JP2014045001A - 蓄電デバイス用電極板，蓄電デバイス用電極群及び蓄電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】電極板の活物質層におけるクラックの発生を抑制することができる蓄電デバイス用電極板，蓄電デバイス用電極群及び蓄電デバイスを提供する。
【解決手段】相互に間隔をあけて長手方向に並んで配置され、活物質層が設けられる略矩形状の活物質形成部１４ａ，１４ｃと、電極板１１ａ，１１ｂにおける一対の長辺の一方の端部を長手方向に延びる、活物質層が形成されていない第１の未形成部１６と、一対の長辺の他方の端部を長手方向に延びる、活物質層が形成されていない第２の未形成部１７と、隣り合う活物質形成部１４ａ，１４ｃの間を幅方向に延びる、活物質層が形成されない第３の未形成部１８とが設けられ、第３の未形成部１８における長手方向の長さは、隣接する前記第３の未形成部１８の間で比較すると連続的に変化していることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、蓄電デバイスに用いられる電極板、電極群、及びこれを備えた蓄電デバイスに関する。

近年、電子機器の小型化・軽量化の進歩は目覚ましく、それに伴い、当該電子機器の駆動用電源として用いられる電池に対しても小型化・軽量化の要求が一層高まっている。このような小型化・軽量化の要求を満足するために、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池が蓄電デバイスとして開発されている。

また、高出力密度、良好なサイクル性能などの特性を有する蓄電デバイスとして、電気二重層キャパシタが知られている。さらに、高エネルギー密度特性および高出力特性を必要とする用途に対応する蓄電デバイスとして、リチウムイオン二次電池および電気二重層キャパシタの蓄電原理が組み合わされたリチウムイオンキャパシタが注目されている。

このような蓄電デバイスにおいて、エネルギー密度及び出力密度を高くするには、いわゆる巻回型の電極を用いてデバイスを小型化することが好適である。巻回型の電極を収納する容器内の容積を効率的に利用する手法として、正負両電極板上にその幅方向に沿って活物質層が形成されていない活物質層未形成領域を設け、該活物質層未形成領域を折り曲げ部とし、活物質層形成領域を折り曲げない巻回型電極の電極構造が提案されている（例えば、特許文献１および２参照。）。

特開２００７−２６７８６号公報 特開２０１１−１４２３８号公報

しかしながら、上記の特許文献１および２に開示されている構成の電極板では、ロール状に巻き取った場合に、電極板に形成された活物質層の端部にクラック（ひび割れ）が生じ易いという問題があった。具体的には、蓄電デバイスの製造過程において、蓄電デバイスの容器に納められる前の電極板は、ロール状に巻き取った状態で保管されている。特許文献１および２の電極板では、帯状に形成された電極板の一対の長辺の少なくとも一方にまで活物質層が形成された領域の端部が達している。電極板をロール状に巻き取ると、この端部にクラックが生じやすくなるという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、電極板の活物質層におけるクラックの発生を抑制することができる蓄電デバイス用電極板，蓄電デバイス用電極群及び蓄電デバイスを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の蓄電デバイス用電極板は、集電体上に活物質層が設けられ、帯状に形成された蓄電デバイス用電極板であって、前記電極板の前記集電体上には、相互に間隔をあけて長手方向に並んで配置され、前記活物質層が設けられる略矩形状の活物質形成部と、前記電極板における一対の長辺の一方の端部を前記長手方向に延びる、前記活物質層が形成されていない第１の未形成部と、前記一対の長辺の他方の端部を前記長手方向に延びる、前記活物質層が形成されていない第２の未形成部と、隣り合う前記活物質形成部の間を幅方向に延びる、前記活物質層が形成されない第３の未形成部と、が設けられ、前記第３の未形成部における前記長手方向の長さは、隣接する前記第３の未形成部の間で比較すると連続的に変化していることを特徴とする。

本発明の蓄電デバイス用電極板によれば、第１の未形成部および第２の未形成部を設けたことにより、電極板をロール状に巻き取っても活物質層にクラックが生じにくくなる。特許文献１および２の電極板と異なり、本発明の電極板では第１の未形成部および第２の未形成部が設けられているため、活物質層が電極板の長辺に接する部分にまで設けられていない。そのため、電極板をロール状に巻き取った際に、活物質層における長辺に近い部分に応力が集中しにくくなり、当該部分にクラックが生じにくくなる。

