JP2017143003A

JP2017143003A - 蓄電素子

Info

Publication number: JP2017143003A
Application number: JP2016024171A
Authority: JP
Inventors: 中村　拓; Hiroshi Nakamura; 拓中村; 浩之團野; Hiroyuki Danno; 恵太浜川; Keita Hamakawa; 健一郎植木; Kenichiro Ueki
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 2016-02-10
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2017-08-17
Anticipated expiration: 2036-02-10
Also published as: JP7099602B2; JP6938844B2; JP2021184397A

Abstract

【課題】電極体の変形時における極板間の短絡を低減する蓄電素子を提供する。【解決手段】積層された正極板２１及び負極板２２を有する電極体２０を備える蓄電素子１００において、正極板２１及び負極板２２はそれぞれ、正極基材２１ａ及び負極基材２２ａと、正極基材２１ａ及び負極基材２２ａ上に形成される正極活物質層２１ｂ及び負極活物質層２２ｂと、正極基材２１ａ上で正極活物質層２１ｂと隣り合って形成される絶縁性の被覆層２５とを有する。被覆層２５は、積層された正極板２１が変形を受ける変形部位２１ｅ１の正極基材２１ａに形成される。【選択図】図５

Description

本発明は、電極体を備える蓄電素子に関する。

リチウムイオン二次電池などの蓄電素子には、正極板と負極板とシート状のセパレータとが重ねられて形成される電極体を備えるものがある。例えば、特許文献１には、セパレータ、負極板、セパレータ、正極板の順番で重ね合わされて軸芯のまわりに巻回されている巻回電極群を電極体として備える二次電池が、記載されている。正極板は、正極金属箔の両面に正極活物質からなる正極合材層が形成された構成を有し、負極板は、負極金属箔の両面に負極活物質からなる負極合材層が形成された構成を有している。巻回電極群における軸芯に沿う方向に位置する２つの端部の一方の端部では、露出した正極金属箔によって正極箔積層部が形成され、他方の端部では、露出した負極金属箔によって負極箔積層部が形成されている。正極箔積層部は、正極端子の正極集電板の一対の集電接続片の間で狭持されるようにして集電接続片と接続される。負極箔積層部は、負極端子の負極集電板の一対の集電接続片の間で狭持されるようにして集電接続片と接続される。

特開２０１３−２５１１２３号公報

特許文献１では、正極集電板の一対の集電接続片は、正極箔積層部から巻回電極群の中央に向かう方向に沿って互いの間隔が狭くなる構成を有している。同様に、負極集電板の一対の集電接続片も、負極箔積層部から巻回電極群の中央に向かう方向に沿って互いの間隔が狭くなる構成を有している。このため、正極箔積層部と集電接続片との接続部分、及び負極箔積層部と集電接続片との接続部分では、巻回電極群は、その幅を狭くするような幅方向に絞られる変形を、受ける。また、正極箔積層部では、正極金属箔は、隣り合う正極金属箔との間に間隙を有して延在し、負極箔積層部では、負極金属箔は、隣り合う負極金属箔との間に間隙を有して延在している。このため、正極金属箔及び負極金属箔は、変形を受けやすい。よって、上記の変形部分では、正極金属箔又は負極金属箔が、それぞれに隣り合う負極板又は正極板に向かって変形して接触し、それにより互いの間にあるセパレータを破断して、負極板又は正極板と短絡する可能性がある。

本発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、電極体の変形時における正極板及び負極板の短絡を低減する蓄電素子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、本発明に係る蓄電素子は、積層された極板を有する電極体を備える蓄電素子であって、極板は、基材と、基材上に形成される活物質層と、基材上で活物質層と隣り合って形成される絶縁性の被覆層とを有し、被覆層は、積層された極板が変形を受ける変形部位の基材に形成される。

上述の構成において、被覆層は、変形を受ける極板の基材が異なる極板と接触する場合に互いの間に介在し基材と極板とが直接接触することを低減し得る。よって、電極体の変形時における極板間の短絡の低減が可能になる。

被覆層は、基材の端部に位置する活物質層の非形成部に形成されてもよい。上述の構成において、被覆層は、変形を受けやすい基材の端部に形成されるため、極板間の短絡を効果的に低減することができる。

被覆層は、極板のうちの正極板に形成され、正極板の被覆層は、極板のうちの正極板に隣り合う負極板の活物質層と対向する正極板の非形成部上の領域を覆ってもよい。上述の構成において、被覆層は、正極板に隣り合う負極板の活物質層と、正極板の活物質層の非形成部との短絡を低減する。これにより、正極板と負極板との短絡が効果的に低減し得る。

電極体は、極板を巻回して形成され、変形部位は、極板の湾曲部分に位置し、極板を密にする変形を受けてもよい。上述の構成において、被覆層は、極板の湾曲部分における極板を密にする変形を受ける部位での極板同士の短絡を低減する。

蓄電素子は、電極体に接続される少なくとも２つの接続部を有する集電部材をさらに備え、変形部位は、電極体が挿入される接続部同士の間の間隙の形状に対応する形状への変形を受けてもよい。さらに、上記間隙は、接続部間の距離が小さくなる間隙縮小部位を含み、変形部位は、間隙縮小部位に位置してもよい。上述の構成において、被覆層は、集電部材の接続部同士の間の間隙の形状に対応する変形を受ける部位での極板同士の短絡を低減する。よって、電極体と集電部材との接続に起因する極板同士の短絡が低減する。

