JP4032958B2 - Storage element and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電素子およびその製造方法に関する。なお、本明細書中において「蓄電素子」とは、電池（リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等）およびキャパシタ（電気二重層キャパシタ等）の双方を包含する概念である。
【０００２】
【従来の技術】
正極シートおよび負極シートを備える電極体と電解液とを蓄電素子容器に収容した形態の蓄電素子が知られている。多くの蓄電素子は、外部回路等と接続するための外部端子を備え、その外部端子と電極体とが集電リード等の導電部材を介して電気的に接続されている。一般にこのような蓄電素子を構成する蓄電素子容器は、電極体と電解液を収容するケースと、このケースの開口部を封止する蓋体とを備える。この蓋体に外部端子が取り付けられている。
従来このような蓄電素子は、ケースの開口部を蓋体で封止する前に、外部端子と電極体との電気的接続を行っていた。その後、外部端子と電極体が組み付けられた蓋体をケースの開口部に取り付けてケースを封止していた。
【０００３】
ここで、ケースの開口部に蓋体を取り付けた後に、蓋体の外部から外部端子を組み付けて、その組付にともなって外部端子と電極体とが電気的に接続されるようにすることができれば、蓄電素子の製造工程を効率化し得る。例えば、溶接等の方法により集電バーが接続された電極体をケースに収容し、このケースに蓋体を取り付けて封止した後に、蓋体の外部から外部端子を組み付け、その組み付けられた外部端子に集電バーが連結（典型的にはネジ止め）されるようにすることができれば、蓄電素子の組立工程を無理・無駄のないものとすることができる。しかし、かかる製造方法によると、外部端子を集電バーに連結する際に、封止されたケース内において集電バーが位置ズレ（典型的には外部端子の軸周りの回転）を起こしやすい。このため、外部端子に対して連結に必要な力（ネジ止めの場合には締め付け力）を適切に加えることが困難である。
【０００４】
特開平１１−１９５５６１号公報（下記特許文献１）には、蓋体にねじ端子（外部端子）を取り付けてナット等を締めて固定する際にねじ端子の共回りを防止する技術が開示されている。この技術では、蓋体の内側面に板状等の電気絶縁体を配置し、ねじ端子と一体化された係止板をこの電気絶縁体に係止させることにより、蓋体に対してねじ端子がその軸周りに回転することを阻止している。なお、前記公報に記載の技術では、実施例その他の記載から明らかなように、ねじ端子を蓋体に取り付けた後に、このねじ端子が取り付けられた蓋体（このとき既にねじ端子と電極体とは電気的に接続されている）をケースの開口部に取り付ける製造方法を想定している。蓄電素子に関する他の先行技術文献として、下記特許文献２および３が挙げられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１９５５６１号公報
【特許文献２】
特開平１０−３２１５１号公報
【特許文献３】
特開２０００−１４９９１５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１に記載の技術では、ねじ端子と一体化された係止板を蓋体の内側面（下面）に配置された電気絶縁体と係止させることによって回り止めしている。したがって、「外部端子に接続されていない電極体をケースに収容し、次いで蓋体を固定し、最後に外部端子を蓋体に固定するときに、外部端子と電極体を接続して蓄電素子を製造する」という無理・無駄のないプロセスで蓄電素子を製造する場合、封止された容器内での電気絶縁体の位置を決めることが難しい。例えば、組付誤差や重力等により係止板と電気絶縁体の相対位置が上下にずれてしまった場合にはこの係止板を係止することができなくなる。このように、ケースを封止した後に（すなわち、蓋体内側の状態を視認できない状態で）外部端子と電極体とを電気的に接続する製造方法に対して、前記公報に記載の技術をそのまま適用するには不都合がある。
【０００７】
本発明の目的は、封止された容器の外部から電極体と外部端子との電気的接続を行うことが可能な蓄電素子を提供することである。本発明の他の目的は、ケースを封止した後に電極体と外部端子とを電気的に接続する蓄電素子製造方法を提供することである。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、封止された容器の外部から、外部端子に対して回転方向への力を適切に加えることが可能な蓄電素子を提供することである。本発明のさらに他の目的は、電極体との良好な接続性（例えば溶接性）と外部端子の強度とを高度にバランスさせることが可能な蓄電素子用電極を用いて構成された蓄電素子を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段と作用と効果】
本発明者は、集電バーの位置ズレ（典型的には回転）を抑えるにあたって、集電バーに絶縁部材を係止させておき、その絶縁部材とケースの側壁を利用することにより上記課題を解決できることを見出した。
【００１０】
本発明により提供される蓄電素子は、電極体を収容する金属製のケースを備える。そのケースの開口部は蓋体により封止されている。その電極体には集電バーが電気的に接続されている。その集電バーは、蓋体の内面に沿って延びる端子接続部を有する。その端子接続部に係合して絶縁部材が配置されている。その集電バーには、蓋体の外側から外部端子が連結されている。集電バーの端子接続部に係合している絶縁部材が金属製のケースの側壁に当接することにより、集電バーが外部端子の軸周りに回転することが阻まれている。
かかる構成の蓄電素子によると、電極体と集電バーが金属製のケース内に収容され、その金属製のケースが蓋体で封止された段階で既に集電バーの位置ズレ（回転）が阻止されているので、この金属製のケースの外側から外部端子を操作して集電バーに連結する際、外部端子に連結に必要な力を適切に加えることができる。集電バーの位置ズレの阻止は、この集電バーに係合された絶縁部材が金属製のケース側壁に当接することにより行われている。したがって、この絶縁部材が蓋体に対して上下方向にズレて配置された場合にも集電バーの位置ズレ（回転）を阻止することができる。
【００１１】
本発明の蓄電素子において、集電バーと外部端子との連結はネジ止めによることが好ましいが、これに限定されるものではなく、その他の方法（嵌合等）により集電バーと外部端子とが連結されていてもよい。
【００１２】
本発明の蓄電素子の好ましい例では、電極体を構成する電極シートに集電バーが直接（すなわち、集電リード等を介することなく）接続されている。
かかる構成では、例えば電極シートと集電バーとが集電リードを介して接続されている構成に比べて、集電バーが回転等の位置ズレを起こした場合、この集電バーと電極シート（電極体）との接続部にかかる応力が大きなものとなりやすい。集電バーと電極シートとの接続部に過大な応力がかかると、この接続部が損傷する虞がある。本発明の蓄電素子では、集電バーの回転が阻まれているので、集電バーが電極シートに直接接続された構成においても、この接続部に大きな応力がかかることを防止することができる。
【００１３】
本発明の蓄電素子に備えられる絶縁部材の好ましい形状としては、端子接続部の側端部（ケース側壁と対向する端部）の少なくとも一部を覆う爪部を有する形状が例示される。この爪部がケース側壁に当接することにより集電バーの回転が阻まれている蓄電素子が好ましい。
このような爪部を有する絶縁部材は、端子接続部に対する位置決めが容易である。したがって、製造時においてこの絶縁部材を集電バーに組み付ける際の作業性が良い。また、ケース内において絶縁部材が端子接続部に対し横方向（端子接続部の幅方向）に位置ズレすることを防止して、端子接続部とケース側壁との間に絶縁部材を確実に介在させることができる。
ケース内で集電バーが回転することを阻止するための部材が、同時に、外部端子と蓋体間の短絡を防ぐ部材であり、電極体ないし集電バーがケースないし蓋体に短絡することを防ぐ部材と兼用していることが好ましい。この場合、蓋体および／またはケースを導電体で形成することが可能となり、材料選択の自由度が増大する。
【００１４】
本発明により提供される蓄電素子製造方法では、電極体と、その電極体に電気的に接続された集電バーと、その集電バーに係合した絶縁部材を金属製のケースに収容する。次いで、その金属製のケースの開口部を蓋体により封止する。その後に蓋体の外側から蓋体を貫通する外部端子を集電バーにネジ止めする。このとき、絶縁部材が金属製のケースの側壁に当接することによって、集電バーが外部端子の軸周りに回転することが阻まれる。
かかる製造方法では、金属製のケースに対して、その上方（開口部側）から、まず集電バーが接続された電極体を収容し、次いで蓋体で封止し、最後に外部端子を組み付けるという無理・無駄のない手順により蓄電素子が製造される。したがって蓄電素子の製造効率を向上させ得る。
