JP2018063815A

JP2018063815A - 蓄電素子

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Publication number: JP2018063815A
Application number: JP2016200792A
Authority: JP
Inventors: 明彦宮崎; Akihiko Miyazaki; 佐々木　丈; Jo Sasaki; 丈佐々木
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 2016-10-12
Filing date: 2016-10-12
Publication date: 2018-04-19
Anticipated expiration: 2036-10-12
Also published as: JP6770712B2

Abstract

【課題】高透過領域を有するセパレータを備えつつ、正極と負極との間におけるイオン透過性の場所による違いが生じることを抑制する蓄電素子を提供。【解決手段】正極２３の活物質層と負極２４の活物質層との間に介装されたセパレータ２５を備え、セパレータ２５が活物質層間を移動するイオンを透過可能で、セパレータ２５における他の領域に比べてイオンの透過性が高い高透過領域２５ａを有し、高透過領域２５ａと、高透過領域２５ａに対向する前記活物質層との間には多孔層２８が備えられ、セパレータ２５は、２以上の高透過領域２５ａを有し、多孔層２８が、高透過領域２５ａに対応した２以上の箇所に備えられている蓄電素子。【選択図】図４

Description

本発明は、蓄電素子に関する。

従来、リチウムイオン電池などの各種蓄電デバイスとしては、正極と負極とがセパレータによって絶縁されたものが知られている。蓄電デバイスは、通常、正極と負極との間をイオンが移動することで充放電される。そのため蓄電デバイスでは、正極と負極とが、活物質を備えた面を対向させている。この正極と負極との間に配されるセパレータとしてはイオンを透過可能な多孔性フィルムが用いられている。多孔性フィルムにはピンホールや薄肉部といった欠点部分が形成されることがある。多孔性フィルムからセパレータとして用いる部分を切り出すのに際して欠点部分を避けようとすると、切り出し可能なセパレータのサイズが制約される。そこで、下記特許文献１では、多孔性フィルムの欠点部分をもセパレータに有効利用することが検討されている。

特開２０１１−７０８８４号公報

蓄電素子の正極と負極との間のイオンの透過性については、場所による違いが少ないことが望ましい。前記のような欠点部分は、通常、周囲に比べてイオンの透過性が高い高透過領域となる。そのため、従来の蓄電素子は、高透過領域を備えたセパレータを使用しつつ正極と負極との間でのイオン透過性の場所による違いを抑制することが難しいという問題を有する。そこで、本実施形態においては、このような問題を解決することを目的とする。

本実施形態の蓄電素子は、
正極の活物質層と負極の活物質層との間に介装されたセパレータを備え、
該セパレータが活物質層間を移動するイオンを透過可能で、該セパレータにおける他の領域に比べてイオンの透過性が高い高透過領域を有し、
該高透過領域と、高透過領域に対向する前記活物質層との間には多孔層が備えられ、
前記セパレータは、２以上の前記高透過領域を有し、
前記多孔層が、該高透過領域に対応した２以上の箇所に備えられている。

本実施形態の蓄電素子には、高透過領域と活物質層との間に多孔層が備えられている。そのため正極と負極との間でイオンが移動する際にセパレータの高透過領域を通過するイオンは、併せて多孔層も通過することになる。言い換えれば、高透過領域を通過するイオンの移動は、多孔層によって規制されることになる。そのため、本実施形態の蓄電素子では、高透過領域を通過する場合と、高透過領域以外を通過する場合とでイオンの移動に違いを生じることが多孔層によって抑制され得る。従って、本実施形態の蓄電素子では、高透過領域を有するセパレータが用いられていても正極と負極との間でのイオン透過性の場所による違いが抑制され得る。

上記の蓄電素子は、活物質層に固着した前記多孔層を備えていてもよい。

本実施形態の蓄電素子における２以上の多孔層のそれぞれの面積は、セパレータや活物質層の全面に多孔層を形成させる場合に比べて小さくなる。多孔層は、面積が小さくなると固着される相手に対して十分な接着強度が発揮され難くなる。活物質層は、通常、セパレータに比べると各種の素材に対して高い接着強度を示す素材で構成されている。そのため、この蓄電素子では面積が小さな多孔層を形成しても該多孔層の脱落が抑制される。即ち、この蓄電素子ではセパレータに面積の小さな高透過領域が形成されている場合でも多孔層の脱落を抑制しつつイオン透過性の均一化を図ることができる。

