JP2017130269A - 蓄電素子 - Google Patents

Abstract

【課題】無機粒子によって微短絡経路が形成されることを抑制できる蓄電素子用セパレータの提供。【解決手段】多孔質の基材層４１と、無機粒子を含み且つ基材層４１の少なくとも一方の面に重ねられた無機層４２とを備え、基材層４１の外縁部は、厚み方向に圧縮されている蓄電素子用セパレータ４。基材層４１の外縁部の厚みは、端縁に向かうほど薄くても良く。また前記外縁部の圧縮されている部分の長さは、セパレータ４の総厚み分の長さの０．５倍以上であっても良い。さらに無機層４２は、基材層４１の一方の面に重ねられていても良く、無機層４２の外縁が基材層４１の外縁よりも内側となるように、基材層４１の外縁部が無機層４２の方へ曲がっていても良い。【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電素子用セパレータ、及び、該セパレータを備えた蓄電素子に関する。

従来、高密度ポリエチレンを含む多孔膜と、多孔膜に積層され且つ無機フィラーを含む多孔層とを有する蓄電素子用セパレータが提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載のセパレータは、蓄電素子の正極と負極との間に挟み込まれた状態で使用される。

特許文献１に記載のセパレータでは、無機フィラーを含む多孔層が、基材となる多孔膜の少なくとも片面に単に積層されている。多孔層の外縁部における無機フィラーの一部は、多孔層から離れることがある。離れた無機フィラーは、蓄電素子の正極と負極との間に挟み込まれたセパレータの多孔膜の外縁付近に移動して留まり得る。多孔膜の外縁付近に無機フィラーが留まると、無機フィラーがきっかけとなって導電経路が生じる。即ち、充放電反応に伴って、無機フィラーの成分が変化し、導電経路が生じる。導電経路は、多孔膜の外縁部内の孔を経由して成長することで、正極と負極との間の微短絡経路になる。このように、多孔質の基材層と無機粒子を含む無機層とを備えた蓄電素子用セパレータでは、多孔膜の外縁部にて微短絡経路が形成される場合がある。

特開２００９−１４３０６０号公報

本発明は、無機粒子によって微短絡経路が形成されることを抑制できる蓄電素子用セパレータを提供することを課題とする。また、該セパレータを備えた蓄電素子を提供することを課題とする。

本発明の蓄電素子用セパレータは、多孔質の基材層と、無機粒子を含み且つ基材層の少なくとも一方の面に重ねられた無機層とを備え、
基材層の外縁部は、厚み方向に圧縮されている。

斯かる構成のセパレータにおいては、多孔質の基材層の外縁部が圧縮されている分、外縁部の内部の孔が押しつぶされている。従って、外縁部では、微短絡経路が内部の孔を介して成長しにくい。従って、無機層に含まれる無機粒子がセパレータの基材層の外縁付近に移動して留まっても、微短絡経路が形成されることを抑制できる。

上記のセパレータでは、基材層の外縁部の厚みは、端縁に向かうほど薄くてもよい。

上記のセパレータでは、外縁部の圧縮されている部分の長さは、セパレータの総厚み分の長さの０．５倍以上であってもよい。上記の長さがセパレータの総厚み分の長さの０．５倍以上であることにより、微短絡経路が形成されることを、圧縮された外縁部によってより確実に抑制できる。

上記のセパレータでは、無機層は、基材層の一方の面に重ねられてもよい。斯かる構成により、無機層が基材層の両面に重ねられている場合よりも、無機層が少ない分、無機粒子の移動が抑えられる。従って、無機粒子が基材層の外縁付近へ移動することをより抑制できる。

上記のセパレータでは、無機層の外縁が基材層の外縁よりも内側となるように、基材層の外縁部が無機層の方へ曲がっていてもよい。斯かる構成により、無機層に含まれる無機粒子が、基材層の外縁よりも外側へ移動することを抑制できる。従って、基材層の外縁部において、無機粒子によって微短絡経路が形成されることをより確実に抑制できる。

