図面 (/)

この項目の情報は公開日時点(2018年5月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

本発明は、電析を抑制できる蓄電素子を提供することを課題とする。

解決手段

本発明の一態様に係る蓄電素子は、導電性の壁部を含むケースと、上記ケース内に収容され、極板を含む電極体とを備え、上記壁部が外面が凹状の薄肉部を有し、この薄肉部の内面に上記極板が溶接される。本発明の別の態様に係る蓄電素子は、導電性の壁部を含むケースと、上記ケース内に収容される電極体と、上記電極体と上記壁部とを接続する集電部材とを備え、上記壁部が外面が凹状の薄肉部を有し、この薄肉部の内面に上記集電部材が溶接される。

概要

背景

各種機器電源として、正極板と負極板とをセパレータを介して積層した電極体ケース内に収容した多様な蓄電素子が使用されている。蓄電素子の中には、ケースの一部分を金属で形成し、この金属部分を極板から集電する集電部材及び外部端子として使用するものがある。

ケースの金属部分を集電部材として使用する蓄電素子では、極板を金属部分に接続する必要がある。ケースの金属部分への極板の接続方法としては、金属部分の内面に複数の凹溝を形成し、各凹溝にそれぞれ極板の端部を嵌合させた状態で金属部分の外面側から電子ビーム又はレーザー照射して凹溝に極板の端部を溶接する方法が提案されている(特開2006−172780公報参照)。

概要

本発明は、電析を抑制できる蓄電素子を提供することを課題とする。本発明の一態様に係る蓄電素子は、導電性の壁部を含むケースと、上記ケース内に収容され、極板を含む電極体とを備え、上記壁部が外面が凹状の薄肉部を有し、この薄肉部の内面に上記極板が溶接される。本発明の別の態様に係る蓄電素子は、導電性の壁部を含むケースと、上記ケース内に収容される電極体と、上記電極体と上記壁部とを接続する集電部材とを備え、上記壁部が外面が凹状の薄肉部を有し、この薄肉部の内面に上記集電部材が溶接される。

目的

本発明は、極板の溶接による蓄電素子内部への影響が抑制された蓄電素子を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

導電性の壁部を含むケースと、上記ケース内に収容され、極板を含む電極体とを備え、上記壁部が外面が凹状の薄肉部を有し、この薄肉部の内面に上記極板が溶接される蓄電素子

請求項2

上記極板の端部が上記壁部と略平行に広がり且つ上記薄肉部の内面に面接触する請求項1に記載の蓄電素子。

請求項3

上記電極体が上記極板の端部が束ねられた束部を含み、上記束部が上記薄肉部の内面に溶接されている請求項1又は2に記載の蓄電素子。

請求項4

上記薄肉部との間に上記極板を挟み込む板状部材をさらに備える請求項1、請求項2又は請求項3に記載の蓄電素子。

請求項5

上記板状部材の上記薄肉部に重なる部分の平均厚さが上記薄肉部の平均厚さ以上である請求項4に記載の蓄電素子。

請求項6

上記ケースが上記壁部を含む蓋体と、この蓋体により開口が封止される筒状の本体とを有し、上記板状部材が上記本体の端面と蓋体との間に挟持される請求項4又は請求項5に記載の蓄電素子。

請求項7

導電性の壁部を含むケースと、上記ケース内に収容される電極体と、上記電極体と上記壁部とを接続する集電部材とを備え、上記壁部が外面が凹状の薄肉部を有し、この薄肉部の内面に上記集電部材が溶接される蓄電素子。

請求項8

上記薄肉部が上記壁部の長手方向における端部付近に設けられている請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の蓄電素子。

請求項9

上記壁部が複数の上記薄肉部を含む請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の蓄電素子。

技術分野

0001

本発明は、蓄電素子に関する。

背景技術

0002

各種機器電源として、正極板と負極板とをセパレータを介して積層した電極体ケース内に収容した多様な蓄電素子が使用されている。蓄電素子の中には、ケースの一部分を金属で形成し、この金属部分を極板から集電する集電部材及び外部端子として使用するものがある。

0003

ケースの金属部分を集電部材として使用する蓄電素子では、極板を金属部分に接続する必要がある。ケースの金属部分への極板の接続方法としては、金属部分の内面に複数の凹溝を形成し、各凹溝にそれぞれ極板の端部を嵌合させた状態で金属部分の外面側から電子ビーム又はレーザー照射して凹溝に極板の端部を溶接する方法が提案されている(特開2006−172780公報参照)。