さらに、隣接する第３の未形成部における長手方向の長さ（以下、「第３の未形成部の横幅」と表記する。）を連続的に変化させ、例えば、長手方向の一方から他方に向かって、第３の未形成部の横幅が次第に広くなるように形成することで、蓄電デバイス用電極板を用いて巻回型電極の電極構造を形成しやすくなる。つまり、電極板における第３の未形成部の横幅が狭い側の端部を巻回構造の内側に配置し、横幅が広い側の端部を巻回構造の外側に配置することで、巻回構造を形成しやすくなる。ここで長手方向とは、帯状の電極板における１対の長辺に沿う方向のことであり、幅方向とは、一対の長辺の一方から他方に、好ましくは最短距離で向かう方向のことである。

上記発明においては、前記第１の未形成部には、前記電極板から電流を取り出す引出端子が配置される引出端子配置部が設けられ、前記第２の未形成部は、前記第１の未形成部と比較して前記幅方向の長さが短いことが好ましい。

このように第２の未形成部における幅方向の長さ（以下、「第２の未形成部の横幅」と表記する。）を、第１の未形成部よりも短くすることで、電極板からの電力の取り出しやすさを確保しつつ、蓄電デバイス用電極板を用いた蓄電デバイスのエネルギー密度を高めることができる。例えば、第２の未形成部の横幅を、第１の未形成部の横幅と同じ広さで形成すると、電極板の面積に対する活物質層が設けられる活物質形成部の面積の割合が減少し、蓄電デバイスのエネルギー密度が減少する。その一方で、第１の未形成部の横幅を、第２の未形成部の横幅と同じように狭くすると、電極板から電流を取り出す引出端子が取り付けられる引出端子配置部を設けることが困難になる。

本発明の蓄電デバイス用電極群は、上記本発明の前記電極板における前記集電体が正極集電体であり、かつ、前記活物質形成部に正極活物質層が設けられた正極板、および、前記集電体が負極集電体であり、かつ、前記活物質形成部に負極活物質層が設けられた負極板であり、前記正極板および前記負極板の間にセパレータが配置され、前記正極板および前記負極板の前記第３の未成形部において折り曲げられ、前記正極板、前記セパレータおよび前記負極板が扁平状に巻回されていることを特徴とする。

本発明の蓄電デバイス用電極群によれば、正極電極板および負極電極板として上記本発明の蓄電デバイス用電極板を用いているため、正極電極板および負極電極板をロール状に巻き取っても活物質層にクラックが生じにくくなる。

本発明の蓄電デバイス用電極群は、上記本発明の前記電極板における前記集電体が正極集電体であり、かつ、前記活物質形成部に正極活物質層が設けられた正極板、および、前記集電体が負極集電体であり、かつ、前記活物質形成部に負極活物質層が設けられた負極板であり、前記正極板および前記負極板は、前記正極活物質層が設けられた前記活物質形成部と、前記負極活物質層が設けられた前記活物質形成部とが対向して配置されるとともに、前記正極板の前記第１の未形成部が前記負極板の前記第２の未形成部と対向し、かつ、前記負極板の前記第１の未形成部が前記正極板の前記第２の未形成部と対向して配置され、前記正極板および前記負極板の間にセパレータが配置され、前記正極板および前記負極板の前記第３の未成形部において折り曲げられ、前記正極板、前記セパレータおよび前記負極板が扁平状に巻回されていることが好ましい。

このように正極板の第１の未形成部と負極板の第２の未形成部とを対向させ、正極板の第２の未形成部と負極板の第１の未形成部とを対向させることにより、正極板の引出端子配置部を電極群の一方に集め、負極板の引出端子配置部を電極群の他方に集めることができ、電極群から電流を取り出しやすくなる。

上記発明において前記正極板および前記負極板の前記第１の未形成部には、それぞれ前記正極板および前記負極板から電流を取り出す引出端子が、前記第１の未形成部から突出して設けられていることが好ましい。

上記発明において前記正極板に設けられた前記活物質層は、中心を合わせて対向配置された前記負極板に設けられた前記活物質層よりも端部が内側に配置されていることが好ましい。

このように正極板の活物質形成部の端部を、負極板の活物質形成部の端部よりも活物質形成部の中心側に配置させることにより、電極群が充電放電を繰り返した際に電極群が短絡する不具合の発生を抑制できる。例えば、正極板の活物質層と、負極板の活物質層との間で所定イオン（例えば、リチウムイオン）の吸蔵や放出を行う蓄電デバイス用電極群の場合では、正極板の活物質層から放出された所定イオンは、負極板の活物質層に吸蔵される。

