JP2016162680A

JP2016162680A - 二次電池及びその製造方法

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Publication number: JP2016162680A
Application number: JP2015042646A
Authority: JP
Inventors: 直哉速水; Naoya Hayamizu
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2016-09-05

Abstract

【課題】電極の位置ずれを抑制して高性能の二次電池、及び、二次電池の製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、積層体と、絶縁体と、を備える二次電池が提供される。前記積層体は、第１電極と、第２電極と、を有する。前記第２電極は、前記第１電極に対向して設けられる。前記絶縁体は、連結部分を有する。前記連結部分は、前記積層体の端部において、前記第１電極の一端側と前記第２電極の一端側との間をわたる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、二次電池及びその製造方法に関する。

携帯電話、デジタルカメラ、自動車、蓄電システムなどの各種の機器の電源として、リチウムイオン二次電池等の二次電池が用いられている。電気的短絡を抑制するために正極と負極との間に絶縁体が設けられた電極セルを捲回又は積層することで、二次電池が形成される。

積層型の二次電池では、絶縁体を介して電極を積層させる時に、電極の位置ずれが発生し易い。また、電極と絶縁体とを交互に積層させるため、このような位置ずれに対するマージンが狭い。電極の位置ずれが生ずると、発電面積が減少して電池容量が低下したり、電極の電気的短絡等を引き起こしたりする虞がある。したがって、二次電池において、電極の位置ずれを抑制して容易に積層できることが望まれる。

特開２０１４−４１８１７号公報

本発明の実施形態は、電極の位置ずれを抑制して高性能の二次電池、及び、二次電池の製造方法を提供する。

本発明の実施形態によれば、積層体と、絶縁体と、を備える二次電池が提供される。前記積層体は、第１電極と、第２電極と、を有する。前記第２電極は、前記第１電極に対向して設けられる。前記絶縁体は、連結部分を有する。前記連結部分は、前記積層体の端部において、前記第１電極の一端側と前記第２電極の一端側との間をわたる。

第１実施形態に係る二次電池を示す外観図である。第１実施形態に係る二次電池の一部を示す模式図である。第１実施形態に係る二次電池の一部を示す模式図である。二次電池の一部を示す模式図である。電極体の製造装置の一例を示す模式図である。絶縁体の生成装置の一例を示す模式図である。図７（ａ）〜図７（ｅ）は、第１実施形態に係る二次電池の製造方法を示す工程図である。第２実施形態に係る二次電池の一部を示す模式図である。図９（ａ）〜図９（ｅ）は、第２実施形態に係る二次電池の製造方法を示す工程図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

本願明細書において、「に設けられる」とは、直接接して設けられる場合の他に、間に別の要素が挿入されて設けられる場合も含む。また、「対向して設けられる」とは、上または下に直接接して設けられる場合の他に、間に別の要素が挿入されて設けられる場合も含む。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る二次電池を示す外観図である。
図２は、第１実施形態に係る二次電池の一部を示す模式図である。
図３は、第１実施形態に係る二次電池の一部を示す模式図である。
図４は、二次電池の一部を示す模式図である。
図１は、積層型の二次電池１の外観斜視図を示している。図２は、電極セル１１の側面図を示しており、図１の矢印の方向ｄ１から見た側面図である。図３は、複数の電極セル１１が積層している側面図を示しており、図１の矢印の方向ｄ１から見た側面図である。図４は、比較例による電極セル１１１の側面図を示しており、図２の側面図に対応する。

図１に表すように、二次電池１には、電極体１０と、外装部材２０と、正極端子３０と、負極端子４０と、が設けられている。二次電池１は、積層型の二次電池である。例えば、二次電池１は、リチウムイオン二次電池である。二次電池１は、例えば、矩形の箱状を有する。

電極体１０は、複数の電極セル１１を有する。電極体１０は、１つの電極セル１１を有しても良い。電極セル１１の積層数は、適宜設定することができる。電極セル１１の積層数を適宜設定することで、二次電池１の所望の電池容量を得ることができる。

外装部材２０は、その内部に、非水電解液などの電解液と共に電極体１０を収納する。外装部材２０は、例えば、電池ケースである。例えば、外装部材２０は、アルミニウム（Ａｌ）、ステンレス、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等の金属をポリプロピレン（polypropylene）等の絶縁物によって被覆したラミネートフィルムによって形成される。外装部材２０が電極体１０を収納することで、外部からの衝撃等から電極体１０を保護することができる。

正極端子３０及び負極端子４０は、外装部材２０の一端面から外部に延びている。正極端子３０及び負極端子４０は、電極体１０における電極セル１１の正極１２及び負極１５にそれぞれ接続している。

図２に表すように、電極セル１１には、正極１２と、負極１５と、絶縁体１８と、が設けられている。絶縁体１８は、連結部分１８ｃを有する。絶縁体１８の形成位置は、後に説明する。例えば、電極セル１１において、正極１２と、負極１５と、は対向して設けられている。電極セル１１において、負極１５及び正極１２の順に積層されているが、正極１２及び負極１５の順に積層されても良い。

正極１２及び負極１５は、例えば、それぞれ矩形状を有する金属板である。正極１２は、正極集電体１３と、正極活物質層１４と、を有する。負極１５は、負極集電体１６と、負極活物質層１７と、を有する。正極１２と、負極１５と、が積層体１９を形成する。正極１２及び負極１５の一方が第１電極であり、正極１２及び負極１５の他方が第２電極である。