先行技術

0004

特開2006−172780公報

発明が解決しようとする課題

0005

上記公報に記載の接続方法において、電子ビーム等を照射する際に熱が金属部分を伝導して拡散するため、ケースの金属部分の内面に極板を確実に溶接するためには電子ビーム等の出力を比較的大きくする必要がある。しかしながら、電子ビーム等の出力を大きくすると、ケース又は極板が局所的に過剰に加熱され、例えばビード酸化物等の金属くずを生成し易くなる。このような金属くずは、正極板で金属イオンを生成し、負極板において電析することで極板間を微小短絡させる原因となり得る。また、電極体自体に熱が伝わって、変形等を引き起こす可能性がある。

0006

上記不都合に鑑みて、本発明は、極板の溶接による蓄電素子内部への影響が抑制された蓄電素子を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明の一態様に係る蓄電素子は、導電性の壁部を含むケースと、上記ケース内に収容され、極板を含む電極体とを備え、上記壁部が、外面が凹状の薄肉部を有し、この薄肉部の内面に上記極板が溶接される。

発明の効果

0008

本発明の一態様に係る蓄電素子は、極板の溶接による蓄電素子内部への影響が抑制された蓄電素子を提供できる。

図面の簡単な説明

0009

本発明の一実施形態の蓄電素子を示す模式的断面図である。
図1の蓄電素子の模式的斜視図である。
本発明の図1とは異なる実施形態の蓄電素子を示す模式的断面図である。

実施例

0010

本発明の一態様は、導電性の壁部を含むケースと、上記ケース内に収容され、極板を含む電極体とを備え、上記壁部が、外面が凹状の薄肉部を有し、この薄肉部の内面に上記極板が溶接される蓄電素子である。

0011

当該蓄電素子は、上記ケースの壁部が、外面が凹状の薄肉部を有し、この薄肉部の内面に上記極板が溶接されるので、薄肉部の熱容量が小さく、溶接のための熱が拡散しにくい。このため、当該蓄電素子は、ケースに孔を開けることなくケースに極板を溶接することが比較的容易である。また、当該蓄電素子は、溶接に要する熱量が小さいことで溶接時に金属くずが生成されにくいので、金属イオンの生成による電析を抑制することができ、これにより極板間の短絡を防止することができる。

0012

上記極板の端部が上記壁部と略平行に広がり且つ上記薄肉部の内面に面接触するとよい。このように、上記極板の端部が上記壁部と略平行に広がり且つ上記薄肉部の内面に面接触することによって、極板の端部に薄肉部を比較的容易に溶接することができる。

0013

上記電極体が上記極板の端部が束ねられた束部を含み、上記束部が上記薄肉部の内面に溶接されているとよい。このように、上記電極体が上記極板の端部が束ねられた束部を含み、上記束部が上記薄肉部の内面に溶接されていることによって、複数の極板を一括して薄肉部に接続することができるので、当該蓄電素子の製造が比較的容易となる。

0014

上記薄肉部との間に上記極板を挟み込む板状部材をさらに備えるとよい。このように、上記薄肉部との間に上記極板を挟み込む板状部材をさらに備えることによって、極板を薄肉部に確実に当接させることができるので、薄肉部と極板との溶接をより確実にすることができる。

0015

上記板状部材の上記薄肉部に重なる部分の平均厚さが上記薄肉部の平均厚さ以上であるとよい。このように、上記板状部材の上記薄肉部に重なる部分の平均厚さが、上記薄肉部の平均厚さ以上であることによって、薄肉部と極板とを電気抵抗溶接する場合に、薄肉部の外面側から供給される溶接電流が壁部をバイパスすることなく板状部材を流れやすいので、薄肉部と極板との溶接をより確実にすることができる。

0016

上記ケースが上記壁部を含む蓋体と、この蓋体により開口が封止される筒状の本体とを有し、上記板状部材が上記本体の端面と蓋体との間に挟持されるとよい。このように、上記ケースが上記壁部を含む蓋体と、この蓋体により開口が封止される筒状の本体とを有し、上記板状部材が上記本体の端面と蓋体との間に挟持されることによって、板状部材により比較的容易に極板の端部を蓋体に圧接することができるので、薄肉部と極板との溶接をより確実にすることができる。

0017

本発明の別の態様は、導電性の壁部を含むケースと、上記ケース内に収容される電極体と、上記電極体と上記壁部とを接続する集電部材とを備え、上記壁部が外面が凹状の薄肉部を有し、この薄肉部の内面に上記集電部材が溶接される蓄電素子である。

