特許 6244855 蓄電デバイスおよびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6244855

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】蓄電デバイスおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01G 11/72 20130101AFI20171204BHJP

   H01G 11/70 20130101ALI20171204BHJP

   H01G 11/84 20130101ALI20171204BHJP

   H01G 11/76 20130101ALI20171204BHJP

   H01M 2/26 20060101ALI20171204BHJP

【ＦＩ】

   H01G11/72

   H01G11/70

   H01G11/84

   H01G11/76

   H01M2/26 A

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-243445(P2013-243445)

(22)【出願日】2013年11月26日

(65)【公開番号】特開2015-103679(P2015-103679A)

(43)【公開日】2015年6月4日

【審査請求日】2016年11月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000228578

【氏名又は名称】日本ケミコン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083725

【弁理士】

【氏名又は名称】畝本 正一

(74)【代理人】

【識別番号】100140349

【弁理士】

【氏名又は名称】畝本 継立

(74)【代理人】

【識別番号】100153305

【弁理士】

【氏名又は名称】畝本 卓弥

(72)【発明者】

【氏名】森 正行

(72)【発明者】

【氏名】古澤 晃弘

(72)【発明者】

【氏名】迎田 准一郎

(72)【発明者】

【氏名】橋本 庸平

(72)【発明者】

【氏名】千田 将博

【審査官】 中野 和彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０２６４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２２６３４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１１３１８５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｇ １１／７２

Ｈ０１Ｇ １１／７０

Ｈ０１Ｇ １１／７６

Ｈ０１Ｇ １１／８４

Ｈ０１Ｍ ２／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電素子の素子端面に形成された電極部に集電板が接続された蓄電デバイスであって、
前記蓄電素子の素子端面に引き出された電極引出部の素子中心側の端部を含み前記素子中心側に折り曲げる折曲げ部が設定され、この折曲げ部が先行して折り曲げられて前記電極部に成形されていることを特徴とする蓄電デバイス。

【請求項2】

前記電極部は、陽極側および陰極側に備えられ、素子中心を含む絶縁間隔を挟んで前記素子端面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイス。

【請求項3】

蓄電素子の素子端面に形成された電極部に集電板が接続された蓄電デバイスの製造方法であって、
前記蓄電素子の素子端面に引き出された電極引出部の素子中心側の端部を含み前記素子中心側に折り曲げる折曲げ部を設定し、
この折曲げ部が先行して折り曲げられて前記電極部に成形される工程を含むことを特徴とする蓄電デバイスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層コンデンサなどの蓄電デバイスおよびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電気二重層コンデンサや電解コンデンサなどの蓄電デバイスでは、蓄電素子から引き出された電極体に接続部材を介在させて外部端子を接続し、蓄電素子の内部抵抗や接続部の接続抵抗を低減させている。

【0003】

このような素子と外部端子の接続に関し、コンデンサ素子の素子端面に設置した集電端子に接続するため、コンデンサ素子から電極箔を露出させることが知られている（たとえば、特許文献１および特許文献２）。このような接続に関し、集電箔を覆う集電板と集電箔とを溶接によって接続することが知られている（たとえば、特許文献３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１１−２１９８５７号公報

【特許文献2】特開２００１−０６８３７９号公報

【特許文献3】特開２００７−３３５１５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、蓄電素子の素子端面に電極部を形成するには、陽極側および陰極側の電極引出し部が設けられる。各電極引出し部は治具を押し当てることにより折り曲げられて電極部に加工される。

【0006】

電極引出し部を折り曲げる際に、最内周側の電極引出し部が折り曲げにくく、その根元から倒れ込むおそれがある。蓄電素子の素子中心を挟んで対向する陽極側および陰極側の電極引出し部の間の距離が短く、根元から倒れ込むと、電極引出し部間が接近したり、接触したりするなど、両者間の絶縁性が不安定化するという課題がある。

【0007】

また、電極引出部の枚数が多い場合には、折り曲げて形成される電極部を平坦面化しにくく、素子中心付近では突出状態となるなど凹凸面化するおそれがある。このような凹凸面となった電極部ではたとえば、レーザ溶接による接続が安定しないという課題がある。

【0008】

そこで、本発明の目的は上記課題に鑑み、蓄電素子の電極引出部間の絶縁性を高めることにある。

【0009】

また、本発明の他の目的は、電極部と集電板の接続性を高めることにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するため、本発明の蓄電デバイスは、蓄電素子の素子端面に形成された電極部に集電板が接続された蓄電デバイスであって、前記蓄電素子の素子端面に引き出された電極引出部の素子中心側の端部を含み前記素子中心側に折り曲げる折曲げ部が設定され、この折曲げ部が先行して折り曲げられて前記電極部に成形されている。