正極集電体１３は、導電性の部材から形成される。例えば、正極集電体１３は、シート状の金属である。正極集電体１３は、例えば、アルミニウム等の金属の箔である。また、正極集電体１３の先端には、正極端子３０と電気的に接続するタブ部分が設けられている。例えば、タブ部分は、正極活物質層１４から突出して設けられている。発生した電気は、タブ部分によって外部に取り出される。

正極活物質層１４は、正極集電体１３の両面に設けられ、正極集電体１３と電気的に接続している。例えば、正極活物質層１４は、正極活物質と、正極導電剤と、結着剤と、を有するスラリーを用いて形成される。例えば、正極活物質としてリチウム複合酸化物などを用いることができる。正極導電剤としてカーボン材料などを用いて形成することができる。結着剤としてフッ素重合体などを用いて形成することができる。

負極集電体１６は、導電性の部材から形成される。例えば、負極集電体１６は、金属シートである。また、負極集電体１６の先端には、負極端子４０と電気的に接続するタブ部分が設けられている。例えば、タブ部分は、負極活物質層１７から突出して設けられている。発生した電気は、タブ部分によって外部に取り出される。

負極活物質層１７は、負極集電体１６の両面に設けられ、負極集電体１６と電気的に接続している。例えば、負極活物質層１７は、負極活物質と、負極導電剤と、結着剤と、を有するスラリーを用いて形成される。例えば、負極活物質としてリチウム化合物などを用いることができる。負極導電剤としてカーボン材料などを用いて形成することができる。結着剤としてフッ素重合体などを用いて形成することができる。

絶縁体１８は、正極１２と負極１５との間に設けられ、電子を通過させないセパレータである。これにより、正極１２と負極１５との間の電気的短絡が抑制される。絶縁体１８には、その内部にイオンを通過させる孔が複数設けられている。また、絶縁体１８は、電解質が浸透することによってイオン透過性を有することになる。これにより、二次電池１がリチウムイオン二次電池である場合、リチウムイオン（Ｌｉ^＋）は、正極１２側から負極１５側に、又は、負極１５側から正極１２側に移動することができる。

絶縁体１８の材料として、電解液を保持して正極１２と負極１５との間のイオン透過性を有する種々の材料を用いることができる。例えば、絶縁体１８の材料として、合成樹脂製不織布、ポリエチレン多孔質フィルム、ポリプロピレン多孔質フィルム等が挙げられる。

絶縁体１８は、例えば、繊維を含む層とすることができる。繊維を含む層は、例えば、有機繊維を含む層である。繊維を含む層に無機物が含まれても良く、例えば、繊維を含む層に酸化物や窒化物が含まれても良い。

また、例えば、エレクトロスピニング法を用いて、正極１２及び負極１５の表面に繊維を含む層を直接形成することもできる。繊維を含む層は、インクジェット法、ジェットディスペンサー法、又は、スプレー塗布法によって形成されても良い。

エレクトロスピニング法とは、高分子物質等が溶解した原料液を吐出し、吐出液を空間中で電気的に延伸させることで、伸縮性を有する繊維を形成する技術である。ここで、原料液とは、繊維の基材となる溶質を溶媒中に分散または溶解させた液体であり、繊維の材質や繊維の性質等により適宜調整される液体である。例えば、原料液として、有機材料を溶媒に溶解して調製された溶液が用いられる。

有機材料は、例えば、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリイミド、ポリケトン、ポリスルホン、セルロース、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、及びポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）から選択することができる。

例えば、エレクトロスピニング法を用いて、正極１２及び負極１５の表面に設けられた絶縁体１８の厚みは、３マイクロメートル以上１２マイクロメートル以下である。３マイクロメートル以下であると微小リークが発生する虞があり、１２マイクロメートル以上であると二次電池としての高容量化を図る上で不利である。エレクトロスピニング法を用いると絶縁体１８の厚みを薄くすることができる。これにより、二次電池１の厚みを薄くすることができる。エレクトロスピニング法を用いることによって、繊維を正極１２及び負極１５の表面に容易に形成することができる。また、連続した繊維が正極１２及び負極１５の表面に形成されるので、曲げによる繊維の破断の発生を抑制することができる。また、絶縁体１８の割れの発生を抑制することができる。

以下、絶縁体１８の形成位置について説明する。
なお、２つの電極セルが積層されている形態を例として説明する。
図３に表すように、第１電極セル１１ａと、第２電極セル１１ｂと、が連続して積層されている。第１電極セル１１ａは、第１正極１２ａと、第１負極１５ａと、を有する。第２電極セル１１ｂは、第２正極１２ｂと、第２負極１５ｂとを有する。第１正極１２ａと、第１負極１５ａと、第２正極１２ｂと、第２負極１５ｂと、が積層体１９ａを形成する。

第１正極１２ａは、第１正極集電体１３ａと、第１正極活物質層１４ａと、を有する。第１負極１５ａは、第１負極集電体１６ａと、第１負極活物質層１７ａと、を有する。第２正極１２ｂは、第２正極集電体１３ｂと、第２正極活物質層１４ｂと、を有する。第２負極１５ｂは、第２負極集電体１６ｂと、第２負極活物質層１７ｂと、を有する。

