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WO2024162159A1 - 蓄電装置 - Google Patents

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WO2024162159A1
WO2024162159A1 PCT/JP2024/002154 JP2024002154W WO2024162159A1 WO 2024162159 A1 WO2024162159 A1 WO 2024162159A1 JP 2024002154 W JP2024002154 W JP 2024002154W WO 2024162159 A1 WO2024162159 A1 WO 2024162159A1
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WO
WIPO (PCT)
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storage device
negative electrode
current collector
plate
joint
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2024/002154
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English (en)
French (fr)
Inventor
きよみ 神月
真一 坂本
真也 下司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Priority to EP24750108.3A priority patent/EP4661197A1/en
Priority to JP2024574506A priority patent/JPWO2024162159A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/107—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
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    • H01M50/536—Electrode connections inside a battery casing characterised by the method of fixing the leads to the electrodes, e.g. by welding
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/538—Connection of several leads or tabs of wound or folded electrode stacks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • This disclosure relates to a collector plate for a power storage device.
  • Cylindrical batteries which are one type of energy storage device, have a wound electrode body in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are wound with a separator interposed between them.
  • Large-diameter cylindrical batteries may also have a structure in which a negative electrode current collector plate is joined to the exposed part of the negative electrode core material protruding from the wound electrode body (hereinafter, referred to as an end-face current collector structure) (for example, Patent Document 1).
  • the present disclosure therefore aims to provide an energy storage device that can improve productivity.
  • the energy storage device is an energy storage device including an electrode body in which a first electrode plate and a second electrode plate are stacked with a separator interposed therebetween, and a current collector plate arranged at one end side in the axial direction of the electrode body, the current collector plate having a joint portion that extends along the stacking direction of the first electrode plate and the second electrode plate and is joined to the second electrode plate, and the joint portion is inclined in a direction that intersects with the stacking direction.
  • the energy storage device disclosed herein can improve productivity.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an electricity storage device according to an embodiment
  • FIG. 1 is a perspective view showing the joint between a negative electrode current collector plate and an electrode body, as viewed from below.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a negative electrode current collector plate according to an embodiment, as viewed from below.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of a negative electrode current collector plate according to another embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing reflected light during welding of a conventional negative electrode current collector plate.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing reflected light during welding of a negative electrode current collector plate according to the present disclosure.
  • the power storage device 10 is used, for example, as a power source for an electric vehicle.
  • the power storage device of the present disclosure is not limited to being used as a power source for electric vehicles, and may be used, for example, as a power source for motor-driven electric devices such as power tools, power-assisted bicycles, electric motorcycles, electric wheelchairs, electric tricycles, and electric carts.
  • the power storage device of the present disclosure may also be used as a power source for various electric devices used indoors and outdoors, such as cleaners, radios, lighting devices, digital cameras, and video cameras.
  • the energy storage device 10 includes a wound electrode body 14 in which a positive electrode plate 11 as a first electrode plate and a negative electrode plate 12 as a second electrode plate are wound with a separator 13 interposed therebetween, an outer can 20 that houses the electrode body 14, and a sealing body 30 that closes the opening of the outer can 20.
  • the outer can 20 houses an electrolyte together with the electrode body 14.
  • the electrolyte in this embodiment is a non-aqueous electrolyte, but may be an aqueous electrolyte.
  • the energy storage device may be a capacitor.
  • each member may be described using the axial direction P, the circumferential direction R, and the radial direction D.
  • the side in the axial direction P where the sealing body 30 is provided may be described as the upper side
  • the side where the bottom 20B of the outer can 20 is formed may be described as the lower side.
  • the positive electrode plate 11, the negative electrode plate 12, and the separator 13 are all long strips wound in a spiral shape. At this time, the positive electrode plate 11 and the negative electrode plate 12 are stacked in a shifted manner so that they protrude to opposite sides in the axial direction P (height direction of the storage device).
  • the composite layer of the negative electrode plate 12 may be formed to be one size larger than the composite layer of the positive electrode plate 11 in order to prevent lithium precipitation. In other words, the composite layer of the negative electrode plate 12 may be formed to be longer in the longitudinal direction and width direction (short direction) than the composite layer of the positive electrode plate 11.
  • the separator 13 is formed to be at least one size larger than the positive electrode plate 11, and for example, two separators 13 are arranged to sandwich the positive electrode plate 11. Note that the electrode body 14 does not necessarily have to be configured in a state in which the positive electrode plate 11 and the negative electrode plate 12 are wound. For example, the electrode body 14 may be configured by stacking multiple positive electrode plates and multiple negative electrode plates alternately.
  • the positive electrode plate 11 has a positive electrode core and a positive electrode mixture layer formed on at least one surface of the core.
  • the positive electrode core is made of a metal foil that is stable in the potential range of the positive electrode plate 11, such as aluminum or an aluminum alloy, or a film with the metal disposed on the surface.
  • the positive electrode mixture layer contains, for example, a positive electrode active material, a conductive agent such as acetylene black, and a binder such as polyvinylidene fluoride, and is preferably formed on both sides of the positive electrode core.
  • the positive electrode active material is, for example, a lithium transition metal complex oxide.