このとき、負極板の活物質層に放出された所定イオンを完全に吸蔵できない部位が発生すると、その部位に所定イオンの析出物（金属リチウム）が針状に析出する。この針状の析出物がセパレータを突き破り正極板と負極板とを短絡させる。上述のように負極板の活物質層の形成面積を、正極板の活物質層の形成面積よりも大きくすることで、所定イオンを完全に吸蔵しやすくなり、針状析出物の形成を抑制することができる。

本発明の蓄電デバイスは、上記本発明の蓄電デバイス用電極群と、電解質と、少なくとも前記蓄電デバイス用電極群および前記電解質を内部に収容するケースと、が設けられていることを特徴とする。

本発明の蓄電デバイスによれば、上記本発明の蓄電デバイス用電極群を用いているため、蓄電デバイスの製造過程において、正極電極板および負極電極板をロール状に巻き取っても活物質層にクラックが生じにくくなる。

本発明の蓄電デバイス用電極板，蓄電デバイス用電極群及び蓄電デバイスによれば、第１の未形成部および第２の未形成部を設けたことにより、電極板をロール状に巻き取った際に、活物質層における長辺に近い部分に応力が集中しにくくなり、電極板の活物質層におけるクラックの発生を抑制できるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る蓄電デバイスの全体構成を説明する模式図である。 図１の電極群の構成を説明する摸式的なＡ−Ａ断面視図である。 図１の電極群のサイズを説明するＡ−Ａ断面視図である。 図２の正極板および負極板の構成を説明する模式図である。 図２の正極板、負極板、および、セパレータの配置を説明する模式図である。 正極活物質形成部または負極活物質形成部の構成を説明する断面視図である。 正極活物質形成部と負極活物質形成部との構成の差を説明する断面視図である。 図２の正極板および負極板の重ね合わせ状態を説明する模式図である。 本発明の別の実施形態に係る蓄電デバイスの電極群、正極タブリードおよび負極タブリードの配置を説明する模式図である。 図９の蓄電デバイスの全体構成を説明するＣ−Ｃ’断面視図である。

この発明の一実施形態に係る蓄電デバイス１について、図１から図１０を参照しながら説明する。本実施形態では蓄電デバイス１が、リチウムイオンキャパシタである例に適用して説明する。なお、蓄電デバイス１は、上述のようにリチウムイオンキャパシタであってもよいし、リチウムイオン電池や電気二重層キャパシタであってもよく、その形式を特に限定するものではない。

蓄電デバイス１には、図１の模式図に示すように、電極群１０と、正極タブリード（引出端子）３１ａおよび負極タブリード（引出端子）３１ｃと、ラミネート外装型の角型ケース（ケース）４１と、が主に設けられている。

電極群１０は蓄電デバイス１における充電および放電を行う中心的な構成要素である。電極群１０は、図２の電極群１０の模式断面図に示すように、正極板（電極板）１１ａと、負極板（電極板）１１ｃと、セパレータ２１と、から主に構成され、負極板１１ｃ、セパレータ２１、正極板１１ａ、セパレータ２１の順に積層された層が扁平状に巻回されて構成されたものである。

なお、図２に示す電極群１０は、理解を容易にするために巻回の回数を３回として示しているものであり、巻回の回数を３回に限定するものではない。巻回の回数は、３回以上であってもよく、その回数を限定するものではない。本実施形態では、電極群１０における巻回の回数を２０回とした例に適用して説明する。

ここで巻回の回数は、正極板１１ａおよび負極板１１ｃにおける巻回の回数であり、かつ、後述する正極板１１ａおよび負極板１１ｃに設けられたリード部１５を除いた巻回の回数を意味する。言い換えると、セパレータ２１における巻回の回数を意味するものではない。本実施形態の電極群１０では、セパレータ２１が正極板１１ａおよび負極板１１ｃよりも１回多く巻回され、電極群１０の最外周を覆っている。また、実際の電極群１０では、正極板１１ａ、負極板１１ｃおよびセパレータ２１を積層させた状態で巻回されている。なお、セパレータ２１は、正極板１１ａおよび負極板１１ｃよりも２〜３回多く巻回されていてもよい。

図３は本実施形態における電極群１０のサイズを示す図である。電極群１０の最内周巻き幅Ｗｉｎは８６（ｍｍ）であり、最小半径Ｒは０．５（ｍｍ）以下である。巻き幅Ｗoutは９３（ｍｍ）であり、厚さＴは７．２＋２Ｒ（ｍｍ）である。後述する正極板１１ａの正極活物質形成部１４ａや、負極板１１ｃの負極活物質形成部１４ｃが形成される領域の幅Ｗｐは、正極活物質形成部１４ａでは７９．６（ｍｍ）であり、負極活物質形成部１４ｃでは８１．６（ｍｍ）である。

