CN108140897B - 蓄电元件 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，通过在电解质的注入工序中使电解质有效率地渗透到正极合剂层来缩短蓄电元件的制造时间。通过如下方式，能够缩短该蓄电元件的制造时间：该蓄电元件将负极和正极介由隔离件层叠，所述负极在负极集电箔上具有负极合剂层和沿着所述负极集电箔的一边的负极合剂层非形成部，所述正极在正极集电箔上具有正极合剂层和沿着所述正极集电箔的一边的正极合剂层非形成部，所述隔离件在与所述正极对置的表面具有绝缘层，所述负极合剂层非形成部和所述正极合剂层非形成部彼此向相反方向配置，所述负极合剂层非形成部的一部分与负极集电体连接，所述正极合剂层非形成部的一部分与正极集电体连接，所述负极集电体侧的所述隔离件的端部S1比所述负极集电体侧的所述正极合剂层的端部P1突出，所述正极集电体侧的所述隔离件的端部S2比所述正极集电体侧的所述正极合剂层的端部P2突出，从所述正极合剂层的端部P2到所述隔离件的端部S2的距离W2小于从所述正极合剂层的端部P1到所述隔离件的端部S1的距离W1。

Description

蓄电元件
技术领域
本发明涉及具备在表面具有绝缘层的隔离件的蓄电元件。
背景技术
以往，已知一种具备蓄电构件的蓄电元件，该蓄电构件在具有正极合剂层和正极合剂层非形成部的正极与具有负极合剂层和负极合剂层非形成部的负极之间，介由隔离件使正极合剂层非形成部与负极合剂层非形成部向相反方向突出。
隔离件中使用的材料(例如，聚丙烯、聚乙烯等)因热而某种程度地收缩。因此，为了不会因隔离件的热收缩而在正极与负极之间产生短路，以隔离件比正极合剂层和负极合剂层的端部更长地突出的方式配置。
专利文献1中公开了一种二次电池，其着眼于如果因过充电等而产生的热聚集在二次电池内部，则正极非涂敷部侧与负极非涂敷部侧相比，温度趋于变高，通过使正极非涂敷部侧的隔离件的突出量为负极非涂敷部侧的隔离件的突出量的2倍以上，即使升温也可适当地防止短路(第0010、0027段等)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012－043752号公报
发明内容
本发明人发现在制造具备在与正极对置的表面具有绝缘层的隔离件的蓄电元件时，通过在注入电解质的工序中使电解质有效率地渗透到正极合剂层，可预期会缩短蓄电元件的制造时间。
本发明的课题在于，通过在电解质的注入工序中使电解质有效率地渗透到正极合剂层来缩短蓄电元件的制造时间。
以解决上述课题为目的的本发明的第一方式如下：
一种蓄电元件，将负极和正极介由隔离件层叠，所述负极在负极集电箔上具有负极合剂层和沿着所述负极集电箔的一边的负极合剂层非形成部，所述正极在正极集电箔上具有正极合剂层和沿着所述正极集电箔的一边的正极合剂层非形成部，所述隔离件在与所述正极对置的表面具有绝缘层，
所述负极合剂层非形成部和所述正极合剂层非形成部彼此向相反方向配置，
所述负极合剂层非形成部的一部分与负极集电体连接，
所述正极合剂层非形成部的一部分与正极集电体连接，
所述负极集电体侧的所述隔离件的端部S1比所述负极集电体侧的所述正极合剂层的端部P1突出，
所述正极集电体侧的所述隔离件的端部S2比所述正极集电体侧的所述正极合剂层的端部P2突出，
从所述正极合剂层的端部P2到所述隔离件的端部S2的距离W2小于从所述正极合剂层的端部P1到所述隔离件的端部S1的距离W1。
根据上述本发明的第一方式，通过在电解质的注入工序中使电解质有效率地渗透到正极合剂层，能够缩短蓄电元件的制造时间。
根据本发明，能够缩短具备在与正极对置的表面具有绝缘层的隔离件的蓄电元件的制造时间。
附图说明
图1是表示第1实施方式涉及的蓄电元件的立体图。
图2是表示第1实施方式涉及的蓄电元件的分解立体图。
图3是表示第1实施方式涉及的蓄电元件中的蓄电构件的分解立体图。
图4是表示将正极和负极隔着隔离件设置某一定间隔而配置的方式的图。
图5是表示第1实施方式涉及的蓄电元件的蓄电构件的X－Y平面的截面图。
图6是表示注入电解质的工序中的第1实施方式涉及的蓄电元件的蓄电构件的X－Y平面的截面图。
图7是表示电解质在2张平行平板间流动的平面泊肃叶流的示意图。
图8是表示第3实施方式涉及的蓄电元件的正极合剂层非形成部侧的正极合剂层端部附近的方式的图。
图9是对实施方式涉及的具备多个蓄电元件的蓄电装置进行说明的图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。本方式在作为非水电解质电池的锂离子电池中应用本发明作为蓄电元件。
＜第1实施方式＞
参照图1～图7对第1实施方式涉及的蓄电元件1进行说明。
图1所示的蓄电元件1是非水电解质电池，具体而言，是非水电解质二次电池，更具体而言，是锂离子电池。蓄电元件1被搭载于例如电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)，对以电能工作的动力源供给电力。