【００１５】
本発明の蓄電素子製造方法の好ましい例では、ケースを封止した蓋体に設けられている端子取付孔からケースの内部に電解液を注入する。その後、端子取付孔に外部端子を取り付けることによって、この端子取付孔を閉塞する。
かかる製造方法によると、外部端子の取り付けに用いられる端子取付孔を利用して電解液を注入するので、蓋体またはケースに電解液注入口を別途設ける必要がない。この端子取付孔は外部端子の取り付けにより閉塞されるので、電解液注入口を別途設けた場合とは異なり、製造工程を増加させることなく閉塞することができる。
【００１６】
集電バーの端子接続部に係止させた絶縁部材をケースの側壁に当接させることによって集電バーの回転を阻止するという本発明の技術思想は、さらに、以下に述べる形態の蓄電素子に対しても好ましく適用することができる。
【００１７】
すなわち、本発明により提供される他の一つの蓄電素子は、前記集電バーが、前記端子接続部から前記蓋体を貫通して外側に延びる引出部を有する。その引出部に、前記蓋体の外側から、前記外部端子がネジ止めにより連結されている。
かかる構成によると、ケースの開口部を蓋体で封止した後、その蓋体の外側から外部端子に対して回転方向の力を適切に加えることができる。このことは、ケースを封止した後に外部端子をネジ止めする場合に有用である。また、ケースの開口部を蓋体で封止する前に大体のネジ止めを行っておき、封止した後に外部端子をさらに強くネジ止め（増し締め）する場合にも有用である。この引出部に外部端子をネジ止め（増し締めの場合を含む）する際に外部端子に加えられる回転方向への力によって集電バーが回転することを、縁部材がケースの側壁に当接することにより阻むことができるからである。
【００１８】
他の好ましい一態様では、前記蓋体の内面であって前記引出部を貫通させる貫通孔の周囲に、前記絶縁部材の少なくとも一部を収容する凹部が形成されている。かかる凹部を設けることにより、貫通孔の周囲における蓋体の厚さが、蓋体の他の部分（例えば蓋体の中央部）に比べて小さくなる。これにより、貫通孔の長さ（シール長さ）を小さくすることができるので、この貫通孔を良好にシールすることが容易となる。
【００１９】
上述した本発明のいずれかの蓄電素子において、前記集電バーは、前記電極体を構成する電極シートに直接接続されているとともに、前記外部端子との連結部が前記電極体との接続部よりも高強度の導電性金属材料によって構成されていることが好ましい。ここで「高強度」とは、例えば、この導電性金属材料を用いて形成されたネジが破壊に至るまでの締付トルク（ネジ破壊トルク）の上限値が高いことをいう。本発明の蓄電素子では、集電バーの端子接続部に係合された絶縁部材がケースの側壁に当接することによって、外部端子に回転方向への応力が加えられた場合にも集電バーの回転が阻止されている。このことによって、電極シートと集電バーとの接続部（シート接続部）に大きな応力がかかることが防止されているので、この部分に使用する材料を選択するにあたって強度（ネジ破壊トルク等）の制約を緩めることができる。すなわち、シート接続部の構成に用いる材料を、より広い範囲から選択することができる。かかるシート接続部構成材料としては、電極シートとの溶接性に優れた材料を選択することが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
この発明は、また、下記の形態で実施することを特徴とする。
【００２１】
（形態１） 前記ケースは導電性金属材料から形成されており、前記絶縁部材は、前記集電バーの回転を阻むとともに、前記集電バーと前記ケースとの絶縁を保つ機能を有する。すなわち、この絶縁部材によって集電バーとケースとの直接接触（特に、端子接続部の側端部とケース側壁との接触）が阻まれる。
このように、集電バーの回転を阻むための絶縁部材を利用して集電バーとケースとを絶縁することにより、蓄電素子の構成を簡単にすることができる。この絶縁部材は、さらに集電端子と蓋体とを絶縁する機能をも有することが好ましい。
【００２２】
（形態２） 前記端子接続部には前記蓋体側に延びる集電円筒部が形成されており、その集電円筒部には前記絶縁部材に形成された絶縁円筒部が外挿されており、その集電円筒部およびその絶縁円筒部が前記蓋体に設けられた端子取付孔に挿入されている。
かかる構成によると、集電バー（端子接続部）と絶縁部材との位置決めが容易である。また、この絶縁部材（絶縁円筒部）によって蓋体（端子取付孔）と集電バーとを絶縁することができる。したがって、端子取付孔の内周に別途リング状等の絶縁部材を配置する必要がない。これにより蓄電素子の構成を簡単にすることができる。
【００２３】
（形態３） 前記絶縁部材は、前記端子接続部の延びる方向およびこれに直交する方向に対して対称な形状を有する。
このように対称性の高い形状の絶縁部材は、集電バーに係合させて配置する際に向きを合わせる操作が楽である。例えば、この絶縁部材を左右どちら向きにでも配置することができる。したがって、この絶縁部材を組み付ける際の作業性が良い。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例につき図面を用いて説明する。
（第一実施例）
この第一実施例は、本発明を電気二重層キャパシタに適用した一例である。
図１〜図５に示すように、電気二重層キャパシタ（例えば車両等に用いられるパワーキャパシタ）１は、アルミニウム等の導電性金属材料からなり直方体状の外形を有する蓄電素子容器２と、この容器２に収容された捲回型の電極体１０と、電極体１０の両端（図１の左右端）にそれぞれ接続された二つの集電バー４０と、これらの集電バー４０に係合して配置された二つの絶縁部材５０と、各集電バー４０に接続されているとともに容器２の外部に突出する二つの外部端子６０とを備える。なお、容器２には図示しない電解液が収容されており、電極体１０に含浸されている。
【００２５】
蓄電素子容器２は、上端に開口部を有する箱状のケース２０と、その開口部に取り付けられてケース２０を封止する蓋体３０とを備える。この蓋体３０には、二つの集電バー４０をそれぞれ貫通させる二つの端子取付孔３２が形成されている。図１および図５によく示されるように、集電バー４０と蓋体３０の内面（図１の下面）との間、集電バー４０と端子取付孔３２の内周との間、および集電バー４０とケース２０の側壁２２との間（図５参照）は、絶縁部材５０によってその直接接触が阻まれている。このことによって集電バー４０と容器２との絶縁が維持されている。
【００２６】
以下、電極体１０の構成および作製方法を説明する。
電極体１０を構成する正極シート１２の捲回前の状態を図６に示す。正極集電体１２としては長尺状アルミニウム箔を用いた。正極活物質を含有するペーストを正極集電体１２ａの両面に塗布して、正極集電体１２ａの両面に正極活物質層１２ｂを形成させた。このようにして正極シート１２を作製した。ここで、正極シート１２の一方の長辺には、いずれの面にも正極活物質層１２ｂが形成されていない活物質未塗工部１２ｃが設けられている。
【００２７】
負極シート１４の構造は正極シート１２と同様であるので、この負極シート１４についても図６を用いて説明する。図６において括弧内に記された符号は負極シート１４に対応するものである。長尺状アルミニウム箔からなる負極集電体１４ａを用意し、負極活物質を含有するペーストをその両面に塗布した。これにより、両面に負極活物質層１４ｂの形成された負極シート１４を作製した。負極シート１４の一方の長辺には、いずれの面にも負極活物質層１４ｂが形成されていない活物質未塗工部１４ｃが設けられている。
なお、正極シートおよび負極シートを構成する材料としては、本実施例で用いたアルミニウムの他、ニッケル、銅等の導電性金属を用いることができる。これらのうちアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いることが特に好ましい。また、本実施例では同じ材料からなる正極シートおよび負極シートを用いたが、これらは互いに異なる材料から形成されていてもよい。
【００２８】
セパレータとしては多孔質ポリプロピレン樹脂シートを使用した。このセパレータの平面形状は、図６に示す正極シート１２において正極活物質層１２ｂが形成されている領域とほぼ同形状である。
図７に示すように、両シート１２，１４および二枚のセパレータ１６を、セパレータ１６、正極シート１２、セパレータ１６、負極シート１４の順に重ね合わせる。このとき、正極シート１２の活物質未塗工部１２ｃと負極シート１４の活物質未塗工部１４ｃとがセパレータ１６の一方の長辺および他方の長辺からそれぞれはみ出すように両シート１２，１４を配置する。次いで、重ね合わせた両シート１２，１４およびセパレータ１６を捲回機等を用いて長辺方向に捲回する。この捲回体を径方向にプレスして、図８に示すように、横断面が長円形状の電極体１０を作製した。図１および図３に示すように、この電極体１０は容器２内に横倒しに収容されている。
【００２９】