本発明の蓄電素子は、上記のセパレータを備える。

本発明によれば、セパレータの無機粒子によって微短絡経路が形成されることを抑制できる。

図１は、本実施形態のセパレータの一部の平面図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面の断面図である。 図３は、重ね合わされた正極、負極、及びセパレータの断面図である。 図４は、本実施形態のセパレータの外縁部を厚み方向に切断した断面の電子顕微鏡写真である。 図５は、本発明の一実施形態に係る蓄電素子の斜視図である。 図６は、同実施形態に係る蓄電素子の正面図である。 図７は、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線位置の断面図である。 図８は、図５のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線位置の断面図である。 図９は、同実施形態に係る蓄電素子の一部を組み立てた状態の斜視図であって、注液栓、電極体、集電体、及び外部端子を蓋板に組み付けた状態の斜視図である。 図１０は、同実施形態に係る蓄電素子の電極体の構成を説明するための図である。 図１１は、同実施形態に係る蓄電素子を含む蓄電装置の斜視図である。

以下、本発明に係るセパレータ及び蓄電素子の一実施形態について、図１〜図１０を参照しつつ説明する。蓄電素子には、一次電池、二次電池、キャパシタ等がある。本実施形態では、蓄電素子の一例として、充放電可能な二次電池について説明する。尚、本実施形態の各構成部材（各構成要素）の名称は、本実施形態におけるものであり、背景技術における各構成部材（各構成要素）の名称と異なる場合がある。

本実施形態の蓄電素子１は、非水電解質二次電池である。より詳しくは、蓄電素子１は、リチウムイオンの移動に伴って生じる電子移動を利用したリチウムイオン二次電池である。この種の蓄電素子１は、電気エネルギーを供給する。蓄電素子１は、単一又は複数で使用される。具体的に、蓄電素子１は、要求される出力及び要求される電圧が小さいときには、単一で使用される。一方、蓄電素子１は、要求される出力及び要求される電圧の少なくとも一方が大きいときには、他の蓄電素子１と組み合わされて蓄電装置１００に用いられる。前記蓄電装置１００では、該蓄電装置１００に用いられる蓄電素子１が電気エネルギーを供給する。

蓄電素子１は、図５〜図１０に示すように、正極１１と負極１２とセパレータ４とを含む電極体２と、電極体２を収容するケース３と、ケース３の外側に配置される外部端子７であって電極体２と導通する外部端子７と、を備える。また、蓄電素子１は、電極体２、ケース３、及び外部端子７の他に、電極体２と外部端子７とを導通させる集電体５等を有する。

電極体２は、正極１１と負極１２とがセパレータ４によって互いに絶縁された状態で積層された積層体２２が巻回されることによって形成される。

正極１１は、金属箔１１１と、金属箔１１１の上に形成された活物質層１１２と、を有する。金属箔１１１は帯状である。本実施形態の正極の金属箔１１１は、例えば、アルミニウム箔である。正極１１は、帯形状の短手方向である幅方向の一方の端縁部に、活物質層１１２の非被覆部（正極の活物質層１１２が形成されていない部位）１０５を有する。

正極の活物質層１１２は、正極活物質と、バインダーと、を有する。

正極活物質は、例えば、リチウム金属酸化物である。具体的に、正極活物質は、例えば、Ｌｉ_ａＭｅ_ｂＯ_ｃ（Ｍｅは、１又は２以上の遷移金属を表す）によって表される複合酸化物（Ｌｉ_ａＣｏ_ｙＯ_２、Ｌｉ_ａＮｉ_ｘＯ_２、Ｌｉ_ａＭｎ_ｚＯ_４、Ｌｉ_ａＮｉ_ｘＣｏ_ｙＭｎ_ｚＯ_２等）、Ｌｉ_ａＭｅ_ｐ（ＸＯ_ｑ）_ｒ（Ｍｅは、１又は２以上の遷移金属を表し、Ｘは例えばＰ、Ｓｉ、Ｂ、Ｖを表す）によって表されるポリアニオン化合物（Ｌｉ_ａＦｅ_ｐＰＯ_４、Ｌｉ_ａＭｎ_ｐＰＯ_４、Ｌｉ_ａＭｎ_ｐＳｉＯ_４、Ｌｉ_ａＣｏ_ｐＰＯ_４Ｆ等）である。本実施形態の正極活物質は、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２である。

正極の活物質層１１２に用いられるバインダーは、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、エチレンとビニルアルコールとの共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）である。本実施形態のバインダーは、ポリフッ化ビニリデンである。

正極の活物質層１１２は、ケッチェンブラック（登録商標）、アセチレンブラック、黒鉛等の導電助剤をさらに有してもよい。本実施形態の正極の活物質層１１２は、導電助剤としてアセチレンブラックを有する。