本発明における蓄電素子によれば、電極体の変形時における極板間の短絡を低減することが可能になる。

本発明の実施の形態に係る蓄電素子の外観を模式的に示す斜視図である。図１の蓄電素子の分解斜視図である。図２の電極体の一部を展開した斜視図である。図３の電極体が正極集電体に接合された状態を示す電極体の側面図である。図３の電極体の端部付近の拡大断面図であり、電極体の湾曲部分を通り且つ電極体の扁平な方向に略垂直な方向の断面を方向Ｖから見た図である。図５の正極未塗工部が変形を受けたときの状態の一例を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る蓄電素子について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、添付の図面における各図は、模式的な図であり、必ずしも厳密に図示されたものでない。さらに、各図において、同一又は同様な構成要素については同じ符号を付している。また、以下の実施の形態の説明において、略平行、略直交のような「略」を伴った表現が、用いられる場合がある。例えば、略平行とは、完全に平行であることを意味するだけでなく、実質的に平行である、すなわち、例えば数％程度の差異を含むことも意味する。他の「略」を伴った表現についても同様である。

［実施の形態］
実施の形態に係る蓄電素子１００の構成を説明する。図１は、実施の形態に係る蓄電素子１００の外観を模式的に示す斜視図である。図１に示されるように、蓄電素子１００は、扁平な直方体状の外形を有している。蓄電素子１００は、充放電可能な二次電池である。例えば、蓄電素子１００は、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。しかしながら、蓄電素子１００は、非水電解質二次電池に限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよく、キャパシタであってもよい。

図１及び図２を参照すると、蓄電素子１００は、扁平な直方体状の容器１０と、容器１０の中に含まれる電極体２０と、正極端子３０及び負極端子４０とを備えている。なお、図２は、図１の蓄電素子１００の分解斜視図である。容器１０は、有底角筒状の容器本体１１と、容器本体１１の細長い矩形形状の開口部１１ａを閉鎖可能である細長い矩形板状の蓋体１２とを有している。容器本体１１は、扁平な直方体状の外形を有している。蓋体１２の外面１２ａ上に、正極端子３０及び負極端子４０が配置されている。容器１０の内部には、電極体２０と共に電解液（本実施の形態では、非水電解液）などの電解質が封入されるが、当該電解質の図示は省略する。容器１０に封入される電解質としては、蓄電素子１００の性能を損なうものでなければその種類に特に制限はなく様々なものを選択することができる。

容器本体１１と蓋体１２とは、溶接等の接合方法によって、互いの接合部を気密な状態にして固定される。これにより、容器１０は、内部に密閉された空間を形成する。限定するものではないが、容器本体１１及び蓋体１２は、例えばステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金等の溶接可能な金属から作製され得る。

導電性を有する正極端子３０及び負極端子４０はそれぞれ、蓋体１２を貫通して蓋体１２の外面１２ａと反対側に延在し、上記反対側において、導電性を有する正極集電体５０及び負極集電体６０と接続される。正極集電体５０及び負極集電体６０はさらに、電極体２０と接続される。ここで、正極集電体５０は、集電部材の一例である。

上部絶縁部材３１が、正極端子３０と蓋体１２との間に設けられ、これらを互いに電気的に絶縁し、下部絶縁部材３２が、蓋体１２と正極集電体５０との間に設けられ、これらを互いに電気的に絶縁する。上部絶縁部材４１が、負極端子４０と蓋体１２との間に設けられ、これらを互いに電気的に絶縁し、下部絶縁部材４２が、蓋体１２と負極集電体６０との間に設けられ、これらを互いに電気的に絶縁する。絶縁部材３１、３２、４１及び４２はいずれも、樹脂等の電気的な絶縁性を有する材料から形成され、例えば、パッキン、ガスケット等によって構成される。電極体２０は、正極集電体５０及び負極集電体６０を介して、蓋体１２から吊り下げられるように設けられる。そして、電極体２０は、正極集電体５０及び負極集電体６０と共に、容器本体１１に収容される。電極体２０と容器本体１１との間を電気的に絶縁するために、電極体２０が絶縁フィルムなどで覆われる場合もある。電極体２０と容器本体１１との間に、スペーサ等の緩衝材が設けられる場合もある。

図２及び図３を参照して、電極体２０の構成を説明する。なお、図３は、図２の電極体２０の一部を展開した斜視図である。電極体２０は、電気を蓄積可能な発電要素である。電極体２０は、長尺な矩形帯状の平面形状をしたシート状の正極板２１と、長尺な矩形帯状の平面形状をしたシート状の負極板２２と、長尺な矩形帯状の平面形状をしたシート状の２つのセパレータ２３及び２４とを、層状に重ねるように含んでいる。ここで、正極板２１及び負極板２２は、極板の一例である。

そして、電極体２０は、第一セパレータ２３、負極板２２、第二セパレータ２４及び正極板２１がこの順で層状に重ね合わせられ、巻回軸Ａを中心に巻回方向Ｂで一緒に渦巻き状に多重に巻回されることによって、形成される。巻回軸Ａは、図２及び図３において一点鎖線で示される仮想の軸であり、電極体２０は、巻回軸Ａに関して略対称な構成を有している。限定されるものではないが、本実施の形態では、電極体２０は、巻回軸Ａに垂直な断面が扁平な長円形状である扁平な外形を有している。しかしながら、電極体２０の断面形状は、長円形以外であってもよく、円形、楕円形、矩形、その他の多角形であってもよい。