0018

当該蓄電素子は、上記ケースの壁部が外面が凹状の薄肉部を有し、この薄肉部の内面に上記集電部材が溶接されるので、薄肉部の熱容量が小さく、溶接のための熱が拡散しにくい。このため、当該蓄電素子は、溶接時に金属くずが生成されにくいので、金属イオンの生成による電析を抑制することができ、これによって極板間の短絡を防止することができる。

0019

上記薄肉部が上記壁部の長手方向における端部付近に設けられているとよい。このように、上記薄肉部が上記壁部の長手方向における端部付近に設けられていることによって、溶接時に溶接電極等により薄肉部を外側から押圧しても、薄肉部近傍の壁部が撓みにくいので、薄肉部と極板との溶接が比較的確実となる。

0020

上記壁部が複数の上記薄肉部を含むとよい。このように、上記壁部が複数の上記薄肉部を含むことによって、2つの薄肉部に一対の溶接電極を当接させて一度に電気抵抗溶接することができる。

0021

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る蓄電素子について詳説する。

0022

[第一実施形態]
図1及び図2に示す本発明の第一実施形態に係る蓄電素子は、ケース1と、このケース1に収容される電極体2とを備える。

0023

ケース1は、筒状のケース本体3と、このケース本体3の両端の開口を封止する一対の蓋体(正極蓋体4及び負極蓋体5)とを有する。このケース1内には、電極体2と共に電解質が封入される。なお、電解質は、液体であってもよく、固体であってもよい。

0024

一方、電極体2は、複数の極板(正極板6及び負極板7)と、極板6,7間に介在する複数のセパレータ8とを有する。

0025

<ケース本体>
ケース本体3は、ケース1内に収容される電極体2を保護する。このケース本体3の材質としては、強度を有するものであればよく、例えば樹脂、金属等を用いることができる。但し、ケース本体3を導電性の材料で形成する場合、例えば正極蓋体4及び負極蓋体5との間に絶縁性を有するパッキンを配置する等により、正極蓋体4と負極蓋体5との間を絶縁する必要が生じることがある。

0026

ケース本体3の断面形状としては、方形状(好ましくは角を丸く面取りした長方形状)又は長楕円状とするとよい。

0027

<蓋体>
蓋体4,5は、ケース本体3の端部に嵌合する概略筒状胴部9と、この胴部9の開口を封止する導電性の壁部10とを含み、少なくとも壁部10が電極体2と外部とを電気的に接続する電路又は外部端子として使用される。従って、蓋体4,5は、少なくとも壁部10が導電性を有する材料から形成される。胴部9と壁部10とは、同じ材料から一体に形成されてもよいが、例えば樹脂等の絶縁性を有する材料で形成される胴部9に、例えば金属等の導電性を有する材質から形成される板状の壁部10を接合することで蓋体4,5を形成することができる。

0028

壁部10を形成する金属としては、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス鋼、銅等が用いられるが、後述する極板6,7の端部を溶接しやすい材質を選択するとよい。また、壁部10を鉄等の錆や腐食のおそれがある金属で形成する場合、例えばニッケル等でメッキをしてもよい。

0029

壁部10の平面形状としては、ケース本体3の壁部10と平行な面での断面外形形状と略等しいことが好ましく、典型的には長方形状とされる。

0030

壁部10は、外面が凹状の薄肉部11を有し、この薄肉部11の内面に極板6,7の端部が溶接される。より詳しくは、正極蓋体4の薄肉部11の内面には、複数の正極板6の端部が溶接され、負極蓋体5の薄肉部11の内面には、複数の負極板7の端部が溶接される。この薄肉部11は、上記壁部における上記薄肉部の周囲よりも、厚さ方向の寸法が小さい。

0031

また、この薄肉部11は、各壁部10にそれぞれ複数形成されることが好ましい。各壁部10に薄肉部11を複数形成することにより、壁部10と正極板6又は負極板7とをより確実に接続することができる。また、壁部10が複数の薄肉部11を有することで、薄肉部11に極板6,7の端部を電気抵抗溶接する場合、一対の溶接電極を異なる薄肉部11に当接させることにより、2つの薄肉部11にそれぞれ正極板6の端部を同時に溶接することができる。

0032

壁部10の薄肉部11を除く部分の平均厚さの下限としては、0.5mmが好ましく、1.0mmがより好ましい。一方、壁部10の薄肉部11を除く部分の平均厚さの上限としては、3mmが好ましく、2mmがより好ましい。壁部10の薄肉部11を除く部分の平均厚さを上記下限以上とすることによって、壁部10の強度が不十分となることを防止できる、逆に、壁部10の薄肉部11を除く部分の平均厚さを上記上限以下とすることによって、薄肉部11の加工が容易でなくなるおそれや、当該蓄電素子が不必要に大型化することを防止できる。

