特許 7702674 蓄電装置

(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】

(24)【登録日】2025-06-26

(45)【発行日】2025-07-04

(54)【発明の名称】蓄電装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/536 20210101AFI20250627BHJP

   H01M 50/152 20210101ALI20250627BHJP

   H01M 50/533 20210101ALI20250627BHJP

   H01M 50/548 20210101ALI20250627BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20250627BHJP

【ＦＩ】

H01M50/536

H01M50/152

H01M50/533

H01M50/548 201

H01M10/04 W

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022550643

(86)(22)【出願日】2021-09-21

(86)【国際出願番号】 JP2021034620

(87)【国際公開番号】W WO2022059797

(87)【国際公開日】2022-03-24

【審査請求日】2024-07-09

(31)【優先権主張番号】63/081,068

(32)【優先日】2020-09-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002745

【氏名又は名称】弁理士法人河崎特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】下司 真也

(72)【発明者】

【氏名】坂本 真一

(72)【発明者】

【氏名】清水 一路

(72)【発明者】

【氏名】神月 きよみ

(72)【発明者】

【氏名】小平 一紀

【審査官】守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－２４３３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３１２５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５１０１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２５６９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第５８５８１５８（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／５０

Ｈ０１Ｍ ５０／１０

Ｈ０１Ｍ １０／０４

Ｈ０１Ｍ １０／０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

帯状の第１集電体、および前記第１集電体に担持された第１活物質層を有する第１電極と、
帯状の第２集電体、および前記第２集電体に担持された第２活物質層を有する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に介在するセパレータと、
を備え、
前記第１電極、前記第２電極、および前記セパレータは、柱状巻回体を構成しており、
前記柱状巻回体の外周を覆うと共に前記第２集電体と電気的に接続され、第１開口を有する筒状体と、
前記第１開口を封口する封口体と、
前記第１集電体と前記封口体とを電気的に接続する少なくとも１つの第１タブと、
をさらに備え、
前記第１タブの一端は、前記第１集電体に接続され、
前記第１タブの他端は、前記封口体に接続され、
前記封口体は、前記柱状巻回体とは反対側を向く第１面を含む第１部材と、前記柱状巻回体側を向く第２面を含む第２部材とを有し、
前記第１タブの前記他端は、前記第１部材の前記第１面に溶接されて第１溶接部を形成しており、
前記第１溶接部は、前記第１面と前記第２面との間に位置する、蓄電装置。

【請求項2】

前記第１部材は、中央に前記第１タブが通過する貫通孔を有する環状部材であり、
前記第２部材は、前記貫通孔を塞いでいる、請求項１に記載の蓄電装置。

【請求項3】

前記第１部材と前記第２部材とは、前記第１溶接部よりも径方向外側の第２溶接部により溶接されている、請求項２に記載の蓄電装置。

【請求項4】

前記第１部材は、環状に形成されかつ前記第１面を底面とする凹部を有し、
前記第２部材は、前記貫通孔を塞ぐ中央部と、前記中央部の周囲に設けられた外周部とを有し、
前記外周部は、全周にわたって前記第２溶接部により前記第１部材に接合されている、請求項３に記載の蓄電装置。

【請求項5】

前記第１タブは、前記第２面および前記第１面と接合されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の蓄電装置。

【請求項6】

複数の前記第１タブを備え、
少なくとも２つの前記第１タブの前記他端は、互いに重なって前記第１部材の前記第１面に溶接されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の蓄電装置。