正極板２１は、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属からなる長尺な矩形帯状の金属箔である正極基材２１ａと、正極基材２１ａの両側の幅広な主面上の略全体に塗工等の方法で積層された正極活物質層２１ｂ（図３において斜線表示）とを含む。負極板２２は、銅、銅合金等の金属からなる長尺な矩形帯状の金属箔である負極基材２２ａと、負極基材２２ａの両側の幅広な主面上の略全体に塗工等の方法で積層された負極活物質層２２ｂ（図３において斜線表示）とを含む。正極活物質層２１ｂに用いられる正極活物質又は負極活物質層２２ｂに用いられる負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質又は負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。なお、本実施の形態では、正極活物質層２１ｂ及び負極活物質層２２ｂはそれぞれ、正極基材２１ａ及び負極基材２２ａの両側の主面上に形成されているが、片側の主面上のみに形成されてもよい。セパレータ２３及び２４はいずれも、樹脂等の電気的な絶縁性を有する材料からなる微多孔性のシートである。ここで、正極基材２１ａ及び負極基材２２ａは、極板の基材の一例であり、正極活物質層２１ｂ及び負極活物質層２２ｂは、極板の活物質層の一例である。

正極板２１の長手方向に沿った２つの縁２１ｃ及び２１ｄのうちの一方の縁２１ｃの近傍の帯状領域では、正極基材２１ａのいずれの主面にも、正極活物質層２１ｂが積層されていない。上記帯状領域を形成する正極板２１の縁部分を正極未塗工部２１ｅと呼ぶ。正極未塗工部２１ｅは、露出した正極基材２１ａによって形成されており、正極板２１の集電領域を形成している。さらに、正極未塗工部２１ｅと正極活物質層２１ｂとの境界、つまり、正極未塗工部２１ｅ側の正極活物質層２１ｂの端縁２１ｂａ上では、正極未塗工部２１ｅ及び正極活物質層２１ｂを部分的に覆う被覆層２５が形成されている。被覆層２５は、電気的な絶縁性を有している。被覆層２５は、端縁２１ｂａに沿って帯状に延在し、端縁２１ｂａと端縁２１ｂａの両側の正極活物質層２１ｂ及び正極未塗工部２１ｅを覆う。被覆層２５は、正極基材２１ａの両側の主面上の正極活物質層２１ｂの端縁２１ｂａ上に形成されている。被覆層２５の詳細な構成は、後述する。ここで、正極未塗工部２１ｅは、活物質層の非形成部の一例である。

負極板２２の長手方向に沿った２つの縁２２ｃ及び２２ｄのうちの一方の縁２２ｄの近傍の帯状領域では、負極基材２２ａのいずれの主面にも、負極活物質層２２ｂが積層されていない。上記帯状領域を形成する負極板２２の縁部分を負極未塗工部２２ｅと呼ぶ。負極未塗工部２２ｅは、露出した負極基材２２ａによって形成されており、負極板２２の集電領域を形成している。

正極板２１と負極板２２とは、巻回のために、それぞれの長手方向を同方向にして、重ねられる。このとき、正極未塗工部２１ｅと負極未塗工部２２ｅとは、正極板２１及び負極板２２の重なり部分を挟んで互いに反対側に位置する。巻回軸Ａに沿う方向である巻回軸Ａ方向において、正極未塗工部２１ｅの縁を構成する縁２１ｃは、縁２１ｃと上記重なり部分の同じ側に位置する負極板２２の縁２２ｃよりも突出する。負極未塗工部２２ｅの縁を構成する縁２２ｄは、縁２２ｄと上記重なり部分の同じ側に位置する正極板２１の縁２１ｄよりも突出する。

セパレータ２３及び２４が、１つの負極板２２の両側の平坦な主面上にそれぞれ設けられる。第一セパレータ２３は、巻回時に負極板２２に外側で隣り合うように配置され、第二セパレータ２４は、巻回時に負極板２２に内側で隣り合うように配置される。そして、負極未塗工部２２ｅを除く負極板２２全体が、セパレータ２３及び２４によって覆われる。このとき、負極未塗工部２２ｅが、セパレータ２３及び２４の間を通ってセパレータ２３及び２４よりも突出する。

さらに、１つの正極板２１が、巻回時に負極板２２に内側で隣り合う第二セパレータ２４のさらに内側に位置するように、第二セパレータ２４上に重ねて設けられる。このとき、正極未塗工部２１ｅを除く正極板２１全体が、負極板２２並びにセパレータ２３及び２４によって覆われており、負極板２２に面している。そして、正極未塗工部２１ｅが、２つのセパレータ２３及び２４よりも突出している。

上述のように積層された１つの正極板２１と１つの負極板２２と２つのセパレータ２３及び２４とが重ね合わされた状態で、巻回軸Ａを中心に、巻回方向Ｂで渦巻き状に巻回され、それにより、電極体２０が形成される。巻回後の電極体２０では、積層された正極未塗工部２１ｅの縁２１ｃが、面状に並び、電極体２０の端部２０ａを形成している。また、積層された負極未塗工部２２ｅの縁２２ｄが、面状に並び、電極体２０の端部２０ｂを形成している。端部２０ａ及び２０ｂは、巻回軸Ａに略垂直に延在している。

さらに、巻回後の電極体２０では、積層された正極板２１、負極板２２並びにセパレータ２３及び２４が、巻回方向Ｂに沿って延在する壁状体を形成している。具体的には、壁状体は、巻回軸Ａを挟んで対向して位置し且つ幅広で平坦である２つの平坦壁状部２０ｃ及び２０ｄと、巻回軸Ａを挟んで対向して位置し且つ半円状に湾曲した２つの湾曲壁状部２０ｅ及び２０ｆとから構成されている。平坦壁状部２０ｃ及び２０ｄは、互いに略平行に延在している。湾曲壁状部２０ｅ及び２０ｆはそれぞれ、平坦壁状部２０ｃと平坦壁状部２０ｄとを互いに両端で連結する。ここで、正極未塗工部２１ｅにおける湾曲壁状部２０ｅは、極板の湾曲部分の一例である。