如图2所示，蓄电元件1具有将蓄电构件3与未图示的非水电解质一起收容于外装体2内的构成。本发明中的电解质使用液体状的电解质。
外装体2具有外壳主体21和盖体22。外壳主体21作为整体形成大致长方体状，在上端面侧形成有开口部。外壳主体21例如可以为铝或铝合金等金属制。外壳主体21具备底壁和从底壁的侧缘立起的4个侧壁。
开口部形成X方向的宽度尺寸比与X方向垂直的方向即Y方向的宽度尺寸长的矩形。在外壳主体21的内部收容有蓄电构件3，并且注入有非水电解质。蓄电构件3在外壳主体21的内部以外壳主体21的长边方向与蓄电构件3的长边方向一致的姿态被收容。如后述的那样，蓄电构件3是通过在正极4与负极5之间隔着隔离件6将正极4、负极5和隔离件6以卷绕轴U旋转而卷绕成大致椭圆形状而形成的。负极5中，负极合剂层非形成部51比负极集电体侧的隔离件6的端部S1向X1方向侧突出。正极4中，正极合剂层非形成部41比正极集电体侧的隔离件6的端部S2向X2方向侧突出。
在盖体22设置有正极端子7、负极端子8、正极集电体9、负极集电体10和注入口13。盖体22作为整体形成大致长方形状，形成与开口部大致相同的形状。盖体22以封闭外壳主体21的开口部的方式与外壳主体21接合。应予说明，盖体22例如可以为铝或铝合金等金属制。以盖体22的外缘与外壳主体21的开口部嵌合的方式进行设计，通过将该嵌合的部分焊接，能够形成外装体2。
在盖体22的外面，即，上面配置有正极端子7和负极端子8。具体而言，正极端子7配置于盖体22的X方向(长边方向)的X2方向侧，负极端子8配置于盖体22的X方向(长边方向)的X1方向侧。
盖体22具备贯通盖体22的外面和盖体22的内面的注入口13。具体而言，在盖体22的X方向的大致中央附近且盖体22的Y方向的大致中央附近的部分形成有注入口13。在注入电解质的工序中，介由注入口13将电解质注入到外装体2的内部。注入电解质后，利用液塞堵塞注入口13。
在正极端子7将从盖体22的下面向下方延伸的2个正极集电体9电连接。
正极集电体9是沿着后述的正极4中的正极合剂层非形成部41(露出正极集电箔的部分)的细长的形状。2个正极集电体9以彼此的板面对置的方向配置。正极集电体9可以由导电性材料形成，例如使用铝合金板等制作。
如图2所示，正极合剂层非形成部41与正极集电体9一起由夹具11夹持而进行电连接。夹具11优选使用具有与所连接的正极集电体9和正极合剂层非形成部41的材质大致同等的电阻值的材料。夹具11例如可以使用铝合金等制作。
在负极端子8将从盖体22的下面向下方延伸的2个负极集电体10电连接。
负极集电体10是沿着后述的负极5中的负极合剂层非形成部51(露出负极集电箔的部分)的细长的形状。2个负极集电体10以彼此的板面对置的方向配置。负极集电体10可以由导电性材料形成，例如使用铜合金板等制作。
如图2所示，负极合剂层非形成部51与负极集电体10一起由夹具12夹持而进行电连接。夹具12优选使用具有与所连接的负极集电体10和负极合剂层非形成部51的材质大致同等的电阻值的材料。夹具12例如可以使用铜合金等制作。
如图3～图6所示，正极4包含由铝合金箔构成的正极集电箔和在正极集电箔的表面含有正极活性物质的正极合剂层42。另外，正极活性物质没有特别限定，可以使用各种正极活性物质。
正极4具备正极合剂层42和在正极集电箔的X2方向侧的正极合剂层非形成部41。正极合剂层42的X1方向(负极合剂层非形成部51所突出的方向)侧的端部为正极合剂层的端部P1。正极合剂层42的X2方向(正极合剂层非形成部41所突出的方向)侧的端部为正极合剂层的端部P2。正极合剂层非形成部41的一部分从隔离件6的端部S2向X2方向侧突出。
正极4的Y方向的宽度为正极4的厚度，正极4的厚度为D(参照图6)。正极合剂层42的Y方向的宽度为正极合剂层42的厚度，正极合剂层42的厚度为d(参照图6)。
如图3～图6所示，负极5包含由铜合金箔构成的负极集电箔和在负极集电箔的表面含有负极活性物质的负极合剂层52。另外，负极活性物质没有特别限定，可以使用各种负极活性物质。
负极5具备负极合剂层52和在负极集电箔的X1方向侧的负极合剂层非形成部51。另外，负极合剂层非形成部51的一部分从隔离件6的端部S1向X1方向侧突出。
在X方向，负极合剂层52的宽度比正极合剂层42的宽度大。负极合剂层52的X方向的两端部以比正极合剂层42的X方向的两端部更向外侧延伸的方式构成。
隔离件6配置于正极4与负极5之间。在X方向，隔离件6的宽度比正极合剂层42的宽度和负极合剂层52的宽度大。隔离件6的X方向的两端部以比正极合剂层42和负极合剂层52的X方向的各自的两端部更向外侧延伸的方式构成。
隔离件6的X1方向(负极合剂层非形成部51所突出的方向)侧的端部为隔离件6的端部S1。隔离件6的端部S1在X1方向以比正极合剂层42和负极合剂层52的X1方向的各自的端部更向外侧突出的方式配置。
隔离件6的X2方向(正极合剂层非形成部41所突出的方向)侧的端部为隔离件6的端部S2。隔离件6的端部S2在X2方向以比正极合剂层42和负极合剂层52的X2方向的各自的端部更向外侧突出的方式配置。