第１電極セル１１ａ及び第２電極セル１１ｂには、絶縁体１８が設けられている。絶縁体１８は、第１絶縁体１８ａと、第２絶縁体１８ｂと、を有する。第１絶縁体１８ａは、第１電極セル１１ａに設けられた絶縁体である。第２絶縁体１８ｂは、第２電極セル１１ｂに設けられた絶縁体である。

第１絶縁体１８ａは、第１正極１２ａの周囲と第１負極１５ａの周囲を覆うように設けられている。つまり、第１絶縁体１８ａは、第１正極集電体１３ａ及び第１正極活物質層１４ａを有する積層体の周囲と、第１負極集電体１６ａ及び第１負極活物質層１７ａを有する積層体の周囲を覆うように設けられている。

例えば、第１絶縁体１８ａは、第１正極１２ａの第１面１２ａ１から第４面１２ａ４と、第１負極１５ａの第１面１５ａ１から第４面１５ａ４と、に設けられている。第２面１２ａ２は、第１面１２ａ１とは反対側の面である。第４面１２ａ４は、第３面１２ａ３とは反対側の面である。第２面１５ａ２は、第１面１５ａ１とは反対側の面である。第４面１５ａ４は、第３面１５ａ３とは反対側の面である。

第１面１２ａ１及び第２面１２ａ２と、第１面１５ａ１及び第２面１５ａ２と、は、第１電極セル１１ａから第２電極セル１１ｂに向かう方向（積層方向）に対して垂直な方向に設けられた面である。第１面１２ａ１及び第２面１２ａ２は、第１正極活物質層１４ａに設けられた面であって、第１正極集電体１３ａに対向する面とは反対側に設けられた面である。第１面１５ａ１及び第２面１５ａ２は、第１負極活物質層１７ａに設けられた面であって、第１負極集電体１６ａに対向する面とは反対側に設けられた面である。

第３面１２ａ３及び第４面１２ａ４と、第３面１５ａ３及び第４面１５ａ４と、は、第１電極セル１１ａから第２電極セル１１ｂに向かう方向（積層方向）に対して平行な方向に設けられた面である。第３面１２ａ３及び第４面１２ａ４は、第１正極集電体１３ａ及び第１正極活物質層１４ａに設けられた面である。第３面１５ａ３及び第４面１５ａ４は、第１負極集電体１６ａ及び第１負極活物質層１７ａに設けられた面である。

第４面１２ａ４及び第４面１５ａ４において、第１正極活物質層１４ａ及び第１負極活物質層１７ａからタブ部分が突出している場合、突出部分の一部に第１絶縁体１８ａを設けることができる。図３のように、突出部分が矩形状を有する場合、矩形状の両面の一部を覆うように第１絶縁体１８ａを設けることができる。

また、第１絶縁体１８ａは、第１正極１２ａの一端と第１負極１５ａの一端の間に設けられている。つまり、第１絶縁体１８ａは、第１正極活物質層１４ａの一端と第１負極活物質層１７ａの一端の間に設けられている。

例えば、第１絶縁体１８ａは、連結部分１８ｃ１を有する。連結部分１８ｃ１は、第１正極１２ａの第３面１２ａ３の端部ｔ１と、第１負極１５ａの第３面１５ａ３の端部ｔ２と、の間に設けられている。絶縁体１８の連結部分１８ｃ１によって、第１正極１２ａと第１負極１５ａとの間の位置ずれを抑制することができる。なお、連結部分１８ｃ１は、第１正極１２ａの第２面１２ａ２の端部と、第１負極１５ａの第１面１５ａ１の端部と、の間に設けられても良い。

第２絶縁体１８ｂは、第２正極１２ｂの周囲と第２負極１５ｂの周囲を覆うように設けられている。つまり、第２絶縁体１８ｂは、第２正極集電体１３ｂ及び第２正極活物質層１４ｂを有する積層体の周囲と、第２負極集電体１６ｂ及び第２負極活物質層１７ｂを有する積層体の周囲を覆うように設けられている。

例えば、第２絶縁体１８ｂは、第２正極１２ｂの第１面１２ｂ１から第４面１２ｂ４と、第２負極１５ｂの第１面１５ｂ１から第４面１５ｂ４と、に設けられている。第２面１２ｂ２は、第１面１２ｂ１とは反対側の面である。第４面１２ｂ４は、第３面１２ｂ３とは反対側の面である。第２面１５ｂ２は、第１面１５ｂ１とは反対側の面である。第４面１５ｂ４は、第３面１５ｂ３とは反対側の面である。

第１面１２ｂ１及び第２面１２ｂ２と、第１面１５ｂ１及び第２面１５ｂ２と、は、第１電極セル１１ａから第２電極セル１１ｂに向かう方向（積層方向）に対して垂直な方向に設けられた面である。第１面１２ｂ１及び第２面１２ｂ２は、第２正極活物質層１４ｂに設けられた面であって、第２正極集電体１３ｂに対向する面とは反対側に設けられた面である。第１面１５ｂ１及び第２面１５ｂ２は、第２負極活物質層１７ｂに設けられた面であって、第２負極集電体１６ｂに対向する面とは反対側に設けられた面である。

