JP2014207205A - 蓄電素子、電源モジュール及び蓄電素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 蓄電素子においてセパレータや電極部材同士の位置ずれを防いで精度の高い蓄電素子を得る。
【解決手段】 セパレータ２１及び２３、正極部材２２及び負極部材２０を有し、正極部材２２及び負極部材２０が一対のセパレータ２１及び２３のいずれか一方を介するとともに、一対のセパレータ２１及び２３が正極部材２２及び負極部材２０のいずれか一方を介して巻回されてなる巻回型の電極体１１１を備え、一対のセパレータ２１及び２３は少なくとも、正極部材２２又は負極部材２０の、巻回軸に平行な一対の短辺と、巻回軸に交差する一対の長辺のいずれか一辺との周囲であって、縁端より内側の位置にて接合されている非水電解質二次電池１００。
【選択図】 図４

Description

本発明は、例えば二次電池その他の電池等の蓄電素子及びその製造方法等に関する。

二次電池は、一次電池の置きかえ用途はもとより、携帯電話、ＩＴ機器などの電子機器の電源として広く普及している。とりわけ、リチウムイオン電池に代表される非水電解質二次電池は、高エネルギー密度であることから、電気自動車などの産業用大型電気機器への応用も進められている。

そのような非水電解質二次電池は、正極部材及び負極部材の電極部材並びに一対のセパレータを有する電極体を有する。巻回型の場合、電極部材及びセパレータは帯状の形状を有し、これらが積層、巻回されることにより電極体は扁平な長円筒状の外形を有する。このような電極体の両端には正負それぞれのリードが露出しており、リードが集電体を介して収納容器の外部に設けられた電極端子と接続されることにより電池として構成される。

特開２０１１−２１６２９９号公報

しかしながら、上記従来の技術においては、以下のような問題があった。

すなわち、従来の巻回型の電極体においては、正負の電極部材及びセパレータを積層された状態で巻回する際に、セパレータが電極部材間の短絡を防ぐように正極部材及び負極部材の間に介在された状態としている。

しかしながら、巻回の工程において、セパレータと電極部材との間に位置ずれが生じた場合、電極部材が接触し短絡が生ずる恐れや、セパレータ又は電極部材に皺が生じたまま巻回され形状に歪みが生ずる恐れがある。特に電極体の高性能化に伴う巻回数や部材の長大化により、位置ずれの影響は無視できなくなってきている。又、積層型の電極体においても、製造過程において正負の電極部材及びセパレータは巻回状態に置かれることがあるため、この場合も位置ずれの影響は無視することができないこととなっていた。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、セパレータや電極部材同士の位置ずれを防いで精度良く構成された電極体を有する蓄電素子及びその製造方法等を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、
一対のセパレータ、正極部材及び負極部材を有する、巻回型の電極体を備え、
前記一対のセパレータは少なくとも、
前記正極部材又は前記負極部材の、巻回軸に平行な一対の短辺の少なくともいずれか一辺と、前記巻回軸に交差する一対の長辺のいずれか一辺との周囲が
接合されている、
蓄電素子である。

又、本発明の第２の側面は、
前記一対のセパレータの接合箇所の全部又は一部は、それぞれのセパレータの縁端より内側に位置している、
本発明の第１の側面の蓄電素子である。

又、本発明の第３の側面は、
前記一対のセパレータの、巻回軸に平行な一対の短辺の前記一辺と前記巻回軸に交差する一対の長辺の前記一辺とは連続した状態で接合されており、
前記短辺の前記一辺の、前記長辺の前記一辺と結合していない側の一端は、前記一対のセパレータの縁端まで接合されている、
本発明の第１又は第２の側面の蓄電素子である。

又、本発明の第４の側面は、
前記一対のセパレータは、
前記一端が接合された前記縁端から、前記正極部材又は前記負極部材から遠ざかる方向に沿った位置にて更に接合されている、
本発明の第３の側面の蓄電素子である。

又、本発明の第５の側面は、
前記一対のセパレータは、
前記正極部材又は前記負極部材から前記巻回軸寄り側の位置のみにて接合されている、
本発明の第４の側面の蓄電素子である。

又、本発明の第６の側面は、
前記一対のセパレータは、
前記正極部材又は前記負極部材の、巻回軸に平行な一対の短辺の双方と、前記巻回軸に交差する一対の長辺のいずれか一辺との周囲が接合されており、
前記一対の短辺の間隔の全部又は一部は、
前記巻回軸に交差する一対の長辺のいずれか前記一辺から離れるにつれて小さくなっている、
本発明の第１から第５のいずれかの側面の蓄電素子である。

又、本発明の第７の側面は、
前記一対のセパレータが接合されている、前記正極部材又は前記負極部材の、前記巻回軸に交差する一対の長辺の前記一辺とは連続した状態で接合された、巻回軸に平行な前記一対の短辺の少なくともいずれか前記一辺は、全部又は一部が湾曲している、
本発明の第１から第６のいずれかの側面の蓄電素子である。

又、本発明の第８の側面は、
前記一対のセパレータが接合されている、前記正極部材又は前記負極部材の、前記巻回軸に交差する一対の長辺の前記一辺とは連続した状態で接合された、巻回軸に平行な前記一対の短辺の少なくともいずれか前記一辺の全部又は一部の幅は、
前記巻回軸に交差する一対の長辺のいずれか前記一辺から離れるにつれて小さくなっている、
本発明の第１から第７のいずれかの側面の蓄電素子である。

又、本発明の第９の側面は、
前記一対のセパレータが接合されている、前記正極部材又は前記負極部材の、前記巻回軸に交差する一対の長辺の前記一辺とは連続した状態で接合された、巻回軸に平行な前記一対の短辺の少なくともいずれか前記一辺の全部又は一部の幅は、
前記巻回軸に交差する一対の長辺のいずれか前記一辺から離れるにつれて大きくなっている、
本発明の第１から第８のいずれかの側面の蓄電素子である。