なお、電極体１０の製造に使用する正極用または負極用の活物質としては、従来の電気二重層キャパシタに用いられる活物質（典型的には活性炭等の炭素材料）の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。このような活物質を含有するペーストを調製するにあたっては、従来公知の結着剤、溶媒、導電化剤等を適宜使用することができる。例えば、結着剤としてはメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等を、溶媒としては水やＮ−メチルピロリドン等を、導電化材としてはカーボンブラックや黒鉛等を用いることができる。これらペーストの集電体への塗布は、コンマコーター、ダイコーター等を用いて行うことができる。
【００３０】
図１に示すように、電極体１０の両端には集電バー４０が接続されている。この集電バー４０は、導電性金属からなる金属板（アルミニウム板等）を所定の形状に成形加工したものである。集電バー４０の下端は容器２の内側（電極体１０側）に曲げられてシート接続部４２を形成している。このシート接続部４２は、図３に示すように、電極体１０の端部から電極体１０内に押し込まれている。この押し込まれたシート接続部４２の対向する二つの平面部である溶接面４２ａに、図４に示すように、電極体１０の端部を構成する正極シート１２または負極シート１４が溶接固定されている。一方、集電バー４０の上端は、図１に示すように、電極体１０の端部から蓋体３０の内面に沿って電極体１０の上部に延びる端子接続部４４を形成している。この端子接続部４４は、電極体１０と反対側（図１の上側；容器２の外側）に向けて延びるとともに内周面にネジ山が設けられた集電円筒部４６を有する。この集電円筒部４６は、例えば、集電バー４０を構成する金属板に絞り加工を施すことにより形成することができる。
【００３１】
この集電バー４０の端子接続部４４に係合して、図１に示すように、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド樹脂）の射出成形により作製された絶縁部材５０が配置されている。この絶縁部材５０は、図９および図１０に示すように、平面部５１と、この平面部５１の四つの角部から図１０の下方に延びるとともに絶縁部材５０の幅方向に拡がる爪部５２と、平面部５１の中央部から爪部５２とは反対方向に延びる絶縁円筒部５４とを有する。この絶縁部材５０は、端子接続部４４の延びる方向（図９の左右方向）およびこれに直交する方向（図９の上下方向）に対して対称な形状を有している。したがって、左右（正極側および負極側）どちらの集電バー４０に対しても共通した形状の絶縁部材５０を用いることができる。また、この絶縁部材５０を集電バー４０に係合させて配置する際にその向きを合わせる操作が容易である。例えば、この絶縁部材５０を図９に示す向きおよびこの向きから１８０°回転させた向きのいずれの向きにでも配置することができる。
【００３２】
図１、図３および図５に示すように、この絶縁部材５０は、絶縁円筒部５４が集電円筒部４６に外挿され、爪部５２が端子接続部４４の両側端部に周り込む（端子接続部４４の側端部の一部を覆う）ようにして端子接続部４４上に載置されている。図５によく示されるように、端子接続部４４の両側端部とケース側壁２２との間は爪部５２によって隔てられている。この爪部５２がケース側壁２２に当接することによって、端子接続部４４の幅方向（ケース２０の厚み方向；図５の上下方向）への位置ズレや、集電円筒部４６を軸とした回転方向への位置ズレが阻まれる。また、この爪部５２が端子接続部４４とケース側壁２２との直接接触を阻止していることにより両者の絶縁が維持されている。
【００３３】
そして、図１に示すように、集電円筒部４６およびその外周を覆う絶縁円筒部５４が、蓋体３０に設けられた端子取付孔３２に挿入されている。このとき、端子取付孔３２の内周と集電円筒部４６との間は、この集電円筒部４６の外周を覆う絶縁円筒部５４によって隔てられている。また、蓋体３０の内面（下面）と端子接続部４４の上面とは絶縁部材５０の平面部５１によって隔てられている。このように、絶縁部材５０によって、蓋体３０の各部（端子取付孔３２の内周および蓋体３０の下面）と集電バー４０との絶縁、およびケース２０と集電バー４０との絶縁がなされている。
【００３４】
なお、絶縁部材５０を構成する材料としては、絶縁性を有するとともに、電解液や、蓄電素子の使用により生じる反応物等に対して耐久性の高い材料が好ましく用いられる。成形性が良いことから樹脂材料を用いることが好ましい。また、耐熱性に優れることから、上述したＰＰＳの他、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フッ素樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン樹脂）等を主体として形成された絶縁部材が好ましく用いられる。
また、図５には爪部５２とケース側壁２２との間が密着した状態が示されているが、爪部５２とケース側壁２２との間には多少の隙間が存在していてもよい。この場合にも端子接続部４４の位置ズレ（回転等）をある範囲内（いずれかの爪部５２がケース側壁２２に当接するまでの範囲内）に抑制することができる。
【００３５】
図１に示すように、集電バー４０の集電円筒部４６には外部端子６０が接続されている。この外部端子６０はアルミニウム等の導電性金属材料から形成されている。外部端子６０の頭部（容器２外に突出する部分）６２は円柱状の外形を有し、その内部には外部端子６０の上端に開口するタップ６２ａが形成されている。また、頭部６２の下端からは、外周面にネジ山が設けられた脚部６４が延びている。この脚部６４が集電円筒部４６にネジ止めされることにより、外部端子６０と集電バー４０とが連結（接続）されている。また、頭部６２の下面と蓋体３０との間には、両者を絶縁するとともに気密にシールするための環状の絶縁パッキン２４が配置されている。この絶縁パッキン２４は、例えば絶縁部材５０と同じ材料から構成することができる。
【００３６】
以上のような構成を有する電気二重層キャパシタ１は、例えば以下のようにして製造することができる。
まず、図１１に示すように、電極体１０の両端に集電バー４０を溶接したものを、ケース２０の上端に設けられた開口部からこのケース２０内に収容する。
このケース２０の開口部から、図１２に示すように、集電バー４０の端子接続部４４上に絶縁部材５０を載置する。このとき、絶縁円筒部５４に集電円筒部４６が挿入され、爪部５２が端子接続部４４の側端部を覆うことにより、集電バー４０に対する絶縁部材５０の位置決めが容易に行われる。
次いで、ケース２０の開口部に蓋体３０を取り付ける。このとき、集電円筒部４６およびその外周を覆う絶縁円筒部５４が端子取付孔３２に挿入される。そして、ケース２０の開口部と蓋体３０の周縁部とをレーザ溶接等により接合することにより、ケース２０が蓋体３０によって封止（封缶）された蓄電素子中間体３が形成される。
【００３７】
この蓄電素子構成体３には、端子取付孔３２に挿入された集電円筒部４６によって、その内外を連通させる連通路Ｐが形成されている。この連通路Ｐから蓄電素子構成体３の内部に電解液を注入する。
なお、蓋体３０またはケース２０の一部に、端子取付孔３２とは別に電解液注入口（貫通孔；図示せず）を形成しておき、この電解液注入口から蓄電素子中間体３内に電解液を注入してもよい。この場合には、後続するいずれかの工程で、外部端子６０とは別の封止部材等によって電解液注入口を閉塞することとなる。
【００３８】
その後、図１に示すように、蓋体３０の上から端子取付孔３２の周囲に絶縁パッキン２４を配置する。次いで、外部端子６０の脚部６４を集電円筒部４６にネジ止めする。このようにして、外部端子６０を集電バー４０に連結するとともに、集電円筒部４６内に形成されていた連通路Ｐ（図１２参照）を閉塞した。
以上のように、ケース２０の上方から、集電バー４０の接続された電極体１０、絶縁部材５０、蓋体３０、絶縁パッキン２４および外部端子６０を順次組み付けることにより電気二重層キャパシタ１を製造した。
【００３９】
ここで外部端子６０をネジ止めする際、図５に示すように、外部端子６０を締付方向（図５の矢印Ｔ方向）に回転させると、この外部端子６０の回転に伴って端子接続部４４が、外部端子６０（脚部６４）を軸として同方向に回転（共回り）しようとする。本実施例では、爪部５２がケース側壁２２に当接することにより端子接続部４４（集電バー４０）の共回りが阻止されている。これにより、集電円筒部４６に外部端子６０を適切な強度で締め付け固定することができる。この爪部５２は、少なくとも外部端子６０の締付方向Ｔへの端子接続部４４の回転を阻止できる位置に形成されていればよい。本実施例の構成によると、絶縁部材５０の四隅に爪部５２が設けられているので、外部端子６０の締付方向Ｔおよび反締付方向のいずれの方向に対しても、端子接続部４４の回転を阻止することができる。
【００４０】