上記の蓄電素子は、前記活物質層と前記セパレータとの内、水銀ポロシメータによる測定で孔径ピークを示す孔径が大きい側に固着した前記多孔層を備えていてもよい。

活物質層やセパレータのイオンが通る孔は活物質層やセパレータに多孔層が固着されることで部分的に目詰まりしてイオンの透過性が低下する場合がある。前記多孔層をセパレータの全面に固着するような場合は、全体的にイオン透過性が低下するので場所によるイオンの透過性の違いが問題になり難い。一方で本実施形態の蓄電素子では、特定の箇所に前記多孔層が固着されることになるため、目詰まりによるイオン透過性の低下は特定の箇所に発生することになる。しかも、目詰まりがイオン透過性に与える影響の大きさは予測することが難しいため、多孔層の形成時に目詰まりを発生させると多孔層形成箇所のイオン透過性を所望の状態に調整することが難しくなる。上記の蓄電素子は、孔径が大きい側に多孔層が固着されるので目詰まり自体が生じにくく、多孔層を形成した後のイオンの透過性が予想外な結果になることを抑制し得る。従って、上記の蓄電素子では、正極と負極との間におけるイオン透過の均一性がより一層向上され得る。

上記の蓄電素子では、
前記高透過領域に接着した複数の無機物粒子によって前記多孔層が形成されていてもよい。

この蓄電素子では、高透過領域に接着した複数の無機物粒子によって多孔層が形成されるため、多孔層によって高透過領域が補強される。

本実施形態の蓄電素子では、高透過領域を有するセパレータを備えつつ、正極と負極との間におけるイオン透過性の場所による違いが生じることを抑制し得る。

図１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２は、図１のＩＩ―ＩＩ線位置の断面図である。図３は、同実施形態に係る蓄電素子の分解図である。図４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。

以下、蓄電素子の一実施形態について、図１〜図４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は、非水電解質二次電池である。より詳しくは、蓄電素子は、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。この種の蓄電素子は、電気エネルギーを供給する。蓄電素子は、単一又は複数で使用される。具体的に、蓄電素子は、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、他の蓄電素子と組み合わされて蓄電装置に用いられる。前記蓄電装置では、該蓄電装置に用いられる蓄電素子が電気エネルギーを供給する。

蓄電素子１は、図１〜図４に示すように、正極２３及び負極２４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４であって電極体２と導通する外部端子４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４の他に、電極体２と外部端子４とを導通させる集電体５等を有する。蓄電素子１は、電極体２とケース３とを絶縁する絶縁部材６を備える。

図４に示すように、電極体２は、巻芯２１と、正極２３と負極２４とが互いに絶縁された状態で積層された積層体２２であって、巻芯２１の周囲に巻回された積層体２２と、を備える。電極体２においてリチウムイオンが正極２３と負極２４との間を移動することにより、蓄電素子１が充放電する。

巻芯２１は、通常、絶縁材料によって形成される。巻芯２１は、筒形状である。本実施形態の巻芯２１は、偏平な筒形状である。具体的に、巻芯２１は、間隔を空けて対向する一対の湾曲部２１１と、互いに対向する一対の直線部２１２であって、湾曲部２１１の対応（一対の湾曲部２１１の並び方向に対向）する端部同士を接続する一対の直線部２１２と、を有する（図２参照）。各湾曲部２１１は、外側（互いに離間する方向）に突出するように湾曲する。一対の直線部２１２同士は、平行又は略平行である。本実施形態の巻芯２１は、可撓性又は熱可塑性を有するシートを巻回することによって形成される。

前記シートは、合成樹脂によって形成される。シートは、電解液に対して耐性を有する。シートは、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）によって構成される。シートの厚さは、例えば、５０μｍ〜２００μｍである。本実施形態のシートは、例えば、ポリプロピレンによって構成され、該シートの厚さは、例えば、１５０μｍである。巻芯２１を構成するシートの材料は、合成樹脂に限定されず、アルミニウム、銅等の金属でもよい。

