JP2010080324A - 電極積層体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】集電体に活物質層が形成された正極及び負極を、セパレータを介して任意数積層した電極積層体において、積層された電極がずれることによる短絡発生を防止する電極積層体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】集電体の両面または片面に活物質層を塗布して形成された電極１を、セパレータ３を介して複数積層した略直方体の形状を有する電極積層体であって、該電極積層体の少なくとも３つの側面が、上面から下面まで積層方向に沿って固定部材４によって固定されたことを特徴とする電極積層体等である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電素子で使用される電極積層体及びその製造方法に関するものである。

近年、地球環境の保全および省資源を目指したエネルギーの有効利用の観点から、深夜電力貯蔵システム、太陽光、風力など自然エネルギー発電技術に基づく分散型蓄電システム、電気自動車用の蓄電システムなどが注目を集めている。
これらの蓄電システム向けの蓄電素子としては、ニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池に代表される高エネルギー密度を特徴とした電池、電気二重層キャパシタに代表される高出力密度、高耐久性を特徴としたキャパシタが注目されている。

現在、ハイブリッド電気自動車で採用されているニッケル水素二次電池は、電気二重層キャパシタと同等の高出力を実現し、かつ１６０Wh/l程度のエネルギー密度を有している。しかしながら、そのエネルギー密度、出力をより一層高めるとともに、高温での安定性をさらに改善し、耐久性を高めるための研究が精力的に進められている。

また、リチウムイオン二次電池においても、高出力化に向けての研究が進められている。例えば、放電深度（素子の放電容量の何％を放電した状態かをあらわす値）５０％において３kW/ｌを超える高出力が得られるリチウムイオン二次電池が開発されているが、そのエネルギー密度は、１００Wh/ｌ以下であり、リチウムイオン二次電池の最大の特徴である高エネルギー密度を敢えて抑制した設計となっている。また、その耐久性（サイクル特性、高温保存特性）については電気二重層キャパシタに比べ劣る。そのため、実用的な耐久性を持たせるためには放電深度が０〜１００％の範囲よりも狭い範囲でしか使用することができない。そのため実際に使用できる容量はさらに小さくなり、耐久性をより一層向上させるための研究が精力的に進められている。

一方、高出力蓄電デバイスとしては、電極に活性炭を用いた電気二重層キャパシタが開発されており、耐久性（サイクル特性、高温保存特性）が高く、０．５〜１ｋW/ｌ程度の出力特性を有する。これら電気二重層キャパシタは、上記高出力が要求される分野で最適のデバイスと考えられてきたが、そのエネルギー密度は、１〜５Ｗｈ/ｌ程度に過ぎず、イオン性液体を電解液に使用するなどの工夫により、耐電圧を向上させ、エネルギー密度を増加させる研究も行われている。

上記の様に、電池では出力密度、耐久性の向上を目指し、またキャパシタではエネルギー密度の向上を目指した研究が精力的に行われているが、近年では、電気二重層キャパシタと同等の耐久性を有しながらエネルギー密度、出力密度とも電気二重層キャパシタよりも高い蓄電素子として、電解液にリチウム塩を含む非水系電解液を用い、耐電圧を向上させた非水系リチウム型蓄電素子も提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

これらの蓄電素子は、金属箔からなる集電体に活物質を塗布した正極及び負極を、金属缶または金属箔ラミネートフィルム包装材等の外装体に入れ、電解液を注入した上で密閉して製造される。金属缶を用いたリチウムイオン二次電池においては、電極の対向面積を増やし高容量かつ高出力を得るために、正極と負極を、セパレータを介して捲回した電極捲回体が採用されている。

一方、金属箔ラミネートフィルム包装材を用いた薄型パッケージの蓄電素子においては、正極と負極（以下、区別する必要のない場合は総称して単に「電極」ともいう。）をセパレータを介して複数積層した電極積層体が採用されている（例えば、特許文献３、特許文献４参照）。
該電極積層体は、電極にリードタブを接続した後、ラミネートフィルム包装材からなる外装体に収納し、該リードタブをヒートシールで固定した後、外装体の開口部から電解液を注液し、最後に該開口部をヒートシールすることで蓄電素子となる。
特開２００１−２２９９２６号公報 特開２００３−３４６８０１号公報 特開平１１−２３３１３３号公報 特開２００６−２５２８０２号公報