また、負極板１１ｃ、セパレータ２１、正極板１１ａ、セパレータ２１の順に積層された層の厚さｔは３５０（μｍ）である（図２参照）。そのうち、正極板１１ａの厚さが１９０（μｍ）であり、負極板１１ｃの厚さが１００（μｍ）であり、２枚のセパレータ２１の厚さの合計が６０（μｍ）である。

正極板１１ａは、図４（ａ）および図５に示すように、正極集電体（集電体）１３ａと、正極活物質層が設けられる正極活物質形成部（活物質形成部）１４ａと、リード部１５と、第１の未形成部１６と、第２の未形成部１７と、第３の未形成部１８と、正極引出端子配置部（引出端子配置部）１９ａとから主に形成されたものである。また、負極板１１ｃは、図４（ｂ）および図５に示すように、負極集電体（集電体）１３ｃと、負極活物質層が設けられる負極活物質形成部（活物質形成部）１４ｃと、リード部１５と、第１の未形成部１６と、第２の未形成部１７と、第３の未形成部１８と、負極引出端子配置部（引出端子配置部）１９ｃとから主に形成されたものである。

正極集電体１３ａは、導電性を有する膜状の部材であり、正極活物質形成部１４ａと正極タブリード３１ａとの間を導電可能とするものである。正極集電体１３ａの表面には、正極活物質形成部１４ａおよび正極タブリード３１ａが形成される領域を除き、絶縁膜が設けられていてもよい。正極集電体１３ａの材料としては、例えばアルミニウムや、ステンレス鋼などを挙げることができる。また、絶縁膜を構成する材料としては、例えばポリイミド系、エポキシ系等の樹脂材料を挙げることができる。

負極集電体１３ｃは、導電性を有する膜状の部材であり、負極活物質形成部１４ｃと負極タブリード３１ｃとの間を導電可能とするものである。負極集電体１３ｃの表面には、負極活物質形成部１４ｃおよび負極タブリード３１ｃが形成される領域を除き、絶縁膜が設けられていてもよい。負極集電体１３ｃの材料としては、例えば銅や、ステンレス鋼などを挙げることができる。また、絶縁膜を構成する材料としては、例えばポリイミド系、エポキシ系等の樹脂材料を挙げることができる。

正極活物質形成部１４ａは正極集電体１３ａの上に設けられた矩形状の領域であり、正極活物質の層が設けられる部分である。上述の正極活物質層を形成する正極活物質としては、例えば活性炭粉末、導電性高分子、ポリアセン系有機半導体などを用いることができる。

負極活物質形成部１４ｃは負極集電体１３ｃの上に設けられた矩形状の領域であり、負極活物質の層が設けられる部分である。上述の負極活物質層を形成する負極活物質としては、例えば黒鉛、ハードカーボン、ポリアセン系有機半導体などを用いることができ、負極活物質にはリチウムイオンが吸蔵され、担持されている。本実施形態では、４０層の正極活物質形成部１４ａおよび負極活物質形成部１４ｃが設けられている例に適用して説明する。

正極活物質層および負極活物質層は、正極活物質または負極活物質をバインダー等と共に溶媒中に分散させたスラリーを、間欠塗工等により集電体上に塗工し乾燥することによって形成することができる。このようにして形成された正極活物質層および負極活物質層は、通常、図６に示すように、それぞれ正極活物質形成部１４ａおよび負極活物質形成部１４ｃの端部で盛り上がり部ＢＰを形成する。本実施形態では盛り上がり部ＢＰの高さＨが５（μｍ）以下である例に適用して説明する。かかる盛り上がり部ＢＰの高さＨが高すぎると、電極板をロール状に巻き取った場合に電極板が変形したり、蓄電デバイスの内部抵抗や容量にバラツキが生じたり、電極板を巻回する際に嵩張って所定のサイズに収まらなかったりする等の問題が生じやすくなる。

正極活物質形成部１４ａは帯状の正極板１１ａにおける長手方向（図４（ａ）の上下方向）に間隔をあけて離散的に配置され、負極活物質形成部１４ｃは帯状の負極板１１ｃにおける長手方向（図４（ｂ）の上下方向）に間隔をあけて離散的に配置されている。正極活物質形成部１４ａおよび負極活物質形成部１４ｃの周囲には第１の未形成部１６、第２の未形成部１７および第３の未形成部１８が主に配置されている。