  • the negative electrode plate 12 has a negative electrode core and a negative electrode mixture layer formed on at least one surface of the core.
  • a foil of a metal that is stable in the potential range of the negative electrode plate 12, such as copper or a copper alloy, or a film with the metal disposed on the surface layer can be used.
  • the negative electrode mixture layer preferably contains, for example, a negative electrode active material and a binder such as styrene-butadiene rubber (SBR), and is formed on both sides of the negative electrode core.
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • graphite, a silicon-containing compound, etc. are used as the negative electrode active material.
  • the non-aqueous electrolyte contained in the exterior can 20 includes a non-aqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent.
  • a non-aqueous solvent for example, esters, ethers, nitriles, amides, or a mixed solvent of two or more of these is used as the non-aqueous solvent.
  • the non-aqueous solvent may contain a halogen-substituted body in which at least a part of the hydrogen of these solvents is replaced with a halogen atom such as fluorine.
  • the non-aqueous solvent include ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC), and a mixed solvent of these.
  • a lithium salt such as LiPF 6 is used as the electrolyte salt.
  • the non-aqueous electrolyte may be a gel electrolyte, a solid electrolyte, or the like, instead of an electrolytic
  • a positive electrode lead 15 extending from the upper end of the electrode body 14 in the axial direction P and connecting the positive electrode plate 11 constituting the electrode body 14 and the current collector plate 32 of the sealing body 30, and an upper insulating plate 16 disposed between the electrode body 14 and the sealing body 30.
  • the positive electrode lead 15 electrically connects the positive electrode plate 11 and the sealing body 30.
  • the positive electrode cap 31 of the sealing body 30 functions as a positive electrode external terminal as a first electrode external terminal.
  • the upper insulating plate 16 prevents the positive electrode plate 11 and the positive electrode lead 15 from touching the outer can 20, and also prevents the positive electrode lead 15 from touching the negative electrode plate 12 of the electrode body 14.
  • a negative electrode current collector 40 is provided below the electrode body 14.
  • the negative electrode core material exposed portion 18 is formed from the end at the start of winding to the end at the end of winding in the longitudinal direction (circumferential direction R) of the long negative electrode plate 12.
  • the negative electrode core material exposed portion 18 is bonded to the negative electrode current collector 40, and the negative electrode plate 12 and the negative electrode current collector 40 are electrically connected.
  • the negative electrode current collector 40 is bonded to the inner surface of the bottom 20B of the outer can 20, and the negative electrode current collector 40 and the outer can 20 are electrically connected.
  • the outer can 20 is a cylindrical metal container with a bottom that is open at the top end in the axial direction P.
  • the outer can 20 is generally made of a metal whose main component is iron, but when the positive electrode plate 11 is connected, it may be made of a metal whose main component is aluminum or the like.
  • the outer can 20 has a cylindrical tube portion 20A, a circular bottom portion 20B when viewed from the bottom, a shoulder portion 20C that is formed in an annular shape along the circumferential direction R of the outer can 20 at the open end of the tube portion 20A, and a groove portion 20D that is formed along the circumferential direction R of the tube portion 20A.
  • the outer can 20 is also provided with a negative electrode cap 21 as a second electrode external terminal (negative electrode external terminal).
  • the groove portion 20D is formed at a position a predetermined length away from the shoulder portion 20C near the opening of the outer can 20.
  • the groove portion 20D is a portion of the tubular portion 20A that protrudes inwardly of the outer can 20, and is formed, for example, by spinning the tubular portion 20A from the outside.
  • the outer can 20 is reduced in diameter, and a thin groove is formed on the outer peripheral surface of the tubular portion 20A.
  • the groove portion 20D has a generally U-shaped cross section, and is preferably formed in a ring shape over the entire length of the tubular portion 20A in the circumferential direction R.
  • the negative electrode cap 21 is electrically connected to the negative electrode plate 12 via the outer can 20 and functions as a negative electrode external terminal.
  • the negative electrode cap 21 is formed in a ring shape with an opening in the center in the radial direction D.
  • the negative electrode cap 21 is welded to the shoulder portion 20C of the outer can 20 and is electrically connected to the outer can 20.
  • the sealing body 30 is formed in a disk shape overall, and includes a positive electrode cap 31, a current collector plate 32, a gasket 33, and an insulating member 34.
  • the sealing body 30 is placed on the groove portion 20D of the outer can 20, and is fixed to the upper end of the outer can 20. More specifically, the shoulder portion 20C of the outer can 20 is bent inward in the radial direction D and crimped against the sealing body 30, and the sealing body 30 is fixed to the upper end of the outer can 20 by the shoulder portion 20C and the groove portion 20D of the outer can 20, and the sealing body 30 closes the opening of the outer can 20.
  • the positive electrode cap 31 is electrically connected to the positive electrode plate 11 via the positive electrode lead 15 and the current collector plate 32, and functions as a positive electrode external terminal.
  • the positive electrode cap 31 is a disk-shaped metal member, and has a protruding portion 31A whose central portion in the radial direction D protrudes outside the energy storage device 10, and a flange portion 31B formed around the protruding portion 31A.
