JP2015232966A

JP2015232966A - 蓄電素子

Info

Publication number: JP2015232966A
Application number: JP2014119515A
Authority: JP
Inventors: 久幸山根; Hisayuki Yamane; 中村　拓; Hiroshi Nakamura; 拓中村; 平田　稔; Minoru Hirata; 稔平田
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2014-06-10
Publication date: 2015-12-24

Abstract

【課題】蓄電素子の電極体が備える正極シート及び／又は負極シートへの異物の接触を防止しつつ、電極体を構成する各層におけるしわの発生を抑制する。
【解決手段】正極シート１１と、負極シート１２と、第１及び第２のセパレータ１３，１４とを、正極シート１１と負極シート１２との間に第１又は第２のセパレータ１３，１４が介在するように重ね合わせてなる電極体５を備え、電極体５は、第１及び第２のセパレータ１３，１４の端部１３ａ，１４ａ同士が重なり合う端部積層体２７ａを備え、端部積層体２７ａは、正極シート１１及び負極シート１２の少なくとも一方を第１及び第２のセパレータ１３，１４で包むように第１及び第２のセパレータを接合した接合部２６を含む接合領域２８Ａ，２８Ｂと、接合部２６が含まれない非接合領域２９と、を備える蓄電素子１を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、非水電解質二次電池を含む電池及びキャパシタのような蓄電素子に関する。

非水電解質二次電池を含む電池及びキャパシタのような蓄電素子が備える電極体には、いずれも帯状である正極シート、負極シート、及び２枚のセパレータを重ね合わせて巻回した構造のものがある。正極シート及び負極シートの両面には活物質層が設けられ、幅方向の一端には活物質層が形成されず金属箔が露出するリードが設けられている。正極シートと負極シートとの間にはセパレータが介在している。リードはセパレータの幅方向の両端のいずれか一方から突出している。

特許文献１に開示された二次電池が備える電極体は、正極シート及び／又は負極シートのリードとは反対側の幅方向の一端に、熱溶着によって２枚のセパレータを接合した接合部を備える。接合部を設けることで、正極シート及び／又は負極シートのリードとは反対側の一端が２枚のセパレータで包まれ、この部分への異物の接触が防止される。異物には、例えば正極シート及び／又は負極シートのリードを集電体に超音波溶接する際に発生した金属片がある。

特開２０１１−２１６３９９号公報

ところで、上述した巻回型の電極体の湾曲部において、各層の曲率及び周長は外側のものほど大きくなる。そのため、正極シート、負極シート、及び２枚のセパレータを重ね合わせて巻回するとき、周長が小さい内側の層に歪みが生じやすくなる。このような歪みの発生を抑制するためには、外側の層に対して内側の層を周長の差と同じ距離だけ長さ方向に適宜変位させながら巻回を行えばよい。

しかしながら、特許文献１の技術のように２枚のセパレータを接合すると、外側のセパレータに対して内側のセパレータを長さ方向に変位させることができないため、歪みを抑制することが困難である。そのため、電極体の各層にしわが生じやすくなり、しわの程度によっては最後まで巻けなくなることがある。

また、それぞれ複数枚の正極シート、負極シート及びセパレータを正極シートと負極シートとがセパレータを介して交互に重なるように積層してなる所謂積層型の電極体が知られている。仮に、この種の電極体のセパレータ同士を上記と同様に接合した場合も、セパレータの相対移動が接合部によって規制されることによって、例えば衝撃が加えられたときにセパレータの歪みが生じやすくなり、電極体の各層にしわが発生しやすくなる可能性がある。

そこで、本発明は、蓄電素子の電極体が備える正極シート及び／又は負極シートへの異物の接触を防止しつつ、電極体を構成する各層におけるしわの発生を抑制することを課題とする。

本発明は、正極シートと、負極シートと、第１及び第２のセパレータとを、前記正極シートと前記負極シートとの間に前記第１又は第２のセパレータが介在するように重ね合わせてなる電極体を備え、前記電極体は、前記第１及び第２のセパレータの端部同士が重なり合う端部積層体を備え、前記端部積層体は、前記正極シート及び前記負極シートの少なくとも一方を前記第１及び第２のセパレータで包むように前記第１及び第２のセパレータを接合した接合部を含む接合領域と、前記接合部が含まれない非接合領域と、を備える蓄電素子を提供する。

なお、上記の第１及び第２のセパレータは、互いに分離していてもよいし、繋がっていてもよい。一例として、２枚のシートのうち、一方のシートで第１のセパレータを構成し、他方のシートで第２のセパレータを構成してもよい。別の例として、１枚のシートを折りたたむことによって形成された複数の層のうち、所定の層で第１のセパレータを構成し、別の層で第２のセパレータを構成してもよい。

具体的な一態様に係る蓄電素子は、前記電極体が所定の姿勢で収容されるケーシングを備え、前記電極体の姿勢が前記所定の姿勢であるとき、前記接合領域の少なくとも一部は、前記端部積層体の下端部に配置されている。これにより、ケーシング内の電解液に浸かる端部積層体の下端部において、電解液に含まれる異物が正極シート及び／又は負極シートに接触することを防止できる。異物には、例えば正極シート及び／又は負極シートを集電部に超音波溶接する際に発生した金属片がある。