上記実施例では、爪部５２とケース側壁２２とを当接させているので、蓋体３０の下面と絶縁部材５０との相対位置（例えば上下方向の距離）に関わらず、端子接続部４４の回転（共回り）を阻止することができる。絶縁部材５０と集電バー４０との位置合わせはケース２０の封止前（蓋体３０の取付前）に行われている。また、蓋体３０の内側と絶縁部材５０との位置合わせは行う必要がない。したがって、ケース２０の封止後においても絶縁部材５０によって端子接続部４４の共回りを確実に抑えることができる。
【００４１】
なお、上記実施例では電気二重層キャパシタおよびその製造方法につき説明したが、本発明は、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の他の種類の電池（一次電池でも二次電池でもよい）、電気二重層キャパシタ以外のキャパシタその他の蓄電素子にも適用することができる。正極および負極の活物質、集電シート、セパレータ、集電バー、外部端子および蓄電素子容器等の材質や電解液の組成等は、蓄電素子の種類に応じて適当に選択される。また、上記実施例では捲回型電極体を用いて蓄電素子を構成したが、本発明は積層型電極体を備えた蓄電素子にも適用することができる。また、集電バーと電極シートとは上記実施例のように直接接続されてもよく、電極シートに溶接された集電リード等を介して電気的に接続されてもよい。
【００４２】
（第二実施例）
この第二実施例は、本発明をリチウムイオン二次電池に適用した一例である。以下、第一実施例に係る部材と同様の機能を果たす部材については同じ符号を付し、その説明を省略する。
図１３に示すように、本実施例のリチウムイオン二次電池４は、蓄電素子容器２に電極体１０を収容して形成されている。この電極体１０を構成する正極シートとしては、正極集電体としての長尺状アルミニウム箔の両面に、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられる正極活物質（ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2等）の一種または二種以上を含む正極活物質層を有するものを用いることができる。また、電極体１０を構成する負極シートとしては、負極集電体としての長尺状銅箔の両面に、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられる負極活物質（アモルファスカーボン、グラファイトカーボン等）を含む負極活物質層を有するものを用いることができる。
【００４３】
この電極体１０の一端にはアルミニウム製の正極集電バー１４０が接続されている。この正極集電バー１４０の下端にはシート接続部４２が形成されている。このシート接続部４２は、電極体１０の一端で正極シートに接続（溶接）されている。正極集電バー１４０の上端には、電極体１０の端部から蓋体３０の内面に沿って電極体１０の上部に延びる端子接続部４４と、この端子接続部４４の中央部から蓋体３０の端子取付孔３２を貫通して容器２の外側に延びる引出部４８が形成されている。図１４に示されるように、引出部４８の外周にはネジ山が設けられている。図１３に示すように、このネジ山に、樹脂製の絶縁パッキン２４および図示しないワッシャを介してナット６８をネジ止めすることにより、端子取付孔３２を気密にシールすることができる。なお、図１４は正極集電バー１４０の構造を簡略化して示したものであって、この図ではシート接続部４２を平面状に表している。
【００４４】
また、電極体１０の他端には、材質が異なる点以外は正極集電バー１４０と同様に形成された銅製の負極集電バー２４０が接続されている。この負極集電バー２４０の下端にはシート接続部４２が形成されており、電極体１０の他端で負極シートに接続（溶接）されている。負極集電バー２４０の上端には端子接続部４４および引出部４８が形成されている。この引出部４８の外周にナット６８がネジ止めされている。
【００４５】
正極集電バー１４０の端子接続部４４に係合して、図１３に示すように、ＰＰＳ製の絶縁部材５０が配置されている。この絶縁部材５０は、図１５に示すように、略四角形板状の平面部５１と、この平面部５１の対向する二辺に沿って電極体側に設けられた二つの爪部５３とを有する。また、平面部５１の中央部には貫通孔５４が設けられている。この絶縁部材５０は、図１３に示すように、貫通孔５４に引出部４８を挿通するとともに、二つの爪部５３の間に端子接続部４４の前後端（端子接続部４４の延びる方向における両端）４４ａ，４４ｂが嵌まるようにして（図１６参照）、端子接続部４４上に配置されている。一方、図１３および図１６に示すように、蓋体３０の内面には、端子取付孔３２を含む範囲に凹部３４が設けられている。この凹部３４に絶縁部材５０の平面部５１が嵌まっている。図１６によく示されるように、凹部３４は蓋体３０の幅方向（図１６の上下方向）に貫通して設けられている。また、絶縁部材５０の幅は蓋体３０の幅とほぼ同等であって、端子接続部４４の幅よりも明らかに広い。この絶縁部材５０によって、端子接続部４４と蓋体３０との直接接触および端子接続部４４とケース２０との直接接触が阻止されている。本実施例で用いた絶縁部材５０の形状は、端子接続部４４の延びる方向およびこれに直交する方向に対して対称である。
また、負極集電バー２４０の端子接続部４４上にも、正極集電バー１４０側と同様に絶縁部材５０が配置されている。
【００４６】
なお、絶縁部材５０の形状は必ずしも二方向対称である必要はない。また、爪部５３を設ける位置は、平面部５１の対向する二辺に限られるものではない。例えば、平面部５１の四辺全てに爪部５３を設けてもよい。かかる形状の絶縁部材５０を用いると、端子接続部４４の全周が爪部５３で囲まれることとなる。このことによって、正負の集電バー１４０，２４０（端子接続部４４）とケース２０との絶縁性をさらに高めることができる。また、集電バー１４０，２４０の回り止めの強度をより高めることができる。
【００４７】
このような構成の二次電池４は、例えば以下のようにして製造することができる。すなわち、図１３に示すように、正極集電バー１４０のシート接続部４２および負極集電バー２４０のシート接続部４２を電極体１０の両端に溶接する。これら正負の集電バー１４０，２４０の引出部４８を蓋体３０の内側から端子取付孔３２に貫通させて、蓋体３０の外側で引出部４８にナット６８をネジ止めする。このとき、蓋体３０の内面と端子接続部４４との間に絶縁部材５０を配置するとともに、蓋体３０の外面とナット６８との間に絶縁パッキン２４および図示しないワッシャを配置する。
【００４８】
絶縁パッキン２４の下面には環状凸部２４ａが設けられている。この環状凸部２４ａは、端子取付孔３２に挿入されて、引出部４８と端子取付孔３２との間を隔てている。また、絶縁部材５０の上面には、貫通孔５４の周囲にシールリング５６が配置されている。ナット６８を締め付けると、環状凸部２４ａの下端がシールリング５６に押付けられて、これらの間が気密にシールされる。ここで、前述のように、端子取付孔３２を含む部分の蓋体３０の内面には凹部３４が形成されている。このため、凹部３４内では蓋体３０の厚みが他の部分（例えば蓋体３０の長手方向の中央部）よりも小さくなっている。したがって、凹部３４が形成されていない場合に比べて端子取付孔３２の長さ（シール長さ）が小さくなるので、絶縁パッキン２４の環状凸部２４ａの高さを小さくすることができる。これにより、環状凸部２４ａのクリープ変形量が抑制されて、良好なシール性能を発揮することができる。また、この凹部３４は、蓋体３０と絶縁部材５０との位置合わせにも利用することができる。
【００４９】
引出部４８にナット６８をネジ止めする際、端子接続部４４（集電バー１４０，２４０）は、ナット６８の締め付け方向に回転（共回り）しようとする。このとき、端子接続部４４の前後端４４ａ，４４ｂが絶縁部材５０の爪部５３に当接するとともに、この絶縁部材５０の前後端が蓋体３０の凹部３４の内壁に当接することにより、端子接続部４４の共回りを抑えることができる。さらに、蓋体３０の幅方向の両側から適当な治具等を用いて絶縁部材５０の両側端（図１６の上下側）を抑えつつ、ナット６８を締め付けることが好ましい。これにより、端子接続部４４の共回りをより確実に阻止することができる。
【００５０】
このようにして電極体１０と集電バー１４０，２４０とナット６８とが組み付けられた蓋体３０を、電極体１０がケース２０内に収容されるようにして、ケース２０の開口部に取り付ける。このとき、蓋体３０のうち凹部３４以外の部分（例えば長手方向の中央部）はある程度の厚みをもっているので、蓋体３０をケース２０の開口部に配置する操作が容易である。すなわち、この蓋体３０の厚みを、蓋体３０とケース２０とを組み合わせる際のガイドとして利用することができる。そして、ケース２０の開口部と蓋体３０の周縁部とをレーザ溶接等により接合し、ケース２０を蓋体３０で封止する。
【００５１】
その後、端子取付孔３２のシール性をより高める等の目的で、必要に応じてナット６８をさらに強くネジ止め（増し締め）してもよい。このとき、端子接続部４４の前後端が絶縁部材５０の爪部５３に当接するとともに、この絶縁部材５０の側面がケース２０の側壁２２に当接することによって、端子接続部４４の共回りを阻止することができる（図１６参照）。したがって、ナット６８を適切な強度で締め付けることができる。また、蓋体３０の内面に設けられた凹部３４に絶縁部材５０の平面部５１が当接することによって、端子接続部４４の共回りを抑える効果がより高められる。