  • the positive electrode cap 31 is disposed on the upper surface side of the sealing body 30, and is exposed to the outside of the exterior can 20 to form the top surface of the energy storage device 10.
  • a positive electrode tab or the like is joined to the protruding portion 31A by welding.
  • the current collector 32 is electrically connected to the positive electrode plate 11 via the positive electrode lead 15, and functions as a positive electrode current collector.
  • the current collector 32 is a metal member having a diameter similar to that of the positive electrode cap 31.
  • the current collector 32 is formed in a ring shape with an opening in the center in the radial direction D.
  • the current collector 32 is disposed closer to the electrode body 14 than the positive electrode cap 31.
  • the current collector 32 is welded to the positive electrode cap 31, for example, at a position closer to the outer periphery than the center in the radial direction D of the positive electrode cap 31.
  • the gasket 33 is a rubber or resin member that prevents contact between the positive electrode cap 31 and the current collector plate 32 and the outer can 20, and ensures electrical insulation between the outer can 20 and the sealing body 30.
  • the gasket 33 also seals the gap between the outer can 20 and the sealing body 30, sealing the inside of the energy storage device 10.
  • the gasket 33 is provided between the outer periphery of the stack of the positive electrode cap 31 and the current collector plate 32 and the outer can 20.
  • the gasket 33 covers the upper surface of the flange portion 31B of the positive electrode cap 31, the side surfaces of the positive electrode cap 31 and the current collector plate 32, and the lower surface of the current collector plate 32 at the outer periphery of the stack.
  • the insulating member 34 is a rubber or resin member that prevents contact between the positive electrode cap 31 and the negative electrode cap 21 and ensures electrical insulation between the positive electrode cap 31 and the negative electrode cap 21.
  • the insulating member 34 is formed in a ring shape with an opening in the center in the radial direction D.
  • the negative electrode current collector plate 40 as one example of the embodiment will be described with reference to FIG. 2 to FIG.
  • the negative electrode current collector 40 which serves as a current collector, is joined to the negative electrode core material exposed portion 18 protruding from the lower side of the electrode body 14 in the axial direction P.
  • the negative electrode current collector 40 is also joined to the bottom portion 20B of the outer can 20, causing the outer can 20 to function as a negative electrode external terminal.
  • the negative electrode current collector 40 can improve the productivity of the energy storage device 10, as will be described in detail later.
  • the negative electrode current collector 40 is preferably made of a metal, such as copper, a copper alloy, nickel or a nickel alloy, or an iron material with a nickel-plated surface.
  • the negative electrode current collector 40 is provided below the electrode body 14 in the axial direction P, and is housed in the exterior can 20 together with the electrode body 14. In other words, the negative electrode current collector 40 is disposed between the electrode body 14 and the bottom 20B of the exterior can 20 (see FIG. 1).
  • the negative electrode collector plate 40 has a central portion 41 provided in the center of the radial direction D (the stacking direction of the positive electrode plates 11 and the negative electrode plates 12), and an extension portion 43 extending from the central portion 41 along the radial direction D, as will be described in detail later.
  • the central portion 41 is the portion that is joined to the bottom portion 20B of the outer can 20 by welding.
  • the multiple extension portions 43 extend from the central portion 41 along the radial direction D.
  • the multiple extension portions 43 are arranged at intervals in the circumferential direction R.
  • four extension portions 43 are arranged radially from the central portion 41 at 90° intervals. Note that, although the extension portions 43 extend in four directions in this embodiment, they may extend in one, two, three, or five or more directions.
  • the extension portion 43 has a joint portion 44 extending along the radial direction D, and edge portions 45 formed at both ends of the joint portion 44 in the circumferential direction R.
  • the joint portion 44 is a portion that is joined to the negative electrode core material exposed portion 18 by welding. More specifically, the negative electrode core material exposed portion 18 is joined to the upper surface of the joint portion 44 in the axial direction P by welding.
  • the joint portion 44 extends along the radial direction D, and is formed in a portion that corresponds to the bottom edge of the concave shape when viewed from the radial direction D. In other words, the joint portion 44 is formed on the bottom surface of the concave shape.
  • the joint 44 is inclined when viewed from the radial direction D.
  • the joint 44 extends at an incline in a direction intersecting the radial direction D (for example, a direction perpendicular to the radial direction D).
  • the inclination angle of the joint 44 when viewed from the radial direction D is 3° or more and 10° or less with respect to the horizontal plane, and preferably 5° or more and 10° or less.
  • the inclination angle of the joint 44 is preferably the same along the radial direction D.
  • the inclination direction of the joint 44 (the right side is the upper side when viewed from the outside of the radial direction D, or the left side is the upper side) is not particularly limited.
  • the inclination in the circumferential direction R intersecting the radial direction D can suppress the distance between the light source and the irradiated surface from differing in the radial direction when the laser light source is moved in the radial direction D for irradiation, and can suppress unevenness in the degree of melting at the joint.
  • the edge portion 45 is a portion that abuts against the negative electrode core material exposed portion 18.