なお、電極体の姿勢は、蓄電素子の使用時におけるケーシングの向きによって変わり、蓄電素子の実際の使用態様に応じて決まる。本明細書でいう「所定の姿勢」とは、実際の蓄電素子の使用時における電極体の姿勢を意味する。例えば、電極体の形状が扁平である場合、「所定の姿勢」は、鉛直方向に対して電極体の厚さ方向が直角になるように立ち上がった電極体の姿勢であってもよいし、電極体の厚さ方向が鉛直方向に一致するように横たわった電極体の姿勢であってもよい。

具体的な別の態様に係る蓄電素子は、前記電極体が所定の姿勢で収容されるケーシングと、前記セパレータの前記端部から突出した前記正極シート又は前記負極シートに溶接された集電部と、を備え、前記電極体の姿勢が前記所定の姿勢であるとき、前記接合領域の少なくとも一部は、前記正極シート又は前記負極シートと前記集電部との溶接部よりも下側に配置されている。これにより、正極シート又は負極シートを集電部に溶接する際に発生して下方近傍へ飛散した金属片が正極シート及び／又は負極シートに接触することを、セパレータの接合部によって防止できる。

前記電極体が、それぞれ帯状の前記正極シート、前記負極シート及び前記セパレータを重ね合わせて一対の湾曲部を形成するように巻回してなる巻回体である場合、少なくとも一方の前記湾曲部は前記接合領域で構成されてもよい。これにより、湾曲部が電解液に浸かる態様で蓄電素子が使用される場合に、電解液に含まれる異物が端部積層体の湾曲部において正極シート及び／又は負極シートに接触することを防止できる。

本発明によれば、第１及び第２のセパレータの端部同士が重なり合う端部積層体に、第１及び第２のセパレータを接合した接合部を含む接合領域と、前記接合部が含まれない非接合領域とを設けることによって、接合領域において、正極シート及び／又は負極シートへの異物の接触を防止できるとともに、非接合領域において第１のセパレータと第２のセパレータとの間の相対移動を許容することで、第１及び第２のセパレータの歪みを伸ばすことができる。したがって、セパレータ、正極シート及び負極シートの各層のしわの発生を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る非水電解質二次電池の分解斜視図。図１に示す電池が備える電極体の斜視図。図１に示す電池の負極側の端部を示す正面図（図１のIII線矢視図）。図２に示す電極体の模式的な断面図（図１のIV−IV線断面図）。図２に示す電極体の製造装置の模式図。図５に示す製造装置の溶着部の模式的な斜視図。図５に示す製造装置の変形例を示す模式図。本発明の第２実施形態に係る非水電解質二次電池の負極側の端部を示す図３と同様の正面図。本発明の第３実施形態に係る非水電解質二次電池が備える電極体を示す図４と同様の断面図。本発明の第４実施形態に係る非水電解質二次電池が備える電極体を示す図４と同様の断面図。参考実施形態に係る非水電解質二次電池が備える電極体の斜視図。図１１に示す電極体の製造装置の模式図。

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「側」、「端」を含む用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る非水電解質二次電池（以下、単に「電池」という）１を示す。電池１は、上端が開口した容器２と、容器２の開口を閉鎖する蓋体３とで構成されたケーシング４を備える。ケーシング４の内部には電極体５が収容されている。また、ケーシング４内には、蓋体３に形成された注液口３ａを介して注入された電解液（図示せず）が収容されている。

図２〜図４を併せて参照すると、電極体５は後に詳述する正極及び負極リード１７，２３を備え、これらのリード１７，２３は、それぞれ正極及び負極の集電体６Ａ，６Ｂの脚部６ａに電気的に接続されている。正極及び負極の集電体６Ａ，６Ｂは、正極及び負極の外部端子７Ａ，７Ｂにそれぞれ電気的に接続されている。外部端子７Ａ，７Ｂは、例えば、蓋体３から外部に突出するボルト状の接続部７ａを有する。ただし、外部端子７Ａ，７Ｂは、ボルト状の接続部７ａに代えて、プレート状の接続部を備えてもよい。集電体６Ａ，６Ｂと蓋体３の下面との間に下パッキン８が介装され、外部端子７Ａ，７Ｂと蓋体３の上面との間には上パッキン９が介装されている。

電極体５は、いずれも一定幅の長尺な帯状である正極シート１１、負極シート１２、第１のセパレータ１３及び第２のセパレータ１４（図２参照）を重ね合わせ、一対の湾曲部５ａ，５ｂを形成するように高扁平率の楕円筒状に巻回してなる巻回体である。正極シート１１の１つの層と、それに隣接する負極シート１２の１つの層との間には、第１及び第２のセパレータ１３，１４のうちの一方が介在している。電極体５は、一方の湾曲部５ａが上端部を構成し且つ該湾曲部５ａの真下に他方の湾曲部５ｂが位置する姿勢でケーシング４に収容される。

正極シート１１は、帯状の正極金属箔１５と、この正極金属箔１５の両面に形成された正極活物質層１６とを備える。正極シート１１の幅方向の一方（図４における右側）の端部１１ａでは、正極活物質層１６が縁部１１ｃまで設けられている。正極シート１１の幅方向の他方（図４における左側）の端部１１ｂには、正極活物質層１６を設けずに正極金属箔１５を露出させた正極リード１７が設けられている。