从正极合剂层42的端部P1到隔离件6的端部S1的距离为W1。从正极合剂层42的端部P2到隔离件6的端部S2的距离为W2。
如图4所示，隔离件6在具备绝缘性的微多孔性膜、无纺布等基材61中在与正极4对置的表面形成有绝缘层62。另外，图4表示将正极4和负极5隔着隔离件6设置某一定的间隔而配置的方式。应予说明，隔离件6的绝缘层62在图3中省略表示。
作为隔离件6的基材61，只要具备绝缘性就没有特别限制，可以使用微多孔性膜、无纺布等，作为构成基材61的材料，例如可以举出聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃系树脂。这些材料可以单独使用1种，另外，也可以组合使用2种以上。
在与正极4对置的基材61的表面上形成的绝缘层62可以通过将含有无机粒子、粘合剂和溶剂的绝缘层形成用浆料涂布并干燥而形成。
绝缘层62的形成中使用的粘合剂只要实现使无机粒子彼此以及无机粒子与基材61粘结的作用就没有特别限制。作为粘合剂，例如可以使用聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚四氟乙烯(PTFE)等溶剂系粘合剂；苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、聚乙烯醇(PVA)等水系粘合剂等。这些粘合剂可以单独使用1种，另外，也可以组合使用2种以上。溶剂系粘合剂表示使其溶解或分散于N－甲基吡咯烷酮(NMP)等有机溶剂而使用的粘合剂。水系粘合剂表示使其溶解或分散于以水为主体的溶剂而使用的粘合剂。
绝缘层62中使用的无机粒子没有特别限制，例如可以使用二氧化硅、氧化铝、勃姆石、氧化钛、氧化锆、氧化镁、氧化钇、氧化锌等氧化物系陶瓷；氮化硅、氮化钛、氮化硼等氮化物系陶瓷；碳化硅、碳酸钙、硫酸铝、氢氧化铝、高岭粘土、高岭石、硅酸钙等陶瓷；玻璃纤维等。这些无机粒子可以单独使用1种，另外，也可以组合使用2种以上。
无机粒子的平均粒径(D50)只要能够由粘合剂分散而粘结在规定部位就没有特别限制。优选的是，无机粒子的平均粒径(D50)优选为20μm以下，更优选为10μm以下，进一步更优选为5μm以下。另外，优选的是，无机粒子的平均粒径(D50)优选为0.01μm以上，更优选为0.1μm以上，进一步更优选为0.5μm以上。
另外，绝缘层62也可以含有平均粒径(D50)不同的多个无机粒子。此时，优选最大的无机粒子的平均粒径(D50)为1μm～20μm、最小的无机粒子的平均粒径(D50)为0.01μm以上且小于1μm。由此，通过在正极合剂层42与绝缘层62之间产生适度的间隙，能够使电解质容易地渗透到正极合剂层，进一步缩短蓄电元件的制造时间，因而优选。
应予说明，无机粒子的平均粒径(D50)可以使用激光衍射式粒度分布测定装置(装置名：SALD-2200(岛津制作所制)，测定控制软件为Wing SALD－2200)进行测定。
绝缘层62中的孔隙率没有特别限定，可以适当设定。认为如果将绝缘层62的孔隙率设定为40％以上，则电解质容易被绝缘层62吸收并保持。认为通过将绝缘层62的孔隙率设定为40％以上，则如后所述，电解质未被有效率地供给到正极合剂层42的可能性升高，因此，应用本申请发明的有用性提高。即，优选的是，绝缘层62的孔隙率优选为40％以上，更优选为50％以上，进一步更优选为60％以上。
绝缘层62的无机粒子的含量没有特别限制，可以适当设定。优选的是，相对于无机粒子和粘合剂的合计量，无机粒子的含量优选为99.9质量％以下，更优选为99质量％以下，进一步更优选为98质量％以下，还进一步更优选为95质量％以下。另外，优选的是，相对于无机粒子和粘合剂的合计量，无机粒子的含量优选为50质量％以上，更优选为80质量％以上，进一步更优选为90质量％以上。
具备在基材61的表面形成有绝缘层62的隔离件6的蓄电元件与具备仅由基材构成的隔离件的蓄电元件相比，蓄电元件的使用方式脱离通常可预见的使用方式的范围，例如即使在蓄电元件异常发热的情况下，隔离件6也不易热收缩，能够抑制正极和负极电接触。
电解质只要为液体状就没有特别限制，可以含有支持电解质、溶剂。电解质的粘度没有特别限制，可以适当设定。认为通过使25℃环境下的电解质的粘度为10mPa·sec以下，电解质有效率地渗透到正极合剂层。即，优选的是，25℃环境下的电解质的粘度优选为10mPa·sec以下，更优选为5mPa·sec以下，进一步更优选为3.5mPa·sec以下。
支持电解质可以采用一般用于非水电解质电池的支持电解质。作为支持电解质，例如可以举出LiBF4、LiPF6、LiClO4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiB(C2O4)2、LiC(C2F5SO2)3等，可以使用选自这些化合物中的1种或组合使用2种以上。
溶剂可以采用一般用于非水电解质电池的溶剂。作为溶剂，例如可以举出碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)等，可以使用选自这些化合物中的1种或组合使用2种以上。