【請求項7】

前記筒状体は、金属ケースの一部で構成される、請求項１～６のいずれか１項に記載の蓄電装置。

【請求項8】

前記筒状体は、金属シートの巻回体で構成される、請求項１～６のいずれか１項に記載の蓄電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、蓄電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電力を貯蔵する蓄電装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１の蓄電装置は、正極板と負極板とをセパレータを介して巻回した巻回電極群と、巻回電極群を収容する電池容器と、電池容器を封口し外部出力端子となる封口電池蓋群とを備える電池である。特許文献１の蓄電装置では、巻回電極群から導出された多数の集電タブが、巻回電極群の上部に配置された集電リングに溶接されている。集電リングと封口電池蓋群とは、リード板で互いに接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第４３５６２０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１の蓄電装置は、多数の集電タブが、集電リングおよびリード板を介して封口電池蓋群に接続されている。そのため、特にリード板の存在によって、蓄電装置の内部抵抗が大きくなってしまう。このような状況において、本開示は、蓄電装置の内部抵抗を小さくすることを目的の１つとする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示に係る一局面は、蓄電装置に関する。当該蓄電装置は、帯状の第１集電体、および前記第１集電体に担持された第１活物質層を有する第１電極と、帯状の第２集電体、および前記第２集電体に担持された第２活物質層を有する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に介在するセパレータと、を備え、前記第１電極、前記第２電極、および前記セパレータは、柱状巻回体を構成しており、前記柱状巻回体の外周を覆うと共に前記第２集電体と電気的に接続され、第１開口を有する筒状体と、前記第１開口を封口する封口体と、前記第１集電体と前記封口体とを電気的に接続する少なくとも１つの第１タブと、をさらに備え、前記第１タブの一端は、前記第１集電体に接続され、前記第１タブの他端は、前記封口体に接続され、前記封口体は、前記柱状巻回体とは反対側を向く第１面を含む第１部材と、前記柱状巻回体側を向く第２面を含む第２部材とを有し、前記第１タブの前記他端は、前記第１部材の前記第１面に溶接されて第１溶接部を形成しており、前記第１溶接部は、前記第１面と前記第２面との間に位置する。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、蓄電装置の内部抵抗を小さくすることができる。

【0007】

本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本願の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態１の蓄電装置を模式的に示す断面図である。

【図2】実施形態２の蓄電装置を模式的に示す断面図である。

【図3】実施形態３の柱状巻回体の展開図である。

【図4】実施形態３の蓄電装置を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本開示に係る蓄電装置の実施形態について例を挙げて以下に説明する。しかしながら、本開示は以下に説明する例に限定されない。以下の説明では、具体的な数値や材料を例示する場合があるが、本開示の効果が得られる限り、他の数値や材料を適用してもよい。

【0010】

本開示に係る蓄電装置は、帯状の第１電極と、帯状の第２電極と、第１電極と第２電極との間に介在するセパレータとを備える。第１電極、第２電極、およびセパレータは、柱状巻回体を構成している。すなわち、第１電極と第２電極とは、セパレータを介して巻回されている。

【0011】

第１電極は、帯状の第１集電体と、第１集電体に担持された第１活物質層とを有する。第２電極は、帯状の第２集電体と、第２集電体に担持された第２活物質層とを有する。

【0012】

蓄電装置は、第１開口を有する筒状体と、第１開口を封口する封口体と、少なくとも１つの第１タブとをさらに備える。第１開口の外形と封口体の外形は対応しており、通常は円形である。第１タブは、例えばリボン状もしくはストリップ状である。筒状体と封口体との間にはガスケットなどの絶縁材料を介在させてもよい。

【0013】

筒状体は、柱状巻回体の外周を覆うと共に第２集電体と電気的に接続される。筒状体は、導電性材料で構成されてもよい。

【0014】

封口体は、柱状巻回体とは反対側を向く第１面を含む第１部材と、柱状巻回体側を向く第２面を含む第２部材とを有する。すなわち、封口体は、複数部材で構成されており、さらに別部材を具備してもよい。第１部材と第２部材は、それぞれが部分的に筒状体の軸方向において重なり合うように配置されている。第１部材と第２部材とは電気的に導通していてもよい。これにより、太い導電パスを形成することができる。

【0015】

第１タブは、第１集電体と封口体とを電気的に接続する。第１タブの一端は、第１集電体に接続される。第１タブの他端は、封口体に接続される。第１タブは、第１集電体と一体であってもよいし、第１集電体と別体であってもよい。前者の場合、第１タブの一端は、第１タブの基端となり、かつ第１タブの他端は、第１タブの先端となる。後者の場合、第１タブの一端は、溶接などにより第１集電体に電気的に接続される。

【0016】

第１タブの他端は、第１部材の第１面に溶接されて第１溶接部を形成している。この第１溶接部は、例えば、レーザ溶接または超音波溶接により形成されてもよい。第１溶接部は、第１面と第２面との間に位置する。

【0017】

以上のように、本開示によれば、第１タブが封口体に直接的に接続される。つまり、第１タブと封口体との間に集電リングなどの中間部材が存在しない。よって、蓄電装置の内部抵抗を小さくすることができる。また、本開示によれば、第１溶接部が第１面と第２面との間に位置するので、第１溶接部の接続強度を強固にできる。さらに、第１タブを柱状巻回体とは反対側を向く第１部材の第１面に溶接する場合、溶接工程が安定化する。これは、第１溶接部と柱状巻回体との間に頑丈な第１部材（厚さは例えば５００μｍ以上）が介在するため、溶接時のスパッタが柱状巻回体に飛散しにくくなるためである。溶接工程が安定化することで、第１溶接部の強度を高めることが容易になり、第１溶接部の接続抵抗を低減しやすくなる。