負極１２は、金属箔１２１と、金属箔１２１の上に形成された活物質層１２２と、を有する。金属箔１２１は帯状である。本実施形態の負極の金属箔１２１は、例えば、銅箔である。負極１２は、帯形状の短手方向である幅方向の他方（正極１１の非被覆部１０５と反対側）の端縁部に、活物質層１２２の非被覆部（負極の活物質層１２２が形成されていない部位）１０５を有する。

負極の活物質層１２２は、負極活物質と、バインダーと、を有する。

負極活物質は、例えば、グラファイト、難黒鉛化炭素、及び易黒鉛化炭素などの炭素材、又は、ケイ素（Ｓｉ）及び錫（Ｓｎ）などのリチウムイオンと合金化反応を生じる材料である。本実施形態の負極活物質は、難黒鉛化炭素である。

負極の活物質層１２２に用いられるバインダーは、正極の活物質層１１２に用いられたバインダーと同様のものである。本実施形態のバインダーは、ポリフッ化ビニリデンである。

負極の活物質層１２２は、ケッチェンブラック（登録商標）、アセチレンブラック、黒鉛等の導電助剤をさらに有してもよい。本実施形態の負極の活物質層１２２は、導電助剤を有していない。

セパレータ４は、絶縁性を有する部材である。セパレータ４は、図１に示すように、帯状である。セパレータ４は、正極１１と負極１２との間に配置される。これにより、電極体２（積層体２２）において、正極１１と負極１２とが互いに絶縁される。また、セパレータ４は、ケース３内において、電解液を保持する。これにより、蓄電素子１の充放電時において、リチウムイオンが、セパレータ４を挟んで交互に積層される正極１１と負極１２との間を移動する。

セパレータ４は、帯状の基材層４１と、無機粒子を含む帯状の無機層４２とを備える。基材層４１と無機層４２とは、それぞれの一方の面で互いに重ねられている。

基材層４１は、例えば、織物、不織布、又は多孔膜によって多孔質に構成される。多孔質とは、蓄電素子の電解液を保持する複数の孔であって外部と連通する孔が内部に形成されていることである。

基材層４１の外縁部の少なくとも一部は、外縁部以外の部分（以下、単に中央部ともいう）よりも厚み方向に圧縮されている。本実施形態では、帯状の基材層４１の幅方向の両方の外縁部であって長手方向に沿った外縁部が、中央部よりも圧縮されている。外縁部の圧縮されている部分の幅方向における長さは、セパレータの総厚み分の長さの０．５倍以上３倍以下である。外縁部の圧縮されている部分の長さ（幅方向における長さ）は、通常、２μｍ以上１５μｍ以下である。

基材層４１の外縁部の厚みは、圧縮によって、中央部の厚みよりも薄くなっている。圧縮の方法については、後述する。

基材層４１の中央部の厚みは、通常、１μｍ以上１０μｍ以下である。中央部の厚みは、例えば、中央部の少なくとも５ヶ所の厚みをランダムに走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって測定した測定値の平均値である。基材層４１の外縁部の厚みは、端縁（先端）に向かうほど薄い。即ち、外縁部の厚みは、外側へ向けて薄くなる。

基材層４１では、端縁（先端）から内側へ２μｍ以上１０μｍ以下までの部分は、中央部の厚みに対して、１／２以下の厚みの部分を有する。

基材層４１の外縁部の気孔率は、基材層４１の中央部の気孔率よりも小さい。基材層４１の外縁部は、気孔率が２０％以下の部分を有してもよい。基材層４１の中央部の気孔率は、通常、２０％以上８０％以下である。気孔率は、ＪＩＳ Ｌ１０９６「気孔容積率」に従って測定される。

基材層４１の外縁部の透気度は、基材層４１の中央部の透気度よりも大きい。基材層４１の外縁部は、透気度が３００以上の部分を有してもよい。基材層４１の中央部の透気度は、通常、３０以上３００以下である。透気度は、ＪＩＳ Ｐ８１１７「ガーレー試験機法」に従って測定される。

基材層４１の材質としては、高分子化合物、ガラス、セラミックなどが挙げられる。高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステル、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン（ＰＯ）、又は、セルロースが挙げられる。本実施形態では、基材層４１の材質は、高分子化合物としてのポリエチレン（ＰＥ）である。

セパレータ４の少なくとも一部では、無機層４２の外縁が基材層４１の外縁よりも内側となるように、基材層４１の外縁部が無機層４２の方へ曲がっている。本実施形態では、セパレータ４の短手方向（厚み方向に直交する方向であって帯状のセパレータ４の幅方向）の両側にて、基材層４１の外縁部が曲がっている。

