】
なお、筐体１０２自体が一方の極の電極端子として機能するものでもかまわない。
【００６５】
締結具１０８は、外部の機器や他の電池などと電気的に接続するための通電部材、例えばバスバーなどの通電部材を電極端子１０５と電気的かつ物理的に接続するための部材である。本実施の形態の場合、通電部材を着脱可能に締結できるよう締結具は、ボルト状であり、ナットで締め付けることによって、電極端子１０５と通電部材とを挟持状態で接続するものとなっている。
【００６６】
第一絶縁部材１０９は、筐体１０２と締結具１０８、および、筐体１０２と電極端子１０５とを電気的に絶縁する部材である。本実施の形態の場合、第一絶縁部材１０９は、樹脂などの絶縁体で形成される板状の部材であって、蓋体１０３の一部を覆うと共に、締結具１０８の頭部を収容する形状となっている。
【００６７】
第二絶縁部材（図示せず）は、筐体１０２と集電体１０４とを電気的に絶縁する部材である。本実施の形態の場合、第二絶縁部材は、樹脂などの絶縁体で形成される薄い箱状の部材であって、筐体１０２（蓋体１０３）の内側であって集電体１０４と蓋体１０３との間に配置されている。
【００６８】
次に、蓄電素子１００の製造方法を説明する。
【００６９】
図７は、発電要素と集電体とを接続する際の状態を一部断面で示す平面図である。
【００７０】
同図に示すように、第一集電体１４３の第一接続部１４１と第二接続部１４２との間に第一極体１１１の第三接続部１１３が配置され、第一接続部１４１と第二接続部１４２との外側に第四接続部１１４が配置されるように発電要素１０１と第一集電体１４３とを配置する（第一配置ステップ）。
【００７１】
超音波溶接機２００のチップ２０１とアンビル２０２とを用い、第一接続部１４１、および、第三接続部１１３を挟み込んで溶接する（第一溶接ステップ）。この際、ホーンと接続され超音波振動が発生するチップ２０１は、比較的厚さの厚い第一接続部１４１側に配置する。第三接続部１１３側にチップ２０１を配置すると、第一極体１１１の端部が破損する可能性があるからである。
【００７２】
なお、第三接続部１１３などの接続部１１５においては、第一極体１１１や第二極体１１２の重ね合わせて束ねた状態を維持するために、導電性のクリップで挟持してもよく、この場合、集電体１０４と接続部１１５とは、クリップを介して接続することとなる。
【００７３】
次に、図８に示す状態となるように、チップ２０１およびアンビル２０２と発電要素１０１とを巻回軸（図中Ｙ軸方向）方向に一端分離した後、第一方向（図中Ｘ軸方向）にチップ２０１およびアンビル２０２と発電要素１０１と相対的に移動させ、チップ２０１およびアンビル２０２と発電要素１０１とを巻回軸（図中Ｙ軸方向）方向に近づけて、第二接続部１４２、および、第四接続部１１４をチップ２０１およびアンビル２０２で挟み込む。そして、超音波溶接を行う（第二溶接ステップ）。
【００７４】
以上のように、チップ２０１およびアンビル２０２と発電要素１０１との相対的な移動は、巻回軸方向（Ｙ軸方向）と、第一方向（Ｘ軸方向）との２軸において直線的な動作のみで実現できるため、チップ２０１およびアンビル２０２と発電要素１０１との動作を簡易な装置構成の下、高速に実施することが可能となる。
【００７５】
次に、図９に示す状態となるように、チップ２０１およびアンビル２０２と発電要素１０１とを巻回軸（図中Ｙ軸方向）方向に一端分離した後、第一方向（Ｘ軸方向）を回転軸として発電要素１０１を回転させる（回転ステップ）。そして、第五接続部１４５と第六接続部１４６との間に第七接続部１１７が配置され、第五接続部１４５と第六接続部１４６との外側に第八接続部１１８とが配置されるように、発電要素１０１と集電体１０４とを配置する。ここで、第一接続部１４１と第五接続部１４５が第一方向において同じ側（図７、図９中の最も下側）となるように配置する（第二配置ステップ）。
【００７６】
そして、チップ２０１とアンビル２０２とを用い、第五接続部１４５、および、第七接続部１１７を挟み込んで超音波溶接する（第三溶接ステップ）。