  • the edge portion 45 may be provided on both ends of the joint portion 44 in the circumferential direction R, or may be formed on only one end of the circumferential direction R. In this embodiment, the edge portion 45 is formed substantially horizontally, but may also be formed at an angle.
  • the joint 44 may be formed in a portion corresponding to one side of the V-shape as viewed from the radial direction D.
  • one of the inclined surfaces corresponding to the joint 44 as viewed from the radial direction D is formed longer than the other inclined surface.
  • This configuration makes it possible to more reliably irradiate the laser on the inclined surface compared to, for example, a negative electrode current collector plate in which the connection position of the inclined surface is at the center of the recess.
  • the solidified portion formed by irradiating the laser is disposed between the two ends of the joint, which is an inclined surface, in the circumferential direction R.
  • the joint 44 is inclined as described above as viewed from the radial direction D.
  • the inclination angle of the joint 44 as viewed from the radial direction D is 3° or more and 10° or less with respect to the horizontal plane, and preferably 5° or more and 10° or less.
  • the negative electrode current collector 40 will be explained in comparison with a conventional negative electrode current collector 140 using Figures 6A and 6B.
  • a long negative electrode current collecting plate 140 is welded to the negative electrode core material exposed portion 118 that protrudes downward from the electrode body 114 and is bent along the radial direction D of the electrode body 114.
  • a laser or the like is irradiated from below the negative electrode current collecting plate 140, thereby melting and joining the negative electrode current collecting plate 140 and the negative electrode core material exposed portion 118 that is in close contact with the upper surface of the negative electrode current collecting plate.
  • the negative electrode current collector 140 may be made of copper or aluminum, which are highly reflective materials. Furthermore, in the laser oscillator L, if reflected light from the laser irradiation returns inside the laser oscillator L, the laser irradiation may become unstable, which may cause the laser oscillator L to malfunction. Therefore, in the laser oscillator L, if reflected light to the laser oscillator L is detected, control is performed to stop the laser irradiation. Therefore, as shown in FIG. 6A, when laser welding the joint 144 of the negative electrode current collector 140 and the negative electrode core material exposed portion 118, the amount of reflected light to the laser oscillator L is large, so that the laser oscillator L may detect the reflected light and stop.
  • a method of tilting the laser transmitter and irradiating the laser can be considered.
  • this requires using a robot that supports the laser transmitter, an XY stage, etc. to track the laser incidence angle, which slows down the production speed and may actually reduce productivity.
  • the joint 44 is inclined when viewed from the radial direction D (inclined in a direction intersecting the radial direction D), so that reflected light returning to the laser oscillator L can be suppressed. More specifically, when the negative electrode current collector 40 and the negative electrode core material exposed portion 18 are laser welded together, the joint 44 is inclined when viewed from the radial direction D, so that the laser irradiation surface is inclined, and reflected light to the laser oscillator L can be suppressed. This makes it possible to avoid the laser oscillator L stopping due to the return of reflected light.
  • the joint 44 is inclined when viewed from the radial direction D, so the length of the joint 44 in the circumferential direction R is longer than when the joint 44 is horizontal when viewed from the radial direction D. This makes it possible to increase the weld width between the negative electrode current collector plate 40 and the electrode body 14.
  • the joints 44 are inclined when viewed from the radial direction D, so that the deepest part of the joints 44 penetrates deeper into the negative electrode core material exposed part 18 compared to when the joints 44 are horizontal when viewed from the radial direction D. This improves the bonding strength between the negative electrode current collector 40 and the electrode body 14. Furthermore, when the negative electrode current collector 40 has multiple joints 44, it is preferable that the inclination direction of the inclined surface is the same in the circumferential direction. This configuration makes it possible to more firmly restrict the displacement in the winding direction that occurs when the wound electrode body 14 is charged and discharged.
  • the present disclosure is not limited to the above-described embodiment and its modified examples, and various modifications and improvements are possible within the scope of the matters described in the claims of the present application.
  • the configuration of the current collector plate used in the energy storage device of the present disclosure has been described as a negative electrode current collector plate, but the current collector plate of the present disclosure may also be a positive electrode current collector plate.
  • the current collector plate of the present disclosure may be joined to a sealing body instead of an outer can.
  • the current collector plate of the present disclosure may be disposed on the opening side of the outer can and may also serve as a sealing body.