上述した電極積層体から蓄電素子を製造するまでの工程において、積層した電極がずれることによって短絡が発生することがあった。これを防ぐために、クリップ等の固定具で挟むように固定すると、電極自体に局所的に圧力をかけて傷めてしまい、性能の面からの問題点が懸念される。
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、集電体に活物質層を接合して形成された正極と負極とをセパレータを介して任意数積層した電極積層体において、積層された電極がずれることによる短絡発生を防止する電極積層体及びその製造方法を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、略直方体の形状を有し、複数積層された電極積層体の上面から下面までの固定方法を特定することにより、上記目的を達成できることを知見した。
すなわち、本発明の請求項１による電極積層体は、集電体の両面または片面に活物質層が形成された電極を、セパレータを介して複数積層した略直方体の形状を有する電極積層体であって、該電極積層体の少なくとも３つの側面が、上面から下面まで積層方向に沿って固定部材によって固定されたことを特徴とする。

本発明の請求項２による電極積層体は、請求項１に記載の電極積層体において、前記電極の少なくとも一短辺の両端部が、上面から下面まで積層方向に沿って固定部材によって固定されたことを特徴とする。
本発明の請求項３による電極積層体は、請求項１又は２に記載の電極積層体において、前記固定部材が、粘着テープであることを特徴とする。

本発明の請求項４による電極積層体は、請求項１〜３のいずれかに記載の電極積層体において、該電極積層体の側面から突出して設けられた電極タブを除いた前記側面の全周のうち、固定されている部分が１０％以上７５％以下であることを特徴とする。
本発明の請求項５による電極積層体の製造方法は、集電体の両面または片面に活物質層が形成された電極を、セパレータを介して複数積層することによって略直方体の形状を有する電極積層体を作製する工程と、該電極積層体の少なくとも３つの側面を、上面から下面まで積層方向に沿って固定する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、電極積層体の少なくとも３つの側面が、前記直方体の上面から前記直方体の下面まで積層方向に沿って固定部材によって固定された構造としたので、積層された電極がずれることによる短絡発生を防止することができる。

以下においては、本発明の電極積層体が好適に使用できる蓄電素子の一例として、非水系リチウム型蓄電素子を説明する。
最初に、非水系リチウム型蓄電素子の構成について説明する。
蓄電素子は、電極積層体、および電解液、ならびにそれらを収納する外装体からなり、該電極積層体は正極、負極、およびセパレータからなる。ここで、該正極は正極集電体および正極活物質層からなり、同様に該負極は負極集電体、負極活物質層からなる。集電体の表面には、活物質の接着力を向上させるために、導電性炭素材を結着させることが好ましい。さらに、該正極活物質層は正極活物質を含み、該負極活物質層は負極活物質を含む。また、電解液には、電解質および溶媒を含む。また、電解液のかわりに固体電解質を使用することも可能である。

正極活物質は、多孔質炭素材料であり、具体的には活性炭が好ましい。該活性炭としては市販の活性炭を使用することも可能であるが、直径２０〜５００Åの細孔に由来するメソ孔量をＶ１（ｃｃ／ｇ）、直径２０Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をＶ２（ｃｃ／ｇ）とした時、０．３＜Ｖ１≦０．８かつ０．５≦Ｖ２≦１．０を満たす活性炭が、蓄電素子のエネルギー密度、出力密度の観点から好ましい。また、活性炭は、出力を大きくする点から、その平均細孔径が２０Å以上であることが好ましく、また、容量を大きくする点から２５Å以下であることが好ましい。さらに、活性炭のＢＥＴ比表面積は１５００ｍ²／ｇ以上、２５００ｍ²／ｇ以下が好ましい。なお、本発明で言うところの平均細孔径とは、細孔径に対して該細孔径を有する全細孔の容積の和を細孔径の小さいものから順に積算したときに、積算値が直径２０Å未満のマイクロ孔、及び直径２０Å以上５００Å以下のメソ孔をあわせた合計細孔容積の５０％となるときの細孔径である。