第３面１２ｂ３及び第４面１２ｂ４と、第３面１５ｂ３及び第４面１５ｂ４と、は、第１電極セル１１ａから第２電極セル１１ｂに向かう方向（積層方向）に対して平行な方向に設けられた面である。第３面１２ｂ３及び第４面１２ｂ４は、第２正極集電体１３ｂ及び第２正極活物質層１４ｂに設けられた面である。第３面１５ｂ３及び第４面１５ｂ４は、第２負極集電体１６ｂ及び第２負極活物質層１７ｂに設けられた面である。

第４面１２ｂ４及び第４面１５ｂ４において、第２正極活物質層１４ｂ及び第２負極活物質層１７ｂからタブ部分が突出している場合、突出部分の一部に第２絶縁体１８ｂを設けることができる。図３のように、突出部分が矩形状を有する場合、矩形状の両面の一部を覆うように第２絶縁体１８ｂを設けることができる。

また、第２絶縁体１８ｂは、第２正極１２ｂの一端と第２負極１５ｂの一端の間に設けられている。つまり、第２絶縁体１８ｂは、第２正極活物質層１４ｂの一端と第２負極活物質層１７ｂの一端の間に設けられている。

例えば、第２絶縁体１８ｂは、連結部分１８ｃ２を有する。連結部分１８ｃ２は、第２正極１２ｂの第３面１２ｂ３の端部ｔ３と、第２負極１５ｂの第３面１５ｂ３の端部ｔ４と、の間に設けられている。絶縁体１８の連結部分１８ｃ２によって、第２正極１２ｂと第２負極１５ｂとの間の位置ずれを抑制することができる。なお、連結部分１８ｃ２は、第２正極１２ｂの第２面１２ｂ２の端部と、第２負極１５ｂの第１面１５ｂ１の端部と、の間に設けられても良い。

絶縁体１８は、第１絶縁体１８ａと、第２絶縁体１８ｂと、を連結することで形成されている。第１電極セル１１ａの一端と第２電極セル１１ｂの一端の間において、第１絶縁体１８ａの一部は、第２絶縁体１８ｂの一部に連結している。

例えば、絶縁体１８は、連結部分１８ｃ３を有する。連結部分１８ｃ３は、第１正極１２ａの第４面１２ａ４の端部ｔ５と、第２負極１５ｂの第４面１５ｂ４の端部ｔ６と、の間に設けられている。絶縁体１８の連結部分１８ｃ３によって、第１正極１２ａと第２負極１５ｂとの間の位置ずれを抑制することができる。なお、連結部分１８ｃ３は、第１正極１２ａの第１面１２ａ１の端部と、第２負極１５ｂの第２面１５ｂ２の端部と、の間に設けられても良い。

前述したように、絶縁体１８は、連結部分１８ｃ１〜１８ｃ３を有する。例えば、連結部分１８ｃ１は、積層体１９ａの一端において、第１正極１２ａの第３面１２ａ３の端部ｔ１側と、第１負極１５ａの第３面１５ａ３の端部ｔ２側と、の間をわたる部分である。連結部分１８ｃ２は、積層体１９ａの一端において、第２正極１２ｂの第３面１２ｂ３の端部ｔ３側と、第２負極１５ｂの第３面１５ｂ３の端部ｔ４側と、の間をわたる部分である。連結部分１８ｃ３は、積層体１９ａの他端において、第１正極１２ａの第４面１２ａ４の端部ｔ５側と、第２負極１５ｂの第４面１５ｂ４の端部ｔ６側と、の間をわたる部分である。

絶縁体１８の連結部分１８ｃ１によって、第１正極１２ａと第１負極１５ａとの間の位置ずれを抑制することができる。また、絶縁体１８の連結部分１８ｃ２によって、第２正極１２ｂと第２負極１５ｂとの間の位置ずれを抑制することができる。また、絶縁体１８の連結部分１８ｃ３によって、第１正極１２ａと第２負極１５ｂとの間の位置ずれを抑制することができる。これにより、積層する第１電極セル１１ａ及び第２電極セル１１ｂにおける電極間の位置ずれを抑制することができる。

なお、２つの電極セル１１が積層された形態おける絶縁体１８の形成位置について説明したが、３つ以上の電極セル１１が積層された形態においても絶縁体１８を形成することができる。例えば、ｎ個の電極セル１１が積層された形態（ｎは２以上の整数）において、絶縁体１８は、ｎ個の電極セル１１内の正極１２の一端と負極１５の一端との間に設けられた第１連結部分と、電極セル１１間の端部間に設けられた第２連結部分と、を有する。このような場合、例えば、第１連結部分と、第２連結部分と、は、電極セル１１の積層方向に対して交互に設けられる。

ここで、図４に表すように、電極セル１１１において、正極１２及び負極１５は、絶縁体１８を介して積層される。このような積層型の二次電池において、正極１２と負極１５との間の位置ずれに対するマージンが狭い。また、絶縁体１８は、その内部にイオンを通過させる孔が複数設けられている（絶縁体１８の内部の空孔率が高い）ことから精密な処理が困難である。これにより、例えば、積層工程における工程時間が増加し、二次電池の生産速度が上げることは困難であった。