セパレータ４では、幅方向における両方の外縁部にて、基材層４１の外縁部がそれぞれ曲がっている。即ち、基材層４１の曲がった外縁部は、セパレータ４の幅方向の両端部分にて、長手方向に沿ってそれぞれ配置される。

基材層４１の外縁部は、中央部よりも圧縮された状態で、曲がっている。また、基材層４１の幅方向における外縁部は、無機層４２の外側を覆うように曲がっている。即ち、無機層４２の外側が基材層４１の外縁部によって覆われる。基材層４１の外縁部は、内側へ折り返さないように曲がっている。詳しくは、基材層４１の外縁部の端縁（先端）は、セパレータ４の厚み方向であって無機層４２が配置された方向へ向く。外縁部の曲がっている部分の長さは、無機層４２の厚み分の長さよりも長い。

基材層４１の外縁部は、厚み方向且つ幅方向に基材層４１を切断した断面で見たときに、無機層４２に対向する面が曲線を描くように曲がる。詳しくは、基材層４１を無機層４２より下に配置したセパレータ４の断面では、基材層４１の外縁部の先端部は、内側から外側へ向けて、反り上がるように曲がる。

基材層４１の外縁部は、通常、無機層４２の厚み分の長さよりも内側にて曲がり始める。基材層４１の外縁部は、端縁から内側へ０．５μｍ以上５μｍ以下のところで曲がり始める。

無機層４２は、基材層４１の一方の面に重ねられる。無機層４２の外縁は、基材層４１の外縁よりも内側に配置される。無機層４２の外縁部は、図４に示すように、基材層４１の方へ曲がっている。無機層４２の厚みは、通常、基材層４１の厚みの０．１倍以上１．０倍以下である。無機層４２の厚みは、通常、１μｍ以上１０μｍ以下である。

無機層４２は、通常、無機粒子を１０質量％以上９９質量％以下含む。無機粒子としては、酸化鉄、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＢａＴｉＯ_２、ＺｒＯ、アルミナ−シリカ複合酸化物などの酸化物粒子；窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの窒化物粒子；フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウムなどの難溶性のイオン結晶粒子；シリコン、ダイヤモンドなどの共有結合性結晶粒子；タルク、モンモリロナイトなどの粘土粒子；ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、セリサイト、ベントナイト、マイカなどの鉱物資源由来物質あるいはそれらの人造物の粒子；などが挙げられる。無機粒子の粒子径は、通常、０．５μｍ以上１０μｍ以下である。

無機層４２は、結着剤、及び増粘剤をさらに含む。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素含有樹脂；スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）；アクリル樹脂（分子中にエステル結合を有する）；ポリオレフィン樹脂；ポリビニルアルコール；ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミドなどの窒素含有樹脂；セルロースとアクリルアミドの架橋重合体とセルロースとキトサンピロリドンカルボン酸塩の架橋重合体；及び、多糖類高分子ポリマーであるキトサン、キチン等を架橋剤で架橋したもの等が挙げられる。増粘剤としては、カルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。

セパレータ４は、無機層４２が正極１１と対向するように、正極１１及び負極１２の間に配置される。即ち、セパレータ４は、基材層４１が負極１２と対向するように、正極１１及び負極１２の間に配置される。

セパレータ４の幅（帯形状の短手方向の寸法）は、負極１２の活物質層１２２の幅より僅かに大きい。セパレータ４は、正極１１の活物質層１１２及び負極１２の活物質層１２２が重なるように幅方向に位置ずれした状態で重ね合わされた正極１１と負極１２との間に配置される。

本実施形態の電極体２では、以上のように構成される正極１１と負極１２とがセパレータ４によって絶縁された状態で巻回される。即ち、本実施形態の電極体２では、正極１１、負極１２、及びセパレータ４の積層体２２が巻回される。

電極体２においては、例えば図３に示すように、正極１１と負極１２とが巻回されるときの巻回軸方向（以下、幅方向ともいう）において、負極１２の活物質層１２２の両外縁が正極１１の活物質層１１２の両外縁よりもそれぞれ外側に配置される。即ち、電極体２の幅方向の両端部において、負極１２の活物質層１２２の外縁が正極１１の活物質層１１２の各外縁よりもそれぞれ外側に配置される。これにより、電極体２は、充電時に正極１１の活物質層１１２から負極１２側へ移動してきたＬｉイオンなどのイオン成分を負極活物質へ十分に吸蔵させ得る。