【００５２】
（第三実施例）
この第三実施例は、本発明をリチウムイオン二次電池に適用した他の例であって、第二実施例とは集電バーの構成および組成が異なる。
すなわち、本実施例の二次電池を構成する正極集電バー３４０は、図１７に示すように、シート接続部４２を含む内側部材３４２と、引出部４８を含む外側部材３４４とを接合して形成されている。外側部材３４４は、その引出部４８の下端に、面的に拡がる外側端子接続部４４ｄを有する。また、内側部材３４２の上端には、この外側端子接続部４４ｄとほぼ同じ平面形状の内側端子接続部４４ｃが形成されている。そして、図１８に示すように、外側端子接続部４４ｄと内側端子接続部４４ｃとを面的に接合することにより、内側部材３４２と外側部材３４４とが一体化された正極集電バー３４０が形成されている。内側端子接続部４４ｃと外側端子接続部４４ｄとを接合する方法としては、アーク溶接等の溶接による方法や、かしめ等の機械的な方法等を適宜採用することができる。なお、図１７および図１８は正極集電バー３４０の構造を簡略化して示したものであって、これらの図ではシート接続部４２を平面状に表している。
【００５３】
ここで、内側部材３４２と外側部材３４４とは互いに異なる導電性金属材料により構成されている。外側部材３４４の構成材料としては、内側部材３４２の構成材料よりも高強度の（よりネジ破壊トルクの高い）金属材料を選択する。また、内側部材３４２の構成材料としては、外側部材３４４よりも正極シートとの溶接性に優れた金属材料を選択する。正極集電バー３４０の各部に用いる金属材料の組み合わせとしては、外側部材３４４の構成材料としてのＡ６０００系（ＪＩＳ呼称による。以下同じ。）アルミニウム材料と、内側部材３４２の構成材料としてのＡ１０００系アルミニウム材料との組み合わせが例示される。このような構成の正極集電バー３４０は、一般的な正極シートに用いられる正極集電体（Ａ１０００系アルミニウム材料が用いられることが多い）と同様の材質によって内側部材３４２が形成されていることから、この内側部材３４２と正極シート（正極集電体）との溶接性が良好である。
【００５４】
また、本実施例の負極集電バーも、上述した正極集電バーと同様に、互いに異なる金属材料からなる内側部材と外側部材を接合して形成されている。この負極集電バーにおいても、外側部材には内側部材よりも高強度の金属材料を用いるとともに、内側部材には外側部材よりも負極シートとの溶接性に優れた金属材料を用いることが好ましい。負極集電バーの各部に用いる金属材料の組み合わせとしては、外側部材の構成材料としての銅（Ｃｕ）−クロム（Ｃｒ）合金や銅（Ｃｕ）−ジルコニウム（Ｚｒ）合金等と、内側部材の構成材料としてのＣ１０００系銅材料との組み合わせが例示される。このような構成の負極集電バーは、一般的な負極シートに用いられる負極集電体（Ｃ１０００系銅材料が用いられることが多い）と同様の材質によって内側部材が形成されていることから、この内側部材と負極シート（負極集電体）との溶接性が良好である。その他の部分の構成は第二実施例とほぼ同様である。
【００５５】
本実施例の二次電池に備えられる正負の集電バーでは、ナットがネジ止めされる部分（引出部）を含む外側部材には、ネジ破壊トルクの高さを重視して選択した材料を用いている。したがって、集電バーの引出部にナットを適切な強度で締め付けることができる。一方、電極シートに溶接される部分（シート接続部）を含む内側部材には、この電極シートとの溶接性を重視して選択した材料を用いている。したがって、集電バーのシート接続部に電極シートを容易にかつ良好に溶接することができる。
一般に、単一の金属材料によって高いネジ破壊トルクと優れた電極シート溶接性とを両立させるのは困難であるところ、本実施例では集電バーの各部にその機能に応じて適切な金属材料を用いているので、ネジ破壊トルクと電極シートとの溶接性とを高いレベルで両立させることができる。
【００５６】
下記表１には、正極集電バーの外側部材および内側部材の構成材料と、その引出部のネジ破壊トルクの評価結果と、シート接続部と正極シート（Ａ１０００系のアルミニウムシート）との溶接性の評価結果とをまとめて示す。正極集電バーの全体（外側部材および内側部材の双方）を単一のアルミニウム系金属材料（Ａ５０５２）で構成した実験例１に比べて、外側部材には高強度のアルミニウム材料（Ａ６０６１）を用い、内側部材には溶接性に優れたアルミニウム材料（Ａ１１００）を用いた実験例２では、ネジ破壊トルクおよび正極シートとの溶接性のいずれもをさらに向上させることができた。
【００５７】
【表１】
なお、外側部材には熱処理により強度が向上する材料（時効硬化性材料）を用いるとともに、内側部材には熱処理により強度が向上せず焼き鈍しされる材料（非時効硬化性材料）を用い、外側部材と内側部材を接合した後に一体として熱処理を行うことにより、外側部材を時効硬化させて強度を向上させる一方、内側部材を焼き鈍しして溶接性を向上させることができる。この熱処理は、例えば、溶体化処理、水冷およびその後の時効処理を含む方法で行うことができる。溶体化処理を行う温度としては５１５〜５５０℃の範囲が推奨される。時効処理を行う温度としては１７０〜１８０℃の範囲が推奨される。部材の大きさや処理後の目標性能（硬さおよび／または溶接性）にもよるが、例えば、５２５℃で４時間の溶体化処理を行った後に水冷し、その後、１７５℃で８時間の時効硬化処理を行うという熱処理条件を採用することができる。
【００５９】
また、本実施例では上述のように集電バーの位置ズレ（特に回転）が阻止されている。このことは、内側部材の構成材料として外側部材に比べて低強度の材料を選択しても、集電バーの位置ズレに起因して内側部材またはこの内側部材と電極シートとの接続部に強い歪がかかることが防止されるという点で有利である。
【００６０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例に係る電気二重層キャパシタを示す断面図であって、図２のＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】 図１のII方向矢視図である。
【図３】 図１の III−III 線断面図である。
【図４】 図１のIV−IV線断面図である。
【図５】 図１のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】 電極体を構成する正極シートを示す平面図である。
【図７】 捲回前の電極体を示す平面図である。
【図８】 電極体を示す斜視図である。
【図９】 絶縁部材を示す平面図である。
【図１０】 図９のＸ方向矢視図である。
【図１１】 第一実施例に係る電気二重層キャパシタの製造工程において、集電バーの接続された電極体をケースに収容した状態を示す断面図である。
【図１２】 第一実施例に係る電気二重層キャパシタの製造工程において、ケースを封止して蓄電素子中間体を構成した状態を示す断面図である。
【図１３】 第二実施例に係るリチウムイオン二次電池を示す断面図である。
【図１４】 第二実施例に係る二次電池の正極集電バーを模式的に示す斜視図である。
【図１５】 第二実施例に係る二次電池の絶縁部材を示す斜視図である。
【図１６】 図１３のXVI-XVI線断面図である。
【図１７】 第三実施例の正極集電バーを模式的に示す分解斜視図である。
【図１８】 第三実施例の正極集電バーを模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
１：電気二重層キャパシタ（蓄電素子）
２：蓄電素子容器
３：蓄電素子中間体
４：リチウムイオン二次電池（蓄電素子）
１０：電極体
２０：ケース
２２：側壁
２４：絶縁パッキン
２４ａ：環状凸部
３０：蓋体
３２：端子取付孔（貫通孔）
３４：凹部
４０：集電バー
４２：シート接続部
４４：端子接続部
４８：引出部
５０：絶縁部材
５２，５３：爪部
６０：外部端子
６８：ナット（外部端子）
１４０：正極集電バー（集電バー）
２４０：負極集電バー（集電バー）
３４０：正極集電バー（集電バー）
３４２：内側部材
３４４：外側部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power storage device and a method for manufacturing the same. In this specification, the “storage element” is a concept including both a battery (such as a lithium ion battery and a nickel metal hydride battery) and a capacitor (such as an electric double layer capacitor).