負極活物質は、特許文献２に開示されている複合多孔性材料のような炭素質材料をあげることができ、具体的には活性炭の表面に炭素質材料を被着させた複合多孔性材料が好ましい。該複合多孔性材料として好ましいものは、直径２０〜５００Åの細孔に由来するメソ孔量をＶｍ１（ｃｃ／ｇ）、直径２０Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をＶｍ２（ｃｃ／ｇ）とした時、０．０１≦Ｖｍ１≦０．２０かつ０．０１≦Ｖｍ２≦０．４０である複合多孔性材料である。

上記複合多孔性材料は、活性炭と炭素質材料前駆体とを共存させた状態で熱処理することにより得ることができる。原料に用いる活性炭は、得られる複合多孔性材料が所望の特性を発揮する限り、活性炭とする前の原材料などに特に制限はなく、石油系、石炭系、植物系、高分子系などの各種の原材料から得られた市販品を使用することができ、平均粒径１〜５００μｍ程度（より好ましくは１〜５０μｍ）の活性炭粉末を用いることが好ましい。

炭素質材料前駆体とは、熱処理することにより、活性炭に炭素質材料を被着させることができる液体又は溶剤に溶解可能な有機質材料で、例えばピッチ、メソカーボンマイクロビーズ、コークスあるいはフェノール樹脂などの合成樹脂などを挙げることができる。これらの炭素質材料前駆体の中でも、安価なピッチを用いることが製造コスト上好ましい。ピッチは、大別して石油系ピッチと石炭系ピッチに分けられる。例えば、石油系ピッチとしては、原油の蒸留残渣、流動性接触分解残渣（デカントオイルなど）、サークルクラッカーからのボトム油、ナフサクラッキングの際に得られるエチレンタールなどが例示される。

上記ピッチを用いる場合、複合多孔性材料は、活性炭の表面でピッチの揮発成分あるいは熱分解成分を熱反応させることにより、活性炭に炭素質材料を被着させることにより得られる。この場合、２００〜５００℃程度の温度において、ピッチの揮発成分、あるいは、熱分解成分の活性炭細孔内への被着が進行し、４００℃以上で該被着成分が炭素質材料となる反応が進行する。熱処理時のピーク温度は得られる複合多孔性材料の特性、熱反応パターン、熱反応雰囲気などにより適宜決定されるものであるが、４００℃以上であることが好ましく、更に好ましくは４５０〜１０００℃であり、特に５００〜８００℃程度のピーク温度であることが好ましい。また、熱処理時のピーク温度を維持する時間は３０分間から１０時間であればよく、好ましくは１時間から７時間、更に好ましくは２時間から５時間である。５００〜８００℃程度のピーク温度で２時間から５時間熱処理する場合、活性炭表面に被着している炭素質材料は多環芳香族系炭化水素になっているものと考えられる。

正極集電体については、厚さ５〜１００μｍの金属箔、例えばアルミニウム箔が好ましい。また、負極集電体は、厚さ５〜１００μｍの金属箔、例えば銅箔が好ましい。
集電体の表面（両面または片面で、活物質層を設ける側）に導電性炭素材を結着させることにより活物質層と集電体の接着力を向上させてもよい。
電解液の溶媒としては、非水系溶媒、たとえば、炭酸エチレン（ＥＣ）、炭酸プロピレン（ＰＣ）に代表される環状炭酸エステル、炭酸ジエチル（ＤＥＣ）、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）、炭酸エチルメチル（ＭＥＣ）に代表される鎖状炭酸エステル、γ−ブチロラクトン（γＢＬ）などのラクトン類、およびこれらの混合溶媒、を用いることができる。

これら非水系溶媒に溶解する電解質はリチウム塩である必要があり、好ましいリチウム塩を例示すれば、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＮ（ＳＯ₂Ｃ₂Ｆ₅）₂、ＬｉＮ（ＳＯ₂ＣＦ₃）（ＳＯ₂Ｃ₂Ｆ₅）およびこれらの混合塩をあげることができる。電解液中の電解質濃度は、陰イオンの不足を避け、蓄電素子の容量を最大にする点から、０．５ｍｏｌ／ｌ以上であることが好ましく、また、未溶解の塩が該電解液中に析出することを抑え、該電解液の粘度が高くなりすぎたりしないようにし、伝導度を上げて出力特性を上げるという点から２．０ｍｏｌ／ｌ以下であることが好ましい。