電極体２の幅方向の一方の端部においては、正極１１の活物質層１１２の外縁と、正極１１の金属箔１１１の外縁との間に、負極１２の活物質層１２２の外縁が配置される。一方、電極体２の幅方向の他方の端部においては、正極１１の外縁と、負極の金属箔１２１の外縁との間に、負極１２の活物質層１２２の外縁が配置される。

正極１１と負極１２とが積層された状態で、図１０に示すように、正極１１の非被覆部１０５と負極１２の非被覆部１０５とは重なっていない。即ち、正極１１の非被覆部１０５が、正極１１と負極１２との重なる領域から幅方向に突出し、且つ、負極１２の非被覆部１０５が、正極１１と負極１２との重なる領域から幅方向（正極１１の非被覆部１０５の突出方向と反対の方向）に突出する。積層された状態の正極１１、負極１２、及びセパレータ４、即ち、積層体２２が巻回されることによって、電極体２が形成される。正極１１の非被覆部１０５又は負極１２の非被覆部１０５のみが積層された部位によって、電極体２における非被覆積層部２６が構成される。

非被覆積層部２６は、電極体２における集電体５と導通される部位である。非被覆積層部２６は、巻回された正極１１、負極１２、及びセパレータ４の巻回中心方向視において、中空部２７（図１０参照）を挟んで二つの部位（二分された非被覆積層部）２６１に区分けされる。

以上のように構成される非被覆積層部２６は、電極体２の各極に設けられる。即ち、正極１１の非被覆部１０５のみが積層された非被覆積層部２６が電極体２における正極１１の非被覆積層部を構成し、負極１２の非被覆部１０５のみが積層された非被覆積層部２６が電極体２における負極１２の非被覆積層部を構成する。

ケース３は、開口を有するケース本体３１と、ケース本体３１の開口を塞ぐ（閉じる）蓋板３２と、を有する。ケース３は、電極体２及び集電体５等と共に、電解液を内部空間に収容する。ケース３は、電解液に耐性を有する金属によって形成される。ケース３は、例えば、アルミニウム、又は、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料によって形成される。ケース３は、ステンレス鋼及びニッケル等の金属材料、又は、アルミニウムにナイロン等の樹脂を接着した複合材料等によって形成されてもよい。

電解液は、非水溶液系電解液である。電解液は、有機溶媒に電解質塩を溶解させることによって得られる。有機溶媒は、例えば、プロピレンカーボネート及びエチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類である。電解質塩は、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、及びＬｉＰＦ_６等である。電解液は、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートを、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＝３：２：５の割合で調整した混合溶媒に、１ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ_６を溶解させたものである。

ケース３は、ケース本体３１の開口周縁部と、長方形状の蓋板３２の周縁部とを重ね合わせた状態で接合することによって形成される。また、ケース３は、ケース本体３１と蓋板３２とによって画定される内部空間を有する。本実施形態では、ケース本体３１の開口周縁部と蓋板３２の周縁部とは、溶接によって接合される。

以下では、図５に示すように、蓋板３２の長辺方向をＸ軸方向とし、蓋板３２の短辺方向をＹ軸方向とし、蓋板３２の法線方向をＺ軸方向とする。

ケース本体３１は、開口方向（Ｚ軸方向）における一方の端部が塞がれた角筒形状（即ち、有底角筒形状）を有する。

蓋板３２は、ケース本体３１の開口を塞ぐ板状の部材である。具体的に、蓋板３２は、ケース本体３１の開口を塞ぐようにケース本体３１に当接する。より具体的には、蓋板３２が開口を塞ぐように、蓋板３２の周縁部がケース本体３１の開口周縁部に重ねられる。開口周縁部と蓋板３２とが重ねられた状態で、蓋板３２とケース本体３１との境界部が溶接される。これにより、ケース３が構成される。

蓋板３２は、Ｚ軸方向視において、ケース本体３１の開口周縁部に対応した輪郭形状を有する。即ち、蓋板３２は、Ｚ軸方向視において、Ｘ軸方向に長い矩形状の板材である。また、蓋板３２の四隅は、円弧状である。

蓋板３２は、ケース３内のガスを外部に排出可能なガス排出弁３２１を有する。ガス排出弁３２１は、ケース３の内部圧力が所定の圧力まで上昇したときに、該ケース３内から外部にガスを排出する。ガス排出弁３２１は、Ｘ軸方向における蓋板３２の中央部に設けられる。

