7826316 集電板およびこれを用いた蓄電装置

(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】2026-02-27

(45)【発行日】2026-03-09

(54)【発明の名称】集電板およびこれを用いた蓄電装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/533 20210101AFI20260302BHJP

   H01M 50/534 20210101ALI20260302BHJP

   H01M 50/536 20210101ALI20260302BHJP

   H01M 50/545 20210101ALI20260302BHJP

   H01M 50/107 20210101ALI20260302BHJP

   H01M 50/342 20210101ALI20260302BHJP

   H01M 50/35 20210101ALI20260302BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20260302BHJP

   H01M 10/0587 20100101ALI20260302BHJP

   H01G 11/14 20130101ALN20260302BHJP

   H01G 11/74 20130101ALN20260302BHJP

   H01G 11/78 20130101ALN20260302BHJP

   H01G 11/82 20130101ALN20260302BHJP

【ＦＩ】

H01M50/533

H01M50/534

H01M50/536

H01M50/545

H01M50/107

H01M50/342 101

H01M50/35 101

H01M10/04 W

H01M10/0587

H01G11/14

H01G11/74

H01G11/78

H01G11/82

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2023534757

(86)(22)【出願日】2022-07-07

(86)【国際出願番号】 JP2022026934

(87)【国際公開番号】W WO2023286687

(87)【国際公開日】2023-01-19

【審査請求日】2025-07-03

(31)【優先権主張番号】P 2021118059

(32)【優先日】2021-07-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005821

【氏名又は名称】パナソニックホールディングス株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】322003798

【氏名又は名称】パナソニックエナジー株式会社

(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】坂本 真一

(72)【発明者】

【氏名】神月 きよみ

(72)【発明者】

【氏名】下司 真也

(72)【発明者】

【氏名】奥谷 仰

【審査官】守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－２５６９５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／０２４７３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－２５９４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１８８９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０３１４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５０７５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００１／０２４２０６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／５０

Ｈ０１Ｍ ５０／１０

Ｈ０１Ｍ ５０／３０

Ｈ０１Ｍ １０／０４

Ｈ０１Ｍ １０／０５

Ｈ０１Ｇ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１主面および前記第１主面と反対側の第２主面を有する板状であり、
中央の第１部分と、
前記第１部分から遠ざかる第１方向に延びる複数の第２部分と、
前記第２部分の前記第１部分から離間した箇所から延びて、前記第１方向に交差する第２方向に突出する複数の第３部分と、を有し、
隣り合う２つの前記第２部分において、一方の前記第２部分から延びる第３部分と他方の前記第２部分から延びる第３部分との間に隙間が形成されている、
集電板。

【請求項2】

３つ以上の前記第２部分を有し、隣り合う前記第２部分の間、および、隣り合う前記第３部分の間には隙間が介在し、且つ、前記第２部分の間の隙間は、前記第３部分の間の隙間よりも広い、
請求項１に記載の集電板。

【請求項3】

前記第２部分に、前記第２主面の側に突出しながら前記第１方向に延びる溝部が形成されている、
請求項１に記載の集電板。

【請求項4】

前記第１部分は、前記第１主面の側に突出する突出面を有する、
請求項１に記載の集電板。

【請求項5】

４つの前記第２部分が、前記第１部分から互いに９０°の角度をなすように放射状に延びており、
前記複数の第３部分のそれぞれの輪郭の一部が、所定の正方形に接している、
請求項１～４のいずれか１項に記載の集電板。

【請求項6】

前記第３部分は、前記第１主面側に突出する突出部を有する、
請求項１～４のいずれか１項に記載の集電板。

【請求項7】

前記第１部分は、貫通孔を有する、
請求項１～４のいずれか１項に記載の集電板。

【請求項8】

前記第１主面および前記第２主面に積層されためっき層をさらに有し、
前記第１主面側のめっき層の厚みは、前記第２主面側のめっき層の厚みよりも薄い、
請求項１～４のいずれか１項に記載の集電板。

【請求項9】

正極および負極がセパレータを介して巻回された柱状の巻回体と、
前記巻回体を収容するケースと、
請求項１～４のいずれか１項に記載の集電板と、を備え、
前記ケースは、筒部と、前記筒部の一端を閉じる底部と、を有し、
前記集電板の少なくとも前記第１部分は、前記第１主面側において前記ケースの前記底部と電気的に接続するとともに、前記集電板の少なくとも前記第２部分は、前記第２主面側において、前記巻回体の前記第２主面に対向する端面における前記正極および前記負極のいずれか一方の電極と接合されている、
蓄電装置。

【請求項10】

前記ケースの前記底部に、防爆機構が設けられ、
前記防爆機構は、前記集電板の前記第３部分よりも内周側にあって前記第３部分と重ならない領域に設けられている、
請求項９に記載の蓄電装置。