また、図７に示すように、中心を合わせて正極活物質形成部１４ａおよび負極活物質形成部１４ｃを対向して配置すると、言い換えると正極活物質層および負極活物質層を対向して配置すると、正極活物質形成部１４ａの端部は負極活物質形成部１４ｃよりも内側に位置するように形成されている。正極活物質形成部１４ａの端部は、負極活物質形成部１４ｃの端部よりも０．１（ｍｍ）から５（ｍｍ）の範囲で内側に位置することが好ましい。

リード部１５は、正極板１１ａおよび負極板１１ｃの長手方向における一方の端部、より具体的には、巻回された際に内側になる端部に設けられた正極活物質層や、負極活物質層が設けられていない部分である。

第１の未形成部１６、第２の未形成部１７および第３の未形成部１８は、正極板１１ａにおける正極活物質形成部１４ａが設けられていない部分、または、負極板１１ｃにおける負極活物質形成部１４ｃが設けられていない部分である。

第１の未形成部１６は、正極板１１ａにおける一対の長辺の一方の端部を長手方向に延びる部分、または、負極板１１ｃにおける一対の長辺の一方の端部を長手方向に延びる部分である。

第２の未形成部１７は、正極板１１ａにおける一対の長辺の他方の端部を長手方向に延びる部分、または、負極板１１ｃにおける一対の長辺の他方の端部を長手方向に延びる部分である。第２の未形成部１７は、第１の未形成部１６と比較して横幅方向（図４（ａ）および図４（ｂ）の左右方向）の長さが狭く形成されている。さらに、第２の未形成部１７は横幅方向の長さが１（ｍｍ）以上、１０（ｍｍ）以下であることが好ましい。

第２の未形成部１７の横幅方向の長さが１（ｍｍ）未満の場合には、正極集電体１３ａや負極集電体１３ｃの強度が弱くなり、正極板１１ａや負極板１１ｃをロール状に巻いて保管する際に、クラックが発生しやすくなる。また横幅方向の長さが１０（ｍｍ）を超える場合には、電極群１０のエネルギー密度は低くなりやすい。

第３の未形成部１８は、隣接する正極活物質形成部１４ａの間を正極板１１ａにおける一対の長辺の一方から他方に向かって延びる部分、または、隣接する負極活物質形成部１４ｃの間を負極板１１ｃにおける一対の長辺の一方から他方に向かって延びる部分である。第３の未形成部１８は、負極板１１ｃ、セパレータ２１、正極板１１ａ、セパレータ２１の順に積層された層を扁平状に巻回する際に、折り曲げられる部分である。

また、第３の未形成部１８における横幅方向（図４（ａ）および図４（ｂ）の上下方向）の長さは、リード部１５に近い第３の未形成部１８から、遠い第３の未形成部１８に向かうに従い連続的に広くなるように形成されている。言い換えると、隣接する正極活物質形成部１４ａ、または、隣接する負極活物質形成部１４ｃの中心間の距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，…、がリード部１５から離れるに伴い連続的に広くなるように形成されている。

正極引出端子配置部１９ａは正極タブリード３１ａが配置される部分であり、正極板１１ａの正極集電体１３ａが絶縁膜に覆われることなく露出している部分である。正極引出端子配置部１９ａは、正極板１１ａの第１の未形成部１６であって、正極活物質形成部１４ａと並んで配置されている。負極引出端子配置部１９ｃは負極タブリード３１ｃが配置される部分であり、負極板１１ｃの負極集電体１３ｃが絶縁膜に覆われることなく露出している部分である。負極引出端子配置部１９ｃは、負極板１１ｃの第１の未形成部１６であって、負極活物質形成部１４ｃと並んで配置されている。

セパレータ２１は、図２および図５に示すように、正極板１１ａおよび負極板１１ｃの間に配置され、扁平状に巻回された正極板１１ａと負極板１１ｃとが互いに接触しないようにするものである。セパレータ２１における巻回構造の内側の端部（図５の下側の端部）は、正極板１１ａおよび負極板１１ｃの端部と比較すると突出するように配置されている。このようにすることで、内側の端部における正極板１１ａと負極板１１ｃとの短絡が抑制される。また、電極群１０に含まれる一対のセパレータ２１のうちの一方は、図２に示すように、巻回構造の外側の端部が正極板１１ａおよび負極板１１ｃよりも長い形状に形成され、電極群１０の最外周を覆っている。

セパレータ２１としては、例えばガラス繊維、セルロース繊維、または、ポリプロピレン繊維などから形成された不織布が用いることができる。また、セパレータ２１には電解液が含浸されている。電解液としては、例えばリチウム塩の非プロトン性有機溶媒電解質溶液を用いることができる。