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A power storage element in which an electrode body including a positive electrode sheet and a negative electrode sheet and an electrolytic solution are housed in a power storage element container is known. Many power storage elements include an external terminal for connection to an external circuit or the like, and the external terminal and the electrode body are electrically connected via a conductive member such as a current collecting lead. In general, a power storage device container constituting such a power storage device includes a case for accommodating an electrode body and an electrolyte, and a lid for sealing an opening of the case. External terminals are attached to the lid.
Conventionally, in such a power storage element, an external terminal and an electrode body are electrically connected before the opening of the case is sealed with a lid. After that, the case was sealed by attaching a lid on which the external terminal and the electrode body were assembled to the opening of the case.
[0003]
Here, after attaching the lid to the opening of the case, the external terminal is assembled from the outside of the lid so that the external terminal and the electrode body are electrically connected with the assembly. If possible, the manufacturing process of the power storage element can be made more efficient. For example, an electrode body to which a current collecting bar is connected by a method such as welding is accommodated in a case, and a lid is attached to the case and sealed, and then external terminals are assembled from the outside of the lid, and the assembled external If the current collector bar can be connected (typically screwed) to the terminal, the assembly process of the power storage element can be made unreasonable and wasteful. However, according to such a manufacturing method, when the external terminal is connected to the current collecting bar, the current collecting bar is likely to be displaced (typically rotation around the axis of the external terminal) in the sealed case. For this reason, it is difficult to appropriately apply a force necessary for connection to the external terminal (a tightening force in the case of screwing).
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-195561 (Patent Document 1 below) discloses a technique for preventing the screw terminals from rotating together when a screw terminal (external terminal) is attached to the lid and a nut is fastened and fixed. Yes. In this technique, a plate-shaped electrical insulator is disposed on the inner side surface of the lid, and a latch plate integrated with the screw terminal is latched to the electrical insulator, thereby screw terminals to the lid. Prevents it from rotating about its axis. In addition, in the technique described in the above publication, as is clear from the description of the examples and others, after the screw terminal is attached to the lid body, the lid body to which the screw terminal is attached (the screw terminal, the electrode body, and the Is assumed to be a manufacturing method of attaching to the opening of the case. The following
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-11-195561
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-32151
[Patent Document 3]
JP 2000-149915 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the technique described in Patent Literature 1, the locking plate integrated with the screw terminal is locked with the electrical insulator disposed on the inner side surface (lower surface) of the lid, thereby preventing rotation. Therefore, “when the electrode body not connected to the external terminal is accommodated in the case, and then the lid body is fixed, and finally the external terminal is fixed to the lid body, the external terminal and the electrode body are connected to connect the storage element. When manufacturing an electricity storage element by a process that is “reasonable” and without waste, it is difficult to determine the position of the electrical insulator in the sealed container. For example, when the relative position of the locking plate and the electrical insulator is shifted up and down due to assembly error or gravity, the locking plate cannot be locked. As described above, the technique described in the above publication is used as it is for the manufacturing method in which the external terminal and the electrode body are electrically connected after the case is sealed (that is, in a state where the state inside the lid cannot be visually recognized). Inconvenient to apply.
[0007]
The objective of this invention is providing the electrical storage element which can perform an electrical connection with an electrode body and an external terminal from the exterior of the sealed container. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a storage element in which an electrode body and an external terminal are electrically connected after sealing a case.
[0008]
Another object of the present invention is to provide a power storage device capable of appropriately applying a force in the rotational direction to the external terminal from the outside of the sealed container. Still another object of the present invention is to provide a power storage device configured using a power storage device electrode capable of highly balancing good connectivity (for example, weldability) with an electrode body and the strength of an external terminal. Is to provide.
[0009]
[Means, actions and effects for solving problems]
In order to suppress the positional deviation (typically rotation) of the current collector bar, the inventor holds the insulating member on the current collector bar, and uses the insulating member and the side wall of the case to solve the above problem. I found that it can be solved.
[0010]
The electricity storage device provided by the present invention accommodates an electrode body. Metal Provide a case. The opening of the case is sealed with a lid. A current collecting bar is electrically connected to the electrode body. The current collecting bar has a terminal connection portion extending along the inner surface of the lid. An insulating member is disposed in engagement with the terminal connection portion. An external terminal is connected to the current collecting bar from the outside of the lid. The insulating member engaged with the terminal connection of the current collector bar Metal By contacting the side wall of the case, the current collecting bar is prevented from rotating around the axis of the external terminal.
According to the electricity storage device having such a configuration, the electrode body and the current collecting bar are Metal Contained in a case, Metal Since the position shift (rotation) of the current collector bar has already been prevented at the stage where the case is sealed with the lid, this Metal When the external terminal is operated from the outside of the case and connected to the current collector bar, a force necessary for connection can be appropriately applied to the external terminal. The prevention of the displacement of the current collector bar is achieved by the insulation member engaged with the current collector bar. Metal This is done by contacting the case side wall. Therefore, even when this insulating member is disposed so as to be displaced in the vertical direction with respect to the lid, it is possible to prevent the displacement (rotation) of the current collecting bar.
[0011]
In the electricity storage device of the present invention, the connection between the current collector bar and the external terminal is preferably by screwing, but is not limited thereto, and the current collector bar and the external terminal can be connected by other methods (such as fitting). May be connected.
[0012]
In a preferred example of the electricity storage device of the present invention, the current collector bar is directly connected to the electrode sheet constituting the electrode body (that is, not via the current collector lead).
In such a configuration, for example, when the current collector bar is displaced, such as rotation, as compared with the configuration in which the electrode sheet and the current collector bar are connected via the current collector lead, the current collector bar and the electrode sheet ( The stress applied to the connecting portion with the electrode body is likely to be large. If an excessive stress is applied to the connection portion between the current collector bar and the electrode sheet, the connection portion may be damaged. In the electricity storage device of the present invention, since the rotation of the current collecting bar is prevented, it is possible to prevent a large stress from being applied to the connecting portion even in the configuration in which the current collecting bar is directly connected to the electrode sheet.
[0013]
As a preferable shape of the insulating member provided in the electricity storage device of the present invention, a shape having a claw portion covering at least a part of the side end portion (end portion facing the case side wall) of the terminal connection portion is exemplified. A power storage element in which the rotation of the current collecting bar is prevented by the claw portion coming into contact with the case side wall is preferable.
The insulating member having such a claw portion can be easily positioned with respect to the terminal connection portion. Therefore, workability at the time of assembling this insulating member to the current collecting bar at the time of manufacture is good. Further, the insulating member is prevented from being displaced laterally (in the width direction of the terminal connecting portion) with respect to the terminal connecting portion in the case, and the insulating member is reliably interposed between the terminal connecting portion and the case side wall. be able to.