0033

薄肉部11の平均厚さの下限としては、0.2mmが好ましく、0.3mmがより好ましい。一方、薄肉部11の平均厚さの上限としては、壁部10の薄肉部11を除く部分の平均厚さの2/3が好ましく、1/2がより好ましい。薄肉部11の平均厚さを上記下限以上とすることによって、極板6,7の溶接時に薄肉部11に孔が開くおそれや、薄肉部11の強度が不十分となることを防止できる。逆に、薄肉部11の平均厚さを上記上限以下とすることによって、極板6,7の溶接を促進できないことを防止できる。

0034

薄肉部11の平面形状としては、アスペクト比(長さと幅との比)が比較的小さく角のない形状とすることが好ましい。薄肉部11の平面形状のアスペクトを小さくすることによって、薄肉部11の面積に対して薄肉部11と極板6,7との溶接時の熱の放散を抑制する効果が比較的大きくなる。また、薄肉部11の平面形状が角を有しないことにより、壁部10の強度低下を抑制すると共に、薄肉部11の形成が比較的容易となる。

0035

薄肉部11の平面形状の円相当径の下限としては、2mmが好ましく、3mmがより好ましい。一方、薄肉部11の平面形状の円相当径の上限としては、30mmが好ましく、20mmがより好ましい。薄肉部11の平面形状の円相当径を上記下限以上とすることによって、薄肉部11と極板6,7との溶接時に熱が薄肉部11の外側に逃げやすくなることで溶接が不確実となることを防止できる。逆に、薄肉部11の平面形状の円相当径を上記上限以下とすることによって、壁部10の強度が不必要に低下することを防止できる。

0036

薄肉部11の平面形状の最小曲率半径の下限としては、0.5mmが好ましく、1.0mmがより好ましい。一方、薄肉部11の平面形状の最小曲率半径の上限としては、10mmが好ましく、5mmがより好ましい。薄肉部11の平面形状の最小曲率半径を上記下限以上とすることによって、応力集中により壁部10の強度が不必要に低下することを防止できる。逆に、薄肉部11の平面形状の最小曲率半径を上記上限以下とすることによって、薄肉部11の平面形状が比較的自由となる。

0037

薄肉部11は、略一定の厚さを有することが好ましいが、周縁部では応力集中を緩和するよう厚さが連続的に増大してもよい。

0038

薄肉部11は、壁部10の長手方向における端部付近、具体的には長手方向の端部から長さの1/3以下の範囲内に形成されることが好ましい。壁部10が長方形状である場合、薄肉部11の中心の壁部10の長手方向端部からの距離の上限としては、壁部10の短手方向の幅の1倍が好ましく、0.5倍がより好ましい。薄肉部11の中心の壁部10の長手方向端部からの距離を上記上限以下とすることによって、薄肉部11と極板6,7とを電気抵抗溶接する場合に、薄肉部11に溶接電極を圧接することで壁部10が撓み、極板6,7との接触状体が不安定となって溶接が不完全となることを防止できる。

0039

薄肉部11は、例えば切削加工プレス加工等によって形成することができる。

0040

<正極板>
正極板6は、導電性を有する箔状乃至シート状の正極集電基材と、この正極集電基材の表面に積層される正極活物質層とを有する。具体的には、正極板6は、正極集電基材の表面に正極活物質層が積層される平面視矩形状の電極部と、この電極部から電極部よりも幅の小さい帯状に延出し、正極蓋体4の薄肉部11に接続される正極板6の端部を形成する接続部とを有する構成とすることができる。

0041

複数の正極板6の接続部は、束ねられて1つの束部を形成する。つまり、複数の正極板6の接続部は互いに重ね合わされて一体的に薄肉部11の内面に溶接される。具体的には、束部を形成する正極板6の接続部は、正極蓋体4の壁部10と略平行に広がり且つ薄肉部11の内面に面接触するよう配置される。このため、正極板6の接続部は、薄肉部11に対して比較的確実な溶接することができる。

0042

また、正極板6の接続部をこのように配置するために、当該蓄電素子は、図示するように、薄肉部11との間に正極板6の接続部を挟み込む板状部材12をさらに備えているとよい。この板状部材12は、ケース本体3の端面と蓋体4との間に挟持されるとよく、断面長方形状のケース本体3の少なくとも2つの側面の端面に当接するよう配置されることがより好ましい。このように板状部材12をケース本体3と蓋体4との間に挟持することで、板状部材12によって正極板6の接続部を薄肉部11の内面により確実に圧接することができる。また、板状部材12は、正極板6の接続部と共に薄肉部11に溶接され、薄肉部11に孔が開くことを防止する。