リチウム塩を構成する陰イオンとしては、例えばＰＦ₆ ^-、ＢＦ₄ ^-、Ａ_SＦ₆ ^-、ＳｂＦ₆ ^-、Ｎ（ＣＦ₃ＳＯ₃）₂ ^-、Ｃ（ＣＦ₃ＳＯ₃）₃ ^-、ＣＦ₃（ＳＯ₃）^-、Ｆ^-、ＣｌＯ₄ ^-、ＡｌＦ₄ ^-、ＴａＦ₆ ^-、ＮｂＦ₆ ^-、ＳｉＦ₆ ^-、ＣＮ^-、Ｆ（ＨＦ）_n ^-などが挙げられる。

非プロトン性有機溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、スホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、フッ素化γ−ブチロラクトン、γ−ブチロラクトン、フッ素化プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどが挙げられる。

次に、図８を参照しながら正極板１１ａおよび負極板１１ｃの重ね合わせ状態について説明する。図８では正極板１１ａおよび負極板１１ｃが重ね合わされた状態を負極板１１ｃ側から見ている。

正極板１１ａおよび負極板１１ｃは、正極活物質形成部１４ａと負極活物質形成部１４ｃとが対向するように重ね合わされている。さらに、正極板１１ａおよび負極板１１ｃは、正極板１１ａの第１の未形成部１６と負極板１１ｃの第２の未形成部１７とが対向するとともに、正極板１１ａの第２の未形成部１７と負極板１１ｃの第１の未形成部１６とが対向するように重ね合わされている。

より具体的には、負極板１１ｃにおける第２の未形成部１７の端部は、正極板１１ａにおける第１の未形成部１６の端部から８（ｍｍ）内側に配置されている。同様に、正極板１１ａにおける第２の未形成部１７の端部は、負極板１１ｃにおける第１の未形成部１６の端部から８（ｍｍ）内側に配置されている。正極板１１ａにおける第１の未形成部１６の端部から負極板１１ｃにおける第１の未形成部１６の端部までは１００（ｍｍ）の間隔となるように正極板１１ａおよび負極板１１ｃは重ね合わされている。

さらに、正極引出端子配置部１９ａ、および、負極引出端子配置部１９ｃは、第１の未形成部１６の端部から中心に向かって５（ｍｍ）、かつ、長辺に沿う方向に５０（ｍｍ）の矩形状の領域として形成されている。

また、セパレータ２１の横幅方向（図８の上下方向の長さ）の長さは８６（ｍｍ）に形成されている。セパレータ２１における一方の端部（図８の上側の端部）は、正極板１１ａにおける第１の未形成部１６の端部から８（ｍｍ）内側に配置され、他方の端部（図８の下側の端部）は、負極板１１ｃにおける第１の未形成部１６の端部から８（ｍｍ）内側に配置されている。

正極タブリード３１ａは、図１および図８に示すように、正極板１１ａの横幅方向（図８の上下方向）に延びて、正極板１１ａに導電可能に接続されるものである。負極タブリード３１ｃは、負極板１１ｃの横幅方向に延びて、負極板１１ｃに導電可能に接続されるものである。

具体的には、正極タブリード３１ａは正極板１１ａの正極引出端子配置部１９ａにおいて、負極タブリード３１ｃは負極板１１ｃの負極引出端子配置部１９ｃにおいて、溶接等により電気的に接続されている。

正極タブリード３１ａおよび負極タブリード３１ｃは、図１に示すように、角型ケース４１を貫通して配置され、電極群１０から電流を外部に放電する際、または、外部から電極群１０に電流を充電する際に用いられる端子である。

角型ケース４１は、電極群１０、正極タブリード３１ａおよび負極タブリード３１ｃ、並びに、電解液を内部に収納する両端が閉じられた容器である。
上記の構成の正極板１１ａおよび負極板１１ｃ（蓄電デバイス１）によれば、第１の未形成部１６および第２の未形成部１７を設けたことにより、正極板１１ａおよび負極板１１ｃをロール状に巻き取っても正極活物質形成部１４ａに設けられた正極活物質層および負極活物質形成部１４ｃに設けられた負極活物質層にクラックが生じにくくなる。特許文献１および２の電極板と異なり、本実施形態の正極板１１ａおよび負極板１１ｃでは第１の未形成部１６および第２の未形成部１７が設けられているため、正極活物質層や負極活物質層が正極板１１ａや負極板１１ｃの長辺に接する部分にまで設けられていない。そのため、正極板１１ａおよび負極板１１ｃをロール状に巻き取った際に、正極活物質層や負極活物質層における長辺に近い部分に応力が集中しにくくなり、当該部分にクラックが生じにくくなる。