図４に示すように、積層体２２は、正極２３及び負極２４が積層された（重ねられた）状態で巻芯２１の周囲に巻回されることによって形成される。

正極２３は、金属箔と、金属箔の上に形成された正極活物質層と、を有する。金属箔は帯状である。本実施形態の金属箔は、例えば、アルミニウム箔である。正極２３は、帯形状の短手方向である幅方向の一方の端縁部に、正極活物質層の非被覆部（正極活物質層が形成されていない部位）２３１を有する。正極２３において正極活物質層が形成される部位を被覆部２３２と称する。

前記正極活物質層は、正極活物質と、バインダーと、を有する。

前記正極活物質は、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_ｂ（ＸＯ_ｃ）_ｄ（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_ｂＰＯ_４、Ｌｉ_ａＭｎ_ｂＰＯ_４、Ｌｉ_ａＭｎ_ｂＳｉＯ_４、Ｌｉ_ａＣｏ_ｂＰＯ_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。

正極活物質層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。

前記正極活物質層は、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。本実施形態の正極活物質層は、導電助剤としてアセチレンブラックを有する。

負極２４は、金属箔と、金属箔の上に形成された負極活物質層と、を有する。金属箔は帯状である。本実施形態の金属箔は、例えば、銅箔である。負極２４は、帯形状の短手方向である幅方向の他方（正極２３の非被覆部２３１と反対側）の端縁部に、負極活物質層の非被覆部（負極活物質層が形成されていない部位）２４１を有する。負極２４の被覆部（負極活物質層が形成される部位）２４２の幅は、正極２３の被覆部２３２の幅よりも大きい。本実施形態の蓄電素子では上記のように金属箔よりも幅が狭い帯状の領域に負極活物質層が形成されている。本実施形態の蓄電素子は、負極２４の負極活物質層を部分的に被覆する多孔層２８をさらに有する。多孔層２８は、負極活物質層よりも狭い領域にしか形成されていない。本実施形態の蓄電素子では負極活物質層上の２箇所以上に多孔層２８が形成されている。即ち、本実施形態の蓄電素子では負極活物質層上の複数箇所に散在した状態で多孔層２８が形成されている。

前記負極活物質層は、負極活物質と、バインダーと、を有する。

前記負極活物質は、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。

負極活物質層に用いられるバインダーは、正極活物質層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。

前記負極活物質層は、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。本実施形態の負極活物質層は、導電助剤を有していない。

多孔層２８は、粒子を結着させたものとすることができる。粒子は、無機物粒子であっても有機物粒子であってもよい。多孔層２８は、粒子どうしを直接結着したものであっても粒子どうしをバインダーによって結着させたものであってもよい。

多孔層２８の形成に用いる無機物粒子としては、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、酸化鉄等の酸化物；窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素等の窒化物；シリコンカーバイド、炭化チタン等の炭化物；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；などが挙げられる。無機物粒子は、例えば、炭酸カルシウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、ベーマイト、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、アパタイト、ムライト、スピネル、オリビン、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム等であってもよい。無機物粒子は、またこれらの化合物を含む複合化合物であってもよい。多孔層２８を形成する無機物粒子の中には、アルミナ粒子、シリカ粒子及びチタニア粒子の何れかを含むことが好ましい。無機物粒子は、０．０１μｍ〜５μｍの平均粒子径を有することが好ましい。

多孔層２８の形成に用いる有機物粒子としては、例えば、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂などの樹脂を含む樹脂ビーズが挙げられる。

粒子の結着に用いるバインダーとしては、汎用の樹脂を含むものが挙げられる。バインダーを構成する樹脂は、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体等のフッ素ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体及びその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体及びその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体及びその水素化物、メタクリル酸エステル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等の合成ゴム、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、カルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩等のセルロース系樹脂、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリイミド及びその前駆体（ポリアミック酸等）、エチレン−アクリル酸共重合体、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステル等が挙げられる。