次に、電極積層体の製造方法について説明する。
電極積層体の製造方法は、以下の工程を含む。すなわち、表面に導電性炭素材が結着された集電体の両面または片面に活物質層を塗布して電極を形成する塗布工程、電極を定められた寸法形状に切断する加工工程、電極を、セパレータを介して複数積層して電極積層体とする積層工程、及び前記直方体の上面から前記直方体の下面まで積層方向に沿って固定する固定工程である。

塗布工程について説明する。なお、以下においては、正極活物質層と負極活物質層とを総称する場合は、単に「活物質層」という。
まず、正極活物質、または負極活物質を、必要に応じて、微粒子黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維などの導電剤と混合し、結着剤である樹脂の有機溶剤溶液と混合することでペーストを得る。次に、集電体上にペーストを塗布、乾燥することによって活物質層を形成する。該活物質層は、必要に応じて集電体の片面、または両面に形成することができる。ここで、該活物質層の片面分の乾燥後の厚みは１０〜２００μｍの範囲であることが好ましい。得られた電極は乾燥後、定められた寸法に打ち抜く加工を行う。

打ち抜かれた電極は、耳部のついた略四辺形形状を有し、耳部以外には活物質が塗布されている。耳部は前述したリードタブを接続するための接続部分である電極タブに該当し、活物質は塗布されていない。
積層工程について、添付図面（図１〜図５）を参照して実施形態について説明し、本発明の理解に供する。正極１と負極１との間にセパレータ３をはさみ、位置合わせをしながら必要に応じた層数の正極と負極を積層し、略直方体の形状を有する電極積層体を製造する。本発明においては、ここで、該直方体（電極積層体）の上面からみた四辺形の３辺以上において、該直方体の該上面（電極積層体の最上面に配置される電極の上面）から該直方体の下面（電極積層体の最下面に配置される電極の下面）まで積層方向に固定する固定工程が行われる。この固定工程では、３辺の固定（図１参照）または４辺の固定（図２参照）に加えて、前記直方体の上面からみた四辺形の短辺の両端部、又は４隅において、該直方体の該上面から該直方体の下面まで積層方向に固定してもよい（図５参照）。

固定に供する固定部材４としては、粘着テープ、接着剤、紐、断面がコの字形状のプラスチック製クリップ、断面がロの字形状のプラスチック製クリップが挙げられる。断面がコの字形状のプラスチック製クリップは、上記辺の固定に用いることができ、断面がロの字形状のプラスチック製クリップは、上記隅の固定に用いることができる。これらの中でも、粘着テープによる固定が、容易であり、固定により発生する凸部が小さく、かつ電極に与える副作用が少ないことから好ましく使用できる。粘着テープの材料は電解液で劣化しないものである必要があり、ポリイミドテープが好ましく使用できる。

固定化する部分は、前記直方体の上面からみた四辺形の電極タブ２（図１〜図５参照）を除いた全周のうち、１０％以上７５％以下であることが好ましく、２５％以上５０％以下であることが好ましい。固定化する部分が全周の１０％以上であれば、ずれの発生が抑制でき、７５％以下であれば電解液の含浸を適度な速度で進行させることができる。
セパレータはリチウムイオン二次電池に用いられるポリエチレン製の微多孔膜、もしくはポリプロピレン製の微多孔膜、または電気二重層コンデンサで用いられるセルロース製の不織紙などを用いることができる。セパレータの厚みは、内部のマイクロショートによる自己放電を小さくさせる点から１０μｍ以上が好ましく、また蓄電素子のエネルギー密度の減少を抑えながら、かつ出力特性の低下も抑えるという点から、５０μｍ以下が好ましい。