さらに、隣接する第３の未形成部１８の横幅を連続的に変化させ、例えば、長手方向の一方から他方に向かって、第３の未形成部１８の横幅が次第に広くなるように形成することで、正極板１１ａおよび負極板１１ｃを用いて巻回型電極の電極構造を形成しやすくなる。つまり、正極板１１ａおよび負極板１１ｃにおける第３の未形成部１８の横幅が狭い側の端部を巻回構造の内側に配置し、横幅が広い側の端部を巻回構造の外側に配置することで、巻回構造を形成しやすくなる。

第２の未形成部１７の横幅を、第１の未形成部１６よりも短くすることで、正極板１１ａおよび負極板１１ｃからの電力の取り出しやすさを確保しつつ、正極板１１ａおよび負極板１１ｃを用いた蓄電デバイス１のエネルギー密度を高めることができる。例えば、第２の未形成部１７の横幅を、第１の未形成部１６の横幅と同じ広さで形成すると、正極板１１ａや負極板１１ｃの面積に対する正極活物質形成部１４ａや負極活物質形成部１４ｃの面積の割合が減少し、蓄電デバイス１のエネルギー密度が減少する。その一方で、第１の未形成部１６の横幅を、第２の未形成部１７の横幅と同じように狭くすると、正極板１１ａおよび負極板１１ｃから電流を取り出す正極タブリード３１ａおよび負極タブリード３１ｃが取り付けられる正極引出端子配置部１９ａや負極引出端子配置部１９ｃを設けることが困難になる。

さらに、正極板１１ａの第１の未形成部１６と負極板１１ｃの第２の未形成部１７とを対向させ、正極板１１ａの第２の未形成部１７と負極板１１ｃの第１の未形成部１６とを対向させることにより、正極引出端子配置部１９ａを電極群１０の一方に集め、負極引出端子配置部１９ｃを電極群の他方に集めることができ、電極群１０から電流を取り出しやすくなる。

正極活物質形成部１４ａの端部を、負極活物質形成部１４ｃの端部よりも正極活物質形成部１４ａの中心側に配置させることにより、電極群１０が充電放電を繰り返した際に電極群１０が短絡する不具合の発生を抑制できる。例えば、正極板１１ａの活物質層と、負極板１１ｃの活物質層との間でリチウムイオンの吸蔵や放出を行う本実施形態の蓄電デバイス１の場合では、正極板１１ａの活物質層から放出されたリチウムイオンは、負極板１１ｃの活物質層に吸蔵される。

このとき、負極板１１ｃの活物質層に放出されたリチウムイオンを完全に吸蔵できない部位が発生すると、その部位にリチウムイオンの析出物である金属リチウムが針状に析出する。この針状の金属リチウムがセパレータ２１を突き破り正極板１１ａと負極板１１ｃとを短絡させる。上述のように負極板１１ｃの活物質層の形成面積を、正極板１１ａの活物質層の形成面積よりも大きくすることで、リチウムイオンを完全に吸蔵しやすくなり、針状金属リチウムの形成を抑制することができる。

なお、正極タブリード３１ａおよび負極タブリード３１ｃは、図９に示すように、正極板１１ａや負極板１１ｃの長手方向に延びて配置されていてもよい。言い換えると、上述の実施形態と比較して正極タブリード３１ａおよび負極タブリード３１ｃが引き出される方向を９０°程度回転させることにより、正極タブリード３１ａおよび負極タブリード３１ｃが同一方向に延びて配置されていてもよい。

図１０は、図９に示す電極群１０を有する蓄電デバイス１の構成を示している。この場合、正極タブリード３１ａや負極タブリード３１ｃは、それぞれ端部がまとめられた正極板１１ａの第１の未形成部１６や負極板１１ｃの第１の未形成部１６と溶接されることにより電気的に接続されている。

角型ケース４１は、アルマイト処理を施した金属から形成された容器であり、その厚さは０．２（ｍｍ）程度である。図１０に示す角型ケース４１は、電極群１０を収納する部分から正極タブリード３１ａおよび負極タブリード３１ｃが溶接される部分に向けて（正極タブリード３１ａ側では図９の右から左に向けて、負極タブリード３１ｃ側では図９の左から右に向けて）、段階的に絞られる段差形状に形成されている。
つまり、１つ目の段差は、電極群１０が収納されている部分から、正極タブリード３１ａや負極タブリード３１ｃが正極タブリード３１ａや負極タブリード３１ｃと溶接されている部分に向かう領域に形成されている。２つ目の段差は、正極タブリード３１ａや負極タブリード３１ｃが正極板１１ａの第１の未形成部１６や負極板１１ｃの第１の未形成部１６と溶接されている部分から、角型ケース４１が融着される部分に向かう領域に形成されている。