多孔層２８の厚さは、例えば、セパレータ２５の厚さの１％以上５０％以下とすることができる。本実施形態の多孔層２８は、負極活物質層の表面に固着されている。多孔層２８は、セパレータ２５に固着してもよいが本実施形態の負極活物質層は、セパレータ２５に比べると各種の素材に対して高い接着強度を示す素材で構成されている。そのため本実施形態の多孔層２８は、所定の位置から脱落してしまうおそれが低い。

本実施形態のセパレータ２５は、後述するように多孔質膜で形成されている。セパレータ２５として用いられる多孔質膜の孔の径は、活物質層の孔径に比べて相対的に小さい。そのため、セパレータ２５に多孔層２８を固着させようとするとバインダーや粒子がリチウムイオンの通路となるセパレータ２５の孔に入り込んで孔を塞いでしまうおそれがある。一方で本実施形態の多孔層２８は、セパレータ２５に対して相対的に大きな孔を有する活物質層の表面に固着されているので孔が塞がり難く、リチウムイオンの通路が確保され易い。本実施形態の多孔層２８は、セパレータ２５に固着されていないためセパレータ２５との間に隙間を形成させ易くなっている。セパレータ２５と多孔層２８との間のリチウムの移動は、この隙間によっても良好なものとなり得る。このためセパレータ２５の孔の方が活物質層の孔よりも大きい場合は、多孔層２８をセパレータ２５に固着させてもよい。

活物質層の孔の大きさとセパレータの孔の大きさとは、水銀ポロシメータを用いて比較することができる。より詳しくは、活物質層とセパレータとのそれぞれについて水銀ポロシメータで孔径の分布曲線を求め、この分布曲線でピークを示す孔径どうしを比較することでどちらがより大きな孔を有しているかを確かめることができる。尚、分布曲線で孔径ピークが複数観測される場合、どちらがより大きな孔を有しているかを確かめるには、複数のピークの内の最も差分細孔容積が高いピークの孔径どうしを比較すればよい。

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２３と負極２４とがセパレータ２５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２３、負極２４、及びセパレータ２５の積層体２２が巻回される。セパレータ２５は、絶縁性を有する部材である。セパレータ２５は、正極２３と負極２４との間に配置される。これにより、電極体２（詳しくは、積層体２２）において、正極２３と負極２４とが互いに絶縁される。また、セパレータ２５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２５を挟んで交互に積層される正極２３と負極２４との間を移動する。

セパレータ２５は、帯状である。セパレータ２５は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、ポリアミドなどの多孔質膜によって構成される。本実施形態のセパレータ２５は、例えば、ポリエチレンによって形成される。セパレータの幅（帯形状の短手方向の寸法）は、負極２４の被覆部２４２の幅より僅かに大きい。セパレータ２５は、被覆部２３２同士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２３と負極２４との間に配置される。このとき、正極２３の非被覆部２３１と負極２４の非被覆部２４１とは重なっていない。即ち、正極２３の非被覆部２３１が、正極２３と負極２４との重なる領域から幅方向に突出し、且つ、負極２４の非被覆部２４１が、正極２３と負極２４との重なる領域から幅方向（正極２３の非被覆部２３１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２３、負極２４、及びセパレータ２５、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。

セパレータ２５は、正極２３の活物質層と負極２４の活物質層との間に介装されている。セパレータ２５は、活物質層間を移動するイオンを透過可能な樹脂多孔質膜である。本実施形態のセパレータ２５は、該セパレータ２５における他の領域に比べてイオンの透過性が高い高透過領域２５ａを有している。本実施形態のセパレータ２５は２以上の高透過領域２５ａを有している。即ち、本実施形態の蓄電素子では一つのセパレータ２５の複数箇所に高透過領域２５ａが散在している。セパレータ２５の高透過領域２５ａと負極２４の活物質層を部分的に覆う多孔層２８とは重なり合うように配されている。言い換えれば、多孔層２８は、高透過領域２５ａと、高透過領域２５ａに対向する活物質層との間に備えられている。