0043

板状部材12は、複数の薄肉部11に重なるよう配置されることが好ましい。1つの板状部材12が複数の薄肉部11に跨がって配置されることにより、2つの薄肉部11の外側に一対の溶接電極を当接させて電流を流すことにより、一方の薄肉部11及び正極板6の接続部を厚さ方向に貫通した電流が板状部材12を通って他方の正極板6の接続部及び薄肉部を厚さ方向に貫通する。従って、一度の通電により2つの薄肉部11にそれぞれ正極板6の接続部を溶接することができる。

0044

板状部材12の薄肉部11に重なる部分の平均厚さの下限としては、薄肉部11の平均厚さの1.0倍が好ましく、1.5倍がより好ましい。一方、板状部材12の薄肉部11に重なる部分の平均厚さの上限としては、壁部10の薄肉部11を除く部分の平均厚さの3倍が好ましく、2倍がより好ましい。板状部材12の薄肉部11に重なる部分の平均厚さを上記下限以上とすることによって、溶接時に薄肉部11に孔が開くことを抑制する効果がちいさくなるおそれや、溶接電流の電路として機能することができずに電気抵抗溶接が困難となることを防止できる。逆に、板状部材12の薄肉部11に重なる部分の平均厚さを上記上限以下とすることによって、溶接時の熱が放散することで正極板6の接続部と薄肉部11との溶接が不完全となることを防止できる。

0045

(正極集電基材)
正極集電基材の材質としては、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル等の金属又はそれらの合金が用いられる。これらの中でも、導電性の高さとコストとのバランスからアルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金が好ましく、アルミニウム及びアルミニウム合金がより好ましい。また、正極集電基材の形成形態としては、箔、蒸着膜等が挙げられ、コストの面から箔が好ましい。つまり、正極集電基材としてはアルミニウム箔が好ましい。なお、アルミニウム又はアルミニウム合金としては、JIS−H4000(2014)に規定されるA1085P、A3003P等が例示できる。

0046

正極集電基材の平均厚さの下限としては、5μmが好ましく、10μmがより好ましい、一方、正極集電基材の平均厚さの上限としては、50μmが好ましく、40μmがより好ましい。正極集電基材の平均厚さを上記下限以上とすることによって、正極集電基材の強度が不十分となることを防止できる。逆に、正極集電基材の平均厚さを上記上限以下とすることによって、正極集電基材の束の厚さが大きくなることで、全ての正極板6を薄肉部11に溶接することが容易でなくなることを防止できる。

0047

(正極活物質層)
正極活物質層は、正極活物質を含むいわゆる正極合材から形成される。また、正極活物質層を形成する正極合材は、必要に応じて導電剤結着剤バインダ)、増粘剤フィラー等の任意成分を含む。

0048

上記正極活物質としては、例えばLixMOy(Mは少なくとも一種遷移金属を表す)で表される複合酸化物(LixCoO2、LixNiO2、LixMn2O4、LixMnO3、LixNiαCo(1−α)O2、LixNiαMnβCo(1−α−β)O2、LixNiαMn(2−α)O4等)、LiwMex(XOy)z(Meは少なくとも一種の遷移金属を表し、Xは例えばP、Si、B、V等を表す)で表されるポリアニオン化合物(LiFePO4、LiMnPO4、LiNiPO4、LiCoPO4、Li3V2(PO4)3、Li2MnSiO4、Li2CoPO4F等)が挙げられる。これらの化合物中の元素又はポリアニオンは他の元素又はアニオン種で一部が置換されていてもよい。正極活物質層においては、これら化合物の一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。また、正極活物質の結晶構造は、層状構造又はスピネル構造であることが好ましい。

0049

正極活物質層における正極活物質の含有量の下限としては、50質量%が好ましく、70質量%がより好ましく、80質量%がさらに好ましい。一方、正極活物質の含有量の上限としては、99質量%が好ましく、94質量%がより好ましい。正極活物質粒子の含有量を上記範囲とすることで、当該蓄電素子のエネルギー密度を高めることができる。

0050

上記導電剤としては、電池性能に悪影響を与えない導電性材料であれば特に限定されない。このような導電剤としては、天然又は人造黒鉛ファーネスブラックアセチレンブラックケッチェンブラック等のカーボンブラック、金属、導電性セラミックスなどが挙げられる。導電剤の形状としては、粉状、繊維状等が挙げられる。

0051

正極活物質層における導電剤の含有量の下限としては、0.1質量%が好ましく、0.5質量%がより好ましい。一方、導電剤の含有量の上限としては、10質量%が好ましく、5質量%がより好ましい。導電剤の含有量を上記範囲とすることで、当該蓄電素子のエネルギー密度を高めることができる。