在注入电解质的工序中，介由注入口13将电解质注入到外装体2的内部。认为所注入的电解质例如蓄积在构成外装体2的外壳主体21的底壁，被引导至蓄电构件3的X方向的两端部(正极合剂层非形成部41重叠的部分和负极合剂层非形成部51重叠的部分)，或者沿着蓄电构件3的外侧的表面被引导至蓄电构件3的X方向的两端部。
被引导至蓄电构件3的X方向的两端部的电解质从合剂层(正极合剂层和负极合剂层)的X方向的两端部向各个合剂层的X方向的中央附近进行渗透。具体而言，被引导至蓄电构件3的X1方向的端部(负极合剂层非形成部51重叠的部分)的电解质从各个合剂层的X1方向的端部向X2方向进行渗透。同样地，被引导至蓄电构件3的X2方向的端部(正极合剂层非形成部41重叠的部分)的电解质从各个合剂层的X2方向的端部向X1方向进行渗透。
本发明人发现，在电解质渗透到各个合剂层的过程中，电解质渗透到正极合剂层42的过程与电解质渗透到负极合剂层52的过程相比时，需要很多时间。即，为了缩短蓄电元件1的制造时间，认为有效的是使电解质有效率地渗透到正极合剂层42。
认为电解质渗透到正极合剂层42的过程与电解质渗透到负极合剂层52的过程相比需要很多时间的主要原因是因为隔离件6的绝缘层62与隔离件6的基材61相比，吸收大量电解质并保持，保液性高。认为隔离件6的绝缘层62与隔离件6的基材61相比，绝缘层62中含有的无机粒子与电解质的亲和性良好，由此电解质的保液性变高。
如图4和图5所示，正极4为在Y方向由隔离件6的绝缘层62夹持的形态，负极5为在Y方向由隔离件6的基材61夹持的形态。
在此，考虑电解质从蓄电构件3的X1方向的端部(负极合剂层非形成部51重叠的部分)渗透到各个合剂层的过程。
在电解质从X1方向渗透到正极合剂层42的过程中，隔离件6的绝缘层62彼此对置的空间成为将电解质引导至正极合剂层42的端部P1的路径。电解质到达正极合剂层42的端部P1后，电解质依次渗透到正极合剂层42。
认为在从蓄电构件3的X1方向的端部到达至正极合剂层42的端部P1的过程中，对于电解质，该电解质的一部分被保液性较高的绝缘层62吸收并保持。即，认为由于在隔离件6的绝缘层62彼此对置的空间流通的电解质未将其全部引导至正极合剂层42的端部P1，因此，电解质未被有效率地供给到正极合剂层42的端部P1。
在电解质从X1方向渗透到负极合剂层52的过程中，隔离件6的基材61与负极集电箔(负极合剂层非形成部51)对置的空间成为将电解质引导至负极合剂层52的X1方向的端部的路径。电解质到达负极合剂层52的X1方向的端部后，电解质依次渗透到负极合剂层52。
认为在从蓄电构件3的X1方向的端部到达至负极合剂层52的X1方向的端部的过程中，几乎不会发生电解质被基材61和负极集电箔吸收并保持的情况。即，认为在隔离件6的基材61与负极集电箔对置的空间流通的电解质几乎未被基材61和负极集电箔吸收，大致全部被引导至负极合剂层52的X1方向的端部，因此，电解质被有效率地供给到负极合剂层52的X1方向的端部。
因此，在考虑电解质从蓄电构件3的X1方向的端部渗透到各个合剂层的过程的情况下，认为在Y方向由绝缘层62夹住的正极合剂层42与在Y方向由基材61夹住的负极合剂层52相比，电解质的一部分容易被绝缘层62吸收并保持。由此，认为电解质未被有效率地供给到正极合剂层42的端部P1，因此，电解质渗透到正极合剂层42的工序与电解质渗透到在Y方向由基材61夹住的负极合剂层52的工序相比，需要很多时间。认为这是因为如上所述绝缘层62与基材61和负极集电箔相比，吸收大量电解质并保持，保液性高。
此外，认为负极集电箔(负极合剂层非形成部51)与隔离件6的基材61同样地，电解质的吸收量少，几乎不吸收电解质。
在此，考虑电解质从蓄电构件3的X2方向的端部(正极合剂层非形成部41重叠的部分)渗透到各个合剂层的过程。
在电解质从X2方向渗透到正极合剂层42的过程中，隔离件6的绝缘层62与正极集电箔(正极合剂层非形成部41)对置的空间成为将电解质引导至正极合剂层42的端部P2的路径。电解质到达正极合剂层42的X2方向的端部后，电解质依次渗透到正极合剂层42。
认为在从蓄电构件3的X2方向的端部到达至正极合剂层42的端部P2的过程中，对于电解质，该电解质的一部分被保液性较高的绝缘层62吸收并保持。即，认为在隔离件6的绝缘层62与正极集电箔(正极合剂层非形成部41)对置的空间流通的电解质由于未将其全部引导至正极合剂层42的端部P2，因此，电解质未被有效率地供给到正极合剂层42的端部P2。
在电解质从X2方向渗透到负极合剂层52的过程中，隔离件6的基材61彼此对置的空间成为将电解质引导至负极合剂层52的X2方向的端部的路径。电解质到达负极合剂层52的X2方向的端部后，电解质依次渗透到负极合剂层52。
认为在从蓄电构件3的X2方向的端部到达至负极合剂层52的X2方向的端部的过程中，几乎不会发生电解质被基材61吸收并保持的情况。即，认为在隔离件6的基材61彼此对置的空间流通的电解质几乎未被基材61吸收，大致全部被引导至负极合剂层52的X2方向的端部，因此电解质被有效率地供给到负极合剂层52的X2方向的端部。