【００７７】
次に、図１０に示す状態となるように、チップ２０１およびアンビル２０２と発電要素１０１とを巻回軸（図中Ｙ軸方向）方向に一端分離した後、第一方向（図中Ｘ軸方向）にチップ２０１およびアンビル２０２と発電要素１０１と相対的に移動させ、チップ２０１およびアンビル２０２と発電要素１０１とを巻回軸（図中Ｙ軸方向）方向に近づけて、第六接続部１４６、および、第八接続部１１８をチップ２０１およびアンビル２０２で挟み込んで超音波溶接する（第四溶接ステップ）。
【００７８】
以上のように、チップ２０１およびアンビル２０２と発電要素１０１との相対的な移動は、溶接対象を第一極体１１１から第二極体１１２に変更する際のＸ軸を中心軸とした相対的な回動と、巻回軸方向（Ｙ軸方向）と、第一方向（Ｘ軸方向）との２軸において直線的な動作のみで実現できるため、発電要素１０１の両極と集電体１０４との接続を簡易な機械構成の下、高速で実施することが可能となる。
【００７９】
なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。
【００８０】
例えば、上記実施の形態では、第一方向の一方に片寄せて束ねられた接続部１１５を示したが、これに限定されるわけでは無く、図１１に示すように、均等に束ねられたものでもよい。
【００８１】
また、巻回式の発電要素１０１を示したが、発電要素１０１は、負極、および、正極のいずれか一方である膜状の第一極体１１１と、他方である膜状の第二極体１１２と膜状のセパレータ１１９とが第一方向に層状となるように折りたたまれたものでもかまわない。この場合、巻回軸は存在しないが、折りたたまれた第一極体１１１や第二極体１１２の第一方向における中間であって、帯状の第一極体１１１や第二極体１１２の幅方向に延びる軸が巻回軸の代替となり得る。
【００８２】
また、溶接は超音波溶接ばかりでなく、レーザー溶接やスポット溶接など発電要素１０１の接続部１１５側から溶接するのと、集電体１０４側から溶接するのでは、最適な溶接条件が異なる溶接で溶接しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本願発明は、二次電池等の蓄電素子に利用可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１００ 蓄電素子
１０１ 発電要素
１０２ 筐体
１０３ 蓋体
１０４ 集電体
１０５ 電極端子
１０８ 締結具
１０９ 第一絶縁部材
１１１ 第一極体
１１２ 第二極体
１１３ 第三接続部
１１４ 第四接続部
１１５ 接続部
１１７ 第七接続部
１１８ 第八接続部
１１９ セパレータ
１２０ 容器
１４１ 第一接続部
１４２ 第二接続部
１４３ 第一集電体
１４４ 第二集電体
１４５ 第五接続部
１４６ 第六接続部
１４７ 基部
１４８ 基部
１５９ ねじれ部
２００ 超音波溶接機
２０１ チップ
２０２ アンビル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極、および、正極のいずれか一方である膜状の第一極体と、他方である膜状の第二極体と膜状のセパレータとが第一方向に層状に配置されてなる発電要素と、前記第一極体と電気的に接続される第一集電体とを備える蓄電素子であって、
前記第一集電体は、
前記第一方向と交差する方向に延在し前記第一方向に並んで配置される第一接続部と第二接続部とを備え、
前記第一極体は、
前記第一接続部と前記第二接続部との間に配置され前記第一接続部と接続される第三接続部と、前記第一接続部と前記第二接続部との外側に配置され前記第二接続部と接続される第四接続部とを備える
蓄電素子。
【請求項２】
前記第一集電体は、
前記第二接続部が突出状態で設けられる基部と、
前記基部と前記第二接続部の接続部分において第二接続部の面が前記第一方向と沿う位置から前記第四接続部と接触可能な位置までねじられたねじれ部とを備える
請求項１に記載の蓄電素子。
【請求項３】