The member for preventing the current collector bar from rotating in the case is a member for simultaneously preventing a short circuit between the external terminal and the lid, and the electrode body or the current collector bar is short-circuited to the case or the lid. It is preferable to use also as the member to prevent. In this case, the lid and / or case can be formed of a conductor, and the degree of freedom in material selection increases.
[0014]
In the storage element manufacturing method provided by the present invention, an electrode body, a current collector bar electrically connected to the electrode body, and an insulating member engaged with the current collector bar are provided. Metal House in a case. Then that Metal The opening of the case is sealed with a lid. Thereafter, an external terminal penetrating the lid from the outside of the lid is screwed to the current collector bar. At this time, the insulating member Metal By contacting the side wall of the case, the current collecting bar is prevented from rotating around the axis of the external terminal.
In such a manufacturing method, Metal From the upper side (opening side) of the case, first, accommodate the electrode body to which the current collector bar is connected, then seal it with the lid, and finally assemble the external terminal. A power storage element is manufactured. Therefore, the manufacturing efficiency of the electricity storage device can be improved.
[0015]
In a preferred example of the method for manufacturing an electricity storage device of the present invention, an electrolytic solution is injected into the case from a terminal mounting hole provided in a lid that seals the case. Thereafter, the terminal attachment hole is closed by attaching an external terminal to the terminal attachment hole.
According to such a manufacturing method, since the electrolytic solution is injected using the terminal mounting hole used for mounting the external terminal, it is not necessary to separately provide an electrolytic solution injection port in the lid or the case. Since this terminal attachment hole is closed by attaching an external terminal, it can be closed without increasing the number of manufacturing steps, unlike the case where an electrolyte injection port is separately provided.
[0016]
The technical idea of the present invention of preventing the rotation of the current collecting bar by bringing the insulating member locked to the terminal connection portion of the current collecting bar into contact with the side wall of the case is further applied to the electricity storage device of the form described below. The present invention can also be preferably applied.
[0017]
That is, in another electrical storage element provided by the present invention, the current collector bar has a lead-out portion that extends outward from the terminal connection portion through the lid. The external terminal is connected to the lead-out portion from the outside of the lid by screwing.
According to this configuration, after sealing the opening of the case with the lid, a force in the rotational direction can be appropriately applied to the external terminal from the outside of the lid. This is useful when the external terminal is screwed after the case is sealed. Further, it is useful also in the case where the screw is roughly screwed before the case opening is sealed with the lid, and the external terminal is screwed (tightened) more strongly after sealing. The edge member abuts against the side wall of the case that the current collector bar is rotated by the force in the rotation direction applied to the external terminal when the external terminal is screwed (including the case of retightening) to the lead portion. It is because it can be blocked by.
[0018]
In another preferred embodiment, a recess for accommodating at least a part of the insulating member is formed on the inner surface of the lid body and around a through hole that penetrates the lead-out portion. By providing such a recess, the thickness of the lid around the through-hole becomes smaller than other parts of the lid (for example, the central part of the lid). Thereby, since the length (seal length) of a through-hole can be made small, it becomes easy to seal this through-hole favorably.
[0019]
In any one of the power storage elements of the present invention described above, the current collector bar is directly connected to an electrode sheet constituting the electrode body, and a connection portion with the external terminal is connected to a connection portion with the electrode body. Is preferably made of a high-strength conductive metal material. Here, “high strength” means, for example, that the upper limit value of the tightening torque (screw breaking torque) until a screw formed using this conductive metal material is broken is high. In the electricity storage device of the present invention, the insulating member engaged with the terminal connection portion of the current collector bar comes into contact with the side wall of the case, so that even when stress in the rotation direction is applied to the external terminal, Rotation is blocked. This prevents a large stress from being applied to the connection portion (sheet connection portion) between the electrode sheet and the current collector bar, so the strength (screw breaking torque, etc.) of the material used for this portion can be selected. Restrictions can be relaxed. That is, the material used for the structure of the sheet connecting portion can be selected from a wider range. As such a sheet connection part constituting material, it is preferable to select a material excellent in weldability with the electrode sheet.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention is also characterized by being implemented in the following forms.
[0021]
(Mode 1) The case is formed of a conductive metal material, and the insulating member has a function of preventing rotation of the current collecting bar and maintaining insulation between the current collecting bar and the case. That is, the insulating member prevents direct contact between the current collector bar and the case (particularly, contact between the side end portion of the terminal connection portion and the case side wall).
As described above, the configuration of the power storage element can be simplified by insulating the current collecting bar and the case by using the insulating member for preventing the rotation of the current collecting bar. This insulating member preferably further has a function of insulating the current collecting terminal and the lid.
[0022]
(Mode 2) A current collecting cylindrical portion extending toward the lid is formed in the terminal connection portion, and an insulating cylindrical portion formed in the insulating member is extrapolated to the current collecting cylindrical portion, The current collecting cylindrical portion and its insulating cylindrical portion are inserted into terminal mounting holes provided in the lid.
According to this configuration, the current collector bar (terminal connection portion) and the insulating member can be easily positioned. Further, the lid (terminal mounting hole) and the current collecting bar can be insulated by the insulating member (insulating cylindrical portion). Therefore, it is not necessary to separately arrange an insulating member such as a ring shape on the inner periphery of the terminal mounting hole. Thereby, the structure of an electrical storage element can be simplified.
[0023]
(Form 3) The said insulation member has a symmetrical shape with respect to the direction where the said terminal connection part is extended, and the direction orthogonal to this.
The insulating member having such a highly symmetric shape is easy to adjust the orientation when the insulating member is arranged to be engaged with the current collecting bar. For example, the insulating member can be arranged in either the left or right direction. Therefore, workability when assembling the insulating member is good.
[0024]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First Example)
The first embodiment is an example in which the present invention is applied to an electric double layer capacitor.
As shown in FIGS. 1 to 5, an electric double layer capacitor (for example, a power capacitor used in a vehicle or the like) 1 includes a
[0025]
The
[0026]
Hereinafter, the configuration and manufacturing method of the
A state before winding of the
[0027]
Since the structure of the
In addition, as a material which comprises a positive electrode sheet and a negative electrode sheet, electroconductive metals, such as nickel and copper other than the aluminum used in the present Example, can be used. Of these, it is particularly preferable to use aluminum or an aluminum alloy. Moreover, although the positive electrode sheet and negative electrode sheet which consist of the same material were used in the present Example, these may be formed from a mutually different material.
[0028]
A porous polypropylene resin sheet was used as the separator. The planar shape of this separator is substantially the same shape as the region where the positive electrode
As shown in FIG. 7, the
[0029]
In addition, as an active material for positive electrodes or negative electrodes used for manufacturing the
[0030]
As shown in FIG. 1, current collector bars 40 are connected to both ends of the
[0031]
As shown in FIG. 1, an insulating
[0032]
As shown in FIGS. 1, 3, and 5, the insulating
[0033]
As shown in FIG. 1, the current collecting
[0034]
In addition, as a material which comprises the insulating
5 shows a state in which the
[0035]
As shown in FIG. 1, an
[0036]
The electric double layer capacitor 1 having the above configuration can be manufactured, for example, as follows.
First, as shown in FIG. 11, the
As shown in FIG. 12, the insulating
Next, the
[0037]
In the electricity storage device constituting body 3, a communication path P is formed to connect the inside and the outside by a current collecting
In addition, an electrolyte injection port (through hole; not shown) is formed in the
[0038]
After that, as shown in FIG. 1, the insulating packing 24 is disposed around the
As described above, the electric double layer capacitor 1 is manufactured by sequentially assembling the
[0039]
Here, when the
[0040]
In the above embodiment, since the
[0041]
Although the electric double layer capacitor and the manufacturing method thereof have been described in the above embodiments, the present invention is not limited to other types of batteries such as lithium ion secondary batteries, nickel hydrogen batteries, nickel cadmium batteries (primary batteries or secondary batteries). However, it can also be applied to capacitors other than electric double layer capacitors and other power storage elements. The materials of the positive and negative electrode active materials, current collector sheets, separators, current collector bars, external terminals, power storage element containers, and the like, the composition of the electrolyte, and the like are appropriately selected according to the type of power storage element. Moreover, although the electrical storage element was comprised using the wound electrode body in the said Example, this invention is applicable also to the electrical storage element provided with the laminated electrode body. Further, the current collecting bar and the electrode sheet may be directly connected as in the above embodiment, or may be electrically connected via a current collecting lead or the like welded to the electrode sheet.