蓄電素子に用いる負極中には、あらかじめリチウムをドープしておくことができる。リチウムをドープしておくことにより、素子の容量および作動電圧を制御することが可能である。リチウムのドープ方法は、例えば、電極以外に設置されたリチウム源と負極を短絡することによって、正極貫通孔、負極貫通孔を経由して積層または捲廻積層された負極の活物質層にドープする方法や、負極にリチウム箔を圧着することによって電気化学的に負極の活物質層にドープする手法をあげることができる。

上述の工程を経て製造された電極積層体中の、積層された全ての正極の耳部（電極タブ）をまとめて正極リードタブを接続し、積層された全ての負極の耳部（電極タブ）をまとめて負極リードタブを接続することでタブ付き積層体を得る。接続方法は超音波溶接、抵抗溶接またははんだや銀ロウ接続が好ましい。
正極リードタブの材料はアルミニウムが好ましく、負極リードタブの材料は銅またはニッケルが好ましい。また、リードタブのラミネートフィルム外装体のヒートシール部に位置する部分には該ヒートシール部の樹脂と相溶する樹脂からなる接合部を設けてもよい。

タブ付き積層体は、ラミネートフィルムからなる外装体内に、該正極に接続した正極リードタブの一端と該負極に接続した負極リードタブの一端とを該外装体の外側に引き出した状態で収納し、該正極リードタブと該負極リードタブとをヒートシールにより該外装体に固定する。
次に、該正極リードタブと該負極リードタブとを接続した電極積層体をラミネートフィルムからなる外装体内に該正極リードタブの他端と該負極リードタブの他端とが該外装体外部に引き出された状態で収納する。

ここで、ラミネートフィルムとしては、金属箔と樹脂フィルムを積層したフィルムが好ましく、外層樹脂フィルム／金属箔／内装樹脂フィルムからなる3層構成のものが例示される。外層樹脂フィルムは接触等により金属箔が損傷を受けることを防止するためのものであり、ナイロンやポリエステル等の樹脂が好適に使用できる。金属箔は水分やガスの透過を防ぐためのものであり、銅、アルミニウム、ステンレス等の箔が好適に使用できる。内装樹脂フィルムは、内部に収納する電解液から金属箔を保護するとともに、ヒートシール時に溶融封口させるためのものであり、ポリオレフィン、酸変成ポリオレフィンが好適に使用できる。

次に、該外装体内に電解液を注液し、該外装体をヒートシールすることによって蓄電素子を製造することができる。

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
本発明に使用した電極の作成は以下の通りである。
市販のピッチ系活性炭（ＢＥＴ比表面積１９５５ｍ²／ｇ）１５０ｇをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、石炭系ピッチ３００ｇを入れたステンレス製バットの上に置き、電気炉（炉内有効寸法３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍ）内に設置して、熱処理を行った。熱処理は窒素雰囲気下で、６７０℃まで４時間で昇温し、同温度で４時間保持し、続いて自然冷却により６０℃まで冷却した後、炉から取り出した。得られた生成物はＢＥＴ比表面積２４５ｍ²／ｇであった。

次いで、上記で得た複合多孔性材料８３．４重量部、アセチレンブラック８．３重量部およびＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）８．３重量部とＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）を混合して、スラリーを得た。次いで、得られたスラリーを厚さ１５μｍの銅箔の両面に塗布し、乾燥し、プレスして、厚さ約１３５μｍの負極を得た。
また、負極の複合多孔性材料の原料と同一の市販のピッチ系活性炭８１．６重量部、ケッチェンブラック６．１重量部およびＰＶｄＦ１２．３重量部とＮＭＰを混合したものを、厚さ３０μｍのＡｌ箔の両面に塗布、乾燥し、厚さ約２７０μｍの正極を得た。

＜実施例１〜２＞
上記で得られた負極及び正極を用い、以下のようにして長辺、短辺それぞれの長さが１２０mm、７０ｍｍであり、長辺のうちの一辺から、正極、負極のリードタブを導出したタブ付き積層体を作製した。