さらに、前記第二極体と電気的に接続される第二集電体を備え、
前記第二集電体は、
前記第一方向と交差する方向に延在し前記第一方向に並んで配置される第五接続部と第六接続部とを備え、
前記第二極体は、
前記第五接続部と前記第六接続部との間に配置され前記第五接続部と接続される第七接続部と、前記第五接続部と前記第六接続部との外側に配置され前記第六接続部と接続される第八接続部とを備え、
前記第一接続部と前記第五接続部が前記第一方向において同じ側に配置される
請求項１または２に記載の蓄電素子。
【請求項４】
前記発電要素は、前記第一極体と前記第二極体と前記セパレータとを巻回して形成されるものであり、
前記第三接続部は、
前記第一方向において巻回軸から前記発電要素の一方の外側までの間に配置される前記第一極体の巻回軸方向の端部を前記第一方向の一方に片寄せて束ねられ、
前記第四接続部は、
前記第一方向において巻回軸から前記発電要素の他方の外側までの間に配置される前記第一極体の巻回軸方向の端部を前記第三接続部の偏り方向と同方向に片寄せて束ねられる
請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
【請求項５】
負極、および、正極のいずれか一方である膜状の第一極体と、他方である膜状の第二極体と膜状のセパレータとが第一方向に層状に配置されてなる発電要素の前記第一極体と第一集電体とを電気的な導通可能に溶接する蓄電素子の製造方法であって、
前記第一集電体は、前記第一方向と交差する方向に延在し前記第一方向に並んで配置される第一接続部と第二接続部とを備え、
前記第一極体は、前記第一接続部と電気的に接続される第三接続部と前記第二接続部と電気的に接続される第四接続部とを備え、
前記第一接続部と前記第二接続部との間に前記第三接続部が配置され、前記第一接続部と前記第二接続部との外側に前記第四接続部が配置されるように前記発電要素と前記第一集電体とを配置する第一配置ステップと、
前記第一接続部、および、前記第三接続部を溶接する第一溶接ステップと、
前記第二接続部、および、前記第四接続部を溶接する第二溶接ステップと
を含む蓄電素子の製造方法。
【請求項６】
さらに、前記第二極体と電気的に接続される第二集電体を備え、
前記第二集電体は、前記第一方向と交差する方向に延在し前記第一方向に並んで配置される第五接続部と第六接続部とを備え、
前記第二極体は、前記第五接続部と電気的に接続される第七接続部と前記第六接続部と電気的に接続される第八接続部とを備え、
前記第一方向と沿う方向を軸として前記発電要素を回転させる回転ステップと、
前記第五接続部と前記第六接続部との間に前記第七接続部が配置され、前記第五接続部と前記第六接続部との外側に前記第八接続部とが配置され、前記第一接続部と前記第五接続部が前記第一方向において同じ側に配置されるように前記発電要素と前記第二集電体とを配置する第二配置ステップと、
前記第五接続部、および、前記第七接続部を溶接する第三溶接ステップと、
前記第六接続部、および、前記第八接続部を溶接する第四溶接ステップと
を含む請求項５に記載の蓄電素子の製造方法。
【請求項１】
負極、および、正極のいずれか一方である膜状の第一極体と、他方である膜状の第二極体と膜状のセパレータとが第一方向に層状に配置されてなる発電要素と、前記第一極体と電気的に接続される第一集電体とを備える蓄電素子であって、
前記第一集電体は、
前記第一方向と交差する方向に延在し前記第一方向に並んで配置される第一接続部と第二接続部とを備え、
前記第一極体は、
前記第一接続部と前記第二接続部との間に配置され前記第一接続部と接続される第三接続部と、前記第一接続部と前記第二接続部との外側に配置され前記第二接続部と接続される第四接続部とを備える
蓄電素子。
【請求項２】
前記第一集電体は、
前記第二接続部が突出状態で設けられる基部と、
前記基部と前記第二接続部の接続部分において第二接続部の面が前記第一方向と沿う位置から前記第四接続部と接触可能な位置までねじられたねじれ部とを備える