又、本発明の第１０の側面は、
前記一対のセパレータの、前記電極体の巻き終わり側の巻回軸に平行な縁端は、巻回の外側に位置するものほうが内側に位置するものより長くなっている、
本発明の第１から第９のいずれかの側面の蓄電素子である。

又、本発明の第１１の側面は、
シート状の一対のセパレータ、シート状の正極部材及びシート状の負極部材を有し、前記正極部材及び前記負極部材が前記一対のセパレータのいずれか一方を介するとともに、前記一対のセパレータが前記正極部材及び前記負極部材のいずれか一方を介して重ね合わせられた積層体を巻回又は更に積層してなる電極体を備えた蓄電素子であって、
前記一対のセパレータに挟まれた前記正極部材又は前記負極部材の少なくとも一部分は、一対のセパレータの間からはみ出しており、
前記正極部材又は前記負極部材の他の部分の周囲の少なくとも一部は、前記一対のセパレータのそれぞれの縁端より内側の位置にて、前記一対のセパレータ同士が接合されることにより封止されている、
蓄電素子である。

又、本発明の第１２の側面は、
複数の蓄電素子を備え、前記蓄電素子の少なくとも一つは本発明の第１から第１１のいずれかの側面の蓄電素子である、
電源モジュールである。

又、本発明の第１３の側面は、
電極体を作成する工程として、
シート状の一対のセパレータ、シート状の正極部材及びシート状の負極部材を有し、前記正極部材及び前記負極部材が前記一対のセパレータのいずれか一方を介するとともに、前記一対のセパレータが前記正極部材及び前記負極部材のいずれか一方を介して重ね合わせる工程と、
前記一対のセパレータの一対の短辺に隣接する、一対の長辺のいずれか一辺の一部を接合する工程と、
前記一対のセパレータの前記一対の短辺の少なくともいずれか一辺を接合する工程と、
接合された前記一対のセパレータの前記一対の短辺側から、シート状の一対のセパレータ、シート状の正極部材及びシート状の負極部材を重ね合わせた状態で巻回する工程と、
前記巻回の工程に同期して、前記一対のセパレータの一対の短辺の前記一辺に隣接する、一対の長辺のいずれか一辺の残りの部分を接合する工程とを備え、
前記接合の各工程による前記一対のセパレータの接合箇所の全部又は一部を、少なくとも、前記一対の短辺及び前記一対の長辺のいずれか前記一辺のそれぞれの縁端より内側の位置に定めている、
蓄電素子の製造方法である。

以上のような本発明によれば、蓄電素子においてセパレータや電極部材同士の位置ずれを防いで、精度良く構成された電極体を得ることが可能になるという効果を有する。

本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の構成を示す要部分解斜視図 本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の電極体の構成を示す要部分解斜視図 （ａ）本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の電極体の製造方法を説明するための図（ｂ）本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の電極体の製造方法のフローチャートを示す図 本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池の電極体の構成を示す模式的平面図 （ａ）図４のＡ−Ａ直線による、電極体の構成を示す模式的断面図（ｂ）図４のＢ−Ｂ直線による、電極体の構成を示す模式的断面図 本発明の実施の形態２に係る非水電解質二次電池の電極体の構成を示す模式的平面図 本発明の実施の形態３に係る非水電解質二次電池の電極体の構成を示す模式的平面図 本発明の実施の形態４に係る非水電解質二次電池の電極体の構成を示す模式的平面図 本発明の実施の形態５に係る非水電解質二次電池の電極体の構成を示す模式的平面図 本発明の実施の形態６に係る非水電解質二次電池の電極体の構成を示す模式的平面図 本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の電極体の他の構成例を示す模式的平面図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る非水電解質二次電池１００の分解斜視図である。

図１に示すように、非水電解質二次電池１００は、それぞれアルミニウム製である、開口１１０ｘを有する開口箱状の容器本体１１０と板状の蓋部１２０とから構成される、外形六面体の電池容器を外装として備える。

電極体１１１は、帯状の電極板である正極部材と負極部材を、セパレータを介して長円筒形に巻回した構成を有する。巻回された状態において、正極部材及び負極部材は巻回軸の両端の異なる方向に位置をずらして配置されており、電極体１１１の両端において、それぞれ所定の幅でセパレータから突出している。更に、各電極部材の突出部は活物質が担持されておらず、基材である金属箔がリードとして露出している。

電極体１１１の両端部にそれぞれはみ出した正極側金属箔部１１１ａ、負極側金属箔部１１１ａ´には、導電性の金属板である、正極側の集電体１１２及び負極側の集電体１１２´がそれぞれ接続される。

集電体１１２の一端には貫通孔１１２ａが形成され、他端は電極体１１１の側面に露出した巻回状態の正極側金属箔部１１１ａと共に、アルミニウム等の金属製の挟持板１１４に挟まれて超音波溶接等により接続、固定されている。負極側の集電体１１２´も同様の構成を有するが、金属の材質は銅等が用いられる。又、蓋部１２０の両端には後述する電極端子１３０を収納容器の内部へ導くための貫通孔が開口されている。なお、図中には正極側の貫通孔１２０ａのみ示した。

蓋部１２０と集電体１１２との間には貫通孔１１３ａを有する絶縁封止材１１３が、蓋部１２０の短辺側の端部近傍には筒部１２１ｃを貫通する貫通孔１２１ｂを有する絶縁封止材１２１がそれぞれ位置しており、更に絶縁封止材１２１の主面を蔽うように電極端子１３０が配置される。

電極端子１３０は平面形状を有するアルミニウム又はアルミニウム合金その他の導電性の金属製の電極部１３０ａ及び電極部１３０ａの表面から突き出した接続部材１３０ｂから構成され、接続部材１３０ｂが、集電体１１２の貫通孔１１２ａに通された状態で先端をかしめられることにより、電極端子１３０と集電体１１２とが電気的に接続されるとともに、蓋部１２０と電極体１１１とが機械的に結合される。