[0042]
(Second embodiment)
The second embodiment is an example in which the present invention is applied to a lithium ion secondary battery. Hereinafter, members having the same functions as those according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
As shown in FIG. 13, the lithium ion secondary battery 4 of the present embodiment is formed by housing the
[0043]
An aluminum positive electrode current collecting
[0044]
The other end of the
[0045]
As shown in FIG. 13, an insulating
Also, the insulating
[0046]
In addition, the shape of the insulating
[0047]
The secondary battery 4 having such a configuration can be manufactured, for example, as follows. That is, as shown in FIG. 13, the
[0048]
An annular
[0049]
When the
[0050]
The
[0051]
Thereafter, the
[0052]
(Third embodiment)
This third embodiment is another example in which the present invention is applied to a lithium ion secondary battery, and is different from the second embodiment in the configuration and composition of the current collector bar.
That is, as shown in FIG. 17, the positive electrode
[0053]
Here, the
[0054]
Also, the negative electrode current collector bar of this example is formed by joining an inner member and an outer member made of different metal materials, like the positive electrode current collector bar described above. Also in this negative electrode current collector bar, it is preferable to use a metal material having higher strength than the inner member for the outer member, and use a metal material having better weldability with the negative electrode sheet than the outer member for the inner member. As a combination of metal materials used for each part of the negative electrode current collector bar, a configuration of the inner member, such as a copper (Cu) -chromium (Cr) alloy or a copper (Cu) -zirconium (Zr) alloy as a constituent material of the outer member The combination with the C1000 type | system | group copper material as a material is illustrated. Since the negative electrode current collector bar having such a structure is formed of an inner member made of the same material as a negative electrode current collector used in a general negative electrode sheet (often a C1000-based copper material is used), The weldability between the inner member and the negative electrode sheet (negative electrode current collector) is good. The configuration of the other parts is almost the same as in the second embodiment.
[0055]
In the positive and negative current collecting bars provided in the secondary battery of the present embodiment, a material selected with an emphasis on the height of screw breaking torque is used for the outer member including the portion (drawer portion) to which the nut is screwed. ing. Therefore, it is possible to tighten the nut with an appropriate strength to the drawer portion of the current collecting bar. On the other hand, for the inner member including a portion (sheet connecting portion) welded to the electrode sheet, a material selected with emphasis on weldability with the electrode sheet is used. Therefore, the electrode sheet can be easily and satisfactorily welded to the sheet connecting portion of the current collector bar.
In general, it is difficult to achieve both high screw breaking torque and excellent electrode sheet weldability with a single metal material, but in this embodiment, an appropriate metal material is applied to each part of the current collector bar according to its function. Since it is used, both screw breaking torque and weldability with the electrode sheet can be achieved at a high level.
[0056]
Table 1 below shows the constituent materials of the outer and inner members of the positive current collector bar, the evaluation results of the screw breaking torque of the lead-out portion, and the weldability between the sheet connecting portion and the positive electrode sheet (A1000 series aluminum sheet). The evaluation results are summarized. Compared to Experimental Example 1 in which the entire positive electrode current collecting bar (both the outer member and the inner member) is made of a single aluminum-based metal material (A5052), a high-strength aluminum material (A6061) is used for the outer member. In Experimental Example 2 in which an aluminum material (A1100) having excellent weldability was used for the inner member, both screw breaking torque and weldability with the positive electrode sheet could be further improved.
[0057]
[Table 1]
The outer member is made of a material (age curable material) whose strength is improved by heat treatment, and the inner member is made of a material (non-age curable material) which is annealed without increasing its strength by heat treatment. By performing heat treatment as a unit after joining the inner member and the inner member, the outer member can be age-hardened to improve the strength, and the inner member can be annealed to improve the weldability. This heat treatment can be performed, for example, by a method including solution treatment, water cooling, and subsequent aging treatment. A temperature range of 515 to 550 ° C. is recommended as the solution treatment temperature. A temperature range of 170 to 180 ° C. is recommended as the temperature for performing the aging treatment. Depending on the size of the member and the target performance after processing (hardness and / or weldability), for example, after solution treatment at 525 ° C. for 4 hours, water cooling, and then aging at 175 ° C. for 8 hours A heat treatment condition of performing a curing process can be employed.
[0059]
Further, in this embodiment, as described above, the position shift (particularly rotation) of the current collecting bar is prevented. This means that even if a material having a lower strength than that of the outer member is selected as the constituent material of the inner member, the inner member or the connection portion between the inner member and the electrode sheet is strong due to the displacement of the current collector bar. This is advantageous in that distortion is prevented.
[0060]
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an electric double layer capacitor according to an embodiment, and is a cross-sectional view taken along the line II of FIG.
FIG. 2 is a view taken in the direction of the arrow II in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG.
FIG. 6 is a plan view showing a positive electrode sheet constituting an electrode body.
FIG. 7 is a plan view showing an electrode body before winding.
FIG. 8 is a perspective view showing an electrode body.
FIG. 9 is a plan view showing an insulating member.
10 is a view taken in the direction of the arrow X in FIG. 9;
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state where an electrode body to which a current collector bar is connected is housed in a case in the manufacturing process of the electric double layer capacitor according to the first embodiment.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a state where a case is sealed to constitute an energy storage element intermediate body in the manufacturing process of the electric double layer capacitor according to the first embodiment.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a lithium ion secondary battery according to a second embodiment.
FIG. 14 is a perspective view schematically showing a positive electrode current collecting bar of a secondary battery according to a second embodiment.
FIG. 15 is a perspective view showing an insulating member of a secondary battery according to a second embodiment.
16 is a cross-sectional view taken along line XVI-XVI in FIG.
FIG. 17 is an exploded perspective view schematically showing a positive electrode current collecting bar according to a third embodiment.
FIG. 18 is a perspective view schematically showing a positive electrode current collecting bar according to a third embodiment.
[Explanation of symbols]
1: Electric double layer capacitor (storage element)
2: Storage element container
3: Storage element intermediate
4: Lithium ion secondary battery (storage element)
10: Electrode body
20: Case
22: Side wall
24: Insulation packing
24a: annular convex part
30: Lid
32: Terminal mounting hole (through hole)
34: Recess
40: Current collector bar
42: Seat connection part
44: Terminal connection
48: Drawer
50: Insulating member
52, 53: Claw
60: External terminal
68: Nut (external terminal)
140: Positive electrode current collector bar (current collector bar)
240: Negative electrode current collector bar (current collector bar)
340: Positive electrode current collector bar (current collector bar)
342: inner member
344: Outer member
Claims (10)
前記絶縁部材が前記金属製のケースの側壁に当接することにより、前記集電バーが前記外部端子の軸周りに回転することが阻まれていることを特徴とする蓄電素子。A metal case that houses the electrode body, a lid body that seals the opening of the case, and a terminal connection portion that extends along the inner surface of the lid body and is electrically connected to the electrode body A current collecting bar, an insulating member arranged to be engaged with the terminal connection portion, and an external terminal connected to the current collecting bar from the outside of the lid,
The electric storage element, wherein the insulating member is in contact with a side wall of the metal case, thereby preventing the current collecting bar from rotating around the axis of the external terminal.
その金属製のケースの開口部を蓋体により封止し、
その後に蓋体の外側から蓋体を貫通する外部端子をその集電バーにネジ止めして蓄電素子を製造する方法であって、
その外部端子をネジ止めする際、前記絶縁部材が前記金属製のケースの側壁に当接することによって、前記集電バーが前記外部端子の軸周りに回転することが阻まれることを特徴とする蓄電素子製造方法。An electrode body, a current collector bar electrically connected to the electrode body, and an insulating member engaged with the current collector bar are housed in a metal case,
Seal the opening of the metal case with a lid,
After that, a method of manufacturing an electricity storage element by screwing an external terminal that penetrates the lid from the outside of the lid to the current collector bar,
When the external terminal is screwed, the insulating member abuts against the side wall of the metal case, thereby preventing the current collecting bar from rotating around the axis of the external terminal. Element manufacturing method.
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