本実施形態の蓄電素子は、２以上の高透過領域２５ａに対応する２以上の多孔層２８を有している。本実施形態の多孔層２８は、前記のように負極活物質層に固着されている。本実施形態ではセパレータ２５の高透過領域２５ａに対して位置合わせされた２以上の多孔層２８が負極活物質層に備えられている。２以上の多孔層２８のそれぞれの面積は、セパレータ２５や負極活物質層の全面に多孔層を形成させる場合に比べてセパレータ２５や負極活物質層に接する面積が小さくなる。多孔層２８は、例えば、セパレータや活物質層に接する面積が小さくなってこれらに対する十分な接着強度が確保できなくなると、多孔層２８の一部がセパレータや活物質層から脱落する場合がある。しかしながら、本実施形態の多孔層２８は、セパレータに比べると各種の素材に対して高い接着強度を示す素材で構成された負極活物質層に固着されている。即ち、本実施形態の多孔層２８は、高い接着強度で負極活物質層に固着されるため負極活物質層から脱落してしまうおそれが低い。そのため、本実施形態の多孔層２８は、面積を小さくすることができ、小さな高透過領域２５ａに対して過剰な大きさとなることが抑制され得る。本実施形態における複数の多孔層２８の内の１又は２以上のそれぞれは、例えば、１００００ｃｍ^２以下の面積とすることが好ましい。多孔層２８の面積は、１００ｃｍ^２以下であることがより好ましく、１０ｃｍ^２以下であることが更に好ましい。本実施形態における多孔層２８の面積は、例えば、０．１ｍｍ^２以上であることが好ましく、１ｃｍ^２以上であることが更に好ましい。

本実施形態の電極体２は、多孔層２８に対向していない側においてセパレータ２５を覆う無機多孔層を備えてもよい。即ち、本実施形態の電極体２は、負極活物質層とセパレータ２５との間に設けられた前記の多孔層２８とは別に、正極活物質層とセパレータ２５との間に設けられた多孔層（無機多孔層）を有していてもよい。負極活物質層側の多孔層２８（以下「一面側多孔層」ともいう）と同様に正極側の多孔層（以下「他面側多孔層」ともいう）は、無機物粒子やバインダーなどによって形成される。他面側多孔層は、セパレータ２５の片面全体を覆うものであってもよい。電極体２は、他面側多孔層を有することで、異常な発熱が生じた場合にセパレータ２５の熱収縮や破膜を抑制することができる。

前記のように一面側多孔層２８は、複数箇所に散在しており、セパレータ２５の高透過領域２５ａに対応した位置に存在している。複数の多孔層２８の内の一つの多孔層２８と他の多孔層２８とは、それぞれが対向する高透過領域２５ａの状態に合わせて厚さや空隙率を異ならせてもよい。即ち、蓄電素子が、一高透過領域２５ａと、当該一高透過領域２５ａよりも相対的にイオン透過性が高い他高透過領域２５ａとを有し、一高透過領域２５ａに対向する一多孔層２８と、他高透過領域２５ａに対向する他多孔層２８とを有する場合、一多孔層２８の厚さは他多孔層２８より薄くてもよい。また、このような場合、一多孔層２８の空隙率は、他多孔層２８より低くてもよい。尚、２つの高透過領域のイオンの透過性は、光の透過性を測定した結果に基づいて比較することができる。より詳しくは、セパレータ２５の背面側から光を照射し、且つ、１つの高透過領域と他の高透過領域とが共通する照度となるように光を照射し、この状態でセパレータ２５の表面側からこれらの高透過領域の明るさを観察することで何れの高透過領域のイオン透過性が高いかを判別することができる。セパレータ２５の表面側における明るさの違いが１つの高透過領域と他の高透過領域との間で判断し難い場合は、ＣＣＤカメラを用いて明るさを数値化してもよい。