又、蓋部１２０の表面上には貫通孔１２２が開口されており、電極体１１１の収納後に蓋部１２０により開口１１０ｘがレーザ溶接で塞がれた容器本体１１０の内部空間と連通している。貫通孔１２２を介して容器本体１１０内に電解液が注入された後、金属製の封止栓１２３が貫通孔１２２に嵌め込まれ、封止栓１２３の周辺が蓋部１２０の表面とレーザ溶接されることにより封止され、非水電解質二次電池１００が完成される。

なお、図１においては省略して示したが、集電体１１２，１１２′及び電極体１１１は、ポリエチレン等の合成樹脂製の絶縁性フィルムにより包まれており、容器本体１１０とは絶縁した状態で容器本体１１０に収納されている。

次に、図２は、本実施の形態１に係る非水電解質二次電池１００の電極体１１１の模式的な構成を示す要部分解図である。

図２に示すように、電極体１１１は、最内周から外周に順に向かって積層された、シート状の負極部材２０、高い放電性や電解質の保液性を示す多孔膜や不織布等を基材とするセパレータ２１、正極部材２２、及びセパレータ２１と同一素材のセパレータ２３の各部材を巻回し、巻回軸に直交する断面形状が長円筒形状となるよう成型されている。

負極部材２０は、例えば帯状の銅箔の表面に負極活物質を担持させて構成し、正極部材２２は、例えば帯状のアルミニウム箔の表面に正極活物質を担持させて構成される。電極体１１１においては、負極部材２０及び正極部材２２に、活物質が塗布された塗工部２０ａ及び２２ａを帯の短手方向の一方の縁端まで形成しておき、他方の縁端には活物質を塗布しない未塗工部２０ｂ及び２２ｂをそれぞれ設けておく。

なお、図中において塗工部２０ａ及び２２ａと未塗工部２０ｂ及び２２ｂとのそれぞれの境界は一点鎖線にて示した。これは以下の説明にて参照する各図においても同様である。又、図中においては説明のため、負極部材２０の先端は他の部材とは剥離した状態にて示した。

そして、負極部材２０及び正極部材２２は、巻回の際に、互いに端面方向にずらすことにより、長円筒形の一方の端面に、未塗工部２２ｂを図１の正極側金属箔部１１１ａとしてはみ出させ、他方の端面に、未塗工部２０ｂを図１の負極側金属箔部１１１ａ´としてはみ出させるようにしている。

更に、正極部材２２が一対のセパレータ２１及び２３の間に位置した状態にあって、セパレータ２１と２２とは図中斜線で示す接合部２４において貼り合わされており、一体化した状態で、負極部材２０とともに巻回されている。

以上の構成において、非水電解質二次電池１は本発明の蓄電素子に相当し、電極体１１１は本発明の電極体に相当し、負極部材２０は本発明の負極部材に、正極部材２２は本発明の正極部材に、それぞれ相当する。又、セパレータ２１及び２３は本発明の一対のセパレータに相当する。又、接合部２４は本発明の一対のセパレータが接合された部分及び接合箇所にそれぞれ相当する。

以下、図３及び図４を参照して、電極体１１１の構成を更に詳細に説明するとともに、これにより、本発明の蓄電素子の製造方法の一実施の形態について説明を行う。ただし図３（ａ）は、電極体１１１の製造工程を実行する装置を模式的に示す図であり、図３（ｂ）は同製造工程のフローチャートを示す図である。又、図４は、電極体１１１の構成を説明する為に、完成状態の電極体１１１を仮想的に展開して平面状とした積層体１０を示す模式的平面図である。

図３（ａ）に示すように、セパレータ２１はボビン３１に、正極部材２２はボビン３２に、セパレータ２３はボビン３３に、そして負極部材２０はボビン３４に、それぞれ巻き取られており、回転する各ボビンから送出されたセパレータ及び電極部材は、図２に示す積層状態で、各ボビンに同期して回転する断面形状長円形のボビン３５に巻き取られることにより、電極体１１１に調製される。なお、ボビン３５の回転軸３５ａが電極体１１１の巻回軸に一致することとなる。

本実施の形態においては、上記の基本的な工程に加えて、各ボビンから引き出されたセパレータ２１、正極部材２２及びセパレータ２３の三者を重ね合わせた状態で、負極部材２０に重ね合わせてボビン３４へ巻き取らせる前に、圧着装置３０へ導入させる。

圧着装置３０は、対向する一対のヒートローラから構成された、単数又は複数の圧着ローラ３０ａを有し、導入されたセパレータ２１及び２３が正極部材２２を間に挟んだまま、圧着ローラ３０ａがセパレータ２１及び２３の後述する特定部分を両主面から加熱、加圧する。特定部分が圧着ローラ３０ａにより熱融着されることでセパレータ２１及びセパレータ２３からなる接合部２４が形成され、セパレータ２１、正極部材２２及びセパレータ２３は、セパレータ２１及び２３による正極部材２２の挟持状態が維持された積層体４０として、負極部材２０に重ねあわされた状態でボビン３５に巻き取られる。

ここで、図４を参照して、圧着装置３０により形成される接合部２４について説明する。電極体１１１を展開してなる積層体１０においては、最下層、すなわち巻回状態においては最外周となる位置に配置されたセパレータ２３の上に正極部材２２が重ねられ、正極部材２２の上にはセパレータ２１が重ねられ、セパレータ２１の上、即ち最上層であって巻回状態において最内周となる位置に負極部材２０が重ねられている。

セパレータ２１及び２３は巻回軸に平行な短手方向にて同一幅を有し、展開方向に沿った長手においてセパレータ２３のほうがセパレータ２１より長大な構成を有する。又、セパレータ２１とセパレータ２３は積層体１０の巻き初めの端部Ｅａ、及びセパレータの短手方向の縁端Ｅｃ及びＥｄが一致するように配置され、これによりセパレータ２３の巻き終わりの端部が積層体１０の端部Ｅｂとなる。