因此，在考虑电解质从蓄电构件3的X2方向的端部渗透到各个合剂层的过程的情况下，认为在Y方向由绝缘层62夹住的正极合剂层42与在Y方向由基材61夹住的负极合剂层52相比，电解质的一部分容易被绝缘层62吸收并保持。由此，认为电解质未被有效率地供给到正极合剂层42的端部P2，因此，电解质渗透到正极合剂层42的工序与电解质渗透到在Y方向由基材61夹住的负极合剂层52的工序相比，需要很多时间。认为这是因为如上所述绝缘层62与基材61相比，吸收大量电解质并保持，保液性高。
此外，认为正极集电箔(正极合剂层非形成部41)与隔离件6的基材61同样地，电解质的吸收量少，几乎不吸收电解质。
综上所述，认为在制造具备在与正极4对置的表面具有绝缘层62的隔离件6的蓄电元件1的情况下，在注入电解质的工序中，电解质渗透到正极合剂层42的过程与电解质渗透到负极合剂层52的过程相比，花费更多的时间。
另外，为了以蓄电元件1的高能量密度化为目的而提高正极合剂层42的密度，可采用减小正极合剂层42的孔隙率的手段。认为在减小正极合剂层42的孔隙率的情况下，电解质不易渗透到正极合剂层42，电解质渗透到正极合剂层42的过程进一步需要更多的时间。即，认为如果是正极合剂层42的孔隙率更小的蓄电元件，则缩短该蓄电元件的制造时间的本申请发明的有用性提高。
正极合剂层42的孔隙率理想的是优选为40％以下，更优选为35％以下，进一步更优选为30％以下。
另外，例如在减压环境下进行注入电解质的工序的情况下，在注入电解质的工序中，即，在将注入口13未被液塞堵塞的状态的蓄电元件保持在减压环境下的期间，如果电解质未渗透到正极合剂层的整体，则会在完成的蓄电元件的正极合剂层存在电解质未渗透的部分。正极合剂层的电解质未渗透的部分无法有助于充放电反应，因此，蓄电元件的容量可能降低。即，认为通过应用本申请发明，能够减少电解质未完全渗透到正极合剂层的可能性，抑制蓄电元件的容量降低。
本发明人发现通过规定从正极合剂层42的端部P1到隔离件6的端部S1的距离W1以及从正极合剂层42的端部P2到隔离件6的端部S2的距离W2，能够使电解质有效率地渗透到正极合剂层42，完成了本申请发明。
注入到外装体2的内部的电解质从蓄电构件3的X方向的各个端部到达正极合剂层42的X方向的各个端部(P1和P2)。具体而言，以绝缘层62彼此对置的空间为路径，电解质向正极合剂层42的端部P1流通。同样地，以隔离件6的绝缘层62与正极集电箔对置的空间为路径，电解质向正极合剂层42的端部P2流通。
即，如后所述，认为如果在注入电解质后，电解质到达正极合剂层42的端部P1为止的时间与电解质到达正极合剂层42的端部P2为止的时间不偏离，则能够缩短电解质渗透到正极合剂层42的时间。
将在注入电解质后，该电解质到达正极合剂层42的端部P1为止的时间设为T1。同样地，将在注入电解质后，该电解质到达正极合剂层42的端部P2为止的时间设为T2。
如果在T1与T2之间不存在偏离，则电解质可以分别从端部P1和端部P2大致同时地开始渗透到正极合剂层42。因此，在T1与T2之间不存在偏离的情况下，如果从端部P1向X2方向渗透的电解质和从端部P2向X1方向渗透的电解质分别渗透至正极合剂层42的X方向的大致中央附近，则电解质渗透到正极合剂层42的整体。
应予说明，认为电解质渗透到正极合剂层42的速度是一定的，该速度的大小不论在电解质从端部P1向X2方向渗透的情况下还是电解质从端部P2向X1方向渗透的情况下均相同。
与此相对，如果在T1与T2之间存在偏离，则从端部P1向X2方向的电解质的渗透以及从端部P2向X1方向的电解质的渗透中的任一者会先开始。因此，在T1与T2之间存在偏离的情况下，如果从端部P1向X2方向渗透的电解质以及从端部P2向X1方向渗透的电解质不是从各个端部(端部P1或端部P2)渗透至不是X方向的正极合剂层42的大致中央附近而是偏向X方向的正极合剂层42的X1方向侧或X2方向侧的部分，则电解质不会渗透到正极合剂层42的整体。即，在T1与T2之间存在偏离的情况下，电解质必须从X方向的至少一个正极合剂层42的端部(端部P1或端部P2)渗透至比X方向的正极合剂层42的大致中央附近更远的地方(偏向X方向的正极合剂层42的X1方向侧或X2方向侧的部分)。
另外，认为电解质渗透到正极合剂层42的速度比电解质从隔离件的端部S1或端部S2向正极合剂层42的端部P1或端部P2流通的速度慢。认为这是因为在正极合剂层42的内部，电解质按顺序渗入存在于正极合剂层42的无数的孔，与此相对，从隔离件的端部S1或端部S2到正极合剂层42的端部P1或P2为止，电解质以绝缘层62彼此对置的空间或绝缘层62与正极集电箔对置的空间为路径进行流通。
综上所述，认为在T1与T2之间没有偏离的情况与在T1与T2之间存在偏离的情况相比，可缩短电解质渗透到正极合剂层42的时间。