【請求項11】

前記ケースの前記底部の前記第１主面と対向する面に凹みが形成され、
前記凹みが、前記集電板の前記第３部分に設けられた突出部と係合している、
請求項９に記載の蓄電装置。

【請求項12】

前記集電板の前記第２部分は前記一方の電極と溶接により接合され、
前記第２部分に前記第１方向に延びた線状の溶接痕が形成され、
前記溶接痕が延びる方向の両端において、前記第１部分側の前記溶接痕の第１端部が、溶接始点であり、前記第１部分から遠い側の前記溶接痕の第２端部が溶接終点である、
請求項９に記載の蓄電装置。

【請求項13】

前記集電板の前記第２部分の前記一方の電極と接合した部分は、前記第１方向において、前記第１部分側の第１領域と、前記第１領域より外側に位置する第２領域とを有し、
前記巻回体の巻回軸方向において、前記第１領域より前記第２領域が前記一方の電極側に位置するように、前記第２部分は曲がっている、
請求項９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、集電板、および、これを用いた蓄電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車載用途などの需要拡大に伴い、二次電池に代表される蓄電装置は、一層の高出力および高容量が要求されている。

【0003】

高出力を得るための集電構造として、巻回式電極群の端面から負極集電体または正極集電体の露出部を突出させて集電板と溶接させた、いわゆる端面集電構造が検討されている。

【0004】

端面集電構造を有する蓄電装置の一例として、例えば、特許文献１には、ケースと、陽極板、陰極板、及び陽極板と陰極板との間に介在されるセパレータを有し、ケース内に取り付けられる電極組立体と、ケースを密閉するキャップ組立体と、電極組立体の陽極板及び陰極板に各々電気的に接続される陽極用集電板及び陰極用集電板と、を有し、陽極用集電板及び陰極用集電板のうち少なくとも一方は、板状の本体と、本体から突出し、対応する陽極板または陰極板と接触する接触部と、を備える二次電池が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００５－２０３３７４号公報

【発明の概要】

【0006】

蓄電装置の容量および出力を高めるほど、異常発熱時のガス発生量も多くなり、大量の高温ガスを速やかに排気する必要が生じる。

【0007】

特許文献１に記載の集電板および電池は、異常発熱時のガスを排出し難い構造となっているため、防爆弁の作動後においてガス排気が間に合わず高温状態が維持される虞がある。この結果、例えば複数の蓄電装置を配列してモジュールを構成している場合に、隣接する蓄電装置にも高温による熱が伝わり、ダメージを与える場合がある。

【0008】

本開示の一側面は、第１主面および前記第１主面と反対側の第２主面を有する板状であり、中央の第１部分と、前記第１部分から遠ざかる第１方向に延びる複数の第２部分と、
前記第２部分の前記第１部分から離間した箇所から延びて、前記第１方向に交差する第２方向に突出する複数の第３部分と、を有し、隣り合う２つの前記第２部分において、一方の前記第２部分から延びる第３部分と他方の前記第２部分から延びる第３部分との間に隙間が形成されている、集電板に関する。

【0009】

本開示の別の側面は、正極および負極がセパレータを介して巻回された柱状の巻回体と、前記巻回体を収容するケースと、上記集電板と、を備え、電池ケースは、筒部と、前記筒部の一端を閉じる底部と、を有し、前記集電板の少なくとも前記第１部分は、前記第１主面側において前記ケースの前記底部と電気的に接続するとともに、前記集電板の少なくとも前記第２部分は、前記第２主面側において、前記巻回体の前記第２主面に対向する端面における前記正極および前記負極のいずれか一方の電極と接合されている、蓄電装置に関する。

【0010】

本開示の集電板を用いることで蓄電装置の安全性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1A】本開示の実施形態に係る集電板の外観を示す上面図である。

【図1B】図１ＡのＸ_１－Ｘ_２方向の断面図である。

【図2】本開示の実施形態に係る集電板の外観を示す斜視図である。

【図3A】本開示の実施形態に係る集電板の他の例を示す上面図である。

【図3B】本開示の実施形態に係る集電板の他の例を示す上面図である。

【図4】本開示の実施形態に係る電池の外観を示す側面図である。

【図5】本開示の実施形態に係る電池において、ケースに集電板が配置された状態を示すケースの一部を切り欠いた模式図である。

【図6】本開示の実施形態に係る電池の特に底部側の構成を示す縦断面図である。

【図7】本開示の実施形態に係る集電板の他の例を示す斜視図である。

【図8A】本開示の実施形態に係る集電板の他の例を示す、第１部分およびその周辺を拡大した上面図である。

【図8B】本開示の実施形態に係る集電板の他の例を示す、第１部分およびその周辺を拡大した上面図である。

【図9】本開示の実施形態に係る集電板の他の例を示す断面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、本開示の実施形態について例を挙げて説明するが、本開示は以下で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、材料等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、材料等を適用してもよい。