負極シート１２は、帯状の負極金属箔２１と、この負極金属箔２１の両面に形成された負極活物質層２２とを備える。負極シート１２の幅方向の一方（図４における左側）の端部１２ｂでは、負極活物質層２２が縁部１２ｃまで設けられているが、負極シート１２の幅方向の他方（図４における右側）の端部１２ａには、負極活物質層２２を設けずに負極金属箔２１を露出させた負極リード２３が設けられている。

セパレータ１３，１４から突出する正極リード１７と負極リード２３はクリップ２４（図１及び図３参照）を介して集電体６Ａ，６Ｂの脚部６ａに接続されている。例えば、リード１７，２３とクリップ２４が超音波溶接され、クリップ２４と集電体６Ａ，６Ｂの脚部６ａが超音波溶接される。

第１及び第２のセパレータ１３，１４は、別々のシートで構成されている。ただし、１枚の帯状シートを短手方向に延びる折り目に沿って折りたたむことで２つの層を形成して、一方の層で第１のセパレータ１３を構成し、他方の層で第２のセパレータ１４を構成してもよい。セパレータ１３，１４は、微多孔性樹脂シートからなる。第１及び第２のセパレータ１３，１４は、幅方向の一方（図４における右側）の端部１３ａ，１４ａの位置と、他方（図４における左側）の端部１３ｂ，１４ｂの位置とが、いずれも揃えられている。これにより、電極体５には、セパレータ１３，１４の各層の幅方向一端部１３ａ，１４ａ同士が重なり合う第１端部積層体２７ａと、セパレータ１３，１４の各層の幅方向他端部１３ｂ，１４ｂ同士が重なり合う第２端部積層体２７ｂとが設けられている。第１及び第２端部積層体２７ａ，２７ｂは、それぞれ楕円筒状の巻回体からなる。

正極シート１１と負極シート１２は、正極リード１７と負極リード２３が第１及び第２のセパレータ１３，１４の幅方向の端部１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂの一方から突出するように、セパレータ１３，１４に対して幅方向の位置をずらしている。正極シート１１については、正極リード１７を設けた端部１１ｂがセパレータ１３，１４の図４における左側の端部１３ｂ，１４ｂから突出し、正極リード１７とは反対側の端部１１ａは、セパレータ１３，１４の図４における右側の端部１３ａ，１４ａよりも幅方向の内側に位置している。負極シート１２については、負極リード２３を設けた端部１２ａがセパレータ１３，１４の図４における右側の端部１３ａ，１４ａから突出し、負極リード２３とは反対側の端部１２ｂはセパレータ１３，１４の図４における左側の端部１３ｂ，１４ｂよりも幅方向の内側に位置している。

第１端部積層体２７ａには、正極シート１１が存在せず、負極シート１２の端部１２ａと第１及び第２のセパレータ１３，１４の端部１３ａ，１４ａとが、負極シート１２の層間に第１又は第２のセパレータ１３，１４が１層ずつ介在するように重ね合わされている。第２端部積層体２７ｂには、負極シート１２が存在せず、正極シート１１の端部１１ｂと第１及び第２のセパレータ１３，１４の端部１３ｂ，１４ｂとが、正極シート１１の層間に第１又は第２のセパレータ１３，１４が１層ずつ介在するように重ね合わされている。

図４に示すように、第１端部積層体２７ａには、第１及び第２のセパレータ１３，１４の一方（図４における右側）の端部１３ａ，１４ａを互いに接合した接合部２６を設けている。ただし、接合部２６は、端部１３ａ，１４ａの先端よりも幅方向内側に設けられてもよく、この場合、端部１３ａ，１４ａは、接合部２６よりも幅方向外側に、第１及び第２のセパレータ１３，１４が接合されていない分離部を備える。

接合部２６は、概ね一定の幅Ｗ１（図６参照）で正極シート１１、負極シート１２及びセパレータ１３，１４の巻回方向（セパレータ１３，１４の長手方向）に連続して設けられている。本実施形態では、第１及び第２のセパレータ１３，１４を超音波溶着することで接合部２６を形成している。ただし、接合部２６を形成する方法は限定されるものでなく、例えば、熱融着又は機械的な圧着によって接合部２６を形成してもよい。接合部２６を設けたことで、正極シート１１の端部１１ａ（正極リード１７とは反対側の端部）は第１及び第２のセパレータ１３，１４で包まれている。

正極シート１１の端部１１ａをセパレータ１３，１４で包むことで、この部分への異物の接触が防止される。異物には、例えば負極シート１２の負極リード２３をクリップ２４に超音波溶接する際に該溶接部１０で発生する金属片がある。正極シート１１の正極金属箔１５がアルミニウム製であり、負極シート１２の負極金属箔２１が銅製である場合、負極シート１２の負極リード２３、つまり負極金属箔２１をクリップ２４に超音波溶接する際に銅片が発生する。仮に、この銅片が正極シート１１に接触すると、銅片が電気化学的に溶解し、イオンとなった銅が負極シート１２上に到達すると、負極シート１２上に銅が析出する。析出した銅がセパレータ１３，１４を突き破って正極と通電すると、微小な電流が流れて、電池１の電圧が低下する。本実施形態によれば、セパレータ１３，１４の接合部２６を設けて例えばアルミニウム製の正極金属箔１５を備える正極シート１１を覆うことで、例えば銅片が正極シート１１に接触して電気化学的に溶解することを防止できる。