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Abstract

正極板（１１）と負極板（１２）とがセパレータ（１３）を介して積層された電極体（１４）と、電極体（１４）の軸方向Ｐの下端側に配置された負極集電板（４０）と、を備える蓄電装置（１０）であって、負極集電板（４０）は、電極体（１４）の径方向Ｄに沿って延びると共に負極板（１２）と接合される負極接合部（４４）を有し、負極接合部（４４）は、周方向Ｒから見て傾斜している。

Description

蓄電装置
　本開示は、蓄電装置の集電板に関する。
　蓄電装置の一つである円筒型電池は、正極板と負極板とがセパレータを介して巻き回された巻回電極体を有する。また、大口径の円筒型電池は、巻回電極体から突出した負極芯材露出部に負極集電板が接合される構造（以下、端面集電構造）を有する場合がある（例えば、特許文献１）。
特開２００５－２０３３７４号公報
　上述した端面集電構造では、集電板と電極板との接合プロセスが煩雑であり、蓄電装置の製造工程における生産性を低下させる虞がある。
　そこで、本開示は、生産性を向上させることができる蓄電装置を提供することを目的とする。
　本開示に係る蓄電装置は、第１極板と第２極板とがセパレータを介して積層された電極体と、電極体の軸方向の一端側に配置された集電板と、を備える蓄電装置であって、集電板は、第１極板と前記第２極板との積層方向に沿って延びると共に第２極板と接合される接合部を有し、接合部は、積層方向に交差する方向に傾斜していることを特徴とする。
　本開示の蓄電装置によれば、生産性を向上させることができる。
実施形態の一例である蓄電装置を示す模式断面図である。 負極集電板と電極体との接合を下方から見た斜視図である 実施形態の一例である負極集電板を示す下方から見た斜視図である。 図３のＡＡ断面図である。 実施形態の他の一例である負極集電板のＡＡ断面図である。 従来の負極集電板の溶接時の反射光を示す模式図である。 本開示の負極集電板の溶接時の反射光を示す模式図である。
　以下、本開示の実施形態の一例について詳細に説明する。以下の説明において、具体的な形状、材料、方向、数値等は、本開示の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等に合わせて適宜変更することができる。
　［蓄電装置］
　図１を用いて、実施形態の一例である蓄電装置１０について説明する。
　蓄電装置１０は、例えば電気自動車の電源として使用される。ただし、本開示の蓄電装置は、電気自動車の電源に限定されることなく、例えば電動工具、電動アシスト自転車、電動バイク、電動車椅子、電動三輪車、電動カート等のモータで駆動される電動機器の電源として使用されてもよい。また、本開示の蓄電装置は、例えばクリーナー、無線機、照明装置、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の屋内外で使用される種々の電気機器用の電源として使用されてもよい。
　蓄電装置１０は、第１極板としての正極板１１と第２極板としての負極板１２とがセパレータ１３を介して巻回された巻回型の電極体１４と、電極体１４を収容する外装缶２０と、外装缶２０の開口を塞ぐ封口体３０とを備える。外装缶２０には、電極体１４と共に電解液が収容される。本実施形態の電解液は、非水電解液とされるが、水系電解液であってもよい。蓄電装置は、キャパシタであってもよい。
　以下では、各部材について軸方向Ｐ、周方向Ｒおよび径方向Ｄを用いて説明する場合がある。また、説明の便宜上、軸方向Ｐにおいて封口体３０が設けられる側を上側、外装缶２０の底部２０Ｂが形成される側を下側として説明する場合がある。
　正極板１１、負極板１２およびセパレータ１３は、いずれも帯状の長尺体であって、渦巻状に巻回される。このとき、正極板１１と負極板１２は、互いに軸方向Ｐ（蓄電装置の高さ方向）において反対側に突出するように、ずれて積層される。負極板１２の合材層は、リチウムの析出を防止するために、正極板１１の合材層よりも一回り大きな寸法で形成されてもよい。つまり、負極板１２の合材層は、正極板１１の合材層よりも長手方向および幅方向（短手方向）に長く形成されてもよい。セパレータ１３は、少なくとも正極板１１よりも一回り大きな寸法で形成され、例えば、正極板１１を挟むように２枚配置される。なお、電極体１４は、必ずしも正極板１１と負極板１２が巻回された状態で構成されていなくてもよい。例えば電極体１４は、複数の正極板と複数の負極板とが交互に積層されて構成されていてもよい。
　正極板１１は、正極芯体と、当該芯体の少なくとも一方の面に形成された正極合剤層とを有する。正極芯体には、例えばアルミニウム、アルミニウム合金等、正極板１１の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等が用いられる。正極合剤層は、例えば正極活物質、アセチレンブラック等の導電剤、ポリフッ化ビニリデン等の結着剤を含み、正極芯体の両面に形成されることが好ましい。正極活物質には、例えば、リチウム遷移金属複合酸化物が用いられる。