【0013】

本開示の一実施形態に係る集電板は、第１主面および第１主面と反対側の第２主面を有する板状である。集電板は、中央の第１部分と、第１部分から遠ざかる第１方向に延びる複数の第２部分と、を有する。集電板は、さらに、複数の第２部分のそれぞれにおいて、第２部分の第１部分から離間した箇所から延びて、第１方向に交差する第２方向に突出する複数の第３部分と、を有する。

【0014】

集電板は、電池（例えば、二次電池）などの蓄電装置に設けられる。蓄電装置は、例えば、筒部と、筒部の一端を閉じる底部と、を有するケースを備える。ケース内に、正極および負極がセパレータを介して巻回された柱状の巻回体が、巻回体の一方の端面が底部に対向するように収容されている。ケースの筒部の他端は開口を有している。ケースの開口は、巻回体が収容された状態で閉じられ、気密に維持されている。なお、ケースの開口を封止する封口方法については、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。

【0015】

このとき、集電板の第１主面がケースの底部と対向し、集電板の第２主面が巻回体の端面と対向するように、集電板が底部と巻回体との間に配置される。集電板は、巻回体の端面において正極および負極のいずれか一方と電気的に接続されるとともに、底部と電気的に接続される。

【0016】

集電板は、蓄電装置の構成に応じて、正極と電気的に接続してもよいし、負極と電気的に接続してもよい。すなわち、集電板は、正極集電板であってもよいし、負極集電板であってもよい。

【0017】

ケースの底部には、薄肉部あるいは刻印などの防爆機構が設けられ得る。異常発熱時において、発生したガスにより内圧が所定の閾値以上に上昇すると、防爆機構が作動し、発生ガスがケースの外へ排気される。これにより、異常発熱状態は停止される。しかしながら、底部と巻回体との間に集電板が配置されている場合、集電板の形状によっては、ガスの排気が妨げられ、ガスの排気速度が遅くなる場合がある。結果、異常発熱状態を至急に停止できず、異常発熱による熱の影響が外部（例えば、隣接する蓄電装置）にまで及ぶ場合がある。

【0018】

集電板の第２部分は、中央の第１部分から、第１部分から遠ざかる第１方向に離間しながら延びている。換言すると、複数の第２部分が、第１部分を中心として、第１部分から例えば放射状に延びている。集電板をケース内に配置したとき、第１部分は底部の中心に位置し、第２部分は、底部の中心から筒部に向かうように延びている。以下において、第２部分が延びる第１方向を「径方向」と呼ぶ場合がある。

【0019】

第３部分は、第２部分の第１部分から離間した箇所から延びて、第１方向に交差する第２方向に突出するように、（例えば、筒部の周方向に沿って）延びている。隣り合う２つの第２部分において、一方の第２部分から延びる第３部分と、他方の第２部分から延びる第３部分とは離間し、隙間が形成されている。第３部分の間、および第２部分の間には径方向に延びる隙間が介在している。この隙間は、異常発熱時において発生ガスが排気される排気経路として機能する。

【0020】

よって、第２部分および第３部分を有する集電板を用いることにより、異常発熱時に発生したガスを高速で排気することができ、異常発熱状態を即時に停止することができる。

【0021】

加えて、第３部分は、ガスが排気される際に、巻回体をケース内に押し留める効果を有する。これは、第３部分を設けることにより、集電板において、第３部分が設けられた箇所の剛性が高まることによるものである。また、隣り合う第２部分から延びる第３部分の間に隙間が形成されていることにより、この第３部分が電気的に接続する巻回体の集電体露出部へより積極的に食い込むことができる。より食い込むことにより、集電板が集電体露出部へより強固に固定されるとともに、第３部分と集電体露出部との間の電気的抵抗を低減できる。

【0022】

ガス排気を妨げないように、ケースの底部に設けられる防爆機構は、第３部分よりも内周側にあって、第３部分と重ならない領域に設けられることが好ましい。換言すると、第３部分は、防爆機構が配される領域よりも外周側を、径方向と交差する第２方向に突出しながら延びていることが好ましい。しかしながら、防爆機構は第３部分の最外周より内側にあればよい。このとき、第３部分の少なくとも一部が、底部において、防爆機構が形成された領域の外に配置されていればよい。第３部分において、防爆機構の外に配置された部分の比率が高まることで、巻回体をケース内に押し留める効果がより高まる。

【0023】

第２部分は、２つ以上あればよい。２つの第２部分を有する集電板の場合、２つの第２部分が互いに反対方向に第１部分から延びてもよい。この場合、集電板を第１主面または第２主面から見た形状は、Ｉ字形状であり得る。

【0024】

３つ以上の第２部分を有していてもよい。この場合、隣り合う第２部分の間、および、隣り合う第３部分の間には隙間が介在し、且つ、第２部分の間の隙間は、第３部分の間の隙間よりも広くなる。この場合、集電板は、巻回体を押さえながら、異常発熱時に発生したガスを効率的に排気させることが容易な構成となる。