図２及び図３に示すように、第１端部積層体２７ａは、その周方向（長さ方向）の領域に関して、接合部２６を含む第１及び第２接合領域２８Ａ，２８Ｂと、セパレータ１３，１４のいずれの層にも接合部２６が含まれない非接合領域２９と、を備えている。

第１接合領域２８Ａは一方の湾曲部５ａに設けられ、第２接合領域２８Ｂは他方の湾曲部５ｂに設けられている。第１端部積層体２７ａの両方の湾曲部５ａ，５ｂが接合領域２８Ａ，２８Ｂで構成されており、それぞれ接合部２６によって異物の侵入が規制されている。そのため、ケーシング４の下部にいずれの湾曲部５ａ，５ｂが配置される場合でも、ケーシング４に収容される姿勢における電極体５の下部に第１及び第２接合領域２８Ａ，２８Ｂの一方が配置される。

電極体５がケーシング４に収容された状態において、下側の接合領域２８Ｂの上端は、ケーシング４に収容される電解液の液面Ｈ（図３参照）よりも上側に配置される。したがって、例えば負極リード２３とクリップ２４との超音波溶接により発生する銅片のような異物が電解液に含まれる場合、電解液に浸かり得る第１端部積層体２７ａの下端部において、接合領域２８Ｂの接合部２６によって正極シート１１と異物との接触が防止される。

第１及び第２接合領域２８Ａ，２８Ｂでは、正極シート１１を挟み込むセパレータ１３，１４の全ての層に接合部２６を設けることが好ましい。なお、湾曲部５ａ，５ｂにおいて正極シート１１を異物との接触から実質的に保護できるのであれば、セパレータ１３，１４の周方向（長手方向）における接合部２６の位置は全ての層で一致する必要はない。接合部２６の周方向位置が層毎にずれている場合、接合領域２８Ａ，２８Ｂには、周方向の一部において、接合部２６が形成されていない層が含まれる。

第１端部積層体２７ａにおいて、一対の湾曲部５ａ，５ｂを除く残りの部分は非接合領域２９となっている。非接合領域２９では、セパレータ１３，１４の各層の移動がセパレータ１３，１４の別の層によって規制されることがない。そのため、後に詳述するように電極体５の製造時に一方のセパレータ１３を他方のセパレータ１４に対して長手方向に適宜変位させることで、セパレータ１３，１４に歪みが生じ難くすることができる。また、非接合領域２９では、電解液がセパレータ１３，１４の層間を自由に通過できるため、迅速な注液が可能になる。

図５は、電極体５の製造装置３０の概念的な模式図である。製造装置３０は、正極シート１１がコイル状に巻き付けられた供給ボビン３１と、負極シート１２がコイル状に巻き付けられた供給ボビン３２と、一方のセパレータ１３がコイル状に巻き付けられた供給ボビン３３と、他方のセパレータ１４がコイル状に巻き付けられた供給ボビン３４とを備える。供給ボビン３１〜３４から巻き出された正極シート１１、負極シート１２、第１のセパレータ１３及び第２のセパレータ１４は、互いに重ね合わされた状態で、回転する巻枠３５によって巻き取られる。巻枠３５に巻き取られることで、重ね合わせた正極シート１１、負極シート１２、第１のセパレータ１３及び第２のセパレータ１４を多数回巻回した楕円筒状の電極体５が得られる。

製造装置３０は、第１及び第２のセパレータ１３，１４の端部１３ａ，１４ａを溶着させて接合部２６を形成する溶着部３６を備える。また、巻枠３５に向けて正極シート１１、第１のセパレータ１３及び第２のセパレータ１４を送る方向（図６における矢印Ａ方向）において、溶着部３６を挟んだ上流側及び下流側には、それぞれ一対のガイドローラ３９ａ，３９ｂ，４０ａ，４０ｂが配設されている。

図６を併せて参照すると、溶着部３６では、供給ボビン３３，３４から巻き出された第１及び第２のセパレータ１３，１４が重ね合わされ、これらの間に供給ボビン３１から巻き出された正極シート１１が配置されている。正極シート１１の正極リード１７側の端部１１ｂは、セパレータ１３，１４の端部１３ｂ，１４ｂから突出している。一方、正極シート１１の正極リード１７とは反対側の端部１１ａは、セパレータ１３，１４の端部１３ａ，１４ａよりも幅方向の内側に位置している。このとき、セパレータ１３，１４及び正極シート１１は、溶着部３６の上流側及び下流側でそれぞれ一対のガイドローラ３９ａ，３９ｂ，４０ａ，４０ｂ（図５参照）間に挟み込まれている。

溶着部３６は、超音波発信器（図示せず）の作動によって超音波振動するホーン３７Ａと、ホーン３７Ａの先端に対面するアンビル３７Ｂとを備える。ホーン３７Ａは、アンビル３７Ｂに対して接近及び離反可能に設けられている。アンビル３７Ｂは、端部１３ａ，１４ａでセパレータ１３，１４を下側から支持可能な位置に配置されている。アンビル３７Ｂは、例えば回転可能なローラで構成されている。