0053

正極活物質層における結着剤の含有量の下限としては、1質量%が好ましく、2質量%がより好ましい。一方、結着剤の含有量の上限としては、10質量%が好ましく、5質量%がより好ましい。結着剤の含有量を上記範囲とすることで、正極活物質を安定して保持することができる。

0054

上記増粘剤としては、カルボキシメチルセルロースCMC)、メチルセルロース等の多糖類高分子が挙げられる。また、増粘剤がリチウムと反応する官能基を有する場合、予めメチル化等によりこの官能基を失活させておくことが好ましい。

0055

上記フィラーとしては、電池性能に悪影響を与えないものであれば特に限定されない。フィラーの主成分としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィンシリカアルミナゼオライトガラス炭素などが挙げられる。

0056

<負極板>
負極板7は、導電性を有する箔状乃至シート状の負極集電基材と、この負極集電基材の表面に積層される負極活物質層とを有する。具体的には、負極板7は、負極集電基材の表面に負極活物質層が積層される平面視矩形状の電極部と、この電極部から電極部よりも幅の小さい帯状に延出し、負極蓋体5の薄肉部11に接続される負極板7の端部を形成する接続部とを有する構成とされる。

0057

複数の負極板7の接続部の負極蓋体5の壁部10の薄肉部11への接続は、複数の正極板6の接続部の正極蓋体4の壁部10の薄肉部11への接続と同様とすることができる。

0058

(負極集電基材)
負極集電基材は、上述の正極集電基材と同様の構成とすることができるが、材質としては、銅又は銅合金が好ましい。つまり、負極板7の負極集電基材としては銅箔が好ましい。銅箔としては、圧延銅箔電解銅箔等が例示される。

0059

銅は熱伝導率が比較的大きく、レーザーによる溶接が容易ではないため、負極集電基材が銅から形成される場合、板状部材12を配置して負極板7の接続部を2つの薄肉部11に同時に電気抵抗溶接することが好ましい。

0060

(負極活物質層)
負極活物質層は、負極活物質を含むいわゆる負極板合材から形成される。また、負極活物質層を形成する負極板合材は、必要に応じて導電剤、結着剤(バインダ)、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。導電剤、結着剤、増粘剤、フィラー等の任意成分は、正極活物質層と同様のものを用いることができる。

0061

負極活物質としては、リチウムイオン吸蔵及び放出することができる材質が好適に用いられる。具体的な負極活物質としては、例えばリチウム、リチウム合金等の金属;金属酸化物ポリリン酸化合物;黒鉛、非晶質炭素易黒鉛化炭素または難黒鉛化性炭素)等の炭素材料などが挙げられる。

0062

上記負極活物質の中でも、正極板6と負極板7との単位対向面積当たりの放電容量を好適な範囲とする観点から、Si、Si酸化物、Sn、Sn酸化物又はこれらの組み合わせを用いることが好ましく、Si酸化物を用いることが特に好ましい。なお、SiとSnとは、酸化物にした際に、黒鉛の3倍程度の放電容量を持つことができる。

0063

負極活物質としてSi酸化物を用いる場合、Si酸化物に含まれるOのSiに対する原子数の比としては0超2未満が好ましい。つまり、Si酸化物としては、SiOx(0<x<2)で表される化合物が好ましい。また、上記原子数の比としては、0.5以上1.5以下がより好ましい。

0064

なお、負極活物質は上述したものを一種単体で用いてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。例えば、Si酸化物と他の負極活物質とを混合して用いることで、正極板6と負極板7との単位対向面積当たりの放電容量及び後述する負極活物質の質量に対する上記正極活物質の質量の比が共に好適な値となるように調整できる。Si酸化物と混合して用いる他の負極活物質としては、黒鉛、ハードカーボンソフトカーボンコークス類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維フラーレン活性炭等の炭素材料が挙げられる。これらの炭素材料は、一種のみをSi酸化物と混合してもよいし、二種以上を任意の組み合わせ及び比率でSi酸化物と混合してもよい。これらの他の負極活物質の中でも、充放電電位が比較的卑である黒鉛が好ましく、黒鉛を用いることで高いエネルギー密度の二次電池素子が得られる。Si酸化物と混合して用いる黒鉛としては、鱗片状黒鉛球状黒鉛人造黒鉛天然黒鉛等が挙げられる。これらの中でも、充放電を繰り返してもSi酸化物粒子表面との接触を維持しやすい鱗片状黒鉛が好ましい。