【0025】

３つ以上の第２部分を有する場合、第２部分は、これに限定されるものではないが、例えば周方向において等角となる位置に配置されていてもよい。すなわち、複数の第２部分において、隣り合う第２部分同士がなす角は、同じであってもよい。第２部分の数は、第３部分による巻回体を押さえる効果を効率的に発揮させる点で、３以上が好ましい。一方、第２部分の数は、ガス排気を効率よく行う点および蓄電装置の製造が容易である点で、例えば６以下であってもよい。なかでも、４つの第２部分と４つの第２部分のそれぞれから突出する第３部分を有する集電板は、巻回体を押さえる効果と、ガス排気を効率よく行う効果のそれぞれを高い状態で両立させることができる。

【0026】

第２部分には、第２主面の側に突出しながら、径方向に延びる部分が形成されていてもよい。この第２主面の側に突出する部分は、第１主面の側から見ると凹みであり、凹みが径方向に延びて溝部を構成している。集電板を底部と巻回体の間に配置した場合、この溝部において集電板が巻回体と優先的に接触し得る。よって、溝部を介して、集電板と巻回体の一方の電極との電気的接続を行うことができる。電気的接続は、例えば、集電板をその溝部が一方の電極と接触するように巻回体に押し当てた状態で、溝部において一方の電極を集電板に溶接することで行われ得る。また、この突出する部分が第１主面側から見て凹んでいることにより、この突出する部分が厚くなることを抑制できる。

【0027】

集電板の厚みは、例えば０．１ｍｍ～１．０ｍｍの範囲にあってもよい。その際、第１部分は第２部分より厚くてもよい。このような厚さの大小関係により、第１部分とケースの底部との接合の際に第１部分をレーザが貫通することを抑制できる。さらに第２部分が巻回体における電極の集電体露出部と接合する際に、集電体露出部が必要以上の熱ダメージを受けることを抑制できる。また、第２部分の溶融物が巻回体の内部まで侵入することを抑制できる。例えば、第２部分（特に溝部の底部）の厚みが０．３ｍｍであり、第１部分の厚みが０．４ｍｍであってもよい。

【0028】

第１部分は、第１主面の側に突出する突出面を有してもよい。集電板を底部と巻回体の間に配置した場合、この突出面において、第１部分が底部と接触し得る。よって、突出面において、集電板とケースとの電気的接続を行うことができる。電気的接続は、例えば、ケースの外側からレーザ溶接により行うことができる。このとき、レーザ溶接で形成される溶接痕は、第１主面または第２主面から見て、環状であってもよく。少なくとも一つの点であってもよい。また、ケースの内側から抵抗溶接や冷間圧接で接合してもよい。

【0029】

また、第１部分の外周部には、巻回体に対向する第２主面の側に向かって環状に突出した部分、および／または、第２主面の側に向かって環状に窪んだ部分が設けられていてもよい。上記環状に突出した部分により、集電体露出部が第１部分の中心部分に向かって変位することが抑制される。また、環状の窪んだ部分に集電体露出部が入り込むことによって、集電体露出が第１部分の中心部分へ向かって変位することが抑制される。この構成により、第２部分と集電体露出部との結合状態に影響を受けずに第１部分をケースに接合することができる。また、集電体露出部の変位が抑制されるため、巻回体内で電極が傾き、巻回体内で互いに隣り合う正極と負極との間の距離がばらつくことが抑制される。なお、これら環状に突出した部分や環状に窪んだ部分を第１部分が備えている場合、必ずしも集電体露出部が環状に突出した部分に当接している、あるいは環状に窪んだ部分に入り込んでいる必要はない。

【0030】

ガス排出をより促進させるため、および、製造工程における電解液の注液を促進させるために、第１部分に貫通孔を設けてもよい。貫通孔は、第１部分内の、溶接によるケースの底部との接合形成が予定されない領域に設けられ得る。また、この貫通孔により、電解液の液回り性が向上し得る。この貫通孔は、第１部分における底部との接合部分と第２部分の溝部とを最短距離で結ぶ仮想線（または仮想領域）と重ならないように配置されていてもよい。この場合、巻回体と電気的に接続した溝部と上記接合部分との間を流れる電流が貫通孔を迂回して流れることが抑制される。そのため、上記溝部と上記接合部分の間の集電経路を短くすることができる。

【0031】

集電板は、さらに、第１主面および第２主面に積層されためっき層をそれぞれ有していてもよい。このとき、第１主面側に積層されためっき層の厚みは、第２主面側に積層されためっき層の厚みよりも薄くてもよい。この場合、めっき層を構成する金属が反射率の高い金属である場合に、ケース外側からレーザを照射して溶接する際に第１主面側のめっき層がレーザを反射することが抑制される。集電板の材質（下地層）は、負極と接続する場合、鉄、ステンレス鋼、銅などが挙げられ、正極と接続する場合、アルミニウム、鉄などがあげられる。めっき層としてはニッケルなどが挙げられる。本開示の集電板において、このめっき層は必須ではない。