また、溶着部３６は、端部１３ａ，１４ａ付近でセパレータ１３，１４と正極シート１１を挟み込む一対の送りローラ３８Ａ，３８Ｂ（図６参照）を備えている。一対の送りローラ３８Ａ，３８Ｂとローラ状のアンビル３７Ｂは、巻枠３５に向けてセパレータ１３，１４と正極シート１１を送る方向に回転する。

ホーン３７Ａとアンビル３７Ｂとで第１及び第２のセパレータ１３，１４の端部１３ａ，１４ａを挟み込んだ状態でホーン３７Ａが超音波振動すると、端部１３ａ，１４ａは互いに超音波溶着され、幅Ｗ１の接合部２６が形成される。セパレータ１３，１４の端部１３ａ，１４ａにおける非接合領域２９を形成する部分がホーン３７Ａとアンビル３７Ｂとの間を通過するときは、アンビル３７Ｂからホーン３７Ａが離反し、接合部２６は形成されない。溶着部３６では、ホーン３７Ａの動作を制御することによって、セパレータ１３，１４の長手方向の所望の位置のみに接合部２６を形成することができ、これにより、第１端部積層体２７ａの周方向の任意の位置に接合領域２８Ａ，２８Ｂと非接合領域２９を形成することができる。

溶着部３６を通過したセパレータ１３，１４と正極シート１１に、供給ボビン３２から巻き出された負極シート１２が重ね合わされ、巻枠３５で巻き取られる。このとき、電極体５の湾曲部５ａ，５ｂ（図２参照）を形成する湾曲部分では、内側の層に比べて外側の層の曲率及び周長が長くなる。巻枠３５での巻き取りによって湾曲部分が形成されるとき、供給ボビン３１〜３４からの正極シート１１、負極シート１２及びセパレータ１３，１４の巻き出しは、外側の層に対して内側の層を湾曲部分の周長の差と同じ距離だけ送り方向（図６における矢印Ａ方向）とは反対方向に適宜変位させながら行われ、これにより、周長の差に起因して正極シート１１、負極シート１２又はセパレータ１３，１４に歪みが生じることを防止できる。

第１及び第２のセパレータ１３，１４は接合部２６で接合されているが、接合部２６が形成されない長さ部分では、内側のセパレータ１３に対して外側のセパレータ１４を長手方向に変位させて、周長の差に起因するセパレータ１３，１４の歪みを伸ばすことができる。したがって、接合部２６を形成しつつ、セパレータ１３，１４の歪みを防止でき、これにより、巻枠３５による正極シート１１、負極シート１２及びセパレータ１３，１４の巻き取りを、各層のしわの発生を防止しつつ最後まで良好に行うことができる。

図７は、変形例に係る電極体５の製造装置１３０を示す模式図である。図７に示す製造装置１３０では、溶着部３６の上流側のガイドローラ１３９と下流側のガイドローラ１４０に対してローラ状のアンビル３７Ｂがずらして配置されており、これにより、供給ボビン３１，３３，３４から巻き出されたセパレータ１３，１４及び正極シート１１は、上流側及び下流側のガイドローラ１３９，１４０間においてアンビル３７Ｂの外周面に巻き付くように迂回して配置される。

溶着部３６において、第１及び第２のセパレータ１３，１４の端部１３ａ，１４ａは、アンビル３７Ｂの径方向において内側に位置するセパレータ１３の曲率及び周長に比べて外側に位置するセパレータ１４の曲率及び周長が大きい湾曲状態で互いに溶着される。これにより、電極体５の湾曲部５ａ，５ｂにおいて径方向内側に配置されるセパレータ１３の周長が外側に配置されるセパレータ１４の周長よりも短くなるように接合部２６が形成される。したがって、巻枠３５による巻き取りの際、湾曲部分には、溶着部３６によって内外のセパレータ１３，１４間に周長の差が予め設けられた接合部２６が配置されるため、より効果的にセパレータ１３，１４の歪みを防止できる。

なお、前述のように、接合部２６は、超音波溶着に代えて、熱融着又は圧着によっても形成できる。熱融着によって接合部２６を形成する場合、図５及び図６のホーン３７Ａ及びアンビル３７Ｂに代えて、セパレータ１３，１４の端部１３ａ，１４ａを挟み込む一対のヒートローラを配置すればよい。この場合、一対のヒートローラによる加熱及び加圧によってセパレータ１３，１４の端部１３ａ，１４ａが互いに熱融着される。圧着によって接合部２６を形成する場合、図５及び図６のホーン３７Ａ及びアンビル３７Ｂに代えて例えばメカニカルギヤである一対の圧着ローラを配置すればよい。この場合、圧着ローラによる加圧によってセパレータ１３，１４の端部１３ａ，１４ａが互いに圧着される。なお、一対のヒートローラ又は一対の圧着ローラを配置する場合、一対のヒートローラ又は一対の圧着ローラを互いに離反させる退避機構を設けることによって、非接合領域２９を形成することが可能になる。また、接合部２６は両面テープや糊剤によっても形成できる。

［第２実施形態］
図８を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る電池が備える電極体５について説明する。この実施形態の電池の全体的な構造は、第１実施形態と同様である（図１参照）。

第１端部積層体２７ａは、その周方向（長さ方向）の領域に関して、第１実施形態における第１接合領域２８Ａに代えて、第３接合領域２８Ｃを備える。第３接合領域２８Ｃは、ケーシング４に収容される姿勢における電極体５の上下方向中央部に設けられている。第３接合領域２８Ｃは、電極体５の巻回中心を挟んだ両側に一対設けられているが、図８には、一方の第３接合領域２８Ｃのみが図示されている。