図２〜図４を参照すると、電極体２０の端部２０ａでは、平坦壁状部２０ｃの複数層の正極未塗工部２１ｅと、平坦壁状部２０ｄの複数層の正極未塗工部２１ｅとが、平坦壁状部２０ｃ及び２０ｄの延在方向と略垂直な方向に分けられる。さらに、２つに分けられた平坦壁状部２０ｃ及び２０ｄの正極未塗工部２１ｅがそれぞれ、集束され、集束部２１ｆａ及び２１ｆｂを形成する。集束部２１ｆａ及び２１ｆｂの正極未塗工部２１ｅは、正極集電体５０と接続される。なお、図４は、図３の電極体２０が正極集電体５０に接合された状態を示す電極体２０の側面図であり、端部２０ａ側から電極体２０を見た図である。

正極集電体５０は、１つの矩形板状の第一接続部５０ａと、第一接続部５０ａから延びる２つの細長の板状の第二接続部５０ｂとを一体に有する。正極集電体５０は、電極体２０の正極板２１の正極基材２１ａと同様の材料から形成され得る。第二接続部５０ｂはそれぞれ、第一接続部５０ａ付近において、その板面の向きを変えるように第二接続部５０ｂの長手方向の軸周りに捩じられている。２つの第二接続部５０ｂは、第一接続部５０ａから捩れ部分までの近位部分５０ｂａでは、第一接続部５０ａに向かうに従って互いの間隔を狭くするように延在する。２つの第二接続部５０ｂは、捩れ部分から第一接続部５０ａと反対側の遠位部分５０ｂｂでは、互いに略平行に直線的に延在する。２つの第二接続部５０ｂの間に形成される間隙Ｇは、近位部分５０ｂａの位置に、２つの第二接続部５０ｂの間の距離を第一接続部５０ａに向かって縮小する先細の両テーパー形状の間隙縮小部位Ｇａを含む。

第一接続部５０ａは、蓋体１２を貫通して延在する正極端子３０の軸部３０ａと、かしめ接合、溶接等の種々の接続方法で接続される。第二接続部５０ｂはそれぞれ、互いに略平行で直線的な遠位部分５０ｂｂにおいて、遠位部分５０ｂｂの間で電極体２０の正極未塗工部２１ｅを挟むようにして、正極未塗工部２１ｅの集束部２１ｆａ及び２１ｆｂと接続される。遠位部分５０ｂｂはそれぞれ、当て板５１と共に集束部２１ｆａ及び２１ｆｂを挟み込み、超音波溶接、抵抗溶接などの溶接によって、当て板５１と接合される。これにより、遠位部分５０ｂｂ、当て板５１及び正極未塗工部２１ｅが共に接合される。当て板５１は、遠位部分５０ｂｂと集束部２１ｆａ又は２１ｆｂとを共に外方の両側から挟むクリップでもよい。

平坦壁状部２０ｃから平坦壁状部２０ｄに向かう方向での幅に関して、２つの第二接続部５０ｂの遠位部分５０ｂｂの間の幅である間隙Ｇの幅Ｂ１は、電極体２０の幅Ｂ２よりも小さい。さらに、第二接続部５０ｂはそれぞれ、平坦壁状部２０ｃ及び２０ｄの外面よりも電極体２０の中心側つまり巻回軸Ａ側に位置している。さらに、電極体２０は、湾曲壁状部２０ｅから平坦壁状部２０ｃ及び２０ｄの一部にわたる正極未塗工部２１ｅを、間隙Ｇ内に位置させて、２つの第二接続部５０ｂと接合される。ここで、正極集電体５０の第二接続部５０ｂは、集電部材の接続部の一例である。

このため、間隙Ｇ内に位置する湾曲壁状部２０ｅから平坦壁状部２０ｃ及び２０ｄにわたって、正極未塗工部２１ｅの幅Ｂ２が、間隙Ｇの幅Ｂ１内に収まるように狭められる。さらに、正極未塗工部２１ｅにおける湾曲壁状部２０ｅ及びその近傍の部位である変形部位２１ｅ１が、両テーパー形状の間隙縮小部位Ｇａ内に収まるような楔形状を有するように、変形を受ける。つまり、正極未塗工部２１ｅの変形部位２１ｅ１が、平坦壁状部２０ｃ及び平坦壁状部２０ｄそれぞれの外方から平坦壁状部２０ｃ及び２０ｄの内方に向かう方向である電極体２０の中央に向かう方向の押圧を受けて、先細にする傾斜を伴って幅方向に絞られる。これにより、変形を受ける変形部位２１ｅ１の正極未塗工部２１ｅは、湾曲壁状部２０ｅの幅方向中央に寄せ集められ、隣り合う正極未塗工部２１ｅと密な状態となる。

また、電極体２０の端部２０ｂでは、平坦壁状部２０ｃの複数層の負極未塗工部２２ｅと、平坦壁状部２０ｄの複数層の負極未塗工部２２ｅとが、平坦壁状部２０ｃ及び２０ｄの延在方向と略垂直な方向に分けられて集束される。集束された負極未塗工部２２ｅは、負極集電体６０と接続される。