　負極板１２は、負極芯体と、当該芯体の少なくとも一方の面に形成された負極合剤層とを有する。負極芯体には、例えば銅、銅合金等、負極板１２の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。負極合剤層は、例えば負極活物質、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の結着剤を含み、負極芯体の両面に形成されることが好ましい。負極活物質には、例えば黒鉛、シリコン含有化合物等が用いられる。
　外装缶２０に収容される非水電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む。非水溶媒には、例えばエステル類、エーテル類、ニトリル類、アミド類、これらの２種以上の混合溶媒等が用いられる。非水溶媒は、これら溶媒の水素の少なくとも一部をフッ素等のハロゲン原子で置換したハロゲン置換体を含有してもよい。非水溶媒の一例としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、これらの混合溶媒等が挙げられる。電解質塩には、例えば、ＬｉＰＦ６等のリチウム塩が使用される。なお、非水電解質は、電解液ではなく、ゲル状電解質、固体電解質等であってもよい。
　電極体１４の上方には、電極体１４の軸方向Ｐの上端から延出し、電極体１４を構成する正極板１１と封口体３０の集電板３２とを接続する正極リード１５と、電極体１４と封口体３０との間に配置された上部絶縁板１６とが設けられる。正極リード１５は、正極板１１と封口体３０とを電気的に接続する。これにより、封口体３０の正極キャップ３１が第１極外部端子としての正極外部端子として機能する。上部絶縁板１６は、正極板１１および正極リード１５が外装缶２０に触れることを防止すると共に、正極リード１５が電極体１４の負極板１２に触れることを防止する。
　電極体１４の下方には、詳細は後述する負極集電板４０が設けられる。負極板１２の軸方向Ｐの下側には、負極芯材において負極合剤層が設けられていない負極芯材露出部１８が突出する（図２参照）。負極芯材露出部１８は、長尺状の負極板１２の長手方向（周方向Ｒ）の巻き始め側の端から巻き終わり側の端まで形成される。負極芯材露出部１８は、負極集電板４０に接合され、負極板１２と負極集電板４０とが電気的に接続される。さらに負極集電板４０は、外装缶２０の底部２０Ｂの内面に接合され、負極集電板４０と外装缶２０とが電気的に接続される。
　外装缶２０は、軸方向Ｐの上端側が開口した有底円筒形状の金属製容器である。また、外装缶２０は、一般的に、鉄を主成分とする金属で構成されるが、正極板１１が接続される場合は、アルミニウム等を主成分とする金属で構成されてもよい。外装缶２０は、円筒状に形成された筒部２０Ａと、底面視において円形状の底部２０Ｂと、筒部２０Ａの開口端において外装缶２０の周方向Ｒに沿って環状に形成される肩部２０Ｃと、筒部２０Ａの周方向Ｒに沿って形成された溝部２０Ｄとを有する。また、外装缶２０には、第２極外部端子（負極外部端子）としての負極キャップ２１が設けられる。
　溝部２０Ｄは、外装缶２０の開口の近傍において、肩部２０Ｃから所定長さ離れた位置に形成される。溝部２０Ｄは、筒部２０Ａの一部が外装缶２０の内側に張り出した部分であって、例えば筒部２０Ａを外側からスピニング加工して形成される。なお、溝部２０Ｄの形成位置において、外装缶２０は縮径し、筒部２０Ａの外周面には細線状の溝が形成される。溝部２０Ｄは、断面略Ｕ字形状を有し、筒部２０Ａの周方向Ｒの全長にわたって環状に形成されることが好ましい。
　負極キャップ２１は、外装缶２０を介して負極板１２と電気的に接続され、負極外部端子として機能する。負極キャップ２１は、径方向Ｄの中央部に開口を有する環状に形成される。負極キャップ２１は、外装缶２０の肩部２０Ｃに溶接され、外装缶２０と電気的に接続される。
　封口体３０は、全体として円盤状に形成され、正極キャップ３１と、集電板３２と、ガスケット３３と、絶縁部材３４とを有する。封口体３０は、外装缶２０の溝部２０Ｄ上に配置され、外装缶２０の上端部に固定される。より詳細には、外装缶２０の肩部２０Ｃが径方向Ｄにおいて内側に折り曲げられて封口体３０に対してかしめられ、封口体３０が外装缶２０の肩部２０Ｃと溝部２０Ｄとによって外装缶２０の上端部に固定され、封口体３０が外装缶２０の開口を塞ぐ。
　正極キャップ３１は、正極リード１５および集電板３２を介して正極板１１と電気的に接続され、正極外部端子として機能する。正極キャップ３１は、円盤状の金属製部材であって、径方向Ｄの中央部が蓄電装置１０の外側に突出した隆起部３１Ａと、隆起部３１Ａの周囲に形成されたフランジ部３１Ｂとを有する。正極キャップ３１は、封口体３０の上面側に配置され、外装缶２０の外部に露出して蓄電装置１０の天面を形成する。隆起部３１Ａには、正極タブ等が溶接によって接合される。
　集電板３２は、正極リード１５を介して正極板１１と電気的に接続され、正極集電板として機能する。集電板３２は、正極キャップ３１と同程度の直径を有する金属製部材である。集電板３２は、径方向Ｄの中央部に開口を有する環状に形成される。集電板３２は、正極キャップ３１よりも電極体１４側に配置される。集電板３２は、正極キャップ３１と溶接され、例えば正極キャップ３１の径方向Ｄの中央よりも外周縁に近い位置において溶接される。