【0011】

上記蓄電デバイスにおいて、前記電極部は、陽極側および陰極側に備えられ、素子中心を含む絶縁間隔を挟んで前記素子端面に配置されている。

【0012】

上記目的を達成するため、本発明の蓄電デバイスの製造方法は、蓄電素子の素子端面に形成された電極部に集電板が接続された蓄電デバイスの製造方法であって、前記蓄電素子の素子端面に引き出された電極引出部の素子中心側の端部を含み前記素子中心側に折り曲げる折曲げ部を設定し、この折曲げ部が先行して折り曲げられて前記電極部に成形される工程を含んでいる。

【発明の効果】

【0013】

本発明の蓄電デバイスによれば、次のいずれかの効果が得られる。

【0014】

(1) 電極引出部で形成された電極部の絶縁間隔が拡開され、電極部間の絶縁性が高められる。

【0015】

(2) 電極部と集電板の接続が安定化し、両者の接続性を高めることができる。

【0016】

また、本発明の蓄電デバイスの製造方法によれば、次のいずれかの効果が得られる。

【0017】

(1) 蓄電素子の素子中心側の電極引出部が素子中心から離れる方向に折り曲げられているので、電極引出部の異極間隔が広がり、電極引出部で形成された電極部の絶縁間隔を拡開でき、電極部間の絶縁性が高められる。

【0018】

(2) 電極部の溶接面の平坦化により、電極部と集電板のレーザ溶接の接続が安定化し、両者の接続性を向上させることができる。

【0019】

そして、本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面および各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】一実施の形態に係るコンデンサ素子の素子端面を示す平面図である。

【図2】コンデンサ素子の電極引出部の先行折曲げ前後を示す平面図である。

【図3】コンデンサ素子の先行折曲げ後の電極部の成形を示す平面図である。

【図4】コンデンサ素子の電極引出部の先行折曲げから電極部への成形を示す断面図である。

【図5】電極部への集電板のレーザ溶接を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

〔一実施の形態〕

【0022】

図１は、一実施の形態に係るコンデンサに用いられるコンデンサ素子の素子端面を示している。この実施の形態では、蓄電デバイスの一例であるコンデンサとして電気二重層コンデンサを例示している。

【0023】

このコンデンサ素子２の素子端面４には、異極側の電極引出部６−１、６−２が形成されている。コンデンサ素子２は蓄電素子の一例である。電極引出部６−１はたとえば、陽極側であり、電極引出部６−２は陰極側である。各電極引出部６−１、６−２は、セパレータ８の幅より突出させ、コンデンサ素子２に巻回曲率半径に比例して巻回方向の幅を異ならせて形成されている。

【0024】

＜コンデンサ素子２の各部の定義＞

【0025】

このコンデンサ素子２について、素子端面４、素子中心１０、電極引出部６−１、６−２の端部１２、縁部１４および電極部１６−１、１６−２を次のように定義する。

【0026】

素子端面４： コンデンサ素子２のセパレータ８の縁部によって形成された平坦面である。

【0027】

素子中心１０： コンデンサ素子２の巻回中心部にある円筒空洞部である。

【0028】

電極引出部６−１または電極引出部６−２の端部１２： 素子端面４と交差方向に生じている電極引出部６−１または電極引出部６−２の引出端であり、コンデンサ素子２に巻回される電極箔の引出し用切断端である。

【0029】

電極引出部６−１または電極引出部６−２の縁部１４： 素子端面４と平行する電極引出部６−１または電極引出部６−２の電極箔の縁端である。

【0030】

電極部１６−１、１６−２： 電極引出部６−１または電極引出部６−２の折曲げ成形によって形成される溶接前または溶接後の電極引出部６−１または電極引出部６−２の成形部である。

【0031】

このコンデンサ素子２について、電極引出部６−１、６−２に先行折曲げ部１８を設定する。先行折曲げ部１８は、電極引出し部６−１、６−２の素子中心１０側の各端部１２を含み素子中心１０側に折り曲げられる。