負極集電体６０も、正極集電体５０と同様の構成を有している。負極集電体６０は、１つの矩形板状の第一接続部６０ａと、第一接続部６０ａから延びる２つの細長の板状の第二接続部６０ｂとを一体に有する。負極集電体６０は、電極体２０の負極板２２の負極基材２２ａと同様の材料から形成され得る。第二接続部６０ｂはそれぞれ、第一接続部６０ａ付近で捩じられている。２つの第二接続部６０ｂは、第一接続部６０ａから捩れ部分までの近位部分で第一接続部６０ａに向かうに従って互いの間隔を狭くし、捩れ部分から第一接続部６０ａと反対側の遠位部分で互いに略平行に直線的に延在する。

第一接続部６０ａは、蓋体１２を貫通して延在する負極端子４０の軸部４０ａと、かしめ接合、溶接等の種々の接続方法で接続される。第二接続部６０ｂはそれぞれ、第二接続部６０ｂの間で電極体２０の負極未塗工部２２ｅを挟むようにして、集束された負極未塗工部２２ｅと接続される。第二接続部６０ｂは、当て板６１と共に集束された負極未塗工部２２ｅを挟み込み、溶接によって当て板６１と接合される。これにより、第二接続部６０ｂ、当て板６１及び負極未塗工部２２ｅが共に接合される。当て板６１は、第二接続部６０ｂと負極未塗工部２２ｅとを共に外方の両側から挟むクリップでもよい。

このとき、電極体２０は、湾曲壁状部２０ｅから平坦壁状部２０ｃ及び２０ｄの一部にわたる負極未塗工部２２ｅを、２つの第二接続部６０ｂの間の間隙内に位置させて、第二接続部６０ｂと接合される。また、湾曲壁状部２０ｅ及びその近傍の負極未塗工部２２ｅが、間隙内で第二接続部６０ｂが形成する両テーパー形状の間隙縮小部位内に収まる形状を有するように、平坦壁状部２０ｃ及び平坦壁状部２０ｄそれぞれの外方から電極体２０の中央に向かう方向の押圧を受けて、楔状に幅方向に絞られる。

上述のように、正極集電体５０及び負極集電体６０それぞれを介して正極端子３０及び負極端子４０と電気的及び物理的に接続された電極体２０は、その巻回軸Ａを蓋体１２に沿う方向にして蓋体１２に固定される。上述のような電極体２０は、縦巻き型の電極体と呼ばれる。

次に、図５及び図６を参照して、被覆層２５及びその周辺の構成を説明する。図５には、図３の電極体２０の端部２０ａ及び２０ｂ付近の拡大断面図が示されており、この断面図は、電極体２０の湾曲部分である湾曲壁状部２０ｅを通り且つ電極体２０の扁平な方向に略垂直な方向の断面を方向Ｖから見た図である。図６は、図５の正極未塗工部２１ｅが変形を受けたときの状態の一例を示す断面図である。

端部２０ａでは、負極板２２の負極活物質層２２ｂは、端部２０ｂから端部２０ａに向かう方向Ｄ１での負極基材２２ａの縁にまで延在している。負極基材２２ａの上記縁は、負極板２２の縁２２ｃを構成している。方向Ｄ１での負極活物質層２２ｂの縁端と負極基材２２ａの縁２２ｃとは、略面一になるが、負極基材２２ａの縁２２ｃが、負極活物質層２２ｂの縁端よりも突出してしてもよい。

負極活物質層２２ｂは、負極基材２２ａの幅広の主面に沿って延在する幅広の主面２２ｂｃと、主面２２ｂｃの端から縁２２ｃへ向かって延在する傾斜面２２ｂｂとを形成する。傾斜面２２ｂｂは、方向Ｄ１に沿って負極活物質層２２ｂにおける負極基材２２ａと垂直な方向の厚さを減少させるように、負極基材２２ａの主面に対して傾斜している。負極活物質層２２ｂの主面２２ｂｃは、負極活物質層２２ｂの厚さを略一定に維持するように延在し、負極活物質層２２ｂと隣り合うセパレータ２３又は２４と接触する。

セパレータ２３及び２４は、方向Ｄ１で負極基材２２ａの縁２２ｃよりも突出している。正極板２１の正極基材２１ａは、方向Ｄ１でセパレータ２３及び２４よりも突出している。方向Ｄ１での正極板２１の縁は、正極板２１の縁２１ｃを構成している。正極基材２１ａ上における正極活物質層２１ｂの端縁２１ｂａは、方向Ｄ１で負極基材２２ａの縁２２ｃよりも後退している。端縁２１ｂａから縁２１ｃにわたって正極未塗工部２１ｅが形成される。

正極活物質層２１ｂは、正極基材２１ａの幅広の主面に沿って延在する幅広の主面２１ｂｃと、主面２１ｂｃの端から端縁２１ｂａにまで延在する傾斜面２１ｂｂとを形成する。傾斜面２１ｂｂは方向Ｄ１に沿って正極活物質層２１ｂの厚さを減少させるように、正極基材２１ａの主面に対して傾斜している。正極活物質層２１ｂの主面２１ｂｃは、正極活物質層２１ｂの厚さを略一定に維持するように延在し、正極活物質層２１ｂと隣り合うセパレータ２３又は２４と接触する。正極活物質層２１ｂの傾斜面２１ｂｂは、セパレータ２３又は２４と正極基材２１ａつまり正極未塗工部２１ｅとの間に位置する。