0065

負極活物質におけるSi酸化物の含有量の下限としては、30質量%が好ましく、50質量%より好ましく、70質量%がさらに好ましい。一方、Si酸化物の含有量の上限としては、通常100質量%であり、90質量%が好ましい。

0066

さらに、負極活物質層は、Si酸化物に加えて少量のB、N、P、F、Cl、Br、I等の典型非金属元素、Li、Na、Mg、Al、K、Ca、Zn、Ga、Ge等の典型金属元素、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Zr、Ta、Hf、Nb、W等の遷移金属元素を含有してもよい。

0067

上記Si酸化物(一般式SiOxで表される物質)として、SiO2及びSiの両相を含むものを使用することが好ましい。このようなSi酸化物は、SiO2のマトリックス中のSiにリチウムが吸蔵及び放出されるため、体積変化が小さく、かつ充放電サイクル特性に優れる。

0068

上記Si酸化物は、高結晶性のものからアモルファスのものまで使用することができる。さらに、Si酸化物としては、フッ化水素硫酸などの酸で洗浄されているものや水素還元されているものを使用してもよい。

0069

負極活物質層における負極活物質の含有量の下限としては、60質量%が好ましく、80質量%がより好ましく、90質量%がさらに好ましい。一方、負極活物質の含有量の上限としては、99質量%が好ましく、98質量%がより好ましい。負極活物質粒子の含有量を上記範囲とすることで、蓄電素子のエネルギー密度を高めることができる。

0070

負極活物質層における結着剤の含有量の下限としては、1質量%が好ましく、5質量%がより好ましい。一方、結着剤の含有量の上限としては、20質量%が好ましく、15質量%がより好ましい。結着剤の含有量を上記範囲とすることで、負極活物質を安定して保持することができる。

0071

<セパレータ>
セパレータ8は、多孔質樹脂フィルムから形成される。

0072

セパレータ8の主成分としては、例えばポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体塩素化ポリエチレン等のポリオレフィン誘導体エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート共重合ポリエステル等のポリエステルキュプラレーヨン再生セルロースセルロースなどを採用することができる。中でも、セパレータ8の主成分としては、耐電解質性、耐久性及び溶着性に優れるポリエチレン及びポリプロピレンが好適に用いられる。なお、「主成分」とは、最も質量含有率が大きい成分を意味する。

0073

セパレータ8の平均厚さの下限としては、0.5μmが好ましく、1μmがより好ましい。一方、セパレータ8の平均厚さの上限としては、100μmが好ましく、50μmがより好ましい。セパレータ8の平均厚さを上記下限以上とすることによって、溶着時にセパレータ8が破断することを防止できる。逆に、セパレータ8の平均厚さを上記上限以下とすることによって、セパレータ8の厚さが不必要に増大することにより蓄電素子の体積当たりの容量が小さくなることを防止できる。

0074

また、セパレータ8は、正極に対向する面に耐熱性を向上する耐熱層が積層されていることが好ましい。この耐熱層は、多数の無機粒子と、この無機粒子間を接続するバインダとを含む構成とすることができる

0075

耐熱層の無機粒子の主成分としては、例えばアルミナ、シリカ、ジルコニアチタニアマグネシアセリアイットリア酸化亜鉛酸化鉄等の酸化物、窒化ケイ素窒化チタン窒化ホウ素等の窒化物シリコンカーバイド炭酸カルシウム硫酸アルミニウム水酸化アルミニウムチタン酸カリウムタルクカオリンクレイカオリナイトハロイサイトパイロフィライトモンモリロナイトセリサイトマイカアメサイトベントナイトアスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウムケイ酸マグネシウムなどが挙げられる。中でも、耐熱層の無機粒子の主成分としては、アルミナ、シリカ及びチタニアが特に好ましい。

0076

耐熱層のバインダの主成分としては、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、フッ化ビニリデンヘキサフルオロプロピレンテトラフルオロエチレン共重合体等のフッ素ゴム、スチレンブタジエン共重合体及びその水素化物アクリロニトリル−ブタジエン共重合体及びその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエンスチレン共重合体及びその水素化物、メタクリル酸エステルアクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等の合成ゴム、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロースHEC)、カルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩等のセルロース誘導体ポリエーテルイミドポリアミドイミドポリアミド及びその前駆体(ポリアミック酸等)等のポリイミド、エチレン−エチルアクリレート共重合体等のエチレン−アクリル酸共重合体ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリ酢酸ビニルポリウレタンポリフェニレンエーテルポリスルホンポリエーテルスルホンポリフェニレンスルフィド、ポリエステルな