本実施形態のように、電極セル１１に絶縁体１８を設ける場合、絶縁体１８は、正極１２の一端と負極１５の一端の間に連結部分１８ｃを有する。このような連結部分１８ｃを絶縁体１８に設けると、絶縁体１８を介して正極１２と負極１５とを積層させるときに、正極１２と負極１５との間の位置ずれを抑制することができる。これにより、積層工程において、正極１２と負極１５との間の位置決めを容易に行うことができる。積層工程における工程時間を短縮させ、二次電池の生産速度が上がる。また、位置ずれによって生じ得る発電面積の減少による電池容量の低下や電極間の電気的短絡を抑制することができる。

また、本実施形態の二次電池１において、連結部分１８ｃを介して正極１２及び負極１５が交互に連なっているので電極体１０の構成が明解である。また、捲回型の二次電池とは異なり、電極の曲がり部分（Ｒ部分）が設けられていないので、容量エネルギー密度を増加させることができる。これにより、取扱いが容易で高性能の二次電池１を提供することができる。さらに、連結部分１８ｃによって、正極１２の端部と負極１５の端部との間の電気的短絡をより抑制することができる。

本実施形態によれば、電極の位置ずれを抑制して高性能の二次電池が提供される。

以下、電極体１０の製造装置の構成の一例、及び、絶縁体１８の生成装置の一例を説明する。
図５は、電極体の製造装置の一例を示す模式図である。
図６は、絶縁体の生成装置の一例を示す模式図である。
図５は、電極体製造装置５０のブロック図を示している。図６は、絶縁体生成部７０の外観図を示している。

図５に表すように、電極体製造装置５０には、電極供給部６０と、絶縁体生成部７０と、電極積層部８０と、が設けられている。

電極供給部６０は、電極セル１１の積層数に基づいて、正極集電体１３及び正極活物質層１４を有する正極１２と、負極集電体１６及び負極活物質層１７を有する負極１５と、を交互に配置する。例えば、電極体１０が３層構造を有する場合、電極供給部６０は、３つの電極セル１１を形成するために、３つの正極１２と、３つの負極１５と、を交互に配置する。配置方向は、電極セル１１の積層方向に対して垂直方向である。交互に配置された正極１２及び負極１５は、絶縁体生成部７０に送られる。

絶縁体生成部７０は、交互に配置された正極１２及び負極１５に絶縁体１８を形成する。絶縁体１８の形成位置は、前述した通りである。絶縁体生成部７０は、正極１２及び負極１５の周囲を覆うように絶縁体１８を形成する。また、絶縁体生成部７０は、正極１２の一端と負極１５の一端の間に絶縁体１８（例えば、連結部分１８ｃ、１８ｃ１、１８ｃ２）を形成する。また、電極セル１１が複数設けられる場合、絶縁体生成部７０は、電極セル１１の端部間に絶縁体１８（例えば、連結部分１８ｃ３）を形成する。

図６に表すように、絶縁体生成部７０は、例えば、エレクトロスピニング法を用いたナノファイバ生成装置である。ナノファイバ製造装置は、電源部７１から印加される電圧によって、供給部７３から供給される高分子物質等が溶解した原料液を基板７５に固定された複数の吐出部７２から吐出する。その後、吐出液は空間中で電気的に延伸され、載置部７４の上に交互に配置した正極１２及び負極１５にナノファイバが形成される。例えば、ナノファイバの繊維径は、１マイクロメートル以下である。これにより、正極１２及び負極１５の表面に繊維を含む絶縁体１８を直接形成することができる。図６の矢印の方向ｄ２は、複数の吐出部７２が原料液を吐出する方向を示している。

エレクトロスピニング法を用いたナノファイバ製造装置によって、交互に配置された正極１２及び負極１５に繊維を含む絶縁体１８を形成することができる。絶縁体生成部７０は、インクジェット法、ジェットディスペンサー法、又は、スプレー塗布法等を用いた装置でも良い。
絶縁体１８が設けられた正極１２及び負極１５は、電極積層部８０に送られる。

電極積層部８０は、例えば、スタック装置である。電極積層部８０は、絶縁体１８が設けられた正極１２及び負極１５を交互に積層する。例えば、図２のように電極体１０が１層構造を有する場合、電極積層部８０は、１つの電極セル１１を形成するために、１つの正極１２と、１つの負極１５と、を積層する。電極積層部８０が正極１２及び負極１５を積層するときに、絶縁体１８の連結部分１８ｃによって、正極１２と負極１５との間の位置ずれを抑制することができる。

例えば、図３のように電極体１０が２層構造を有する場合、電極積層部８０は、第１電極セル１１ａ及び第２電極セル１１ｂを形成するために、第１正極１２ａ及び第２正極１２ｂと、第１負極１５ａ及び第２負極１５ｂと、を絶縁体１８を介して交互に積層する。電極積層部８０が電極を交互に積層するときに、絶縁体１８の連結部分１８ｃ１によって、第１正極１２ａと第１負極１５ａとの間の位置ずれを抑制することができる。また、絶縁体１８の連結部分１８ｃ２によって、第２正極１２ｂと第２負極１５ｂとの間の位置ずれを抑制することができる。また、絶縁体１８の連結部分１８ｃ３によって、第１正極１２ａと第２負極１５ｂとの間の位置ずれを抑制することができる。これにより、積層する第１電極セル１１ａ及び第２電極セル１１ｂにおける電極間の位置ずれを抑制することができる。