本发明人尝试了通过规定从正极合剂层42的端部P1到隔离件6的端部S1的距离W1以及从正极合剂层42的端部P2到隔离件6的端部S2的距离W2，从而减少T1与T2之间的偏离，缩短电解质渗透到正极合剂层42的时间。
如图5和图6所示，将电解质引导至正极合剂层42的端部P1的路径即隔离件6的绝缘层62彼此对置的空间与将电解质引导至正极合剂层42的端部P2的路径即隔离件6的绝缘层62与正极集电箔(正极合剂层非形成部41)对置的空间相比，具有大的宽度。即，认为如果距离W1和距离W2相等，则在隔离件6的绝缘层62彼此对置的空间流通的电解质与在隔离件6的绝缘层62和正极集电箔(正极合剂层非形成部41)对置的空间流通的电解质相比，被更有效率地引导至正极合剂层42的端部(端部P1)。简言之，认为通过将距离W2规定得比距离W1更小，能够减少T1与T2之间的偏离。距离W1与距离W2的规定如后所述也可以使用平面泊肃叶流的想法进行推定。如上所述，认为绝缘层62由于电解质的保液性较高，因此，电解质稳定地渗透到绝缘层62，在这样的条件下，认为平面泊肃叶流的想法成立。
将在2张平行平板间流动的平面泊肃叶流的示意图示于图7。在此，2张平行平板间表示在本发明中，隔离件6的绝缘层62彼此对置而形成的路径，或者隔离件6的绝缘层62与正极集电箔(正极合剂层非形成部41)对置而形成的路径。在图7中，2张平板彼此平行，沿着2张平板彼此之间的中心面取x’轴，与2张平板垂直地取y’轴。
图7是关于在2张平行平板间流通的电解质的示意图，假定该电解质为二维稳定流、且仅在x’方向的一个方向具有速度成分。
一般而言，流体为二维稳定流且仅具有一个方向的速度成分时，流体内部的压力梯度(dp/dx’)与速度的2阶微分为(d2u/dy’2)的关系由下述式(1)表示。
dp/dx’＝μ(d2u/dy’2)···式(1)
在此，p表示流体内的各点的压力，u表示流体内的各点的速度(流速)，μ表示流体的粘性系数。
流体为二维稳定流且仅在x’方向的一个方向具有速度成分时，x’方向的压力梯度(dp/dx’)是一定的，x’方向的流速成分u可以表示为u(y’)。流体的x’方向的压力梯度(dp/dx’)是一定的，因此，式(2)成立。
dp/dx’＝－a…式(2)
在此，a表示常数。
由式(1)和式(2)导出式(3)。
d2u/dy’2＝－(a/μ)…式(3)
将式(3)对y’进行两次积分，由此导出式(4)。
u(y’)＝－(ay’2/2μ)+c1y’+c2…式(4)
在此，c1和c2表示积分常数。
流体在与平板接触的面(y’＝±d’)上流速为0(u(±d’)＝0)。
将上述条件(y＝±d’时u(±d’)＝0)代入式(4)而得到2个公式，将该2个公式看作关于c1和c2的联立方程式进行求解时，求出式(5)和式(6)。
c1＝0…式(5)
c2＝ad’2/2μ…式(6)
通过将式(5)和式(6)代入式(4)，流速u(y’)可以由式(7)表示。
u(y’)＝(ad’2/2μ)〔1－(y/d’)2〕…式(7)
将在单位时间通过与x’轴垂直的任意截面的体积设为流量(体积流量)Q。在此，将2个平板的宽度(深度方向(与x’轴和y’轴垂直的方向)的长度)设为ω时，流量Q可以如下述式(8)所示那样通过对流速u(y’)从－d’到d’进行积分并乘以宽度ω而求出。
Figure GDA0002750574640000141
使流速u(y’)遍及2个平板间y’＝[－d’，d’]进行平均而得到的平均流速uave可以如下述式(9)所示那样通过将体积流量Q除以2dω而求出。
Figure GDA0002750574640000142
[在隔离件6的绝缘层62彼此对置的路径流通的电解质]
如图6所示，隔离件6的绝缘层62彼此大致平行，沿着隔离件6的绝缘层62彼此之间的中心面取x1轴，与隔离件6的绝缘层62垂直地取y1轴。认为在隔离件6的绝缘层62彼此对置而形成的路径流通的电解质是依赖于x1方向和y1方向的2个成分的二维稳定流，且仅在x1方向这一个方向具有速度成分。
对于在隔离件6的绝缘层62彼此对置而形成的路径流通的电解质，在与隔离件6的绝缘层62接触的面(y1＝±D/2)上，电解质的流速为0(u(±D/2)＝0)。即，在隔离件6的绝缘层62彼此对置而形成的路径流通的电解质的平均流速uave(y1)是使流速u(y1)遍及2个平板间y1＝[－D/2，D/2]进行平均而得到的，因此，可以通过对式(9)中的d’代入d’＝D而求出。
因此，在隔离件6的绝缘层62彼此对置而形成的路径流通的电解质的平均流速uave(y1)由下述式(10)表示。式(10)中，a表示常数，μ表示电解质的粘性系数。
Figure GDA0002750574640000151
即，从端部P1起的电解质对正极合剂层42的渗透通过如下方式进行：将平均流速uave(y1)的电解质供给到隔离件6的绝缘层62彼此对置而形成的路径。认为平均流速uave(y1)的电解质介由正极集电箔从端部P1对位于Y1和Y2方向的各个正极合剂层42进行供给。
[在隔离件6的绝缘层62与正极集电箔对置的路径流通的电解质]