【0018】

第１溶接部は、第１面および第２面により挟まれていてもよい。この構成により、第２部材と第１溶接部との間の接触抵抗を低減できる。さらに、第２面も第１タブと接合していてもよい。具体的には、第２部材の第２面の裏側から第２部材と第１タブとを溶接することで両者を接合してもよい。この構成により、第１タブと第２部材との間の抵抗をさらに低減できる。

【0019】

第１面、第１タブ、および第２面を共通の溶接部で接合してもよい。この構成により、抵抗を低減できると共に、第１タブを封口板へより強固に固定できる。第２部材が第１部材の凹部に収容される場合は、第２部材の外面（天面）も第１部材と同様に凹部を有していると、第２部材と第１タブとを接合する際に、第２部材における第１タブとの対向部分が薄くなりやすく、溶接が容易になる。

【0020】

第１部材は、中央に第１タブが通過する貫通孔を有する環状部材であってもよい。第２部材は、貫通孔を塞いでいてもよい。第２部材は円盤状であってもよい。円盤状の第２部材は、中央部とその周縁のフランジ部（外周部）とを有してもよい。

【0021】

第１部材と第２部材とは、第１溶接部よりも径方向外側の第２溶接部により溶接されていてもよい。これにより、さらに太い導電パスを形成することができる。

【0022】

第１部材は、環状に形成されかつ第１面を底面とする凹部を有してもよい。第２部材は、貫通孔を塞ぐ中央部と、中央部の周囲に設けられた外周部とを有してもよい。外周部は、円盤状の第２部材のフランジ部であってもよい。外周部は、全周にわたって第２溶接部により第１部材に接合されていてもよい。この場合、第２溶接部により、太い導電パスを形成できると共に、第１部材と第２部材との間に生じ得る隙間を密閉することができる。

【0023】

第１タブは、第２面および第１面と接合されていてもよい。この構成により、太い導電パスを形成して蓄電装置の内部抵抗を低減することができる。

【0024】

蓄電装置は、複数の第１タブを備えてもよい。少なくとも２つの第１タブの他端は、互いに重なって第１部材の第１面に溶接されていてもよい。この構成によると、複数の第１タブを１つずつ第１面に溶接する場合に比べて、溶接箇所を少なくすることができる。第１面の第１タブが配置される領域、または第２面の第１タブと対面する領域に、第１タブの端部が収容される凹部を形成してもよい。

【0025】

筒状体は、金属ケースの一部で構成されてもよい。例えば、筒状体は、有底筒状の金属ケースの側壁部で構成されてもよい。

【0026】

筒状体は、金属シートの巻回体で構成されてもよい。金属シートは、第２集電体と一体であってもよいし、第２集電体と別体であってもよい。金属シートの厚さＴＣは、第２集電体の厚さＴ２と同じでもよく、例えば０．５≦ＴＣ／Ｔ２≦１．５の関係を満たしてもよい。金属シートで筒状体を構成する場合、金属シートを柱状巻回体の外周に、例えば、２周以上巻回して筒状体の強度を高めることが望ましい。この構成により、巻回体を作成する工程と連続して金属ケースへ巻回体を収容する工程を行うことが可能となる。また、金属ケースの底部と第２集電板とを接合しなくても、金属ケースと第２電極とを電気的に接続できるため、接続に要する作業を簡素化できる。また、第２電極の巻回方向の終端と金属ケースとを電気的に接続することで、金属ケースと第２電極との間の集電経路が増えて抵抗をより低減できる。なお、金属シートの巻回方向の終端を金属シートの別の箇所の外表面と接合して筒状体を形成できる。

【0027】

以下では、本開示に係る蓄電装置の一例について、図面を参照して具体的に説明する。以下で説明する一例の蓄電装置の構成要素には、上述した構成要素を適用できる。以下で説明する一例の蓄電装置の構成要素は、上述した記載に基づいて変更できる。また、以下で説明する事項を、上記の実施形態に適用してもよい。以下で説明する一例の蓄電装置の構成要素のうち、本開示に係る蓄電装置に必須ではない構成要素は省略してもよい。なお、以下で示す図は模式的なものであり、実際の部材の形状や数を正確に反映するものではない。

【0028】

《実施形態１》
本開示の実施形態１について説明する。本実施形態の蓄電装置１０は、リチウムイオン二次電池であるが、これに限られるものではない。図１に示すように、蓄電装置１０は、柱状巻回体２０と、ケース３０と、封口体４０とを備える。