第３接合領域２８Ｃは、クリップ２４と負極リード２３との溶接部１０の近傍に配設されている。第３接合領域２８Ｃの上端は溶接部１０の上端よりも高く配置され、第３接合領域２８Ｃの下端は溶接部１０の下端よりも低く配置されている。第３接合領域２８Ｃの下端部は溶接部１０よりも下側に配置されているため、負極リード２３をクリップ２４に溶接する際に発生して溶接部１０から下方近傍へ飛散した例えば銅片のような金属片が正極シート１１に接触することを、第３接合領域２８Ｃの接合部２６によって規制できる。

第１実施形態と同様、電解液に浸かり得る第１端部積層体２７ａの下端部には第２接合領域２８Ｂが配設されているため、該接合領域２８Ｂの接合部２６によって、正極シート１１を電解液に含まれる金属片のような異物から保護することができる。

第１端部積層体２７ａにおける第２接合領域２８Ｂ及び第３接合領域２８Ｃ以外の部分、具体的には、第２接合領域２８Ｂと第３接合領域２８Ｃとの間の部分、及び、第３接合領域２８Ｃよりも上側の部分は、非接合領域２９となっている。第１実施形態と同様、第１端部積層体２７ａに非接合領域２９が設けられていることにより、製造時において、湾曲部分における内側のセパレータ１３と外側のセパレータ１４との周長の差に起因するセパレータ１３，１４の歪みの発生を防止できる。また、非接合領域２９を電解液が通過可能であることにより、全周に亘って接合部２６を形成する場合に比べて注液性が高められる。

［第３実施形態］
図９は本発明の第３実施形態に係る電池が備える電極体５を示す。この実施形態の電池の全体的な構造は、第１実施形態と同様である（図１参照）。

正極シート１１の端部１１ａ側の端面１１ｃには保護層５１が設けられている。本実施形態では、保護層５１は絶縁性材料からなる。絶縁性材料の例としてはアルミナがある。例えばアルミナペーストを正極シート１１の端面１１ｃに塗布することで絶縁性を有する保護層５１を設けることができる。

保護層５１を設けることで、仮に接合部２６でセパレータ１３，１４が分離した場合でも、正極シート１１の端面１１ｃに異物が接触するのを確実に防止できる。例えば正極金属箔１５がアルミニウム製で負極金属箔２１が銅製である場合、絶縁性を有する保護層５１を設けることが特に有効である。具体的には、仮に負極金属箔２１の超音波溶接時に発生した銅片が、セパレータ１３，１４の端部１３ａ，１４ａにおいて接合部２６が形成されていない部分、又は、接合部２６のセパレータ１３，１４の分離が生じた部分を通過して正極シート１１の端面１１ｃに到達したとしても、保護層５１の存在により銅片は溶解せず、短絡は生じない。

［第４実施形態］
図１０は本発明の第４実施形態に係る電池が備える電極体５を示す。この実施形態の電池の全体的な構造は、第１実施形態と同様である（図１参照）。

本実施形態の電極体５では、第１端部積層体２７ａと同様に、第２端部積層体２７ｂにも接合領域と非接合領域が設けられ、第２端部積層体２７ｂの接合領域に、負極シート１２の負極リード２３とは反対側の端部１２ｂを包むようにセパレータ１３，１４の接合部５６が設けられている。第２端部積層体２７ｂの接合領域は、第１端部積層体２７ａの接合領域２８Ａ，２８Ｂ（図２及び図３参照）と同様、湾曲部５ａ，５ｂに設けられてもよいし、別の周方向位置に設けられてもよい。

接合部５６を設けてセパレータ１３，１４で包むことにより、負極シート１２の端部１２ｂへの異物の接触を防止できる。つまり、本実施形態によれば、正極シート１１及び負極シート１２の両方について異物の接触を防止できる。第２端部積層体２７ｂには、第１端部積層体２７ａと同様、非接合領域が形成されるため、製造時におけるセパレータ１３，１４の歪みの発生を防止できるとともに、注液性の向上を図ることができる。第３実施形態と同様の保護層５１（図９参照）を正極シート１１の端面１１ｃ及び負極シート１２の端面１２ｃの両方又はいずれか一方に設けてもよい。

以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、端部積層体において接合領域が形成される周方向位置は、第１実施形態及び第２実施形態で例示したものに限定されるものでない。例えば、第１実施形態において上側の接合領域２８Ａは省略されてもよいし、第２実施形態において電極体５の上側の湾曲部５ａに第１実施形態の上側の接合領域２８Ａを追加してもよい。また、第２実施形態において下側の接合領域２８Ｂと中央の接合領域２８Ｃとを繋げて一体化させてもよい。

また、上述の実施形態では、非水電解質二次電池を例に本発明に係る蓄電素子を説明したが、本発明は、同様又は類似の構造の電極体を備える他の電池及びキャパシタにも適用できる。例えば、金属箔に間隔を空けて複数の活物質層を設けた正極シート及び負極シートを備える電極体に対し、本発明を適用できる。また、金属箔の幅方向の全体に活物質層を設けた正極シート及び負極シートを備える電極体に対しても、本発明を適用できる。