１つ目の段差部は、図１０に示すように３（ｍｍ）程度の長さを有している。正極タブリード３１ａや負極タブリード３１ｃが正極板１１ａの第１の未形成部１６や負極板１１ｃの第１の未形成部１６と溶接されている部分は３（ｍｍ）程度の長さを有している。角型ケース４１が融着される部分は１０ｍｍ程度の長さを有している。

１…蓄電デバイス、１０…電極群、１１ａ…正極板（電極板）、１１ｃ…負極板（電極板）、１３ａ…正極集電体（集電体）、１３ｃ…負極集電体（集電体）、１４ａ…正極活物質形成部（活物質形成部）、１４ｃ…負極活物質形成部（活物質形成部）、１６…第１の未形成部、１７…第２の未形成部、１８…第３の未形成部、１９ａ…正極引出端子配置部（引出端子配置部）、１９ｃ…負極引出端子配置部（引出端子配置部）、２１…セパレータ、３１ａ…正極タブリード（引出端子）、３１ｃ…負極タブリード（引出端子）、４１…角型ケース（ケース）

Claims (7)

1. 集電体上に活物質層が設けられ、帯状に形成された蓄電デバイス用電極板であって、
   前記電極板の前記集電体上には、
   相互に間隔をあけて長手方向に並んで配置され、前記活物質層が設けられる略矩形状の活物質形成部と、
   前記電極板における一対の長辺の一方の端部を前記長手方向に延びる、前記活物質層が形成されていない第１の未形成部と、
   前記一対の長辺の他方の端部を前記長手方向に延びる、前記活物質層が形成されていない第２の未形成部と、
   隣り合う前記活物質形成部の間を幅方向に延びる、前記活物質層が形成されない第３の未形成部と、
   が設けられ、
   前記第３の未形成部における前記長手方向の長さは、隣接する前記第３の未形成部の間で比較すると連続的に変化していることを特徴とする蓄電デバイス用電極板。
2. 前記第１の未形成部には、前記電極板から電流を取り出す引出端子が配置される引出端子配置部が設けられ、
   前記第２の未形成部は、前記第１の未形成部と比較して前記幅方向の長さが短いことを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイス用電極板。
3. 請求項１又は２に記載の前記電極板は、前記集電体が正極集電体であり、かつ、前記活物質形成部に正極活物質層が設けられた正極板、および、前記集電体が負極集電体であり、かつ、前記活物質形成部に負極活物質層が設けられた負極板であり、
   前記正極板および前記負極板の間にセパレータが配置され、前記正極板および前記負極板の前記第３の未成形部において折り曲げられ、前記正極板、前記セパレータおよび前記負極板が扁平状に巻回されていることを特徴とする蓄電デバイス用電極群。
4. 請求項２に記載の前記電極板は、前記集電体が正極集電体であり、かつ、前記活物質形成部に正極活物質層が設けられた正極板、および、前記集電体が負極集電体であり、かつ、前記活物質形成部に負極活物質層が設けられた負極板であり、
   前記正極板および前記負極板は、前記正極活物質層が設けられた前記活物質形成部と、前記負極活物質層が設けられた前記活物質形成部とが対向して配置されるとともに、
   前記正極板の前記第１の未形成部が前記負極板の前記第２の未形成部と対向し、かつ、前記負極板の前記第１の未形成部が前記正極板の前記第２の未形成部と対向して配置され、
   前記正極板および前記負極板の間にセパレータが配置され、前記正極板および前記負極板の前記第３の未成形部において折り曲げられ、前記正極板、前記セパレータおよび前記負極板が扁平状に巻回されていることを特徴とする蓄電デバイス用電極群。
5. 前記正極板および前記負極板の前記第１の未形成部には、それぞれ前記正極板および前記負極板から電流を取り出す引出端子が、前記第１の未形成部から突出して設けられていることを特徴とする請求項４に記載の蓄電デバイス用電極群。
6. 前記正極板に設けられた前記活物質層は、中心を合わせて対向配置された前記負極板に設けられた前記活物質層よりも端部が内側に配置されていることを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の蓄電デバイス用電極群。
7. 請求項３から６のいずれか１項に記載の蓄電デバイス用電極群と、
   電解質と、
   少なくとも前記蓄電デバイス用電極群および前記電解質を内部に収容するケースと、
   が設けられていることを特徴とする蓄電デバイス。