【0032】

集電板と巻回体の一方の電極との電気的接続は、主として第２部分において行われ得る。一方、集電板とケースとの電気的接続は、主として第１部分において行われ得る。第３部分も、集電板とケースまたは巻回体の一方の電極との電気的接続に寄与してもよい。例えば、第３部分において集電板とケースとの電気的接続を行うことができるように、第３部分の一部（例えば、第２部分から突出する突出方向における先端部）に、第１主面の側に突出する突出部を形成していてもよい。

【0033】

第３部分が第１主面の側に突出する突出部を有する場合に、ケース底部の第１主面と対向する面に、凹みが形成されていてもよい。凹みは、第３部分に設けられた突出部と係合する。これにより、集電板とケースとの電気的接続がより良好になるとともに、異常発熱時において、ガス排気の際に巻回体をケース内に押し留める効果を高めることができる。

【0034】

本開示の一実施形態に係る蓄電装置は、例えば、非水電解質二次電池、アルカリ蓄電池、キャパシタとして構成するのに適し、非水電解質電池の高出力化に寄与する。非水電解質電池には、リチウムイオン二次電池、全固体電池などが含まれる。

【0035】

本開示の一実施形態に係る蓄電装置は、正極および負極がセパレータを介して巻回された柱状の巻回体と、巻回体を収容するケースと、上記の集電板と、を備える。ケースは、筒部と、筒部の一端を閉じる底部と、を有する。集電板の少なくとも第１部分は、第１主面側においてケースの底部と電気的に接続するとともに、集電板の少なくとも第２部分は、第２主面側において、巻回体の第２主面に対向する端面における正極および負極のいずれか一方の電極と電気的に接続している。

【0036】

巻回体の正極および負極の他方の電極は、通常、筒部の他端側に配置された端子板と電気的に接続される。端子板は、筒部の他端に形成された開口を閉じている。筒部の開口と端子板との間は、気密に封止されている。封止の方法としては、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。

【0037】

巻回体の正極および負極の他方の電極と端子板との電気的接続の方法も、特に限定されず、他方の電極に内部リードの一端を取り付け、内部リードの他端を端子板と接続することにより行ってもよいし、集電板を介して行ってもよい。

【0038】

巻回体の正極および負極の他方の電極と端子板との電気的接続を、集電板を介して行う場合、ケースの底部と巻回体の正極および負極のいずれか一方の電極との間に介在する集電板を、第１の集電板と称する。これに対し、端子板と巻回体の正極および負極の他方の電極との間に介在する集電板を、第２の集電板と称し、両者を区別する。第１の集電板は、上述の通り、第１部分、第２部分および第３部分を有する集電板である。

【0039】

第２の集電板は、従来構成の集電板であってもよいし、第１の集電板と同様、第１部分、第２部分および第３部分を有する集電板であってもよい。第２の集電板が第１の集電板と同様の構成を有する場合、端子板に対向する面を第１主面とし、巻回体と対向する第１主面と反対側の面を第２主面として、第１部分、第２部分および第３部分が定義される。

【0040】

第１部分、第２部分および第３部分を有する第２の集電板を用いることで、異常発熱時にはケース底部からのガス排出に加えて、端子板側からのガス排出を迅速に行うことができる。結果、異常発熱状態を即時に停止することが容易になる。

【0041】

蓄電装置（電池）の大きさは、特に限定されず、例えばケースの外径が１８ｍｍ以上、２１ｍｍ以上、または４６ｍｍ以上であってもよい。電池の外径が大きくなるほど、高出力となる一方で、異常発熱時のガス発生量が多くなるため、本開示の集電板を用いることが効果的である。また、ケースの底部の面積に対して、底部に形成される防爆機構（例えば、防爆弁）が形成されるエリアの面積の比は、９０％以下であってもよく、８０％以下であってもよい。なお、防爆機構が形成されるエリアの面積は、底部をケースの軸方向（高さ方向）からみたとき、底部の中心を中心とし防爆機構の周縁と接する外接円の面積とする。

【0042】

また、本開示の集電板は、一次電池であるか二次電池であるかを問わず、また正極および負極の構成に依らず、任意の蓄電装置の構造に採用することができる。

【0043】

以下に、本開示の一実施形態に係る集電板について、蓄電装置の一例であるリチウムイオン二次電池に用いられる場合を例として、図面を参照しながら具体的に説明する。

【0044】

図１Ａ、図１Ｂおよび図２は、本開示の一実施形態に係る集電板の構成の一例を示す図である。図１Ａは集電板の外観を示す上面図であり、図１Ｂは図１ＡのＸ_１－Ｘ_２方向の断面図である。図２は集電板を第１主面側（ケースの底部側）から見た斜視図である。