さらに、本発明は、上述の実施形態で例に挙げたいわゆる巻回型の電極体に限らず、それぞれ複数枚の正極シート、負極シート及びセパレータを正極シートと負極シートとがセパレータを介して交互に重なるように積層してなる所謂積層型の電極体にも適用できる。積層型の電極体に本発明を適用する場合も、端部積層体の接合領域において正極シート及び／又は負極シートと異物との接触を防止できるとともに、端部積層体に非接合領域を設けることによって、例えば衝撃によるセパレータの歪み、ひいては各層のしわの発生を抑制できる。

［参考実施形態］
図１１及び図１２を参照しながら、参考実施形態に係る電池が備える電極体２０５について説明する。この参考実施形態の電池の全体的な構造は、本発明の第１実施形態と同様である（図１参照）。

図１１に示すように、電極体２０５は、第１実施形態の非接合領域２９に代えて、第４接合領域２２９を備えており、その他の構成は第１実施形態の電極体５と同様である。つまり、電極体２０５の第１端部積層体２７ａは、湾曲部５ａ，５ｂだけでなく、全周に亘って接合領域２８Ａ，２８Ｂ，２２９で構成されている。第４接合領域２２９には、第１及び第２接合領域２８Ａ，２８Ｂと同様に接合部２６が設けられている。

図１２は、電極体２０５の製造装置２３０の概念的な模式図である。製造装置２３０は、第１実施形態の製造装置３０（図５参照）と同様の供給ボビン３１〜３４及び巻枠３５を備えている。供給ボビン３１〜３４から巻き出された正極シート１１、負極シート１２及び第１及び第２のセパレータ１３，１４は、互いに重ね合わされた状態で、回転する巻枠３５によって巻き取られ、重ね合わせた正極シート１１、負極シート１２、第１のセパレータ１３及び第２のセパレータ１４を多数回巻回した楕円筒状の電極体２０５が得られる。

製造装置２３０は、第１及び第２のセパレータ１３，１４の端部１３ａ，１４ａを溶着させて接合部２６を形成する第１及び第２溶着部２３６，２４０を備える。また、巻枠３５に向けて正極シート１１、第１のセパレータ１３及び第２のセパレータ１４を送る方向において、上流側から順に、一対の第１ガイドローラ２５０，２５１、第２ガイドローラ２５２、第３ガイドローラ２５３が配設されている。第１ガイドローラ２５０，２５１と第２ガイドローラ２５２との間に第１溶着部２３６が配置され、第２ガイドローラ２５２と第３ガイドローラ２５３との間に第２溶着部２４０が配置されている。

第１溶着部２３６は、第４接合領域２２９（図１１参照）の接合部２６を形成し、第２溶着部２４０は、第１及び第２接合領域２８Ａ，２８Ｂ（図１１参照）の接合部２６を形成する。各溶着部２３６，２４０では、第１実施形態の溶着部３６（図５参照）と同様、供給ボビン３３，３４から巻き出された第１及び第２のセパレータ１３，１４が重ね合わされ、これらの間に供給ボビン３１から巻き出された正極シート１１が配置されている（図６参照）。正極シート１１の正極リード１７側の端部１１ｂは、セパレータ１３，１４の端部１３ｂ，１４ｂから突出している。一方、正極シート１１の正極リード１７とは反対側の端部１１ａは、セパレータ１３，１４の端部１３ａ，１４ａよりも幅方向の内側に位置している。

第１及び第２溶着部２３６，２４０は、それぞれ、超音波発信器（図示せず）の作動によって超音波振動するホーン２３７，２４１と、ホーン２３７，２４１の先端に対面するアンビル２３８，２４２とを備える。ホーン２３７，２４１は、アンビル２３８，２４２に対して接近及び離反可能に設けられている。アンビル２３８，２４２は、端部１３ａ，１４ａでセパレータ１３，１４を下側から支持可能な位置に配置されている。アンビル２３８，２４２は、例えば回転可能なローラで構成され、巻枠３５に向けてセパレータ１３，１４と正極シート１１を送る方向に回転する。

第１溶着部２３６において、ホーン２３７とアンビル２３８とで第１及び第２のセパレータ１３，１４の端部１３ａ，１４ａを挟み込んだ状態でホーン２３７が超音波振動すると、端部１３ａ，１４ａは互いに超音波溶着されて、第４接合領域２２９の接合部２６が形成される。セパレータ１３，１４の端部１３ａ，１４ａにおける第１及び第２接合領域２８Ａ，２８Ｂを形成する部分がホーン２３７とアンビル２３８との間を通過するときは、アンビル２３８からホーン２３７が離反し、第１溶着部２３６による超音波溶着は行われない。

第２溶着部２４０において、ホーン２４１とアンビル２４２とで第１及び第２のセパレータ１３，１４の端部１３ａ，１４ａを挟み込んだ状態でホーン２４１が超音波振動すると、端部１３ａ，１４ａは互いに超音波溶着されて、第１又は第２接合領域２８Ａ，２８Ｂの接合部２６が形成される。第１溶着部２３６によって接合部２６が形成された部分（第４接合領域２２９を形成する部分）がホーン２４１とアンビル２４２との間を通過するときは、アンビル２４２からホーン２４１が離反し、第２溶着部２４０による超音波溶着は行われない。