　ガスケット３３は、正極キャップ３１および集電板３２と、外装缶２０との接触を防止して、外装缶２０と封口体３０の電気的絶縁を確保するためのゴム製部材または樹脂製部材である。また、ガスケット３３は、外装缶２０と封口体３０との隙間を塞いで、蓄電装置１０の内部を密閉する。ガスケット３３は、正極キャップ３１および集電板３２の積層体の外周部と外装缶２０との間に設けられる。ガスケット３３は、上記積層体の外周部において、正極キャップ３１のフランジ部３１Ｂの上面、正極キャップ３１および集電板３２の側面、および集電板３２の下面を覆う。
　絶縁部材３４は、正極キャップ３１と負極キャップ２１との接触を防止して、正極キャップ３１と負極キャップ２１との電気的絶縁を確保するためのゴム製部材または樹脂製部材である。絶縁部材３４は、径方向Ｄの中央部に開口を有する環状に形成される。
　［負極集電板］
　図２から図６を用いて、実施形態の一例である負極集電板４０について説明する。
　図２に示すように、集電板としての負極集電板４０は、電極体１４の軸方向Ｐの下側から突出した負極芯材露出部１８に接合される。また、負極集電板４０は、外装缶２０の底部２０Ｂに接合され、外装缶２０を負極外部端子として機能させる。負極集電板４０によれば、詳細は後述するが、蓄電装置１０の生産性を向上させることができる。
　負極集電板４０は、金属によって構成され、例えば、銅、銅合金、ニッケルまたはニッケル合金、鉄材の表面にニッケルめっきされたもの等で構成されることが好ましい。負極集電板４０は、電極体１４の軸方向Ｐの下側に設けられ、電極体１４と共に外装缶２０に収容される。換言すれば、負極集電板４０は、電極体１４と外装缶２０の底部２０Ｂとの間に配置される（図１参照）。
　図２および図３に示すように、負極集電板４０は、それぞれ詳細は後述する、径方向Ｄ（正極板１１と負極板１２の積層方向）の中央部に設けられる中央部４１と、中央部４１から径方向Ｄに沿って延在する延在部４３とを有する。中央部４１は、外装缶２０の底部２０Ｂと溶接によって接合される部分である。
　複数の延在部４３は、中央部４１から径方向Ｄに沿って延在する。複数の延在部４３は、周方向Ｒにおいて間隔を設けてそれぞれ配置される。図３に示す例では、４つの延在部４３が中央部４１から放射状に９０°毎に配置される。なお、本実施形態では、延在部４３が４方向に延在する構成としたが、１方向、２方向、３方向または５方向以上に延在する構成であってもよい。
　図２乃至図４に示すように、延在部４３は、径方向Ｄに沿って延在する接合部４４と、接合部４４の周方向Ｒの両端部に形成される縁部４５とを有する。接合部４４は、負極芯材露出部１８に溶接によって接合される部分である。より詳細には、接合部４４の軸方向Ｐの上面には、負極芯材露出部１８が溶接によって接合される。接合部４４は、径方向Ｄに沿って延び、径方向Ｄから見て凹形状の底辺に相当する部分に形成される。言い換えれば、凹形状の底面に接合部４４が形成される。
　接合部４４は、径方向Ｄから見て傾斜している。言い換えれば、接合部４４は、径方向Ｄと交差する方向（例えば、径方向Ｄと直交する方向）に傾斜して延びている。接合部４４の径方向Ｄから見た傾斜角度は、水平面に対し３°以上かつ１０°以下であって、５°以上かつ１０°以下であることが好ましい。接合部４４の傾斜角度は、径方向Ｄに沿って同一であることが好ましい。また、接合部４４の傾斜方向（径方向Ｄの外側から見て右側が上側になる、または左側が上側になる）は、特に限定されない。径方向Ｄと交差する周方向Ｒに傾斜するほうが、径方向Ｄに傾斜する構成と比べて、径方向Ｄにレーザの光源を移動して照射する場合、光源と照射面との距離が径方向で異なることを抑制することができ、接合部における溶融度合が不均一になることを抑制できる。
　縁部４５は、負極芯材露出部１８に当接する部分である。縁部４５は、接合部４４に対して周方向Ｒの両端側に設けられてもよいが、周方向Ｒの一端側のみに形成されてもよい。本実施形態の縁部４５は、略水平に形成されるが、傾斜して形成されてもよい。
　図５に示すように、接合部４４は、径方向Ｄから見てＶ字状の一方の辺に相当する部分に形成されていてもよい。このとき、径方向Ｄから見て接合部４４に相当する一方の斜面は、他方の斜面よりも長く形成されることが好ましい。このように構成されていることで、例えば、斜面の接続位置が凹部の中心にある負極集電板と比べて、より確実に斜面にレーザを照射することが可能となる。このとき、斜面である接合部において、周方向Ｒの両端のうち、この両端の間にレーザを照射して形成された凝固部が配置されていることが好ましい。接合部４４は、上述したように径方向Ｄから見て傾斜している。接合部４４の径方向Ｄから見た傾斜角度は、水平面に対し３°以上かつ１０°以下であって、５°以上かつ１０°以下であることが好ましい。
　図６Ａおよび図６Ｂを用いて、負極集電板４０を従来の負極集電板１４０と比較して説明する。
　端面集電構造では、電極体１１４から下方に突出して折り曲げられた負極芯材露出部１１８に電極体１１４の径方向Ｄに沿って長尺状の負極集電板１４０が溶接によって接合される。端面集電構造の接合工程では、負極集電板１４０の下側からレーザ等を照射することによって、負極集電板１４０と、負極集電板の上面に密着された負極芯材露出部１１８とが溶融して接合される。