【0045】

集電板４０は、中央の第１部分４１と、第１部分４１から遠ざかるように、第１方向（径方向）に沿って放射状に延びる複数の第２部分４２と、各第２部分４２の第１部分４１から離間した箇所から延びて、第１方向に交差する第２方向（周方向）に突出する複数の第３部分４３と、を有する。隣り合う第２部分４２において、一方の第２部分から他方の第２部分に向かって延びる第３部分は、他方の第２部分から一方の第２部分へ延びる第３部分から離れて配置されている。つまり上記一方の第２部分から延びる第３部分と上記他方の第２部分から延びる第３部分の間に間隙が形成されている。

【0046】

集電板４０は、第１主面Ｓ１および第１主面Ｓ１と反対側（裏面）の第２主面Ｓ２を有する板状である。集電板４０は、例えば金属板であり、所定の形状に打ち抜かれた後、プレス成形によって凹凸を有する形状に加工されている。集電板４０を電池内に配置する場合、第１主面Ｓ１がケースの底部に対向し、第２主面Ｓ２が巻回体に対向するように、ケース底部と巻回体の間に配置される。なお、図２は、集電板を第１主面Ｓ１側（ケースの底部側）から見た外観を示している。

【0047】

図１Ａ、図１Ｂおよび図２に示すように、第１部分４１は、第１主面Ｓ１の側に突出する突出面４１Ｓを有する。突出面４１Ｓは電池ケースの底面と接触し、集電板４０とケースが電気的に接続される。

【0048】

一方、第２部分４２は、第２主面Ｓ２の側に突出する突出面４２Ｓを有する。この突出面は第２部分４２が延びる方向に沿って延びており、第１主面の側から見ると、第２部分４２が延びる方向に沿って延びる溝部４２Ａが形成されている。溝部４２Ａにおいて、集電板４０と巻回体の一方の電極とが電気的に接続される。

【0049】

隣り合う第２部分４２の間、および、隣り合う第２部分４２から連続して隣り合う第３部分４３との間には隙間Ｇが介在している。この隙間Ｇを介して、異常発熱時に発生したガスを効率的に逃がすことができる。隣り合う第３部分４３は、互いに接近するように第２部分４２の突端から延びているため、第２部分４２の間における隙間Ｇの幅は、第３部分４３の間における隙間Ｇの幅よりも広くなる。

【0050】

第３部分４３は、第２部分４２が延びる方に略垂直な方向を、第２部分４２から両側に突出するように延びることで、巻回体がケースから飛び出さないように巻回体を押さえ、固定する効果を有する。

【0051】

図１Ａ、図１Ｂおよび図２の例では、集電板４０において、４つの第２部分４２が、第１部分４１から互いに９０°の角度をなすように放射状に延びている。また、第３部分４３は、第２部分および第２部分に連続する第３部分４３の全体形状が矢尻を形成するように、第２部分４２の突端から第１部分４１側に後退しながら延びている。結果、図１Ａから分かるように、複数の第３部分４３のそれぞれの輪郭の一部が、所定の正方形Ｒに接している。これにより集電板４０の全体の輪郭形状は、正方形に内接する形状となっている。

【0052】

この場合、集電板４０を用いて、巻回体を固定する効果と、ガス排気を効率よく行う効果のそれぞれを高い状態で両立させることができる。加えて、集電板４０が正方形に内接する輪郭形状を有することにより、金属板を打ち抜いて集電板４０を製造する際の残渣が低減され、生産効率が向上する。

【0053】

図３Ａおよび図３Ｂは、本開示の一実施形態に係る集電板の構成の他の例を示す図であり、集電板を第１主面側（ケース底部側）から見た上面図を示している。

【0054】

図３Ａに示す集電板４０Ａは、第３部分４３を、第２部分４２の突端から円弧状に延びるように配置した例である。この例では、円弧状の第３部分４３は、電池内に配置した状態で、電池ケースの内周壁に沿って延びるように配置され得る。

【0055】

図３Ｂに示す集電板４０Ｂは、第１部分４１から延びる第２部分４２を３つとした例である。集電板４０Ｂにおいて、３つの第２部分４２が、第１部分４１から互いに１２０°の角度をなすように放射状に延びている。また、第３部分４３は、第２部分４２の突端から円弧状に延びるように配置されている。円弧状の第３部分４３は、電池内に配置した状態で、電池ケースの内周壁に沿って延びるように配置され得る。

【0056】

図４は、集電板４０を配置した本実施形態に係る電池２００の外観を示す側面図である。図５は、ケース２１０と集電板４０が配置された状態を示す、ケース２１０の一部を切り欠いて示す模式図である。図６は、電池２００について、ケース２１０の底部側における内部構造を示す縦断面図である。