【0029】

柱状巻回体２０は、帯状の正極２１と、帯状の負極２２と、正極２１と負極２２との間に介在するセパレータ２３とを巻回して構成される。正極２１は、第１電極の一例である。負極２２は、第２電極の一例である。

【0030】

正極２１は、帯状の正極集電体と、これに担持された正極活物質層とを有する。正極集電体には、複数の正極集電タブ２１ａが接続されている。正極集電体は、第１集電体の一例である。正極活物質層は、第１活物質層の一例である。正極集電タブ２１ａは、第１タブの一例である。

【0031】

正極集電体には、帯状の金属材料が用いられる。帯状の金属材料は、金属箔、金属多孔体などであればよい。金属材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、チタンなどを用い得る。正極集電体の厚さは、例えば、１０μｍ以上、１００μｍ以下である。

【0032】

正極活物質層は、例えば、正極活物質と導電剤と結着剤とを含む。正極活物質層は、例えば、正極集電体の両面に正極活物質と導電剤と結着剤とを含む正極合材スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、圧延することにより得られる。正極活物質は、リチウムイオンを吸蔵および放出する材料である。正極活物質としては、例えば、リチウム含有遷移金属酸化物、遷移金属フッ化物、ポリアニオン、フッ素化ポリアニオン、遷移金属硫化物などが挙げられる。

【0033】

複数の正極集電タブ２１ａは、正極集電体と一体に形成されている。各正極集電タブ２１ａは、正極集電体の長手方向に沿う一方の端部（図１における上端部）から延出している。複数の正極集電タブ２１ａの一部は、正極２１が巻回された状態において、周方向位置が互いに一致する。複数の正極集電タブ２１ａの残部は、正極２１が巻回された状態において、周方向位置が互いに一致する。

【0034】

負極２２は、帯状の負極集電体と、これに担持された負極活物質層と、負極集電体の幅方向の一端に形成された負極集電体露出部２２ａとを有する。負極集電体は、第２集電体の一例である。負極活物質層は、第２活物質層の一例である。

【0035】

負極集電体には、帯状の金属材料が用いられる。帯状の金属材料は、金属箔、金属多孔体などであればよい。金属材料としては、銅、銅合金、ニッケル、ステンレス鋼などを用い得る。負極集電体の厚さは、例えば、１０μｍ以上、１００μｍ以下である。

【0036】

負極活物質層は、例えば、負極活物質と導電剤と結着剤とを含む。負極活物質層は、例えば、負極集電体の両面に負極集電体露出部２２ａを除いて負極活物質と導電剤と結着剤とを含む負極合材スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、圧延することにより得られる。負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵および放出する材料である。負極活物質としては、炭素材料、金属化合物、合金、セラミックス材料などが挙げられる。

【0037】

負極集電体露出部２２ａは、負極集電体と一体に形成されている。負極集電体露出部２２ａは、巻回体の巻回軸方向の一端から突出して巻回体の端面を構成している。負極集電体露出部２２ａは、柱状巻回体２０とケース３０の底面との間に設けられた負極集電板５１に溶接接続される。負極集電板５１は、溶接用部材５２でケース３０の内底面と溶接されている。なお、負極２２においても正極２１と同様にタブを用いて負極集電板５１またはケース３０と接続してもよい。

【0038】

ケース３０は、第１開口３１を有する有底筒状に形成されていて、柱状巻回体２０および非水電解質（図示せず）を収容する。ケース３０は、金属製であって、外部負極端子として機能する。ケース３０の側壁部３２は、柱状巻回体２０の外周を覆うと共に負極集電体と電気的に接続される。ケース３０の側壁部３２は、筒状体の一例である。

【0039】

封口体４０は、ケース３０の第１開口３１を封口する。封口体４０は、複数の正極集電タブ２１ａを介して、正極集電体と電気的に接続される。正極集電タブ２１ａの基端は、第１集電体に接続され、正極集電タブ２１ａの先端は、封口体４０に接続される。封口体４０は、金属製であって、外部正極端子として機能する。封口体４０とケース３０とは、ガスケット７０により互いに絶縁されている。封口体４０は、不図示の防爆機構を有してもよい。

【0040】

封口体４０は、柱状巻回体２０とは反対側（図１における上側）を向く第１面４１ａを含む第１部材４１と、柱状巻回体２０側を向く第２面４２ａを含む第２部材４２とを有する。第１部材４１は、中央に正極集電タブ２１ａが通過する貫通孔４１ｂを有する環状部材である。第２部材４２は、当該貫通孔４１ｂを塞ぐ板状部材である。