図７（ａ）〜図７（ｅ）は、第１実施形態に係る二次電池の製造方法を示す工程図である。
以下において、図３のように、第１電極セル１１ａ及び第２電極セル１１ｂが積層される形態を例として説明する。また、説明の便宜上、図７（ａ）〜図７（ｄ）は、工程における斜視図を示している。図７（ｅ）は、工程における側面図を示している。図７（ｃ）の配置は、図７（ｂ）の配置を反対側から見た図である。

図７（ａ）に表すように、２つの正極１２ａ、１２ｂと、２つの負極１５ａ、１５ｂと、を交互に配置する。例えば、第１負極１５ａ、第１正極１２ａ、第２負極１５ｂ、及び第２正極１２ｂが方向ｄ３（第１方向）に沿って並べられる。方向ｄ３は、電極の配置方向であって、電極の積層方向に対して垂直方向である。

図７（ｂ）及び図７（ｃ）に表すように、交互に配置された正極１２ａ、１２ｂ及び負極１５ａ、１５ｂに絶縁体１８を形成する。例えば、斜線で示すように、第１負極１５ａの第１面１５ａ１〜第４面１５ａ４、第１正極１２ａの第１面１２ａ１〜第４面１２ａ４、第２負極１５ｂの第１面１５ｂ１〜第４面１５ｂ４、及び、第２正極１２ｂの第１面１２ｂ１〜第４面１２ｂ４に絶縁体１８を形成する。

図７（ｂ）の太枠部分に表すように、第１負極１５ａの第３面１５ａ３及び第１正極１２ａの第３面１２ａ３に連続して絶縁体１８を形成する。絶縁体１８が連続して形成された部分は、第１電極セル１１ａ及び第２電極セル１１ｂを積層させたときに連結部分１８ｃ１に相当する。例えば、連結部分１８ｃ１を容易に形成するために、第３面１５ａ３及び第３面１２ａ３に連続して形成する部分の厚みは、他の絶縁体１８の形成部分の厚みより厚くすることができる。例えば、第１電極及び第２電極が第１正極１２ａ及び第１負極１５ａにそれぞれ相当する場合、第３面１２ａ３及び第３面１５ａ３は、第１電極面及び第２電極面に相当する。

図７（ｂ）の太枠部分に表すように、第２負極１５ｂの第３面１５ｂ３及び第２正極１２ｂの第３面１２ｂ３に連続して絶縁体１８を形成する。絶縁体１８が連続して形成された部分は、第１電極セル１１ａ及び第２電極セル１１ｂを積層させたときに連結部分１８ｃ２に相当する。例えば、連結部分１８ｃ２を容易に形成するために、第３面１５ｂ３及び第３面１２ｂ３に連続して形成する部分の厚みは、他の絶縁体１８の形成部分の厚みより厚くすることができる。例えば、第１電極及び第２電極が第２正極１２ｂ及び第２負極１５ｂにそれぞれ相当する場合、第３面１２ｂ３及び第３面１５ｂ３は、第１電極面及び第２電極面に相当する。

図７（ｃ）の太枠部分に表すように、第１正極１２ａの第４面１２ａ４及び第２負極１５ｂの第４面１５ｂ４に連続して絶縁体１８を形成する。絶縁体１８が連続して形成された部分は、第１電極セル１１ａ及び第２電極セル１１ｂを積層させたときに連結部分１８ｃ３に相当する。例えば、連結部分１８ｃ３を容易に形成するために、第４面１２ａ４及び第４面１５ｂ４に連続して形成する部分の厚みは、他の絶縁体１８の形成部分の厚みより厚くすることができる。例えば、第１電極及び第２電極が第１正極１２ａ及び第２負極１５ｂにそれぞれ相当する場合、第４面１２ａ４及び第４面１５ｂ４は、第１電極面及び第２電極面に相当する。

図７（ｄ）に表すように、絶縁体１８が設けられた２つの正極１２ａ、１２ｂ及び２つの負極１５ａ、１５ｂを交互に積層する。例えば、第１負極１５ａの上に、第１正極１２ａ、第２負極１５ｂ、及び第２正極１２ｂを方向ｄ４（第２方向）に沿って順に積層する。方向ｄ４は、電極セル１１ａ、１１ｂの積層方向である。

図７（ｅ）に表すように、積層された第１電極セル１１ａ及び第２電極セル１１ｂを有する電極体１０を形成する。第１電極セル１１ａ及び第２電極セル１１ｂに設けられた絶縁体１８は、連結部分１８ｃ１〜１８ｃ３を有する。
その後、外装部材２０に電解液及び電極体１０を収納して二次電池１を形成する。

本実施形態によれば、電極の位置ずれを抑制して高性能の二次電池の製造方法が提供される。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態に係る二次電池の一部を示す模式図である。
図８は、複数の電極セル１１が積層している側面図を示しており、図１の矢印の方向ｄ１から見た側面図である。

以下、本実施形態の絶縁体１８の形成位置について説明する。なお、図３のような２つの電極セルが積層される形態を例として説明する。

図８に表すように、第１電極セル１１ａ及び第２電極セル１１ｂには、絶縁体１８が設けられている。絶縁体１８は、第１絶縁体１８ａと、第２絶縁体１８ｂと、を有する。第１絶縁体１８ａは、第１電極セル１１ａに設けられた絶縁体である。第２絶縁体１８ｂは、第２電極セル１１ｂに設けられた絶縁体である。