請求項１に記載の蓄電素子。
【請求項３】
さらに、前記第二極体と電気的に接続される第二集電体を備え、
前記第二集電体は、
前記第一方向と交差する方向に延在し前記第一方向に並んで配置される第五接続部と第六接続部とを備え、
前記第二極体は、
前記第五接続部と前記第六接続部との間に配置され前記第五接続部と接続される第七接続部と、前記第五接続部と前記第六接続部との外側に配置され前記第六接続部と接続される第八接続部とを備え、
前記第一接続部と前記第五接続部が前記第一方向において同じ側に配置される
請求項１または２に記載の蓄電素子。
【請求項４】
前記発電要素は、前記第一極体と前記第二極体と前記セパレータとを巻回して形成されるものであり、
前記第三接続部は、
前記第一方向において巻回軸から前記発電要素の一方の外側までの間に配置される前記第一極体の巻回軸方向の端部を前記第一方向の一方に片寄せて束ねられ、
前記第四接続部は、
前記第一方向において巻回軸から前記発電要素の他方の外側までの間に配置される前記第一極体の巻回軸方向の端部を前記第三接続部の偏り方向と同方向に片寄せて束ねられる
請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
【請求項５】
負極、および、正極のいずれか一方である膜状の第一極体と、他方である膜状の第二極体と膜状のセパレータとが第一方向に層状に配置されてなる発電要素の前記第一極体と第一集電体とを電気的な導通可能に溶接する蓄電素子の製造方法であって、
前記第一集電体は、前記第一方向と交差する方向に延在し前記第一方向に並んで配置される第一接続部と第二接続部とを備え、
前記第一極体は、前記第一接続部と電気的に接続される第三接続部と前記第二接続部と電気的に接続される第四接続部とを備え、
前記第一接続部と前記第二接続部との間に前記第三接続部が配置され、前記第一接続部と前記第二接続部との外側に前記第四接続部が配置されるように前記発電要素と前記第一集電体とを配置する第一配置ステップと、
前記第一接続部、および、前記第三接続部を溶接する第一溶接ステップと、
前記第二接続部、および、前記第四接続部を溶接する第二溶接ステップと
を含む蓄電素子の製造方法。
【請求項６】
さらに、前記第二極体と電気的に接続される第二集電体を備え、
前記第二集電体は、前記第一方向と交差する方向に延在し前記第一方向に並んで配置される第五接続部と第六接続部とを備え、
前記第二極体は、前記第五接続部と電気的に接続される第七接続部と前記第六接続部と電気的に接続される第八接続部とを備え、
前記第一方向と沿う方向を軸として前記発電要素を回転させる回転ステップと、
前記第五接続部と前記第六接続部との間に前記第七接続部が配置され、前記第五接続部と前記第六接続部との外側に前記第八接続部とが配置され、前記第一接続部と前記第五接続部が前記第一方向において同じ側に配置されるように前記発電要素と前記第二集電体とを配置する第二配置ステップと、
前記第五接続部、および、前記第七接続部を溶接する第三溶接ステップと、
前記第六接続部、および、前記第八接続部を溶接する第四溶接ステップと
を含む請求項５に記載の蓄電素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−１１５０３０（Ｐ２０１３−１１５０３０Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６３４９７（Ｐ２０１１−２６３４９７）
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【出願人】（５０７１５１５２６）株式会社ＧＳユアサ (375)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【出願人】（５０７１５１５２６）株式会社ＧＳユアサ (375)
【Ｆターム（参考）】
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