【0032】

＜電極引出部６−１、６−２の先行折曲げ＞

【0033】

図２は、電極引出部６−１、６−２の先行折曲げ工程を示している。

【0034】

電極引出部６−１、６−２の先行折曲げ工程は蓄電デバイスの製造工程の一例である。この製造工程では、既述の各先行折曲げ部１８の折曲げ加工を行う。この折曲げ加工には、図２のＡに示すように、折曲げ加工治具２０が用いられる。折曲げ加工治具２０は、一対の加工アーム部２２−１、２２−２および駆動部２４を備える。加工アーム部２２−１、２２−２は、素子中心１０を中心に電極引出部６−１、６−２の間に挿入され、駆動部２４によって拡開可能である。駆動部２４は、電動などの駆動力を加工アーム部２２−１、２２−２を拡開させ、各先行折曲げ部１８に折曲げ負荷を加える。

【0035】

折曲げ加工治具２０はコンデンサ素子２に対して矢印ａで示すように進退可能であり、図２のＡに示す位置は、折曲げ位置である。加工アーム部２２−１、２２−２は矢印ｂで示すように拡開し、または閉じる。

【0036】

加工アーム部２２−１、２２−２は、図２のＢに示すように、所定幅Ｗに拡開し、電極引出部６−１、６−２の各先行折曲げ部１８を押し広げる。この場合、電極引出部６−１、６−２の端部１２は素子中心１０と同心円状に湾曲状態にある。各端部１２に加工アーム部２２−１、２２−２が押し当てられると、加工アーム部２２−１、２２−２から応力を受けた各端部１２は素子中心１０に向かって曲がり、電極箔の各先端部が折れ曲がる。各電極引出部６−１、６−２の各端部１２は水平方向に折り曲げられ、つまり、コンデンサ素子２の素子端面４と平行に折り曲げられている。これにより、各先行折曲げ部１８における電極引出部６−１、６−２の間隔が押し広げられる。

【0037】

このような先行折曲げを行った折曲げ加工治具２０は、加工アーム部２２−１、２２−２を矢印ｃで示すように閉じた後、または加工アーム部２２−１、２２−２を閉じつつ後退してコンデンサ素子２から離れる。コンデンサ素子２は１８０度回転させ、電極引出部６−１、６−２の先行折曲げ位置に設定される。そして、このコンデンサ素子２に対し、折曲げ加工治具２０により、同様の先行折曲げを行う。

【0038】

＜電極部１６−１、１６−２の成形＞

【0039】

図３のＡは、先行折曲げ加工後のコンデンサ素子２の電極引出部６−１、６−２を示している。

【0040】

各電極引出部６−１、６−２は、先行折曲げ部１８で折り曲げられ、素子中心１０側の端部１２が湾曲状態に折り曲げられている。これにより、各電極引出部６−１、６−２の間隔が折曲げ前の状態（図１）に比較して大きく拡開されており、大きな間隔Ｗが設定されている。

【0041】

この電極部１６−１、１６−２の成形工程では、各電極引出部６−１、６−２に対し、第１の折曲げ成形部２６−１および第２の折曲げ成形部２６−２が設定される。折曲げ成形部２６−１は、素子中心１０を通る各電極引出部６−１、６−２の仮想中心線Ｌを中心に角度θ１に設定されている。これに対し、折曲げ成形部２６−２は、折曲げ成形部２６−１を挟んで角度θ２に設定されている。

【0042】

角度θ１、θ２はθ１＜θ２に設定される。また、折曲げ成形順位は折曲げ成形部２６−１を先行して成形し、折曲げ成形部２６−１の成形後に折曲げ成形部２６−２を行う。各電極引出部６−１、６−２はたとえば、コンデンサ素子２の周縁側から素子中心１０に向かって治具を進退させる。この治具としてたとえば、へら状の成形治具をコンデンサ素子２に進行させて押し当て、折曲げ成形部２６−１、２６−２を折り曲げる。

【0043】

図３のＢは、コンデンサ素子２の素子端面４に形成された電極部１６−１、１６−２を示している。

【0044】

折曲げ成形部２６−１の折曲げ成形の後、折曲げ成形部２６−２が折曲げ成形されると、電極部１６−１、１６−２が形成される。折曲げ成形部２６−２では、先行する折曲げ成形部２６−１の上に折曲げ成形部２６−２がのし上がり、畳み込み部２８が形成されている。各畳み込み部２８は折曲げ成形部２６−１の上に折曲げ成形部２６−２が重なった重合部分である。

【0045】

このように成形された電極部１６−１、１６−２では、各先行折曲げ部１８が折曲げ成形部２６−１に巻き込まれて成形されている。この結果、各電極部１６−１、１６−２は、成形によって間隔が狭まることなく、絶縁間隔Ｄが生成される。この絶縁間隔Ｄは、既述の間隔Ｗの大きさを損なうことなく、各電極部１６−１、１６−２間の絶縁性を維持する十分な距離となる。この場合、各電極部１６−１、１６−２が素子中心１０を含む絶縁間隔Ｄを挟んで並行に素子端面４に配置されていることが好ましい。