如图6所示，隔离件6的绝缘层62与正极集电箔大致平行，沿着隔离件6的绝缘层62与正极集电箔之间的中心面取x2轴，与隔离件6的绝缘层62和正极集电箔垂直地取y2轴。认为在隔离件6的绝缘层62与正极集电箔对置而形成的路径流通的电解质是依赖于x2方向和y2方向的2个成分的二维稳定流，且仅在x2方向这一个方向具有速度成分。
在隔离件6的绝缘层62与正极集电箔对置而形成的路径流通的电解质在与隔离件6的绝缘层62或正极集电箔接触的面(y1＝±d/2)上，电解质的流速为0(u(±d/2)＝0)。即，在隔离件6的绝缘层62与正极集电箔对置而形成的路径流通的电解质的平均流速uave(y2)是使流速u(y2)遍及2个平板间y2＝[－d/2，d/2]进行平均而得到的，由此，可以通过对式(9)中的d’代入d’＝d而求出。
因此，在隔离件6的绝缘层62彼此对置而形成的路径流通的电解质的平均流速uave(y2)由下述式(11)表示。式(11)中，a表示常数，μ表示电解质的粘性系数。
Figure GDA0002750574640000152
即，从端部P2起的电解质对正极合剂层42的渗透通过如下方式进行：将平均流速uave(y2)的电解质供给到隔离件6的绝缘层62与正极集电箔对置而形成的路径。
对式(10)和式(11)进行比较时，可知由于将正极4的厚度D平方而得的值比将正极合剂层42的厚度d平方而得的值大，因此，uave(P1)比uave(P2)大。
距离W1和距离W2彼此相等时，隔离件6的绝缘层62彼此对置而形成的路径的长度与隔离件6的绝缘层62和正极集电箔(正极合剂层非形成部41)对置而形成的路径的长度相等。
即，可知在距离W1和距离W2彼此相等时，在注入电解质的工序中，依赖于平均流速的大小关系并在绝缘层62彼此对置而形成的路径流通的电解质与在绝缘层62和正极集电箔对置而形成的路径流通的电解质相比，更快地到达正极合剂层42的端部(端部P1)，在T1与T2之间产生偏离。因此，为了减少T1与T2之间的偏离，有效的是将绝缘层62和正极集电箔对置而形成的路径设计得比绝缘层62彼此对置而形成的路径短。
绝缘层62与正极集电箔对置而形成的路径的长度为W1，绝缘层62彼此对置而形成的路径的长度为W2，因此，通过设为W1＜W2，电解质对正极4的渗透有效率地进行。即，通过设为W1＜W2，能够使电解质有效率地渗透到正极4，能够缩短蓄电元件1的制造时间。
＜第2实施方式＞
本发明的第二方式如下：
在本发明的第一方式涉及的蓄电元件中，
上述正极的厚度为D，
上述正极合剂层的厚度为d，
上述距离W2为0.5(d2/D2)W1～2(d2/D2)W1。
根据上述本发明的第二方式，在电解质的注入工序中，能够使电解质更有效率地渗透到正极合剂层，能够进一步缩短蓄电元件的制造时间。
参照图1～图7对第2实施方式涉及的蓄电元件100进行说明。
第2实施方式中，对以更优选的范围规定从正极合剂层42的端部P1到隔离件6的端部S1的距离W1以及从正极合剂层42的端部P2到隔离件6的端部S2的距离W2的蓄电元件100进行说明。另外，第2实施方式中，对与第1实施方式同样的构成使用相同的符号，省略说明。
如上所述，供给到端部P1的电解质的平均流速以及供给到端部P2的电解质的平均流速分别由式(10)和式(11)表示。即，通过根据在各个路径流通的电解质的平均流速的大小来调节距离W1和距离W2，能够减少T1与T2之间的偏离，使电解质更有效率地渗透到正极4。
根据式(10)和式(11)可知，供给到端部P2的电解质的平均流速uave(P2)为供给到端部P1的电解质的平均流速uave(P1)的d2/D2倍。在此，由图4～图6可知，本申请发明的第1实施方式和第2实施方式中，正极4的厚度D比使正极合剂层42的厚度d乘以2倍的值大，因此，d2/D2的值小于1/4。
即，距离W1和距离W2彼此相等时，供给到端部P2的电解质的平均流速uave(P2)为供给到端部P1的电解质的平均流速uave(P1)的d2/D2倍，小于1/4，因此，如果从各个端部(端部P1和端部P2)渗透的电解质不渗透至偏向正极合剂层42的X2方向侧的部分，则电解质不会渗透到正极合剂层42的整体。
综上所述，认为通过将距离W2规定为0.5(d2/D2)W1～2(d2/D2)W1，能够抑制在T1与T2之间产生大的偏离。由此，从正极合剂层42的端部P1向X2方向的渗透以及从正极合剂层42的端部P2向X1方向的渗透分别在不伴有大的时间的偏离的情况下开始，电解质更有效率地渗透到正极4，缩短蓄电元件100的制造时间。
另外，认为如果将距离W2规定为(d2/D2)W1，则从正极合剂层42的端部P1向X2方向的渗透以及从正极合剂层42的端部P2向X1方向的渗透大致同时地开始，蓄电元件100的制造时间最为缩短。即，距离W2优选为0.5(d2/D2)W1～2(d2/D2)W1，理想的是更优选为0.7(d2/D2)W1～1.5(d2/D2)W1，更进一步优选为0.8(d2/D2)W1～1.2(d2/D2)W1。
＜第3实施方式＞
关于第3实施方式涉及的蓄电元件100，示于图8。第3实施方式中，对与第1实施方式或第2实施方式同样的构成使用相同的符号，省略说明。