【0057】

電池２００は、正極１０と負極２０とをセパレータ３０を介して巻回して柱状に構成された巻回体１００と、非水電解質（図示せず）と、巻回体１００および非水電解質を収容する金属製の有底のケース２１０と、ケース２１０の開口を封口する封口板２２０とを具備する。図４および図５には表示されていないが、封口板２２０の周縁部にはガスケットが配されており、ケース２１０の開口端部をガスケットにかしめることでケース２１０の内部が密閉されている。

【0058】

正極１０は、長尺シート状であり、正極集電体およびこれに担持された正極活物質層を具備する。正極活物質層は、正極集電体の両面に形成されている。ただし、正極集電体の長手方向に沿う一方の端部には、正極活物質層を有さない正極集電体露出部が形成され得る。正極集電体露出部を介して、正極は封口板と電気的に接続され得る。すなわち、封口板は、外部正極端子として機能する。正極集電体の長手方向に沿う他方の端部は、絶縁層１３で覆われている。

【0059】

負極２０は、長尺シート状であり、負極集電体およびこれに担持された負極活物質層を具備する。負極活物質層は、負極集電体の両面に形成されている。ただし、負極集電体の長手方向に沿う一方の端部には、負極活物質層を有さない負極集電体露出部２１ｘが形成されている。

【0060】

集電板４０（負極集電板）が、ケース２１０の底部と巻回体１００との間に配置されている。集電板４０は、その第１部分４１において、第１主面Ｓ１側に突出し、ケース２１０の底部と接触している。接触箇所において、集電板４０は、ケース２１０の底部に溶接されている。

【0061】

また、集電板４０は、その第２部分４２に形成された第１主面Ｓ１と反対側の第２主面側に突出する溝部４２Ａにおいて、負極集電体露出部２１ｘと当接している。溝部４２Ａにおいて、集電板４０と負極集電体露出部２１ｘとが溶接されている。よって、ケース２１０は、外部負極端子として機能する。

【0062】

ケース２１０の底部には、薄肉部２１０Ｘが設けられている。異常発熱時に電池の内圧が上昇し、内圧が所定の閾値以上に上昇すると、薄肉部２１０Ｘにおいてケース２１０が破断し、ガス排気が行われる。集電板４０の第３部分４３は、ガスが排気されるに伴って、巻回体１００をケース２１０内に固定する役割を有する。第３部分４３は、また、ガス排気を妨げないように、薄肉部２１０Ｘが設けられる箇所よりも外周側を延在している。

【0063】

図５および図６に示す例では、ケース２１０の底部の内表面は平坦ではなく、外周側に環状の凹み２１０Ａを有している。この場合、凹み２１０Ａに係合するように、集電板４０の第３部分４３の先端部を第１主面Ｓ１側に突出させてもよい。これにより、第３部分４３の突出部分がケース２１０と接触することで集電板４０とケース２１０との電気的接続がより良好になるとともに、異常発熱時において、ガス排気の際に巻回体が固定される効果を高めることができる。

【0064】

製造時における電解液の注液を促進させ、異常発熱時におけるガス排出を一層促進させるために、第１部分４１に貫通孔が設けられていてもよい。第１部分４１は、巻回体１００の芯部の中空領域に対向しているため、第１部分４１に貫通孔を設け、ガス排気経路を形成することで、中空領域からのガスが排気し易くなる。

【0065】

図７に、第３部分４３の先端部に第１主面Ｓ１側に突出する突出部４３Ａが設けられ、第１部分４１に貫通孔４１Ｈが設けられた集電板４０Ｃの一例を示す。図７では、第２方向に延びる第３部分４３が先端部において折り曲げられ、第１主面Ｓ１側に突出する突出部４３Ａが形成されている。突出部４３Ａは、この構成に限られず、例えば第３部分４３の厚みを先端部において厚く形成することで、第１主面Ｓ１側に突出させてもよい。また、図７の例では、貫通孔４１Ｈは第１部分４１の突出面４１Ｓの中心に設けられているが、これに限られず、突出面４１Ｓ内においてケース底部との溶接位置より外周側の領域に設けもよい。ただし、その場合、貫通孔４１Ｈにより溝部４２Ａから第１部分４１を介してケースに流れる電流経路が長くなることがないように、貫通孔４１Ｈは、周方向において溝部４２Ａと対向しない位置に（例えば、間隙Ｇと対向する位置に）設けられ得る。

【0066】

図８Ａおよび図８Ｂに、第１部分４１に貫通孔４１Ｈが設けられた集電板の他の例を示す。図８Ａおよび図８Ｂは、集電板の第１部分の周辺を拡大して示す上面図である。図８Ａおよび図８Ｂの例では、貫通孔４１Ｈは、ケース底部との溶接位置４１Ｘよりも内周側に設けられている。貫通孔４１Ｈは、図８Ａに示すように十字形状であってもよく、その形状は特に限定されない。また、図８Ｂに示すように複数の貫通孔４１Ｈを配置してもよい。