セパレータ２５の高透過領域２５ａは、対向する多孔層２８よりも面積が小さいことが好ましい。そして、セパレータ２５の高透過領域２５ａは、多孔層２８の内側に収まるように配されることが好ましい。本実施形態の蓄電素子では、一つの多孔層２８を複数の高透過領域２５ａに対向可能な面積を有するものにしてもよい。しかしながら、電極体２のコンパクト化並びに軽量化を図る上においては、多孔層２８の面積は小さいことが好ましい。そこで、本実施形態の蓄電素子では、高透過領域２５ａと多孔層２８とが一対一の対応関係にあることが好ましい。また、このような場合、個々の多孔層２８をそれぞれが対向する高透過領域２５ａに適した状態にさせ易い。従って、このような場合、正極２３と負極２４との間のイオンの透過性をより均一化させ易くなる。

それぞれの多孔層２８を対応する高透過領域２５ａに対して適した状態にするために、本実施形態においては、多孔層２８の厚みや空隙率などをそれぞれ高透過領域２５ａの状態に応じて変更してもよい。本実施形態では、多孔層２８を形成させない領域でのイオンの透過性を基準値に定め、それぞれの高透過領域２５ａにおけるイオンの透過性がこの基準値に近い値となるように多孔層２８を形成させてイオンの透過性を全体的に均一なものにさせてもよい。本実施形態の蓄電素子では、セパレータ２５よりもイオンが通過する孔の径が大きな活物質層に対して多孔層２８が固着されるため、多孔層２８の構成材料が孔を部分的に目詰まりさせ難い。即ち、本実施形態の蓄電素子では、多孔層２８の構成材料が孔を狭くしたり、幾つかの孔を完全に閉塞してしまったりすることが抑制され得る。このような目詰まりによるイオン透過性の低下の程度は予測が難しい。高透過領域２５ａに多孔層２８を形成させても目詰まりの影響が予測外なものであると、多孔層２８を形成した後のイオン透過性と、多孔層２８を形成させない領域でのイオン透過性とが十分に一致しない場合がある。その一方で、本実施形態の蓄電素子は、多孔層がセパレータ２５よりも孔径が大きな活物質層に固着されるので目詰まりによるイオン透過性の低下が抑制される。即ち、本実施形態の蓄電素子は、多孔層を形成した後のイオンの透過性が予想外な結果になることを抑制することができ多孔層２８を形成した後のイオン透過性を、多孔層２８を形成させない領域のイオン透過性に十分近い状態にすることができる。

セパレータ２５の高透過領域２５ａは、通常、他の領域に比べて厚さが薄いか、又は、空隙率（見掛け上の体積に占める空隙の体積割合）が大きな領域である。高透過領域２５ａについては、セパレータ２５の背面側から光を当てて前面側を目視観察することでその存在を明らかにすることができる。より詳しくは、セパレータ２５の高透過領域２５ａの通常の大きさは数ｍｍ以下であるためセパレータ２５の背面に光を当てて前面側から観察した際に数ｍｍ以下の他よりも明るい箇所が見られれば、その箇所を高透過領域２５ａとして特定することができる。なお、より高精度に高透過領域２５ａの存在を明らかにするためにＣＣＤカメラを用いた画像解析を行ってもよい。この場合、セパレータ２５の前面側における明るさをＣＣＤカメラを用いて数値化し、明るさが規定値以上の領域を高透過領域２５ａとして特定すればよい。高透過領域２５ａは、さらに、赤外線やＸ線の透過性などによっても特定できる。

セパレータ２５は、幅方向における一端縁（側縁）が正極２３の端縁よりも内側となるように配され、幅方向における他端縁（側縁）が正極の端縁よりも外側となるように配されている。セパレータ２５は、正極よりも外側に配された前記他端縁が負極２４の端縁よりも内側となるように配され、前記一端縁が負極２４の端縁よりも外側となるように配されている。従って、電極体２の巻回軸方向一端部には、正極２３の非被覆部２３１のみが積層された非被覆積層部２６が形成されている。また、電極体２の巻回軸方向他端部には、負極２４の非被覆部２４１のみが積層された非被覆積層部２６が形成されている。

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。本実施形態の非被覆積層部２６は、巻回された正極２３、負極２４、及びセパレータ２５の巻回中心方向視において、中空部２７（図４参照）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２３の非被覆部２３１のみが積層された非被覆積層部２６が電極体２における正極の非被覆積層部を構成し、負極２４の非被覆部２４１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３３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。本実施形態のケース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。