次に、正極部材２２は、完成後の電極体１１１において正極側金属箔部１１１ａとなる未塗工部２２ｂの一部がセパレータの縁端Ｅｄから露出するように、セパレータ２１及び２３の長手方向の中心線より平行にシフトさせて配置する。これにより、正極部材２２は、平面において塗工部２２ａがセパレータ２１及び２３に囲まれた状態におかれる。

更に、負極部材２０は、完成後の電極体１１１において負極側金属箔部１１１ａ´となる未塗工部２０ｂの一部がセパレータ２１及び２３の縁端Ｅｃから露出するように、正極部材２２とは逆向きにシフトさせて配置される。

本実施の形態１の電極体１１１は、このような積層体１０において、正極部材２２を挟み込んだセパレータ２１及び２３の周囲を、縁端Ｅａ、Ｅｂ及びＥｃよりも内側の位置で熱融着してなる接合部２４ａ〜２４ｃを有する接合部２４で取り囲んだことにより、正極部材２２の少なくとも塗工部２２ａを一対のセパレータにより形成された空間内に封止した構成としている。

すなわち、図４及び図５（ａ）の、図４のＡ−Ａ直線による模式的断面図に示すように、正極部材２２の短手方向の両辺は、積層体１０の巻き初めの位置においてセパレータ２１及び２３の接合部２４ａにより封止され、積層体１０の巻き終わり位置においてセパレータ２１及び２３の接合部２４ｃより封止されている。

更に、図４及び図５（ｂ）の、図４のＢ−Ｂ直線による模式的断面図に示すように、正極部材２２の長手方向の、塗工部２２ａに含まれる側の縁端は、接合部２４ａ及び２４ｃと連続して形成された、セパレータ２１及び２３の接合部２４ｂにより封止されている。

又、図５の各図に示すように、接合部２４ａ〜２４ｃとセパレータ２１及び２３の縁端Ｅａ〜Ｅｄのそれぞれとの間は離隔しており、これら縁端Ｅａ〜Ｅｄと接合部２４ａ〜２４ｃとの間の領域にはセパレータ２１及び２３同士が分離した一定幅の分離部２５が形成されている。

なお、図５の各図において、接合部２４ａ〜２４ｃは厚みを持つものとして示したが、これは位置の説明のために誇張したものであって、実際には熱融着で接合しているため、接合部２４ａ〜２４ｃにおいてセパレータ２１と２３とは、間に介在物無しに密着している。同様に、図４中においては、接合部２４ａは、位置の説明のため、セパレータ２１の上に積層された負極部材２０を透過して目視されるものとして示した。これは以下の説明にて参照する、図４に相当する各図においても同様である。

次に、積層体１０における接合部２４の形成の工程を、図３（ｂ）を併せて参照して説明する。はじめに、重ね合わせられたセパレータ２１、正極部材２２及びセパレータ２３をセパレータの縁端Ｅａから圧着装置３０へ導入した状態で、圧着ローラ３０ａにより長手方向に沿って図中領域αとして示す、接合部２４ｂの所定長の一部を接合した（ステップ１０１）後、縁端Ｅａ近傍の短手方向の領域βを接合して接合部２４ａを完成し（ステップ１０２）、一対のセパレータの巻き初めの、角の部分を封止する。なお、領域αの所定長とは接合部２４ａと同程度又はそれより短いことが望ましい。

次いで、ボビン３５の巻き取りに同期して接合部２４ｂの残りの領域γを接合し（ステップ１０３）、最後に、縁端Ｅｂの手前の領域δにおいて短手方向にて熱融着を行って接合部２４ｃを完成し（ステップ１０４）、積層体２５を圧着装置３０から送出する。

以上のように、本実施の形態１の非水電解質二次電池１００の電極体１１１は、セパレータ２１及び２３を、正極部材２２の塗工部２２ａを長手方向及び短手方向の双方から囲むように設けた接合部２４にて接合した状態にて、負極部材２０と重ね合わせるようにしている。これにより、巻回時の電極部材とセパレータの位置ずれを抑制して精度の高い電極体を得ることが可能となる。

又、電極体１１１においては、セパレータ２１及び２３の縁端Ｅａ〜Ｅｄと接合部２４ａ〜２４ｃとの間に分離部２５を設けたことにより、以下の効果を奏する。すなわち、セパレータ２１及び２３を縁端Ｅａ〜Ｅｄにて接合する場合、圧着装置３０内において、セパレータ２１及び２３の導入方向と圧着ローラ３０ａによる熱融着の方向との間にずれが生じた場合、接合部２４の幅に不均衡が生じ、セパレータの剥離を引き起こしたり、正極部材２２との重ね合わせ時やボビン３５への巻回時にセパレータ表面に皺を生じさせたり原因となる恐れがある。

これに対し、本実施の形態においては、縁端Ｅａ〜Ｅｄから分離部２５を介した状態でセパレータ間の接合を行うことにより、セパレータ２１及び２３の導入方向と圧着ローラ３０ａによる熱融着の方向との間にずれが生じた場合であっても、分離部２５がこのずれに対するバッファ分として、接合面を形成するための領域に用いられることとなる。したがって、接合部２４の幅は所期の一定状態に保たれ、セパレータの剥離や皺縒りの恐れを低減することが可能となる。

更に、電極体１１１においては、セパレータ２１及び２３が、正極部材２２の塗工部２０ａに対し、長手方向及び短手方向の双方から囲い込む接合部２４を設けたことにより、以下の効果を奏する。すなわち、正極部材２２と負極部材２０とは、図５（ａ）に示す、積層体１０の長手方向から見た形状においては、セパレータ２１及び２３の両端が接合部２４ａ及び２４ｃにより接合されることにより、短手方向において、セパレータ２１により遮断された状態で隙間無く離隔されている。