【0067】

集電板４０を構成する材料は、正極および負極を構成する材料に応じて決定される。例えばリチウムイオン二次電池の負極集電板として用いられる場合、集電板４０の材質は、例えば銅、銅合金、ニッケル、ステンレス鋼などである。負極集電板の材質は、負極集電体２１の材質と同じでもよい。例えばリチウムイオン二次電池の正極集電板として用いられる場合、集電板４０の材質は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、チタン、ステンレス鋼などである。正極集電板の材質は、正極集電体の材質と同じでもよい。

【0068】

集電体の露出部と集電板４０は、例えばレーザ溶接により接合し得る。レーザは、例えば集電板の巻回体１００の端面との対向面の反対側（すなわち、第１主面側）から溝部４２Ａに沿って放射状に複数箇所に照射すればよい。このとき、集電板４０の第２部分４２に第１方向（巻回体の径方向）に延びる溶接痕が形成される。そして、この溶接痕の第１方向の両端のうち、第１部分側の第１端部が溶接始点（溶接を開始する点）であり、第１端部より第１部分から遠い、第２端部が溶接終点であってもよい。このように集電板４０の第２部分４２において、溶接を行うことにより、上記第２部分の内側を溶接するときより上記第２部分の外側を溶接するときのほうが、第２部分が昇温されており、第２部分４２の外側が溶接時に溶融しやすくなる。そして、径方向において、集電板４０の第２部分４２の外側と、正極および負極のうちの一方の電極との接合部の溶接の信頼性を高めることができる。集電板４０および巻回体１００の外側における溶接信頼性を高めることにより、巻回体１００から集電板４０へ集電する際の抵抗悪化を抑制することができる。径方向に延びる第２部分４２と巻回体１００とを接合する際、巻回方向において、巻回体１００の集電経路は、巻回体の内側の部分より外側の部分の方では、第２部分との接続点の間隔が長くなる。そのため、巻回体１００の外側では巻回方向における集電経路が長くなる。そして、第２部分４２の上記外側で溶接不良が発生すると、上記内側で溶接不良が発生する場合より、巻回体内の集電経路が長くなりやすく、蓄電装置２００の集電抵抗が悪化しやすい。そのため、径方向において集電板４０の第２部分４２の内側より外側の溶接信頼性を高めることで、巻回体１００から集電板４０へ集電する際の集電抵抗が悪化することを抑制することができる。

【0069】

図９は、本実施形態における集電板４０の他の例である集電板４０ｃを示す断面模式図である。

【0070】

さらに、集電板４０ｃの第２部分４２は、第１方向（径方向）において、内側にある第１領域と第１領域より外側にある第２領域とを有し、第２領域が第１領域より巻回体１００側へ位置するように曲がっていてもよい。この構成により、第２部分４２の第２領域が巻回体１００の外側と積極的に当接するようになり、巻回体１００の外側と集電板４０との溶接信頼性を高めることができる。

【0071】

（正極）
正極集電体には、シート状の金属材料が用いられる。シート状の金属材料は、金属箔、金属多孔体、エッチングメタルなどであればよい。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。正極集電体の厚みは、例えば１０μｍ～１００μｍである。

【0072】

正極活物質層は、例えば、正極活物質と導電材と結着材とを含む。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材と結着材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、遷移金属硫化物等が挙げられる。

【0073】

（負極）
負極集電体には、シート状の金属材料が用いられる。シート状の金属材料は、金属箔、金属多孔体、エッチングメタルなどであればよい。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。負極集電体の厚みは、例えば１０μｍ～１００μｍである。

【0074】

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活物質と導電材と結着材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。

【0075】

（セパレータ）
セパレータとしては、例えば、ポリオレフィンなどの樹脂製の微多孔膜、織布、不織布などを用い得る。セパレータの厚みは、例えば１０～３００μｍであり、１０～４０μｍが好ましい。

【0076】

（非水電解質）
非水電解質は、リチウムイオン伝導性を有し、リチウム塩と、リチウム塩を溶解させる非水溶媒とを含む。

【産業上の利用可能性】

【0077】

本開示に係る集電板は、これを用いて高出力の蓄電装置を実現できることから、例えば車載用途として好適である。

【符号の説明】

【0078】

１００：巻回体
１０：正極
１３：絶縁層
２０：負極
２１ｘ：負極集電体露出部
３０：セパレータ
４０、４０Ａ～４０Ｃ：集電板
４１：第１部分
４１Ｓ：突出面
４２：第２部分
４２Ａ：溝部
４２Ｓ：突出面
４３：第３部分
４３Ａ：突出部
２００：電池（蓄電装置）
２１０：ケース
２１０Ａ：凹み
２１０Ｘ：薄肉部

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】