正極基材２１ａの２つの主面のそれぞれの一部を形成する正極未塗工部２１ｅの表面２１ｅａ及び２１ｅｂのうちの表面２１ｅａは、正極未塗工部２１ｅを有する正極板２１と隣り合う第一セパレータ２３側の表面であり、表面２１ｅｂは、正極未塗工部２１ｅを有する正極板２１と隣り合う第二セパレータ２４側の表面である。表面２１ｅａ及び２１ｅｂそれぞれの上には、電気的な絶縁性を有する被覆層２５が形成されている。被覆層２５は、表面２１ｅａ上では、表面２１ｅａから正極活物質層２１ｂの端縁２１ｂａ及び傾斜面２１ｂｂにわたって延在している。被覆層２５は、表面２１ｅｂ上では、表面２１ｅｂから正極活物質層２１ｂの端縁２１ｂａ及び傾斜面２１ｂｂにわたって延在している。被覆層２５は、正極活物質層２１ｂの厚さ以下の厚さを有して形成される。

表面２１ｅａ上において、被覆層２５は、第一セパレータ２３を介して表面２１ｅａと隣り合う負極板２２における負極活物質層２２ｂの主面２２ｂｃ及び傾斜面２２ｂｂと対向する表面２１ｅａ上の領域と、傾斜面２１ｂｂとを少なくとも覆うように形成される。このとき、被覆層２５は、主面２２ｂｃ及び傾斜面２２ｂｂと対向する表面２１ｅａ上の領域の全体を覆ってもよく、一部を覆ってもよい。さらに、被覆層２５は、傾斜面２１ｂｂの全体を覆ってもよく、一部を覆ってもよい。

さらにまた、表面２１ｅａ上の被覆層２５は、上記負極板２２の負極活物質層２２ｂ及び負極基材２２ａつまり負極板２２と対向する表面２１ｅａ上の領域と、傾斜面２１ｂｂとを少なくとも覆うように形成されてもよい。

また、表面２１ｅａ上の被覆層２５は、図６に示すように、正極未塗工部２１ｅが、第二セパレータ２４に向かって端縁２１ｂａ又はその近傍で屈曲した場合でも、第一セパレータ２３に向かって端縁２１ｂａ又はその近傍で屈曲した場合でも、負極活物質層２２ｂに正極未塗工部２１ｅを接触させることなく被覆層２５のみが接触し得るように、端縁２１ｂａから縁２１ｃに向かって延在することが、より望ましい。

正極未塗工部２１ｅが、端縁２１ｂａ又はその近傍以外の部分でも屈曲し、第一セパレータ２３を介して隣り合う負極板２２における縁２２ｃ及び傾斜面２２ｂｂの全体を覆う場合に、表面２１ｅａ上の被覆層２５も、縁２２ｃ及び傾斜面２２ｂｂの全体を覆って延在するように形成されてもよい。上述の場合、表面２１ｅａ上の被覆層２５は、上記縁２２ｃ及び傾斜面２２ｂｂを有する負極板２２に第二セパレータ２４を介して隣り合う正極板２１を覆うようにまで延在しても延在しなくてもよい。

また、表面２１ｅｂ上に形成される被覆層２５は、表面２１ｅａ上に形成される被覆層２５と同様の構成を有する。

上述のような被覆層２５は、正極未塗工部２１ｅが変形した場合に正極未塗工部２１ｅと負極板２２とが直接接触し短絡することを妨げる。そして、電極体２０の正極未塗工部２１ｅが変形部位２１ｅ１において、正極集電体５０の第二接続部５０ｂへの接続のために幅方向に絞られる絞り変形を受ける場合でも、被覆層２５は、正極未塗工部２１ｅと負極板２２とが短絡することを妨げ得る。正極未塗工部２１ｅが変形した場合の正極未塗工部２１ｅと負極板２２との直接接触を妨げ得る被覆層２５は、正極板２１における正極活物質層２１ｂの端縁２１ｂａの全長にわたって形成されてもよく、正極未塗工部２１ｅが変形を受ける部位の端縁２１ｂａのみに形成されてもよい。

また、端部２０ｂでは、正極板２１の正極活物質層２１ｂは、端部２０ａから端部２０ｂに向かう方向Ｄ２での正極基材２１ａの縁にまで延在している。正極基材２１ａの上記縁は、正極板２１の縁２１ｄを構成している。負極板２２の負極活物質層２２ｂは、方向Ｄ２で正極基材２１ａ及び正極活物質層２１ｂよりも突出している。セパレータ２３及び２４は、方向Ｄ２で負極活物質層２２ｂよりも突出している。負極基材２２ａは、方向Ｄ２でセパレータ２３及び２４よりも突出している。上述のような負極活物質層２２ｂから突出する負極基材２２ａによって構成される負極未塗工部２２ｅの全体は、方向Ｄ２で正極板２１よりも突出した位置に位置するため、負極未塗工部２２ｅは、屈曲しても正極板２１と接触しない。このため、端部２０ｂでは、被覆層２５は設けられなくてもよい。

また、本実施の形態では、被覆層２５は、以下に説明する材料によって構成され得る。そして、このような被覆層２５は、電気的な絶縁性を有すると共に、可撓性を有する。さらに、被覆層２５は、正極板２１の正極基材２１ａ及び正極活物質層２１ｂ、並びに負極板２２の負極基材２２ａ及び負極活物質層２２ｂよりも可撓性及び弾性を有する。このような被覆層２５は、クッション性を有するため、セパレータ２３又は２４を介して負極活物質層２２ｂと接触する場合、セパレータ２３又は２４へ与える損傷を低減する。