又、図５（ｂ）に示す、積層体１０の短手方向から見た形状においては、セパレータ２１及び２３の一端が接合部２４ｂにより接合されることにより、長手方向において、負極部材２０の未塗工部２０ｂに対応する金属層２０ｙ及び金属層２０ｙと塗工部２０ａに対応する活物質層２０ｘとの境界と、正極部材２２とは、セパレータ２１により遮断された状態で離隔されている。

換言すれば、正極部材２０の塗工部２０ａを含む部分が、接合部２４により接合されたことで袋状になったセパレータ２１及び２３に収納された状態で負極部材２０に積層されていることから、正負の両電極部材は、電極体１１１として巻回された状態においては、セパレータ２１又は２３を介した状態で離隔される。これにより、正負電極のリードとしての金属層２２ｙ、２０ｙを集電体１１２、１１２´に超音波溶接する場合などに生ずるコンタミネーションが、セパレータを跨いで電極部材間を移動することを防ぐことができる。

一方の極性の電極部材から生じた金属片又は金属粉末といったコンタミネーションが他方の極性の電極部材に達すると、当該電極部材の表面で電気化学反応を生じさせ、セパレータを破損させて電極部材同士の短絡を引き起こす原因となる。本実施の形態１の構成を備えることにより、正負の電極部材から生ずるコンタミネーションが異極の電極部材に達することを抑制して、短絡の恐れを低減した電極体を得ることを可能としている。

更に、電極体１１１においては、巻き終わりの側においてセパレータ２３のほうがセパレータ２１より長大な構成としたことにより、巻回状態における最外周の表面が、セパレータ２３が他の電極部材及びセパレータ２１を覆い隠した状態となる。これにより、電極体１１１の長円筒状の外形を良好に保つことができ、容器本体１１０内との接触等の恐れを低減することができる。ただし、各セパレータの他の縁端と同様、セパレータ２１と２３とを同一長としてもよく、上述した位置ずれの低減及び封止の効果が損なわれるものではない。又、巻き始めの側においても、設備の設計上等の理由により、セパレータ２３がセパレータ２１よりも先行する構成としても本発明の効果を損なうものではない。

以上のように、本実施の形態１の非水電解質二次電池１００は、セパレータ２１及び２３によって、塗工部２０ａを含む、正極部材２２の正極側金属箔部１１１ａに対応する部分以外の部位の周囲が封止された状態で巻回されている電極体１１１を備えたことにより、セパレータや電極部材同士の位置ずれを防いで、精度良く構成された信頼性の高い電極体を得ることが可能となる。

なお、上記の説明においては、接合部２４ａ及び２４ｂはいずれも接合部２４ｂから延伸してセパレータ２１及び２３の縁端Ｅｄまで接合するものとしたが、縁端Ｅｄに達さず、中途まで延伸するものとしてもよい。この場合、少なくとも塗工部２２ａと同じ長さとすることが、塗工部２２ａに起因するコンタミネーションの移動を防ぐ効果を保持でき、好適である。

更に、セパレータ２１及び２３上における負極部材２０の塗工部２０ａと同じ長さまで延伸するものとしてもよい。この場合は、塗工部２０ａに起因するコンタミネーションの移動を防ぐ効果を保持でき、好適である。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２の非水電解質二次電池における、完成状態の電極体を仮想的に展開して平面状とした積層体１１の構成を示す模式的平面図である。ただし図４と同一又は相当する構成については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。これは以下の各実施の形態も同様である。

本実施の形態２における電極体は、実施の形態１の積層体１０の構成に、セパレータ２１及び２３の縁端Ｅｄまで達した接合部２４ａから、接合部２４ｂと平行であって、巻き初めの側の縁端Ｅａに向かって延伸させた接合部２４ｄを更に設けたものである。

接合部２４ｄにてセパレータ２１と２３とを更に接合した構成とすることにより、積層体１１は、巻き始めにおいて巻回軸の両端に接合部が設けられた状態となる。これにより、巻回軸周りの断面形状を巻回軸の両端において近似した形状に整えることができ、歪みを減じて精度の高い電極体を得ることが可能となる。

又、積層体１１は、接合部２４ｄと接合部２４ｂにより、セパレータ２１と２３の短手方向の両端が順に固定される。これにより、巻き取りの方向、すなわち圧着装置３０からボビン３５へ向かう方向において、接合部２４ｂの形成のためにセパレータ２１及び２３の一方の縁端Ｅｃの近傍のみが圧着されることによるセパレータ表面の皺の発生や歪みを抑制することが可能となる。

なお、上記の説明においては、接合部２４ｄは、積層体１１の巻き始めの側の接合部２４ａから縁端Ｅａに向かって延伸する構成としたが、巻き終わりの側の接合部２４ｃから縁端Ｅｂに向かって延伸するように設けてもよい。この場合は、巻き終わりの部分、すなわち巻回状態が完成した電極体の表面形状の歪みを減ずることができる。更に、巻き始め、巻き終わりの双方の側に設けるようにしてもよい。

（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３の非水電解質二次電池における、完成状態の電極体を仮想的に展開して平面状とした積層体１２の構成を示す模式的平面図である。

本実施の形態３における電極体は、セパレータ２１及び２３の一方の長手側に沿って形成された接合部２４ｂから屈曲する短手側の接合部２４ａ１及び２４ｃ１を、それぞれ接合部２４ｂに対して鋭角をなす状態で短手側の縁端Ｅｄに向かって延伸する構成としたものである。

これにより以下の効果を奏する。すなわち、セパレータ２１及び２３の一方の縁端Ｅｃ近傍が接合部２４ｂとして接合された場合において、熱融着など接合の具体的な手法によっては、接合の前後でセパレータ２１及び２３において収縮又は硬化が生じ、縁端Ｅｃと縁端Ｅｄとで巻き取りの方向に沿った歪みが生じる恐れがある。この歪みはセパレータ表面の皺や、積層時の正極部材２２との間の密着ムラを生じさせることとなる。