ケース３には、電解液を注入するための注液孔が設けられる。注液孔は、ケース３の内部と外部とを連通する。注液孔は、蓋板３２に設けられる。

注液孔は、注液栓３２６によって密閉される（塞がれる）。注液栓３２６は、溶接によってケース３（本実施形態の例では蓋板３２）に固定される。

外部端子７は、他の蓄電素子１の外部端子７又は外部機器等と電気的に接続される部位である。外部端子７は、導電性を有する部材によって形成される。例えば、外部端子７は、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料、銅又は銅合金等の銅系金属材料等の溶接性の高い金属材料によって形成される。

外部端子７は、バスバ等が溶接可能な面７１を有する。面７１は、平面である。外部端子７は、蓋板３２に沿って拡がる板状である。詳しくは、外部端子７は、Ｚ軸方向視において矩形状の板状である。

集電体５は、ケース３内に配置され、電極体２と通電可能に直接又は間接に接続される。本実施形態の集電体５は、クリップ部材５０を介して電極体２と通電可能に接続される。即ち、蓄電素子１は、電極体２と集電体５とを通電可能に接続するクリップ部材５０を備える。

集電体５は、導電性を有する部材によって形成される。図７に示すように、集電体５は、ケース３の内面に沿って配置される。

集電体５は、蓄電素子１の正極１１と負極１２とにそれぞれ配置される。本実施形態の蓄電素子１では、ケース３内において、電極体２の正極１１の非被覆積層部２６と、負極１２の非被覆積層部２６とにそれぞれ配置される。

正極１１の集電体５と負極１２の集電体５とは、異なる材料によって形成される。具体的に、正極１１の集電体５は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成され、負極１２の集電体５は、例えば、銅又は銅合金によって形成される。

本実施形態の蓄電素子１では、袋状の絶縁カバー６に収容された状態の電極体２（詳しくは、電極体２及び集電体５）がケース３内に収容される。

上記実施形態の蓄電素子１は、以下のようにして製造できる。

セパレータ４、正極１１、及び負極１２をそれぞれ作製する。次に、正極１１と負極１２との間にセパレータ４を挟み込んだ積層体２２を巻回することにより、電極体２を形成する。続いて、ケース３のケース本体３１に電極体２を入れ、ケース本体３１の開口を蓋板３２で塞ぐ。最後に、電解液をケース３内に注入する。

セパレータ４の作製では、例えば、先端にＴ−ダイを装着した押出機中で、低密度ポリエチレン及び可塑剤を溶融混練し、混練物を押し出すことによって、基材層用のシートを作製する。基材層用のシートをジエチルエーテル等の溶媒に浸漬し、可塑剤を抽出除去する。さらに乾燥させて延伸前の基材層用の多孔膜を得る。多孔膜を二軸方向に延伸し、その後熱処理を行うことによって、基材層４１の原反を作る。

セパレータ４の作製では、さらに無機層４２を作る。詳しくは、アルミナ粒子等の無機粒子、結着剤、及び、ＣＭＣ等の増粘剤をイオン交換水等の溶剤と混合し、無機層用のコート剤を調製する。次に、例えばグラビア法によって、コート剤を基材層４１の原反に塗布し、乾燥することで、セパレータ４の原反を作製する。さらに、原反を一対のスリッターナイフで切断することによって、所望の大きさのセパレータ４を作製する。なお、切断では、一対のスリッターナイフの一方のナイフの刃先と他方のナイフの刃先とが互いに反対方向を向くように配置される。そして、一方のナイフの刃先と他方のナイフの刃先とを所定の位置に配置して、円板状の各ナイフを回転させつつ、セパレータ４の原反を切断する。斯かる切断によって、セパレータ４の原反は、一対のスリッターナイフによって、厚み方向にせん断力及び圧縮力を受けつつ、切断される。従って、基材層４１の外縁部は、圧縮される。このようにして、基材層４１と、基材層４１の一方の面上に形成された無機層４２とを備えるセパレータ４を作製する。

正極１１の作製では、正極用の金属箔１１１の両方の面に、活物質とバインダーと溶媒とを含む合剤をそれぞれ塗布することによって活物質層を形成する。活物質層を形成するための塗布方法としては、一般的な方法が採用される。負極１２も同様にして作製する。