前記電解液は、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。本実施形態の電解液は、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。

前記電解液は正極２３と負極２４との間に浸透し、充放電時にリチウムイオンを正極−負極間に伝達する媒体となる。蓄電素子の充電時には、正極活物質層から電解液にリチウムイオンが供給されるとともに電解液中のリチウムイオンが負極活物質層へと移動する。多孔層が設けられていない蓄電素子では、このときの負極活物質層へのリチウムイオンの供給がセパレータの高透過領域に対向した位置に集中しやすい。即ち、多孔層が設けられていない蓄電素子では、高透過領域を通じた正極−負極間のリチウムイオンの移動と他の領域を通じたリチウムイオンの移動との間に大きな差を生じ易い。一方で本実施形態の蓄電素子では多孔層２８によって正極−負極間のリチウムイオンの移動が規制されることから高透過領域でのリチウムイオンの移動と他の領域でのリチウムイオンの移動との間に大きな差が生じにくくなる。

本実施形態の蓄電素子は、電極体２の形成に用いるセパレータ２５に散在している高透過領域２５ａの位置情報を得ることと、該位置情報に基づいて活物質層及びセパレータの少なくとも一方の表面に多孔層を形成することと、多孔層と高透過領域とが対向した電極体を作製することとを含む製造方法によって作製することができる。高透過領域２５ａの位置情報に基づいて活物質層及びセパレータの少なくとも一方の表面に多孔層を形成することでは、負極活物質層の表面に多孔層２８を形成してもよい。高透過領域２５ａの位置情報に基づいて活物質層及びセパレータの少なくとも一方の表面に多孔層を形成することでは、セパレータ２５の表面に多孔層２８を形成してもよい。高透過領域２５ａの位置情報に基づいて活物質層及びセパレータの少なくとも一方の表面に多孔層を形成することでは、正極活物質層の表面に多孔層２８を形成してもよい。多孔層２８は、無機物粒子とバインダーとを含み必要に応じて溶媒をさらに含む塗膜剤を調製することと、該塗膜剤を塗布することと、を実施して活物質層やセパレータの表面に形成することができる。塗膜剤の塗布は、ロールコートやスプレー塗工などの方法によって実施することができる。

高透過領域２５ａの位置情報を得ることは、セパレータ２５の製造時に実施されてもよく、電極体２の作製時に実施されてもよい。セパレータ２５の製造時に高透過領域２５ａの位置情報を得る方法としては、例えば、製造されたセパレータ２５をロール状に巻き取る際にラインセンサーで高透過領域２５ａを検出する方法が挙げられる。即ち、セパレータ２５の製造時に高透過領域２５ａの位置情報を得る方法としては、セパレータ２５の搬送経路にラインセンサーを配置し、該ラインセンサーによる測定地点を通過するセパレータ２５の移動速度等に基づいてセパレータ２５の長さ方向における高透過領域２５ａの位置（ＭＤ位置）とセパレータ２５の幅方向における高透過領域２５ａの位置（ＴＤ位置）とをラインセンサーで検出する方法が挙げられる。

高透過領域２５ａの検出に用いるラインセンサーとしては、例えば、セパレータ２５の一面側に可視光線、赤外線、Ｘ線などのエネルギー線を照射するための線源と、セパレータ２５の他面側へのエネルギー線の透過量（光量、赤外線量、Ｘ線量）を検知する検知器とを備えたものが挙げられる。該検知器としては、線量計やセパレータ２５の濃淡（明暗）を計測可能なＣＣＤカメラを採用することができる。

高透過領域２５ａの位置情報に基づいてセパレータの表面に多孔層を形成する方法としては、例えば、ロール状に巻き取られたセパレータ２５を一定長さのロールに巻き換える際に高透過領域２５ａの位置情報に基づいてロールコーターやスプレー塗工機でセパレータの表面に多孔層を形成させる方法が挙げられる。高透過領域２５ａの位置情報に基づいて活物質層の表面に多孔層を形成する方法としては、例えば、正極２３や負極２４とともにセパレータ２５を巻回して電極体２を作製する際にロールコーターやスプレー塗工機で活物質層の表面に多孔層を形成させる方法が挙げられる。