0077

<利点>
当該蓄電素子は、壁部10の薄肉部11に極板6,7の接続部を溶接する構成としたことによって、溶接部分の熱容量が比較的小さいので比較的小さい熱量で溶接することができ、壁部10に孔を開ける危険性が小さい。また、当該蓄電素子は、溶接に必要な熱量が比較的小さいので、溶接時に金属くずが発生しにくく、金属くずに起因する電析を防止することができる。

0078

[第二実施形態]
図3に示す本発明の第二実施形態に係る蓄電素子は、ケース1aと、このケース1aに収容される電極体2とを備える。図3の蓄電素子における電極体2の構成は、図1の蓄電素子における電極体2の構成と同様とすることができる。このため、図3の蓄電素子について、図1の蓄電素子同じ構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略する。

0079

<ケース>
ケース1aは、導電性を有する材料から形成され、有底筒状のケース本体3aと、このケース本体3aの開口を封止する負極蓋体5とを有する。このケース1a内には、電極体2と共に電解液が封入される。図3の蓄電素子において、ケース本体3aは、正極外部端子として使用される。図3のケース1aにおける負極蓋体5の構成は、図1のケース1における負極蓋体5の構成と同様とすることができる。

0080

(ケース本体)
ケース本体3aは、筒状部分の一部、例えば例えば断面が方形状筒状部分1つの側壁を形成する壁部10aの底部近傍部分に外面が凹状の薄肉部11aを有し、この薄肉部11aの内面に正極板6の接続部が溶接される。

0081

薄肉部11aの構成としては、負極蓋体5の壁部10の薄肉部11(ひいては図1のケース1における正極蓋体4の薄肉部11)と同様とすることができる。

0082

また、当該蓄電素子は、図3に示すように、ケース本体3aの薄肉部11aと正極板6の接続部を挟んで対向する板状部材12aを有してもよい。この板状部材12aの形状及び材質等は、図1の板状部材12の形状及び材質と同様とすることができる。

0083

また、当該蓄電素子は、負極蓋体5の壁部10の薄肉部11の内面に、導電性の材料から形成される集電部材13が溶接される。この集電部材13には、負極板7の接続部が接続される。つまり、当該蓄電素子において、複数の負極板7は、集電部材13を介して負極蓋体5の壁部10に接続される。

0084

薄肉部11への集電部材13の溶接は、例えば薄肉部11の外側からのレーザーの照射、薄肉部11の外側に電極を当接させる電気抵抗溶接等によって行うことができる。また、集電部材13への負極板7の接続部の接続は、例えば、超音波溶接レーザー溶接、電気抵抗溶接、かしめ、ねじ止め、半田付け等によって行うことができる。

0085

[その他の実施形態]
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。

0086

当該蓄電素子において、ケースの壁部に形成した薄肉部に極板の端部を溶接する構成は、正極側及び負極側のいずれか一方だけに適用してもよい。

0087

当該蓄電素子において、板状部材は省略してもよい。

0088

当該蓄電素子において、極板の端部の薄肉部への溶接は、ケースの内側から行ってもよい。例えば、ケース本体を蓋体で封止する前に、ケース本体又は蓋体の壁部に形成した薄肉部に極板の端部を溶接してもよい。

0089

当該蓄電素子の電極体は、複数正極板及び負極板を積み重ね積層型に限られず、例えば長尺の極板及びセパレータの積層体を巻き取った巻回型であってもよい。

0090

当該蓄電素子において、ケース本体の壁部に形成した薄肉部の内面に集電部材を解して極板の端部を接続してもよい。

0091

上記実施形態では、蓋体を外部端子として構成した例を示したが、当該蓄電素子は、例えば、ケース外面に突出する外部端子を有してもよい。この場合、外部に突出する外部端子は、正極及び負極のどちらか一方の外部端子でもよいし、両方の外部端子でもよい。当該外部端子は、壁部を通じて、電極体と電気的に接続される。

0092

当該蓄電素子において、薄肉部及び板状部材の少なくとも一方は、極板と対向する表面に突起部を有してもよい。突起部は相対的に接触面積を小さくすることで電気抵抗を増大させるため、抵抗溶接を行う場合に発熱量が大きくなり、極板との溶接性を向上することができる。

0093

本発明に係る蓄電素子は、当該蓄電素子を複数含む組電池を構成することができる。

0094

本発明の実施形態に係る蓄電素子は、ケースの一部分と極板とを溶接する蓄電素子に好適に利用可能である。

0095

1,1aケース
2電極体
3,3a ケース本体
4 正極蓋体
5 負極蓋体
6正極板
7 負極板
8セパレータ
9胴部
10,10a 壁部
11,11a薄肉部
12,12a板状部材
13 集電部材

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