被覆層２５の形成材料は、バインダと粒子とを含有する。具体的には、被覆層２５の形成材料は、複数の粒子及びバインダを約９０：１０等の比率で含有し得る。粒子の平均粒子径は、０．１〜１μｍが好ましい。粒子は、例えば無機粒子である。この無機粒子としては、例えば、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、酸化鉄、バリウムチタン酸化物、アルミナ−シリカ複合酸化物等の酸化物、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等の窒化物、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウム等の難溶性イオン結晶、シリコン、ダイヤモンド等の共有結合性結晶、シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリンクレイ、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ベーマイト、アパタイト、ムライト、スピネル、オリビン等、又は、これらの少なくとも１つを含む化合物等が挙げられる。また、上記の無機粒子は、ＳｎＯ_２、スズ−インジウム酸化物（ＩＴＯ）等の酸化物、カーボンブラック、グラファイト等の炭素質材料等の導電性粒子の表面を、電気的絶縁性を有する材料（例えば、上記の電気絶縁性の無機粒子を構成する材料）で表面処理することで、電気的絶縁性を持たせた粒子であってもよい。なお、粒子は、有機系の粒子であってもよい。

バインダは、水系又は非水系のバインダである。水系バインダは、水に分散又は溶解するバインダである。水系バインダとしては、２０℃において、水１００質量部に対して１質量部以上溶解する水溶性バインダ（水に溶解する水系バインダ）が好ましい。例えば、水系バインダとしては、ポリエチレンオキサイド（ポリエチレングリコール）、ポリプロピレンオキサイド（ポリプロピレングリコール）、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、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリオレフィン、ニトリル−ブタジエンゴム、セルロースからなる群より選択された少なくとも１種が好ましく、ポリエチレンオキサイド（ポリエチレングリコール）、ポリプロピレンオキサイド（ポリプロピレングリコール）、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸からなる群より選択された少なくとも１種の水溶性バインダがより好ましい。

非水系バインダは、水系バインダよりも水溶性が低いバインダ（溶剤系バインダ）である。非水系バインダとしては、２０℃において、水１００質量部に対して１質量部未満溶解するものが好ましい。例えば、非水系バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、エチレンとビニルアルコールとの共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、セルロースとキトサンピロリドンカルボン酸塩との架橋重合体、キチン又はキトサンの誘導体などが挙げられる。キトサンの誘導体としては、キトサンをグリセリル化した高分子化合物、キトサンの架橋体などが挙げられる。

上述したように、本実施の形態に係る蓄電素子１００は、積層された正極板２１及び負極板２２を有する電極体２０を備える。正極板２１及び負極板２２はそれぞれ、正極基材２１ａ及び負極基材２２ａと、正極基材２１ａ及び負極基材２２ａ上に形成される正極活物質層２１ｂ及び負極活物質層２２ｂと、正極基材２１ａ上で正極活物質層２１ｂと隣り合って形成される絶縁性の被覆層２５とを有する。被覆層２５は、積層された正極板２１が変形を受ける変形部位２１ｅ１の正極基材２１ａに形成される。上述の構成において、被覆層２５は、変形を受ける正極板２１の正極基材２１ａが負極板２２と接触する場合に互いの間に介在し、正極基材２１ａと負極板２２とが直接接触することを低減し得る。よって、電極体２０の変形時における正極板２１及び負極板２２の間の短絡の低減が可能になる。

実施の形態に係る蓄電素子１００において、被覆層２５は、正極基材２１ａの端部に位置する正極活物質層２１ｂの非形成部である正極未塗工部２１ｅに形成される。上述の構成において、被覆層２５は、変形を受けやすい正極基材２１ａの端部の正極未塗工部２１ｅに形成されるため、正極板２１及び負極板２２の間の短絡を効果的に低減することができる。

実施の形態に係る蓄電素子１００において、正極板２１の被覆層２５は、この正極板２１に隣り合う負極板２２の負極活物質層２２ｂと対向する正極未塗工部２１ｅ上の領域を覆う。上述の構成において、被覆層２５は、正極板２１に隣り合う負極板２２の負極活物質層２２ｂと、正極板２１の正極未塗工部２１ｅとの短絡を低減する。これにより、正極板２１と負極板２２との短絡が効果的に低減し得る。

実施の形態に係る蓄電素子１００において、電極体２０は、正極板２１及び負極板２２を巻回して形成され、電極体２０における変形部位２１ｅ１は、正極板２１の湾曲部分に位置し、正極板２１を密にする変形を受ける。上述の構成において、被覆層２５は、正極板２１の湾曲部分における正極板２１を密にする変形を受ける部位での正極板２１と負極板２２との短絡を低減する。

実施の形態に係る蓄電素子１００は、電極体２０に接続される２つの第二接続部５０ｂを有する正極集電体５０を備える。電極体２０における変形部位２１ｅ１は、電極体２０が挿入される第二接続部５０ｂ同士の間の間隙Ｇの形状に対応する形状への変形を受ける。さらに、間隙Ｇは、第二接続部５０ｂ間の距離が小さくなる間隙縮小部位Ｇａを含み、電極体２０における変形部位２１ｅ１は、間隙縮小部位Ｇａに位置する。上述の構成において、被覆層２５は、正極集電体５０の第二接続部５０ｂ同士の間の間隙Ｇの形状に対応する変形、つまり縮小する間隙の形状に対応する変形を受ける変形部位２１ｅ１での正極板２１と負極板２２との短絡を低減する。よって、電極体２０と正極集電体５０との接続に起因する正極板２１と負極板２２との短絡が低減する。

［その他の変形例］
以上、本発明の実施の形態係る蓄電素子について説明したが、本発明は、実施の形態に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