本发明的第三方式如下：在第1实施方式或第2实施方式中，在正极合剂层42的端部P2具有正极合剂层42的厚度朝向X2方向减少的渐减部。在此，渐减部是指从正极合剂层42的某一位置开始在X2方向上厚度以减少基调推移的部分，将上述位置作为渐减开始点Q。
由于存在该渐减部，产生沿着渐减部的电解质的流动，从而电解质向绝缘层62和正极合剂层42之间的空间的渗透得到促进。由此，能够使电解质更有效率地渗透到正极合剂层，能够进一步缩短蓄电元件的制造时间。
另外，渐减部的厚度的变化优选是平缓的。具体而言，以渐减开始点Q的正极合剂层42的厚度为基准，在X2方向，渐减开始点Q与正极合剂层的厚度减半(成为d/2)的位置A之间的距离Z优选为50μm以上。更优选为100μm以上，特别优选为200μm以上。
认为通过使距离Z为50μm以上，渐减部的正极合剂层42与绝缘层62之间的空间充分大于正极合剂层的细孔，且空间的体积向渐减开始点Q适度地减少，从而能够优先地将电解质引导至空间。因此，能够使电解质更有效率地渗透到正极合剂层，能够进一步缩短蓄电元件的制造时间，因而优选。
应予说明，距离X的上限只要是满足第1实施方式的W1＜W2或第2实施方式的0.5(d2/D2)W1≤W2≤2(d2/D2)W1的范围就是任意的。
第3实施方式中，可以在正极合剂层42的X2方向具备电阻比正极合剂层42高的被覆层。通过具备上述被覆层，能够提高蓄电元件的安全性，因而优选。
应予说明，第3实施方式中，上述被覆层作为包含于正极合剂层42的一部分的层进行处理。
＜其它实施方式＞
本说明书中公开的技术不限定于通过上述记述和附图而说明的实施方式，例如也包含如下的各种方式。
上述实施方式中，举出了蓄电元件1和100为锂离子电池的例子。但是并不限于此，蓄电元件1和100可以为镍氢电池等其它二次电池，也可以为一次电池。另外，也可以为电容器等。
上述实施方式中，蓄电元件1的蓄电构件3设为通过将正极4和负极5介由隔离件6层叠并卷绕而形成为扁平形状的卷绕型蓄电构件3，但不限于此，例如，也可以为通过层叠并卷绕而形成为圆形的圆筒型蓄电构件。也可以为将正极4和负极5介由隔离件6层叠而形成的层叠型蓄电构件。另外，上述实施方式中，蓄电元件1具备1个蓄电构件3，但不限于此，蓄电元件1也可以具备多个蓄电构件3。
另外，本发明也可以以具备多个上述蓄电元件的蓄电装置的形式实现。将蓄电装置的一个实施方式示于图9。图9中，蓄电装置1111具备多个蓄电单元111。各个蓄电单元111具备多个蓄电元件1或100。蓄电装置1111可以作为电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)、插电式混合动力汽车(PHEV)等的汽车用电源搭载。
产业上的可利用性
本发明能够缩短具备在与正极对置的表面具有绝缘层的隔离件的蓄电元件的制造时间，因此，能够有效地用于汽车用电源、电子设备用电源、电力储存用电源等。
符号说明
1、100：蓄电元件
13：注入口
111：蓄电单元
1111：蓄电装置
2：外装体
21：外壳主体
22：盖体
3：蓄电构件
4：正极
41：正极合剂层非形成部
42：正极合剂层
5：负极
51：负极合剂层非形成部
52：负极合剂层
6：隔离件
61：基材
62：绝缘层
7：正极端子
8：负极端子
9：正极集电体
10：负极集电体
11：(正极用)夹具
12：(负极用)夹具

Claims (4)

1.一种蓄电元件，将负极和正极介由隔离件层叠，所述负极在负极集电箔上具有负极合剂层和沿着所述负极集电箔的一边的负极合剂层非形成部，所述正极在正极集电箔上具有正极合剂层和沿着所述正极集电箔的一边的正极合剂层非形成部，所述隔离件仅在与所述正极对置的表面具有含有无机粒子的绝缘层，
所述负极合剂层非形成部和所述正极合剂层非形成部彼此向相反方向配置，
所述负极合剂层非形成部的一部分与负极集电体连接，
所述正极合剂层非形成部的一部分与正极集电体连接，
所述负极集电体侧的所述隔离件的端部S1比所述负极集电体侧的所述正极合剂层的端部P1突出，
所述正极集电体侧的所述隔离件的端部S2比所述正极集电体侧的所述正极合剂层的端部P2突出，
从所述正极合剂层的端部P2到所述隔离件的端部S2的距离W2小于从所述正极合剂层的端部P1到所述隔离件的端部S1的距离W1，
所述正极的厚度为D，
所述正极合剂层的厚度为d，
所述距离W2为0.5(d2/D2)W1～2(d2/D2)W1，
电解质包含液体状的电解质。
2.根据权利要求1所述的蓄电元件，其中，在所述正极集电体侧的所述正极合剂层的端部P2具有渐减部，从所述渐减部的渐减开始点Q到正极合剂层的厚度减半的位置A的距离Z为50μm以上。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电元件，其中，所述绝缘层的孔隙率为40％以上。
4.一种蓄电装置，具备权利要求1～3中任一项所述的蓄电元件。
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