そこで、本実施の形態３においては、接合部２４ｂから屈曲する短手側の接合部２４ａ１及び２４ｃ１を設けたことにより、収縮前の接合部２４ｂの全長Ｓ１が対向する縁端Ｅｄにおける接合部２４ａ１及び２４ｃ１との間隔Ｓ２よりも大きくなるようにしている。これにより、接合部２４ｂの形成後において、全長Ｓ１と間隔Ｓ２とを均一化し、セパレータ表面の皺の発生や、積層時の正極部材２２との間の密着ムラの発生を抑制して、精度の高い電極体を得ることが可能となる。

なお、上記の説明においては、接合部２４ａ１及び２４ｃ１は、共にそれぞれ接合部２４ｂに対して鋭角をなすものとしたが、いずれか一方のみが鋭角であって、他方は実施の形態１と同様に直交するものであってもよい。要するに、収縮前の接合部２４ｂの全長Ｓ１が対向する縁端Ｅｄにおける接合部２４ａ１及び２４ｃ１との間隔Ｓ２よりも大きくなるような関係であれば、接合部２４ａ１及び２４ｃ１のなす角度は任意であってよい。

（実施の形態４）
図８は、本発明の実施の形態４の非水電解質二次電池における、完成状態の電極体を仮想的に展開して平面状とした積層体１３の構成を示す模式的平面図である。

本実施の形態４における電極体は、セパレータ２１及び２３の一方の長手側に沿って形成された接合部２４ｂから、他方の長手側の縁端Ｅｄに向かって延伸する短手側の接合部２４ａ２及び２４ｃ２を、それぞれセパレータの中心に向かって湾曲した構成としたものである。

実施の形態１において、セパレータ２１及び２３の短手側の縁端Ｅａ及びＥｂ近傍が直線状の接合部２４ａ及び２４ｃとして接合された場合、熱融着など接合の具体的な手法によっては、接合の前後でセパレータ２１及び２３の短手方向において収縮が生じ、縁端Ｅａと縁端Ｅｂの近傍にて巻回軸の方向に沿った歪みを生じさせる恐れがある。この歪みはセパレータ表面の皺や、積層時の正極部材２２との間の密着ムラを生じさせる。

そこで、本実施の形態４においては、接合部２４ｂから延伸する短手側の接合部２４ａ２及び２４ｃ２を湾曲した構成としたことにより、接合部の形成に伴う収縮が縁端Ｅａ及びＥｂに直接反映することを防いでいる。これにより、接合部２４ａ２及び２４ｃ２の形成後において、縁端Ｅａと縁端Ｅｂの近傍の歪みを低減して、セパレータ表面の皺の発生や、積層時の正極部材２２との間の密着ムラの発生を抑制して、精度の高い電極体を得ることが可能となる。

さらに、本実施の形態４においては、接合部２４ａ２及び２４ｃ２の湾曲が最も大きくなる位置を、積層体１３の中心線Ｌｃよりも縁端Ｅｄ寄りに定めている。これにより、収縮前の接合部２４ｂの全長Ｓ１が、縁端Ｅｄ寄りである接合部２４ａ２及び２４ｃ２の対向距離Ｓ３よりも大きくなるようにして、実施の形態３と同様、積層体１３の長手方向である、縁端Ｅｃと縁端Ｅｄとの歪みを低減することが可能となる。

なお、上記の説明においては、接合部２４ａ２及び２４ｃ２は、セパレータの中央に対して対称をなすように湾曲するものとしたが、湾曲の程度は各接合部で異なっていてもよい。又、接合部２４ａ２及び２４ｃ２は、いずれもその全体が湾曲するものとしたが、一部のみが湾曲するものとしてもよい。

（実施の形態５）
図９は、本発明の実施の形態５の非水電解質二次電池における、完成状態の電極体を仮想的に展開して平面状とした積層体１４の構成を示す模式的平面図である。

本実施の形態５における電極体は、セパレータ２１及び２３の一方の長手側に沿って形成された接合部２４ｂから他方の長手側の縁端Ｅｄに向かって延伸する短手側の接合部２４ａ３及び２４ｃ３を、接合部２４ｂから縁端Ｅｄまで徐々に幅を狭めた構成としたものである。具体的には、接合部２４ａ３及び２４ｃ３は、接合部２４ｂとの境界においては実施の形態１の接合部２４ａ、２４ｃよりも大きな幅Ｗ１を有し、セパレータ２１及び２３の縁端Ｅｄにおいては実施の形態１の接合部２４ａ、２４ｃよりも小さな幅Ｗ２を有する。

このような構成としたことにより、セパレータ２１及び２３により挟持される正極部材２０の両側の角の部分における密着性を高め、巻回時の位置ずれをより効果的に抑制することが可能となる。又、接合部２４ａ３及び２４ｃ３の表面積は全体として実施の形態１の接合部２４ａ、２４ｃと同程度に抑えられるため、収縮に伴う歪みの影響も抑えることができる。

（実施の形態６）
図１０は、本発明の実施の形態６の非水電解質二次電池における、完成状態の電極体を仮想的に展開して平面状とした積層体１５の構成を示す模式的平面図である。

本実施の形態６における電極体は、セパレータ２１及び２３の一方の長手側に沿って形成された接合部２４ｂから他方の長手側の縁端Ｅｄに向かって延伸する短手側の接合部２４ａ４及び２４ｃ４を、接合部２４ｂから縁端Ｅｄまで徐々に幅を広げた構成としたものである。具体的には、接合部２４ａ４及び２４ｃ４は、接合部２４ｂとの境界においては実施の形態１の接合部２４ａ、２４ｃよりも小さな幅Ｗ３を有し、セパレータ２１及び２３の縁端Ｅｄにおいては実施の形態１の接合部２４ａ、２４ｃよりも大きな幅Ｗ４を有する。