【0046】

図４は、コンデンサ素子２の電極引出部６−１、６−２の先行折曲げから電極部１６−１、１６−２への成形状態を示している。

【0047】

図４のＡに示すように、各電極引出部６−１、６−２は、コンデンサ素子２の素子端面４に直立状態に維持される。各電極引出部６−１、６−２は図４のＢに示すように、先行折曲げ部１８に先行折曲げを行った後、図４のＣに示すように、各電極引出部６−１、６−２が電極部１６−１、１６−２に成形される。このような電極部１６−１、１６−２では、平坦な接続面３０が生成される。

【0048】

＜電極部１６−１、１６−２と集電板３２−１、３２−２の接続＞

【0049】

図５は、電極部１６−１、１６−２と集電板３２−１、３２−２のレーザ溶接による接続を示している。

【0050】

この溶接工程では、素子端面４に形成された電極部１６−１には陽極側の集電板３２−１が重ねられ、電極部１６−２には陰極側の集電板３２−２が重ねられる。そして、集電板３２−１、３２−２の上面からレーザ照射３４を行う。これにより、電極部１６−１には集電板３２−１、電極部１６−２には集電板３２−２が溶接される。

【0051】

この場合、集電板３２−１、３２−２の間には絶縁間隔Ｅが設定され、この絶縁間隔Ｅに対し、電極部１６−１、１６−２の絶縁間隔Ｄは大きく、信頼性の高い極間絶縁間隔が得られている。

【0052】

各集電板３２−１、３２−２には、図示しない外装ケースを封口する封口板にある外部端子が接続される。外装ケースにはコンデンサ素子２が収納され、このコンデンサ素子２に一体化された封口板によって封止される。この封止は、外装ケースのカーリング処理によって実現される。

【0053】

＜一実施の形態の効果＞

【0054】

(1) 素子端面４に陽極側および陰極側の電極引出部６−１、６−２が引き出された後、コンデンサ素子２の外周側から折曲げ加工治具にて折り曲げて電極部１６−１、１６−２が形成され、その後、各電極部１６−１、１６−２に載置された集電板３２−１、３２−２とレーザ溶接にて接続し、コンデンサが形成される。

【0055】

(2) 電極引出部６−１、６−２を形成する電極箔の折曲げ枚数が多い場合には、その折曲げ加工の成形制御が難しい。特に、折曲げ時に極間絶縁距離が確保しにくい。これに対し、コンデンサ素子２の同一の素子端面４から電極引出部６−１、６−２を引き出した状態で、素子中心１０側の電極引出部６−１、６−２の端部１２を素子中心１０側に折り曲げる。その後、電極引出部６−１、６−２を成形して電極部１６−１、１６−２が成形される。素子中心１０側に折り曲げられた各電極引出部６−１、６−２の端部１２は、電極部１６−１、１６−２の成形の際に折り込まれ、十分な大きさの極間絶縁距離が確保される。

【0056】

〔他の実施の形態〕

【0057】

(1) 上記実施の形態では、電極部１６−１、１６−２を成形する際、電極引出部６−１、６−２の中間部を先行して折り曲げているが、中間部を後成形としてもよい。

【0058】

(2) 上記実施の形態では、蓄電デバイスの一例として電気二重層コンデンサ、その蓄電素子としてコンデンサ素子２を例示したが、コンデンサ素子２は、電解コンデンサなどの蓄電デバイスの蓄電素子であってもよい。

【0059】

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態について説明した。本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、または発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本発明では、コンデンサ素子などの蓄電素子の素子端面に引き出された電極引出部の端部を先行して加工し、電極部への成形の際に折り込むことにより、絶縁間隔が損なわれるのを防止でき、極間の絶縁性を高めることができる。

【符号の説明】

【0061】

２ コンデンサ素子
４ 素子端面
６−１、６−２ 電極引出部
８ セパレータ
１０ 素子中心
１２ 端部
１４ 縁部
１６−１、１６−２ 電極部
１８ 先行折曲げ部
２０ 折曲げ加工治具
２２−１、２２−２ 加工アーム部
２４ 駆動部
２６−１ 第１の折曲げ成形部
２６−２ 第２の折曲げ成形部
２８ 畳み込み部
３０ 接続面
３２−１、３２−２ 集電板
３４ レーザ照射

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】