【0041】

正極集電タブ２１ａの先端は、第１部材４１の第１面４１ａに溶接されて第１溶接部４３を形成している。この第１溶接部４３は、第１面４１ａと第２面４２ａとの間に挟まれ、第１面４１ａと第２面４２ａの双方から圧力が印加されている。第１溶接部４３では、複数の正極集電タブ２１ａの先端が、互いに重なって第１部材４１の第１面４１ａに溶接されている。第１溶接部４３が形成される第１面４１ａの領域は、複数の正極集電タブ２１ａの先端の合計厚さよりも深い凹みを有してもよい。

【0042】

第１部材４１は、環状に形成されかつ第１面４１ａを底面とする凹部４１ｃを有する。第２部材４２は、第１部材４１の貫通孔４１ｂを塞ぐ中央部４２ｂと、当該凹部４１ｃに収容される外周部４２ｃとを有する。外周部４２ｃの周縁部は、全周にわたって、第１溶接部４３よりも径方向外側の第２溶接部４４により第１部材４１に溶接接合されている。これにより、第１部材４１の第１面４１ａと第２部材４２の第２面４２ａとの間に空隙が形成された場合でも、ケース３０内における十分な密閉性を確保することができる。

【0043】

《実施形態２》
本開示の実施形態２について説明する。本実施形態の蓄電装置１０は、第１部材４１および第２部材４２の構成が上記実施形態１と異なる。以下、上記実施形態１と異なる点について主に説明する。

【0044】

図２に示すように、第１部材４１は、第２部材４２を収容する凹部を有しない。また、第１部材４１の外周縁部と第２部材４２の外周縁部とは、互いに重なってガスケット７０に挟持されている。第１部材４１と第２部材４２とは、外周縁部において第２溶接部４４により互いに溶接接合されている。この場合、第１溶接部４３は、第２面４２ａからの圧力が印加されず、第１面４１ａと第２面４２ａとの間には正極集電タブ２１ａの先端の厚さよりも十分に大きい空隙がある。そのため、第１溶接部４３における接触抵抗の低減効果は、実施形態１よりも緩やかである。ただし、第２部材４２の配置が、正極集電タブ２１ａの先端の厚さの影響を受けることがないため、製造プロセスが安定化しやすい。

【0045】

《実施形態３》
本開示の実施形態３について説明する。本実施形態の蓄電装置１０は、金属製のケース３０を備えない点で上記実施形態１と異なる。以下、上記実施形態１と異なる点について主に説明する。

【0046】

図３および図４に示すように、本実施形態では、実施形態１のケース３０に相当する機能を、金属シートの巻回体で構成される筒状体６１が担っている。当該金属シートは、負極集電体と一体に形成されているが、これに限られるものではない。柱状巻回体２０は、図３の左方から右方に向かって巻回される。筒状体６１は、柱状巻回体２０の外周を覆うと共に負極集電体と電気的に接続される。

【0047】

筒状体６１の第１開口３１は、封口体４０で封口される。筒状体６１と封口体４０とは、絶縁性の接着剤８０により互いに絶縁されている。筒状体６１は、第１開口３１とは反対側の第２開口６１ａを有する。この第２開口６１ａは、金属板６２（例えば、銅板）で封口される。筒状体６１と金属板６２とは、全周にわたって互いに溶接接合されている。このとき、負極に実施形態１と同様に負極集電体露出部を形成し、この負極集電体露出部と金属板６２とを溶接接合してもよい。

【0048】

本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形および改変を包含する、と解釈されるべきものである。

【産業上の利用可能性】

【0049】

本開示は、蓄電装置に利用できる。

【符号の説明】

【0050】

１０：蓄電装置
２０：柱状巻回体
２１：正極（第１電極）
２１ａ：正極集電タブ（第１タブ）
２２：負極（第２電極）
２２ａ：負極集電体露出部
２３：セパレータ
３０：ケース
３１：第１開口
３２：側壁部（筒状体）
４０：封口体
４１：第１部材
４１ａ：第１面
４１ｂ：貫通孔
４１ｃ：凹部
４２：第２部材
４２ａ：第２面
４２ｂ：中央部
４２ｃ：外周部
４３：第１溶接部
４４：第２溶接部
５１：負極集電板
５２：溶接用部材
６１：筒状体
６１ａ：第２開口
６２：金属板
７０：ガスケット
８０：接着剤

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】