このような構成としたことにより、縁端Ｅｄ側の接合部の表面積を大きくとることができ、実施の形態３と同様の作用に基づき、圧着時の収縮に起因する、積層体１３の長手方向である、縁端Ｅｃと縁端Ｅｄとの間の歪みを低減することができる。又、接合部２４ａ４及び２４ｃ４の表面積は全体として実施の形態１の接合部２４ａ、２４ｃと同程度に抑えられるため、収縮に伴う歪みの影響も抑えることができる。

以上のように、本発明の実施の形態の非水電解質二次電池１００によれば、電極体１１１において、正極部材２２の正極側金属箔部１１１ａに対応する部分の周囲が封止された状態で巻回されている構成としたことにより、セパレータや電極部材同士の位置ずれを防いで、精度良く構成された信頼性の高い電極体を得ることが可能となる。

しかしながら、本発明は、上記の各実施の形態に限定されるものではない。

上記の説明においては、正極部材２２を挟み込んだセパレータ２１及び２３の周囲を、巻回軸に直交する縁端Ｅｃ、巻回軸に平行な縁端Ｅａ及びＥｂの双方において熱融着してなる接合部２４で取り囲んだことにより、正極部材２２の少なくとも塗工部２２ａを一対のセパレータにより形成された空間内に封止したものとしたが、一対のセパレータ２１及び２３は、巻回軸に平行な縁端Ｅａ又はＥｂのいずれか一方側と、縁端Ｅｃ側とで接合部を形成するようにしてもよい。

図１１には、巻回軸寄りの縁端Ｅａ側と縁端Ｅｃ側とを熱融着してなる接合部２４ａ及び２４ｂを有する積層体１６を示した。このような構成においても、直交する接合部により形成された空間内に電極部材を封止することでき、セパレータや電極部材の位置ずれを防ぐことができる。

更に、上記の説明においては、接合部２４は、いずれもセパレータ２１及び２３の縁端Ｅａ、Ｅｂ及びＥｃから分離部２５を介して内側寄りに位置して形成されるものとしたが、接合部２４は、全部又は一部が縁端Ｅａ、Ｅｂ及びＥｃと一致する、すなわち各セパレータの縁端まで分離部２５を介さず形成されるものとしてもよい。

例として、図１１の積層体１６は、巻回軸寄りの縁端Ｅａと接合部２４ａとが一致する構成としている。接合部２４ｂの、巻き終わり側の一端２４ｂ１は分離部２５を介してセパレータ２１の縁端よりも内側に位置するものとしたが、当該縁端２１と一致するようにしてもよい。要するに、少なくとも接合部２４の幅を十分確保することが求められる部分にのみ分離部２５を設けるようにすれば、本発明の効果は十分に得られる。

又、図１１に例示される、巻回軸に平行な縁端Ｅａ又はＥｂのいずれか一方側と、縁端Ｅｃ側とで接合部を形成する構成や、接合部２４の一部が分離部２５を介さず各セパレータの縁端まで接合される構成は、上述した各実施の形態２〜６と任意に組み合わせて実施してもよい。

又、上記の説明においては、圧着装置３０を用いたセパレータ２１と２３との接合は熱融着によるものとしたが、本発明はセパレータの接合の具体的な手法により限定されるものではない。したがって、超音波溶着による接合、接着剤やテープによる接合、機械的かしめ、その他任意の技術的手段を用いてもよい。

又、上記の説明においては、本発明の電極体は巻回型であるとしたが、本発明の積層体に相当する、積層体１０〜１６を複数積層して同極の未塗工部同士を接続して構成された、積層型の電極体として実現してもよい。

又、上記の説明においては、本発明の蓄電素子は、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１００であるとしたが、電気化学反応により充放電可能な電池であれば、ニッケル水素電池その他各種の二次電池を用いてもよい。又、一次電池であってもよい。さらに電気二重層キャパシタのように、電気を直接電荷として蓄積する方式の素子であってもよい。要するに、本発明の蓄電素子は電気を蓄積可能な素子であれば、その具体的な方式によって限定されるものではない。

したがって、電極体１１０は、リチウムイオン二次電池非水電解質二次電池を例に取り、各図に示すように、巻回の内側に負極部材２０、外側に正極部材２２が位置し、塗工部２０ａの面積を塗工部２２ａにより大きくとり、塗工部２０ａが塗工部２２ａの全面に対向している構成であるとしたが、発電素子の種類に応じて、巻回状態又は積層状態の電極体における正極部材と負極部材との配置や各電極の塗工部の対応関係は入れ替わったものとしてもよい。

又、容器本体１１０、蓋部１２０はアルミニウム製であるとしたが、本発明の蓄電素子の外装は、ステンレス、鉄、アルミニウムラミネートフィルム等の材料による部材によって構成されるものであっても問題なく、これら部材の材料が本発明の効果を制限するものではない。又、正極部材２２および負極部材２０はそれぞれアルミニウム箔に正極活物質、及び銅箔に負極活物質を塗工したものを例示したが、本発明の正極部材及び負極部材は、電極体の極性を特定するものであって、それぞれの電極を構成するための箔の種類によって限定されるものではない。したがって、電極部の具体的な構成は本発明の効果を制限するものではない。

又、容器本体１１０と蓋１２０との接合、蓋部１２０と封止栓１２３との接合にはレーザ溶接を用いたが、機械的かしめ、ＴＩＧ溶接等の電気溶接、その他の技術的接合方法でもよい。

又、上記の説明においては、単体の非水電解質二次電池１００を例に取ったが、本発明は、複数の蓄電素子において少なくとも一つの蓄電素子に本発明の蓄電素子を含んでなる、電源モジュールとして実現してもよい。

要するに、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内であれば、以上説明したものを含め、上記実施の形態に種々の変更を加えたものとして実施してもよい。

以上のような本発明は、蓄電素子においてセパレータや電極部材同士の位置ずれを防いで、精度良く構成された電極体を得ることが可能になる効果を有し、例えば二次電池のような蓄電素子において有用である。