例えば、第１絶縁体１８ａは、第１正極１２ａの第１面１２ａ１から第４面１２ａ４と、第１負極１５ａの第１面１５ａ１から第４面１５ａ４と、に設けられている。

例えば、第１絶縁体１８ａは、連結部分１８ｃ４を有する。連結部分１８ｃ４は、第１正極１２ａの第３面１２ａ３の端部ｔ７と、第１負極１５ａの第３面１５ａ３の端部ｔ８と、の間に設けられている。絶縁体１８の連結部分１８ｃ４によって、第１正極１２ａと第１負極１５ａとの間の位置ずれを抑制することができる。

例えば、第２絶縁体１８ｂは、第２正極１２ｂの第１面１２ｂ１から第４面１２ｂ４と、第２負極１５ｂの第１面１５ｂ１から第４面１５ｂ４と、に設けられている。

例えば、第２絶縁体１８ｂは、連結部分１８ｃ５を有する。連結部分１８ｃ５は、第２正極１２ｂの第３面１２ｂ３の端部ｔ９と、第２負極１５ｂの第３面１５ｂ３の端部ｔ１０と、の間に設けられている。絶縁体１８の連結部分１８ｃ５によって、第２正極１２ｂと第２負極１５ｂとの間の位置ずれを抑制することができる。

例えば、絶縁体１８は、連結部分１８ｃ６を有する。連結部分１８ｃ６は、第１正極１２ａの第４面１２ａ４の端部ｔ１１と、第２負極１５ｂの第４面１５ｂ４の端部ｔ１２と、の間に設けられている。絶縁体１８の連結部分１８ｃ６によって、第１正極１２ａと第２負極１５ｂとの間の位置ずれを抑制することができる。

前述したように、絶縁体１８は、連結部分１８ｃ４〜１８ｃ６を有する。例えば、連結部分１８ｃ４は、積層体１９ａの一端において、第１正極１２ａの第３面１２ａ３の端部ｔ７側と、第１負極１５ａの第３面１５ａ３の端部ｔ８側と、の間をわたる部分である。連結部分１８ｃ５は、積層体１９ａの一端において、第２正極１２ｂの第３面１２ｂ３の端部ｔ９側と、第２負極１５ｂの第３面１５ｂ３の端部ｔ１０側と、の間をわたる部分である。連結部分１８ｃ６は、積層体１９ａの他端において、第１正極１２ａの第４面１２ａ４の端部ｔ１１側と、第２負極１５ｂの第４面１５ｂ４の端部ｔ１２側と、の間をわたる部分である。

絶縁体１８の連結部分１８ｃ４〜１８ｃ６によって、第１正極１２ａと第１負極１５ａとの間の位置ずれ、第２正極１２ｂと第２負極１５ｂとの間の位置ずれ、及び、第１正極１２ａと第２負極１５ｂとの間の位置ずれを抑制することができる。これにより、積層する第１電極セル１１ａ及び第２電極セル１１ｂにおける電極間の位置ずれを抑制することができる。

図９（ａ）〜図９（ｅ）は、第２実施形態に係る二次電池の製造方法を示す工程図である。
以下において、図３のような第１電極セル１１ａ及び第２電極セル１１ｂが積層される形態を例として説明する。説明の便宜上、図９（ａ）〜図９（ｄ）は、工程における斜視図を示している。図９（ｅ）は、工程における側面図を示している。図９（ｃ）の配置は、図９（ｂ）の配置を反対側から見た図である。

図９（ａ）に表すように、２つの正極１２ａ、１２ｂと、２つの負極１５ａ、１５ｂと、を交互に配置する。例えば、第１負極１５ａ、第１正極１２ａ、第２負極１５ｂ、及び第２正極１２ｂが方向ｄ３に沿って並べられる。方向ｄ３は、電極の配置方向であって、電極の積層方向に対して垂直方向である。

図９（ｂ）及び図９（ｃ）に表すように、交互に配置された正極１２ａ、１２ｂ及び負極１５ａ、１５ｂに絶縁体１８を形成する。例えば、斜線で示すように、第１負極１５ａの第１面１５ａ１〜第４面１５ａ４、第１正極１２ａの第１面１２ａ１〜第４面１２ａ４、第２負極１５ｂの第１面１５ｂ１〜第４面１５ｂ４、及び、第２正極１２ｂの第１面１２ｂ１〜第４面１２ｂ４に絶縁体１８を形成する。

図９（ｂ）の太枠部分に表すように、第１負極１５ａの第３面１５ａ３及び第１正極１２ａの第３面１２ａ３に連続して絶縁体１８を形成する。絶縁体１８が連続して形成された部分は、第１電極セル１１ａ及び第２電極セル１１ｂを積層させたときに連結部分１８ｃ４に相当する。例えば、連結部分１８ｃ４を容易に形成するために、第３面１５ａ３及び第３面１２ａ３に連続して形成する部分の厚みは、他の絶縁体１８の形成部分の厚みより厚くすることができる。

図９（ｂ）の太枠部分に表すように、第２負極１５ｂの第３面１５ｂ３及び第２正極１２ｂの第３面１２ｂ３に連続して絶縁体１８を形成する。絶縁体１８が連続して形成された部分は、第１電極セル１１ａ及び第２電極セル１１ｂを積層させたときに連結部分１８ｃ５に相当する。例えば、連結部分１８ｃ５を容易に形成するために、第３面１５ｂ３及び第３面１２ｂ３に連続して形成する部分の厚みは、他の絶縁体１８の形成部分の厚みより厚くすることができる。