電極体２の形成では、正極１１の活物質層１１２と負極１２の活物質層１２２とがセパレータ４を介して互いに向き合うように、正極１１とセパレータ４と負極１２とを重ね合わせ、積層体２２を作る。次に、積層体２２を巻回して、電極体２を形成する。

ケース本体３１の開口を蓋板３２で塞ぐときには、ケース本体３１の内部に電極体２を入れ、正極１１と一方の外部端子７とを導通させ、且つ、負極１２と他方の外部端子７とを導通させた状態で、ケース本体３１の開口を蓋板３２で塞ぐ。電解液をケース３内へ注入するときには、ケース３の蓋板３２の注入孔から電解液をケース３内に注入する。

上記のように構成された本実施形態のセパレータ４及び蓄電素子１では、多孔質の基材層４１と、無機粒子を含み且つ基材層４１の少なくとも一方の面に重ねられた無機層４２とを備え、基材層４１の外縁部は、該外縁部以外の部分（中央部）よりも厚み方向に圧縮されている。従って、基材層４１の外縁部は、圧縮されている分、内部の孔が押しつぶされている。外縁部では、中央部よりも、微短絡経路が内部の孔を介して成長しにくい。これにより、無機層４２に含まれる無機粒子がセパレータ４の基材層４１の外縁付近に移動して留まっても、微短絡経路が形成されることを抑制できる。

上記のセパレータ４では、基材層４１の外縁部の気孔率は、基材層４１の外縁部以外（中央部）の気孔率よりも小さい。外縁部の気孔率が小さい分、外縁部にて微短絡経路が内部の孔を介して成長しにくい。従って、無機層４２に含まれる無機粒子が基材層４１の外縁付近に移動して留まっても、蓄電素子１において微短絡経路が形成されることを抑制できる。

上記のセパレータ４では、外縁部の圧縮されている部分の長さは、セパレータ４の総厚み分の長さの０．５倍以上３倍以下であってもよい。上記の長さがセパレータ４の総厚み分の長さの０．５倍以上であることにより、微短絡経路が形成されることを、圧縮された外縁部によってより確実に抑制できる。上記の長さがセパレータ４の総厚み分の長さの３倍以下であることにより、蓄電素子１の正極１１及び負極１２の間に配置されたセパレータ４が、より確実に機能できる。

上記のセパレータ４では、無機層４２の外縁が基材層４１の外縁よりも内側となるように、基材層４１の外縁部が無機層４２の方へ曲がっている。従って、無機層４２の外縁部の無機粒子が基材層４１の外縁よりも外側へ移動することを抑制できる。これにより、移動した無機粒子によって正極１１及び負極１２間に微短絡経路が生じることを抑制できる。

上記のセパレータ４では、基材層４１の外縁部は、無機層４２の外側を覆うように曲がっている。従って、無機層４２の外側が、基材層４１の外縁部によって覆われる。これにより、無機層４２の外縁付近の無機粒子が外側へ移動することを確実に抑制できる。

上記のセパレータ４は、基材層４１と、無機粒子を含む無機層４２であって基材層４１の一方の面に重ねられた無機層４２とを備える。従って、無機層４２が基材層４１の両面に重ねられている場合よりも、無機層４２が少ない分、無機粒子の移動が抑えられる。これにより、移動した無機粒子によって正極１１及び負極１２間に微短絡経路が生じることを抑制できる。

上記のセパレータ４では、基材層４１の外縁部の厚みは、端縁（先端）に向かうほど薄い。また、無機層４２の外縁部は、上記のごときセパレータ４の作製方法によって中央部よりも圧縮されている。従って、無機層４２の外縁部の厚みは、中央部の厚みよりも薄い。即ち、無機層４２の外縁部の密度（単位体積あたりの質量）は、中央部の密度よりも高い。これにより、無機層４２の外縁部の無機粒子が無機層４２から脱離して外側へ移動することを確実に抑制できる。

上記のセパレータ４では、外縁部の曲がっている部分の長さは、無機層４２の厚み分の長さよりも長い。従って、無機層４２の厚み分よりも、外縁部の曲がっている部分の長さが長くなる。これにより、無機層４２の外縁部の無機粒子が外側へ移動することを確実に抑制できる。

上記のセパレータ４では、基材層４１が多孔質である。これにより、無機層４２の無機粒子が、多孔質な基材層４１の孔に入り込み得る。無機粒子が孔に入り込んだアンカー効果によって、無機層４２が基材層４１から剥離することが抑制され、無機層４２に含まれる無機粒子が、外側へ移動することをより抑制できる。また、基材層４１が多孔質であることより、セパレータが電解液を保持することができる。