第２溶着部２４０のアンビル２４２は、その上流側及び下流側のガイドローラ２５２，２５３からずらして配置されており、これにより、供給ボビン３１，３３，３４から巻き出されたセパレータ１３，１４及び正極シート１１は、ガイドローラ２５２，２５３間においてアンビル２４２の外周面に巻き付くように迂回して配置される。

第２溶着部２４０において、第１及び第２のセパレータ１３，１４の端部１３ａ，１４ａは、アンビル２４２の径方向において内側に位置するセパレータ１３の曲率及び周長に比べて外側に位置するセパレータ１４の曲率及び周長が大きい湾曲状態で互いに溶着される。つまり、電極体２０５の湾曲部５ａ，５ｂ（図１１参照）において径方向内側に配置されるセパレータ１３の曲率及び周長を外側に配置されるセパレータ１４の曲率及び周長よりも短くした状態で、接合部２６が形成される。

第１及び第２溶着部２３６，２４０を通過したセパレータ１３，１４と正極シート１１に、供給ボビン３２から巻き出された負極シート１２が重ね合わされ、巻枠３５で巻き取られる。このとき、電極体２０５の湾曲部５ａ，５ｂ（図１１参照）を形成する湾曲部分では、内側の層に比べて外側の層の曲率及び周長が長くなる。巻枠３５での巻き取りによって湾曲部分が形成されるとき、供給ボビン３１〜３４からの正極シート１１、負極シート１２及びセパレータ１３，１４の巻き出しは、外側の層に対して内側の層を湾曲部分の周長の差と同じ距離だけ送り方向（図６における矢印Ａ方向）とは反対方向に適宜変位させながら行われ、これにより、周長の差に起因する正極シート１１、負極シート１２又はセパレータ１３，１４の歪みを伸ばすことができる。

ところで、第１及び第２のセパレータ１３，１４は端部１３ａ，１４ａにおいて全長に亘って接合されているため、接合されたセパレータ１３，１４間では長さ方向の相対移動が規制される。しかしながら、巻枠３５による巻き取りの際に湾曲部分に配置される接合部２６は、前述のように第２溶着部２４０によって内外のセパレータ１３，１４間に周長の差が予め設けられているため、これらのセパレータ１３，１４間の周長の差に起因するセパレータ１３，１４の歪みを抑制できる。したがって、全周に亘って接合部２６を形成しつつ、セパレータ１３，１４の歪みを抑制でき、これにより、巻枠３５による正極シート１１、負極シート１２及びセパレータ１３，１４の巻き取りを、しわの発生を抑制しつつ最後まで良好に行うことができる。

１：電池（蓄電素子）
２：容器
３：蓋体
３ａ：注液口
４：ケーシング
５：電極体
５ａ，５ｂ：湾曲部
６Ａ，６Ｂ：集電体
６ａ：脚部
７Ａ，７Ｂ：外部端子
８：下パッキン
９：上パッキン
１０：溶接部
１１：正極シート
１１ａ，１１ｂ：正極シートの端部
１２：負極シート
１２ａ，１２ｂ：負極シートの端部
１３：第１のセパレータ
１３ａ：第１のセパレータの端部
１４：第２のセパレータ
１４ａ：第２のセパレータの端部
１５：正極金属箔
１６：正極活物質層
１７：正極リード
２１：負極金属箔
２２：負極活物質層
２３：負極リード
２４：クリップ
２６：接合部
２７ａ：第１端部積層体
２７ｂ：第２端部積層体
２８Ａ：第１接合領域
２８Ｂ：第２接合領域
２８Ｃ：第３接合領域
２９：非接合領域
３０，１３０：製造装置
３１，３２，３３，３４：供給ボビン
３５：巻枠
３６：溶着部
３７Ａ：ホーン
３７Ｂ：アンビル
３８Ａ，３８Ｂ：送りローラ
５１：保護層
５６：接合部

Claims

正極シートと、負極シートと、第１及び第２のセパレータとを、前記正極シートと前記負極シートとの間に前記第１又は第２のセパレータが介在するように重ね合わせてなる電極体を備え、
前記電極体は、前記第１及び第２のセパレータの端部同士が重なり合う端部積層体を備え、
前記端部積層体は、前記正極シート及び前記負極シートの少なくとも一方を前記第１及び第２のセパレータで包むように前記第１及び第２のセパレータを接合した接合部を含む接合領域と、前記接合部が含まれない非接合領域とを備えることを特徴とする蓄電素子。
前記電極体が所定の姿勢で収容されるケーシングを備え、
前記電極体の姿勢が前記所定の姿勢であるとき、前記接合領域の少なくとも一部は、前記端部積層体の下端部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電素子。
前記電極体が所定の姿勢で収容されるケーシングと、
前記セパレータの前記端部から突出した前記正極シート又は前記負極シートに溶接された集電部と、を備え、
前記電極体の姿勢が前記所定の姿勢であるとき、前記接合領域の少なくとも一部は、前記正極シート又は前記負極シートと前記集電部との溶接部よりも下側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電素子。
前記電極体は、それぞれ帯状の前記正極シート、前記負極シート及び前記セパレータを重ね合わせて一対の湾曲部を形成するように巻回してなる巻回体であり、
少なくとも一方の前記湾曲部は前記接合領域で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電素子。