図９（ｃ）の太枠部分に表すように、第１正極１２ａの第４面１２ａ４及び第２負極１５ｂの第４面１５ｂ４に連続して絶縁体１８を形成する。絶縁体１８が連続して形成された部分は、第１電極セル１１ａ及び第２電極セル１１ｂを積層させたときに連結部分１８ｃ６に相当する。例えば、連結部分１８ｃ６を容易に形成するために、第４面１２ａ４及び第４面１５ｂ４に連続して形成する部分の厚みは、他の絶縁体１８の形成部分の厚みより厚くすることができる。

図９（ｄ）に表すように、絶縁体１８が設けられた２つの正極１２ａ、１２ｂ及び２つの負極１５ａ、１５ｂを交互に配置する。例えば、第１負極１５ａを中心に、第１正極１２ａ、第２負極１５ｂ、及び第２正極１２ｂを回転させて、方向ｄ４に沿って配置する。配置後、第２正極１２ｂ、第１正極１２ａ、第１負極１５ａ及び第２負極１５ｂが方向ｄ４に沿って順に積層されている。方向ｄ４は、電極セル１１ａ、１１ｂの積層方向である。

絶縁体１８の連結部分１８ｃ４によって、第１正極１２ａと第１負極１５ａとの間の位置ずれを抑制することができる。また、絶縁体１８の連結部分１８ｃ５によって、第２正極１２ｂと第２負極１５ｂとの間の位置ずれを抑制することができる。また、絶縁体１８の連結部分１８ｃ６によって、第１正極１２ａと第２負極１５ｂとの間の位置ずれを抑制することができる。これにより、積層する第１電極セル１１ａ及び第２電極セル１１ｂにおける電極間の位置ずれを抑制することができる。

図９（ｅ）に表すように、積層された第１電極セル１１ａ及び第２電極セル１１ｂを有する電極体１０を形成する。第１電極セル１１ａ及び第２電極セル１１ｂに設けられた絶縁体１８は、連結部分１８ｃ４〜１８ｃ６を有する。
その後、外装部材２０に電解液及び電極体１０を収納して二次電池１を形成する。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…二次電池、１０…電極体、１１、１１１…電極セル、１１ａ…第１電極セル、１１ｂ…第２電極セル、１２…正極、１２ａ…第１正極、１２ａ１〜１２ａ４…第１面〜第４面、１２ｂ…第２正極、１２ｂ１〜１２ｂ４…第１面〜第４面、１３…正極集電体、１３ａ…第１正極集電体、１３ｂ…第２正極集電体、１４…正極活物質層、１４ａ…第１正極活物質層、１４ｂ…第２正極活物質層、１５…負極、１５ａ…第１負極、１５ａ１〜１５ａ４…第１面〜第４面、１５ｂ…第２負極、１５ｂ１〜１５ｂ４…第１面〜第４面、１６…負極集電体、１６ａ…第１負極集電体、１６ｂ…第２負極集電体、１７…負極活物質層、１７ａ…第１負極活物質層、１７ｂ…第２負極活物質層、１８…絶縁体、１８ａ…第１絶縁体、１８ｂ…第２絶縁体、１８ｃ、１８ｃ１〜１８ｃ６…連結部分、１９、１９ａ…積層体、２０…外装部材、３０…正極端子、４０…負極端子、５０…電極体製造装置、６０…電極供給部、７０…絶縁体生成部、７１…電源部、７２…吐出部、７３…供給部、７４…載置部、７５…基板、８０…電極積層部、ｄ１〜ｄ４…方向、ｔ１〜ｔ１２…端部

Claims

第１電極と、前記第１電極に対向して設けられた第２電極と、を有する積層体と、
前記積層体の端部において、前記第１電極の一端側と前記第２電極の一端側との間をわたる連結部分を有する絶縁体と、
を備えた二次電池。
前記絶縁体は、前記第１電極の周囲及び前記第２電極の周囲に設けられ、
前記絶縁体は、前記連結部分を介して連続して設けられる請求項１記載の二次電池。
前記第１電極及び前記第２電極をそれぞれ有する複数の電極セルを備え、
前記絶縁体は、前記第１電極の一端と前記第２電極の一端との間に設けられた第１連結部分と、電極セル間に設けられた第２連結部分と、を有する請求項１または２に記載の二次電池。
前記絶縁体は、繊維径１マイクロメートル以下の繊維を含む請求項１から３のいずれかに記載の二次電池。
第１電極と、第２電極と、を第１方向に沿って配置する工程と、
前記第１電極の表面と、前記第２電極の表面と、に絶縁体を形成する工程と、
前記第１電極と、前記第２電極と、を前記第１方向に垂直な第２方向に沿って配置する工程と、を備え、
前記絶縁体を形成する工程において、前記第１電極の第１電極面と、前記第１電極面に隣接する前記第２電極の第２電極面に連続して絶縁体を形成する二次電池の製造方法。
前記第１方向に沿って配置する工程において、複数の第１電極と、複数の第２電極と、を交互に配置し、
前記第２方向に沿って配置する工程において、複数の電極の１つを中心に第１電極及び第２電極を回転させて配置させる請求項５記載の二次電池の製造方法。