上記の蓄電素子１では、セパレータ４の無機層４２が正極１１と対向するように、セパレータ４が正極１１及び負極１２の間に配置されている。これにより、基材層４１の材質がポリオレフィンである場合に、ポリオレフィンが酸化して導電性が高まって（いわゆるポリエン化）、セパレータ４の絶縁性が低下することを抑制できる。

上記の蓄電素子１では、無機層４２の外縁が負極１２に接触すると、無機層４２に残存する水分や無機層４２中の結着剤が分解することによって、蓄電素子１の耐久性が低下し得る。しかしながら、基材層４１の外縁部は、無機層４２の外側を覆うように正極１１へ向けて曲がっている。従って、無機層４２の外縁が負極１２に接触することが防止され、蓄電素子１の耐久性が低下することを抑制できる。

尚、本発明の蓄電素子は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。

例えば、上記の実施形態では、無機層４２が正極１１と対向するように配置されたセパレータ４について詳しく説明したが、本発明では、セパレータ４の無機層４２は、負極１２と対向してもよい。

上記実施形態では、基材層４１の片面のみに無機層４２が重ねられてなるセパレータ４について詳しく説明したが、本発明では、セパレータ４の無機層４２は、基材層４１の両面にそれぞれ重ねられてもよい。

上記実施形態では、活物質層が各電極の金属箔の両面側にそれぞれ配置された電極について説明したが、本発明の蓄電素子では、正極１１又は負極１２は、活物質層を金属箔の片面側にのみ備えてもよい。

上記実施形態では、積層体２２が巻回されてなる電極体２を備えた蓄電素子１について詳しく説明したが、本発明の蓄電素子は、巻回されない積層体２２を備えてもよい。詳しくは、それぞれ矩形状に形成された正極、セパレータ、負極、及びセパレータが、この順序で複数回積み重ねられてなる電極体を蓄電素子が備えてもよい。なお、このように構成された電極体では、セパレータの４辺の全てに沿って、基材層の曲がった外縁部が配置され得る。

上記実施形態では、蓄電素子１が充放電可能な非水電解質二次電池（例えばリチウムイオン二次電池）として用いられる場合について説明したが、蓄電素子１の種類や大きさ（容量）は任意である。また、上記実施形態では、蓄電素子１の一例として、リチウムイオン二次電池について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、本発明は、種々の二次電池、その他、一次電池や、電気二重層キャパシタ等のキャパシタの蓄電素子にも適用可能である。

蓄電素子１（例えば電池）は、図１１に示すような蓄電装置１００（蓄電素子が電池の場合は電池モジュール）１００に用いられてもよい。蓄電装置１００は、少なくとも二つの蓄電素子１と、二つの（異なる）蓄電素子１同士を電気的に接続するバスバ部材９１と、を有する。この場合、本発明の技術が少なくとも一つの蓄電素子に適用されていればよい。

１：蓄電素子（非水電解質二次電池）、
２：電極体、
２６：非被覆積層部、
３：ケース、 ３１：ケース本体、 ３２：蓋板、
４：セパレータ、
４１：基材層、 ４２：無機層、
５：集電体、 ５０：クリップ部材、
６：絶縁カバー、
７：外部端子、 ７１：面、
１１：正極、
１１１：正極の金属箔、 １１２：正極の活物質層、
１２：負極、
１２１：負極の金属箔、 １２２：負極の活物質層、
９１：バスバ部材、
１００：蓄電装置。

Claims (6)

1. 多孔質の基材層と、無機粒子を含み且つ前記基材層の少なくとも一方の面に重ねられた無機層とを備え、
   前記基材層の外縁部は、厚み方向に圧縮されている、蓄電素子用セパレータ。
2. 前記基材層の外縁部の厚みは、端縁に向かうほど薄い、請求項１に記載の蓄電素子用セパレータ。
3. 前記外縁部の圧縮されている部分の長さは、セパレータの総厚み分の長さの０．５倍以上である、請求項１又は２に記載の蓄電素子用セパレータ。
4. 前記無機層は、前記基材層の一方の面に重ねられている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄電素子用セパレータ。
5. 前記無機層の外縁が前記基材層の外縁よりも内側となるように、前記基材層の外縁部が前記無機層の方へ曲がっている、請求項４に記載の蓄電素子用セパレータ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の蓄電素子用セパレータを備える、蓄電素子。