　負極集電板１４０は、高反射材料である銅またはアルミによって形成される場合がある。また、レーザ発振器Ｌでは、レーザ発振器Ｌの内部にレーザ照射による反射光が戻った場合には、レーザ照射が不安定になり、レーザ発振器Ｌの故障の原因となる虞がある。そこで、レーザ発振器Ｌでは、レーザ発振器Ｌへの反射光を検出した場合には、レーザ照射を停止する制御を行う。そのため、図６Ａに示すように、負極集電板１４０の接合部１４４と負極芯材露出部１１８とをレーザ溶接する際には、レーザ発振器Ｌへの反射光の光量が多いため、レーザ発振器Ｌが反射光を検出して停止する場合があった。
　上記課題の対策として、例えばレーザ発信器を傾斜してレーザ照射する方法も考えられる。しかし、レーザ発信器を支持するロボット、ＸＹステージ等を用いてレーザ入射角度の追従操作を行う必要があり、生産速度が遅くなるため、かえって生産性が低下するおそれがある。
　本実施形態の負極集電板４０では、接合部４４が径方向Ｄから見て傾斜している（径方向Ｄと交差する方向に傾斜している）ため、レーザ発振器Ｌに戻る反射光を抑制することができる。より詳細には、負極集電板４０と負極芯材露出部１８とをレーザ溶接する際には、接合部４４が径方向Ｄから見て傾斜しているため、レーザの照射面が傾き、レーザ発振器Ｌへの反射光を抑制することができる。これにより、レーザ発振器Ｌが反射光の戻りによって停止することを回避することができる。
　また、本実施形態の負極集電板４０では、接合部４４が径方向Ｄから見て傾斜しているため、接合部４４が径方向Ｄから見て水平な場合と比較して、接合部４４の周方向Ｒの長さが長くなる。これにより、負極集電板４０と電極体１４との溶接幅を大きくすることができる。
　さらに、本実施形態の負極集電板４０では、接合部４４が径方向Ｄから見て傾斜しているため、接合部４４が径方向Ｄから見て水平な場合と比較して、接合部４４の最深部が負極芯材露出部１８に深く食い込む。これにより、負極集電板４０と電極体１４との接合強度を向上させることができる。また、負極集電板４０が複数の接合部４４を有する場合、傾斜面の傾斜方向は周方向において、同じであることが好ましい。この構成により、巻回された電極体１４が充放電を行う際に、生じる巻回方向の変位をより強固に規制することが可能となる。
　なお、本開示は上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項の範囲内において種々の変更や改良が可能であることは勿論である。上記では、本開示の蓄電装置に用いられる集電板の構成を負極集電板として説明したが、本開示の集電板は正極集電板であってもよい。また本開示の集電板は外装缶でなく封口体と接合されてもよい。あるいは、本開示の集電板が外装缶の開口側に配置されて、封口体を兼ねていてもよい。
　１０　蓄電装置、１１　正極板（第１極板）、１２　負極板（第２極板）、１３　セパレータ、１４　電極体、１５　正極リード、１６　上部絶縁板、１８　負極芯材露出部、２０　外装缶、２０Ａ　筒部、２０Ｂ　底部、２０Ｃ　肩部、２０Ｄ　溝部、２１　負極キャップ、３０　封口体、３１　正極キャップ、３１Ａ　隆起部、３１Ｂ　フランジ部、３２　集電板、３３　ガスケット、３４　絶縁部材、４０　負極集電板、４１　中央部、４３　延在部、４４　接合部、４５　縁部、１１８　負極芯材露出部、１４０　負極集電板、１４４　接合部
 

Claims (8)

  1. 　第１極板と第２極板とがセパレータを介して積層された電極体と、前記電極体の軸方向の一端側に配置された集電板と、を備える蓄電装置であって、
    　前記集電板は、前記第１極板と前記第２極板の積層方向に沿って延びると共に前記第２極板と接合される接合部を有し、
    　前記接合部は、前記積層方向に交差する方向に傾斜している、
    　蓄電装置。
  2. 　請求項１に記載の蓄電装置であって、
    　前記接合部は、前記積層方向から見て凹形状の底面に形成される、
    　蓄電装置。
  3. 　請求項２に記載の蓄電装置であって、
    　前記接合部の傾斜方向において、前記接合部の両端の間に凝固部が形成された、
    　蓄電装置。
  4. 　請求項１に記載の蓄電装置であって、
    　前記接合部は、前記積層方向から見てＶ形状の一方の辺である、
    　蓄電装置。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の蓄電装置であって、
    　前記接合部の傾斜角度は、５°以上、１０°以下である、
    　蓄電装置。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載の蓄電装置であって、
    　前記接合部は、レーザ照射による溶接によって接合される、
    　蓄電装置。
  7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載の蓄電装置であって、
    　前記第１極板と前記第２極板とが前記セパレータを介して巻回され、
    　前記電極体は、円柱形状であって、
    　前記接合部は、前記電極体の径方向に沿って延びる、
    　蓄電装置。
  8. 　請求項１～７のいずれか一項に記載の蓄電装置であって、
    　前記集電板は、複数の前記接合部を有し、
    　前記複数の接合部はそれぞれ、前記電極体の周方向において、同じ向きに傾斜した、
    　蓄電装置。
     
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