実施の形態に係る蓄電素子１００では、被覆層２５は、電極体２０の湾曲壁状部２０ｅ及びその近傍の正極未塗工部２１ｅに形成されていたが、これに限定されるものでない。被覆層２５は、電極体２０における変形を受け得る部位の正極未塗工部２１ｅに形成されてもよく、電極体２０における変形を受け得る部位の負極未塗工部２２ｅに形成されてもよい。さらに、電極体２０における変形を受け得る部位において、被覆層２５は、正極板２１の正極基材２１ａのおける正極未塗工部２１ｅと異なる正極活物質層２１ｂの非形成部又は負極板２２の負極基材２２ａのおける負極未塗工部２２ｅと異なる負極活物質層２２ｂの非形成部に形成されてもよい。

実施の形態に係る蓄電素子１００では、被覆層２５が形成される電極体２０の正極未塗工部２１ｅの変形部位２１ｅ１は、楔形状を形成するような変形を受けていたが、変形部位２１ｅ１はいかなる形状を形成するような変形を受けてもよい。例えば、変形部位２１ｅ１への変形は、正極未塗工部２１ｅの間隔を密にするような変形であってよい。

実施の形態に係る蓄電素子１００では、電極体２０は、帯状の正極未塗工部２１ｅ及び負極未塗工部２２ｅがそれぞれ正極集電体５０及び負極集電体６０に接続される構成であったが、これに限定されるものでない。電極体は、正極未塗工部及び負極未塗工部の位置に、正極基材及び負極基材から一体的に突出し且つ正極活物質層及び負極活物質層が形成されていないタブを有する構成であってもよい。そして、正極集電体５０及び負極集電体６０が、タブに接続されてよい。このとき、被覆層２５は、タブの根元部分における正極活物質層又は負極活物質層の端縁に形成されてもよい。

実施の形態に係る蓄電素子１００では、正極集電体５０及び負極集電体６０はそれぞれ、電極体２０と接続される２つの第二接続部５０ｂ及び６０ｂを有していたが、３つ以上の第二接続部を有してもよい。

実施の形態に係る蓄電素子１００では、積層された電極体は、重ねられた正極板、負極板及びセパレータを巻回して形成される巻回型の電極体２０であったが、これに限定されるものでない。積層された電極体は、多数の正極板、負極板及びセパレータを重ねて形成されるスタック型の電極体であってもよく、重ねた一組の、又は、二組以上の、正極板、負極板及びセパレータを複数回折り曲げて形成されるＺ型の電極体であってもよい。

実施の形態に係る蓄電素子１００は、１つの電極体２０を備えていた。しかしながら、蓄電素子は、２つ以上の電極体を備えるものであってもよい。

実施の形態に係る蓄電素子１００は、縦巻き型の電極体２０を備える蓄電素子であったが、電極体の巻回軸Ａ方向の端部を容器１０の蓋体１２に対向させる向きで電極体が配置される横巻き型の電極体を備える蓄電素子であってもよい。

また、実施の形態及び変形例を任意に組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。また、本発明は、上述のような蓄電素子として実現することができるだけでなく、１つ以上の蓄電素子を備える蓄電装置においても実現することができる。例えば、本発明は、複数の蓄電素子１００を備える蓄電装置として実現することができる。蓄電装置は、並べて配置された複数の蓄電ユニットを備え、各蓄電ユニットは、例えば一列に並べられ且つ互いに電気的に接続された複数の蓄電素子１００によって、構成される。上述の構成によって、複数の蓄電素子１００が、１ユニットとして使用され、蓄電装置に必要な電気容量、蓄電装置の形状及び寸法等に対応して、蓄電ユニットの数量及び配列が選択され得る。複数の蓄電素子１００を備え且つ高出力である蓄電装置は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）等の自動車用電源として搭載することもできる。

本発明は、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子、蓄電ユニット、蓄電装置等に適用できる。

２０電極体
２１正極板
２１ａ正極基材（基材）
２１ｂ正極活物質層（活物質層）
２１ｅ正極未塗工部（活物質層の非形成部）
２１ｅ１変形部位
２２負極板
２２ａ負極基材（基材）
２２ｂ負極活物質層（活物質層）
２５被覆層
５０正極集電体（集電部材）
５０ｂ第二接続部
１００蓄電素子
Ｇ間隙
Ｇａ間隙縮小部位

Claims

積層された極板を有する電極体を備える蓄電素子であって、
前記極板は、基材と、前記基材上に形成される活物質層と絶縁性の被覆層とを有し、
前記被覆層は、積層された前記極板が変形を受ける変形部位の前記基材に形成される
蓄電素子。
前記被覆層は、前記基材の端部に位置する前記活物質層の非形成部に形成される
請求項１に記載の蓄電素子。
前記被覆層は、前記極板のうちの正極板に形成され、
前記正極板の前記被覆層は、
前記極板のうちの前記正極板に隣り合う負極板の前記活物質層と対向する前記正極板の前記非形成部上の領域を覆う
請求項２に記載の蓄電素子。
前記電極体は、前記極板を巻回して形成され、
前記変形部位は、前記極板の湾曲部分に位置し、前記極板を密にする変形を受ける
請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電素子。
前記電極体に接続される少なくとも２つの接続部を有する集電部材をさらに備え、
前記変形部位は、前記電極体が挿入される前記接続部同士の間の間隙の形状に対応する形状への変形を受ける
請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電素子。
前記間隙は、前記接続部間の距離が小さくなる間隙縮小部位を含み、
前記変形部位は、前記間隙縮小部位に位置する
請求項５に記載の蓄電素子。