まず、負極の複合多孔性材料に接するように同面積で厚み２０μｍのリチウム金属を圧着し、正極と負極の間にポリエチレン製のセパレータ（厚み３０μｍ）をはさみ込んで正極７枚負極６枚を積層した。
次に、図１の辺Ｂ、辺Ｃ、及び辺Ｄを、電極積層体の上面から下面まで積層方向に、ポリイミド製の粘着テープで固定し、正極、負極のリードタブを溶接し、実施例１のタブ付き積層体を作製した。このタブ付き積層体の厚さは３．０ｍｍとした。また、正極、負極の電極タブと各リードタブの溶接には、いずれも１０ｍｍの溶接距離を要した。また、粘着テープによる固定箇所を図２に示す４箇所（辺Ａ、辺Ｂ、辺Ｃ、及び辺Ｄ）とした以外は実施例１と同様に実施例２のタブ付き積層体を作製した。

＜比較例１〜２＞
粘着テープによる固定箇所を図３に示す１箇所とした以外は実施例１と同様に作製した比較例１のタブ付き積層体、及び図４に示す２箇所とした以外は実施例１と同様に作製した比較例２のタブ付き積層体を準備して、同様の振動試験を実施した。テスターで短絡の有無の確認を行った。

ここで、実施例１及び実施例２のタブ付き積層体中の正極や負極やセパレータのずれやすさを評価するために、積層体作製工程から次工程への移動を想定して短絡試験を実施した。短絡試験は、ラボシェーカー（ＢＣ−７３０）を使用し、各積層体に振幅巾４０ｍｍで、７０〜８０（往復／分）の振とう数で１５分の振動を与えた後、テスターで短絡の有無の確認を行った。テスターはデジタルテスター（ＣＤＭ−１６Ｄ）を使用し、各積層体の電圧、電流、抵抗を測定した。短絡試験の結果を表１に示す。

なお、表１において、実施例１及び実施例２、並びに比較例１及び比較例２の試験積層体数をそれぞれ２５とした。表１中、「短絡試験結果」は、２５の試験積層体数のうち短絡を示した個数を示し、「短絡率」は、その割合を示す。

比較例１及び比較例２では、電極のズレの発生により、短絡が多く発生し、６４％〜８８％の短絡発生率であった。それに対して実施例１及び実施例２においては、実施例１において１試験体に短絡が認められただけで、実施例２にいたっては、短絡が発生した試験積層体は皆無であった。

表１に示す結果により、電極積層体の上面から下面まで積層方向に３箇所若しくは４箇所のテープ止めを側面に施す効果が大きいことが分かった。
次に各辺のテープ止めを行う各辺の全長に対する割合を確認した。通常、全周をテープで止めるのが最も効果があると推察されるが、余りにテープ止めをしすぎると、電解液の含浸速度が遅くなってしまう恐れがある。

そこで、「平均液面低下速度」を測定して、テープ止めの割合に対する電解液の含浸状況を確認した。「平均液面低下速度（ｍｍ／ｍｉｎ）」の測定方法としては、透明な容器に各積層体を入れ、その中に、所定量の電解液を添加して、１０分後の電解液の液面の低下量から算出した。

表２は、図４のようにテープ止めの箇所を２箇所とした電極積層体（参考例）において、各辺全長に対するテープ止めの割合と、平均液面低下速度との関係を示したものである。なお、表２において、参考例１〜６の試験積層体数をそれぞれ２５とした。

表２に示す結果から分かるように、テープ止めの割合が大きくなるほど、液面の低下速度が遅くなっている。

表３は、図１のようにテープ止めの箇所を３箇所とした実施例において、各辺全長に対するテープ止めの割合と、平均液面低下速度との関係を示したものである。なお、表３において、実施例３〜８の試験積層体数をそれぞれ２５とした。

表３に示すように、実施例３〜８でも同様に、テープ止めの割合が大きくなるほど、液面の低下速度が遅くなっている。固定した箇所が１辺増えた為に、表３の全ての例において約３０％液面低下速度が遅くなっている。
さらに、図１においてテープ止めする３辺を辺Ａ、辺Ｂ、及び辺Ｃにした場合や辺Ａ、辺Ｂ、及び辺Ｄにした場合においても、液面低下速度はほぼ同等の値を示し、表２の結果と比べても同様に３０％程度、液面低下速度が遅くなっている。