１０ 積層体
２０ 負極部材
２０ａ、２２ａ 塗工部
２０ｂ、２２ｂ 未塗工部
２１、２３ セパレータ
２２ 正極部材
２０ｘ、２２ｘ 活物質層
２０ｙ、２２ｙ 金属層
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ 接合部
２５ 分離部
３０ 圧着装置
１００ 非水電解質二次電池
１１１ 電極体
１１１ａ 正極側金属箔部
１１１ａ´ 負極側金属箔部

Claims (13)

1. 一対のセパレータ、正極部材及び負極部材を有する、巻回型の電極体を備え、
   前記一対のセパレータは少なくとも、
   前記正極部材又は前記負極部材の、巻回軸に平行な一対の短辺の少なくともいずれか一辺と、前記巻回軸に交差する一対の長辺のいずれか一辺との周囲が
   接合されている、
   蓄電素子。
2. 前記一対のセパレータの接合箇所の全部又は一部は、それぞれのセパレータの縁端より内側に位置している、
   請求項１に記載の蓄電素子。
3. 前記一対のセパレータの、巻回軸に平行な一対の短辺の前記一辺と前記巻回軸に交差する一対の長辺の前記一辺とは連続した状態で接合されており、
   前記短辺の前記一辺の、前記長辺の前記一辺と結合していない側の一端は、前記一対のセパレータの縁端まで接合されている、
   請求項１又は２に記載の蓄電素子。
4. 前記一対のセパレータは、
   前記一端が接合された前記縁端から、前記正極部材又は前記負極部材から遠ざかる方向に沿った位置にて更に接合されている、
   請求項３に記載の蓄電素子。
5. 前記一対のセパレータは、
   前記正極部材又は前記負極部材から前記巻回軸寄り側の位置のみにて接合されている、
   請求項４に記載の蓄電素子。
6. 前記一対のセパレータは、
   前記正極部材又は前記負極部材の、巻回軸に平行な一対の短辺の双方と、前記巻回軸に交差する一対の長辺のいずれか一辺との周囲が接合されており、
   前記一対の短辺の間隔の全部又は一部は、
   前記巻回軸に交差する一対の長辺のいずれか前記一辺から離れるにつれて小さくなっている、
   請求項１から５のいずれかに記載の蓄電素子。
7. 前記一対のセパレータが接合されている、前記正極部材又は前記負極部材の、前記巻回軸に交差する一対の長辺の前記一辺とは連続した状態で接合された、巻回軸に平行な前記一対の短辺の少なくともいずれか前記一辺は、全部又は一部が湾曲している、
   請求項１から６のいずれかに記載の蓄電素子。
8. 前記一対のセパレータが接合されている、前記正極部材又は前記負極部材の、前記巻回軸に交差する一対の長辺の前記一辺とは連続した状態で接合された、巻回軸に平行な前記一対の短辺の少なくともいずれか前記一辺の全部又は一部の幅は、
   前記巻回軸に交差する一対の長辺のいずれか前記一辺から離れるにつれて小さくなっている、
   請求項１から７のいずれかに記載の蓄電素子。
9. 前記一対のセパレータが接合されている、前記正極部材又は前記負極部材の、前記巻回軸に交差する一対の長辺の前記一辺とは連続した状態で接合された、巻回軸に平行な前記一対の短辺の少なくともいずれか前記一辺の全部又は一部の幅は、
   前記巻回軸に交差する一対の長辺のいずれか前記一辺から離れるにつれて大きくなっている、
   請求項１から８のいずれかに記載の蓄電素子。
10. 前記一対のセパレータの、前記電極体の巻き終わり側の巻回軸に平行な縁端は、巻回の外側に位置するものほうが内側に位置するものより長くなっている、
    請求項１から９のいずれかに記載の蓄電素子。
11. シート状の一対のセパレータ、シート状の正極部材及びシート状の負極部材を有し、前記正極部材及び前記負極部材が前記一対のセパレータのいずれか一方を介するとともに、前記一対のセパレータが前記正極部材及び前記負極部材のいずれか一方を介して重ね合わせられた積層体を巻回又は更に積層してなる電極体を備えた蓄電素子であって、
    前記一対のセパレータに挟まれた前記正極部材又は前記負極部材の少なくとも一部分は、一対のセパレータの間からはみ出しており、
    前記正極部材又は前記負極部材の他の部分の周囲の少なくとも一部は、前記一対のセパレータのそれぞれの縁端より内側の位置にて、前記一対のセパレータ同士が接合されることにより封止されている、
    蓄電素子。
12. 複数の蓄電素子を備え、前記蓄電素子の少なくとも一つは請求項１から１１のいずれかに記載の蓄電素子である、
    電源モジュール。
13. 電極体を作成する工程として、
    シート状の一対のセパレータ、シート状の正極部材及びシート状の負極部材を有し、前記正極部材及び前記負極部材が前記一対のセパレータのいずれか一方を介するとともに、前記一対のセパレータが前記正極部材及び前記負極部材のいずれか一方を介して重ね合わせる工程と、
    前記一対のセパレータの一対の短辺に隣接する、一対の長辺のいずれか一辺の一部を接合する工程と、
    前記一対のセパレータの前記一対の短辺の少なくともいずれか一辺を接合する工程と、
    接合された前記一対のセパレータの前記一対の短辺側から、シート状の一対のセパレータ、シート状の正極部材及びシート状の負極部材を重ね合わせた状態で巻回する工程と、
    前記巻回の工程に同期して、前記一対のセパレータの一対の短辺の前記一辺に隣接する、一対の長辺のいずれか一辺の残りの部分を接合する工程とを備え、
    前記接合の各工程による前記一対のセパレータの接合箇所の全部又は一部を、少なくとも、前記一対の短辺及び前記一対の長辺のいずれか前記一辺のそれぞれの縁端より内側の位置に定めている、
    蓄電素子の製造方法。

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