表４は、図２のようにテープ止めの箇所を４箇所とした実施例において、各辺全長に対するテープ止めの割合と、平均液面低下速度との関係を示したものである。なお、表４において、実施例９〜１４の試験積層体数をそれぞれ２５とした。

表４に示すように、実施例９〜１４でも同様に、テープ止めの割合が大きくなるほど、液面の低下速度が遅くなっている。固定した箇所が増えると、表４の全ての例において液面低下速度が遅くなっている。
以上の結果より、電極積層体の３つ以上の側面において固定することにより、積層された電極がずれることによる短絡発生を防止することができる。ここで、電極積層体をテープ止めで固定する場合は、固定箇所の割合は、電極積層体の電極タブを除いた全周の１０％以上７５％以下とすることが好ましく、全周の２５％以上５０％以下であることがより好ましいことが分かる。

このようにして作製された電極積層体は、以降の工程で外装体に挿入される。この挿入の際に、電極積層体の角部（四隅の一部）に折れ曲がりが発生し、短絡の原因となる可能性がある。
図５は、角部の折れ曲がりに対処した電極積層体の構成を示す平面図である。
図５に示すように、角部の折れ曲がりに対処した電極積層体は、四辺をテープで固定した上に、ａ点とｂ点、ｂ点とｃ点、ｃ点とｄ点の各々各２点をテープで固定した電極積層体を作製した。それを包装材に挿入し、角部の折れ曲がりの発生頻度を確認した。また、確認として、四隅に一切テープ止めをしないものも加えた。確認結果を表５に示す。

なお、表５において、実施例１５〜２０の試験積層体数をそれぞれ２５とした。

表５に示すように、充分に折れ等に注意しながら包装材に当該積層体を挿入したにもかかわらず、四隅をテープ止めしない実施例１５では約３０％の積層体の折れが認められた。また２点留めを施した実施例１６〜実施例１９のうち、長辺側の両端で２点留めを施した実施例１７及び実施例１９で１積層体に折れ曲がりが発生した。

また、短辺側２点留めを施した実施例１６及び実施例１８、並びに４点留めを施した実施例２０ではひとつの折れ曲がりも無かった。これらの結果から、角部（短辺の両端部、又は４隅）のテープ止めの効果が大きいことが分かった。

本発明の電極積層体は、自動車において、内燃機関または燃料電池、モーター、及び蓄電素子を組み合せたハイブリット駆動システムの分野、ＯＡ機器、瞬時電圧降下対策、さらには瞬間電力ピークのアシスト用途などで使用する蓄電素子に好適に利用できる。

本発明に係る電極積層体の一実施形態における実施例３〜８の構成を示す平面図である。 本発明に係る電極積層体の一実施形態における実施例９〜１４の構成を示す平面図である。 本発明に係る電極積層体の一実施形態における比較例１の構成を示す平面図である。 本発明に係る電極積層体の一実施形態における比較例２の構成を示す平面図である。 本発明に係る電極積層体の一実施形態における実施例２０の構成を示す平面図である。

符号の説明

１ 電極
２ 電極タブ
３ セパレータ
４ 固定部材

Claims (5)

1. 集電体の両面または片面に活物質層が形成された電極を、セパレータを介して複数積層した略直方体の形状を有する電極積層体であって、該電極積層体の少なくとも３つの側面が、上面から下面まで積層方向に沿って固定部材によって固定されたことを特徴とする電極積層体。
2. 前記電極の少なくとも一短辺の両端部が、上面から下面まで積層方向に沿って固定部材によって固定されたことを特徴とする請求項１記載の電極積層体。
3. 前記固定部材が、粘着テープであることを特徴とする請求項１または２のいずれか1項に記載の電極積層体。
4. 該電極積層体の側面から突出して設けられた電極タブを除いた前記側面の全周のうち、固定されている部分が１０％以上７５％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の電極積層体。
5. 集電体の両面または片面に活物質層が形成された電極を、セパレータを介して複数積層することによって略直方体の形状を有する電極積層体を作製する工程と、該電極積層体の少なくとも３つの側面を、上面から下面まで積層方向に沿って固定する工程とを含むことを特徴とする電極積層体の製造方法。

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