電極体２の作製時に高透過領域２５ａの位置情報を得る方法としては、例えば、正極２３や負極２４とともにセパレータ２５を巻回して電極体２を作製するための巻回機へセパレータ２５を供給する経路にラインセンサーを設置し、該ラインカメラで高透過領域２５ａを検出する方法が挙げられる。

高透過領域２５ａの位置情報に基づいて活物質層及びセパレータの少なくとも一方の表面に多孔層を形成する方法としては、例えば、正極２３、負極２４、及び、セパレータ２５の巻回機への供給経路の何れかにラインカメラに連動するよう設定されたロールコーターやスプレー塗工機を設置し、該ロールコーターやスプレー塗工機で活物質層やセパレータの表面に多孔層を形成させる方法が挙げられる。

尚、蓄電素子は、上記実施形態に限定されるものではなく、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。

上記においては多孔層２８を負極側の活物質層の上に形成させる場合を例示しているが、多孔層２８は、正極側の活物質層の上に形成してもよく、セパレータ上に形成してもよい。尚、複数の無機物粒子を高透過領域にバインダーで接着させて多孔層を形成する場合、高透過領域を補強できるという利点を有する。

本実施形態の蓄電素子は、複数の多孔層２８の内の一部を活物質層上に形成させ残りの多孔層をセパレータ上に形成させてもよい。また、本実施形態の蓄電素子は、多孔層２８を厚さ方向に分断可能なものとし、分断された一方を活物質層側に形成し、他方をセパレータ側に形成させるようにしてもよい。さらに、本実施形態の蓄電素子は、多孔層をセパレータや活物質層の表面全体に形成してもよい。その場合、高透過領域に対応した位置における多孔層の厚さを他の領域よりも厚くしてもよい。このように本実施形態の蓄電素子は図４などに例示したものに対して各種変更を加え得る。

また、上記実施形態においては、蓄電素子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、蓄電素子の種類や大きさ（容量）は任意である。また、上記実施形態において、蓄電素子の一例として、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。

上記のように本実施形態の蓄電素子は、正極の活物質層と負極の活物質層との間に介装されたセパレータを備え、該セパレータが活物質層間を移動するイオンを透過可能で、該セパレータにおける他の領域に比べてイオンの透過性が高い高透過領域を有し、該高透過領域と、高透過領域に対向する前記活物質層との間に多孔層が備えられている。
また、本実施形態の蓄電素子は、前記セパレータが、２以上の前記高透過領域を有し、前記多孔層が、該高透過領域に対応した２以上の箇所に備えられている。

そのため本実施形態の蓄電素子では、正極と負極との間でイオンが移動する際にセパレータの高透過領域を通過するイオンが多孔層も通過することになる。従って、本実施形態の蓄電素子では、高透過領域を通過するイオンの移動が、多孔層によって規制される。即ち、本実施形態の蓄電素子では、高透過領域を有するセパレータが用いられていても正極と負極との間におけるイオン透過性の場所による違いが抑制され得る。

蓄電素子は、前記高透過領域に接着した複数の無機物粒子によって前記多孔層が形成されていてもよい。この蓄電素子では、高透過領域に接着した複数の無機物粒子によって多孔層が形成されるため、多孔層によって高透過領域が補強される。また、蓄電素子は、前記の通り上記のような変更以外にも各種の変更を加え得る。

１：蓄電素子、２：電極体、２３：正極、２４：負極、２５：セパレータ、２５ａ：高透過領域、２８：多孔層

Claims

正極の活物質層と負極の活物質層との間に介装されたセパレータを備え、
該セパレータが活物質層間を移動するイオンを透過可能で、該セパレータにおける他の領域に比べてイオンの透過性が高い高透過領域を有し、
該高透過領域と、高透過領域に対向する前記活物質層との間には多孔層が備えられ、
前記セパレータは、２以上の前記高透過領域を有し、
前記多孔層が、該高透過領域に対応した２以上の箇所に備えられている蓄電素子。
前記活物質層に固着した前記多孔層を備えている請求項１記載の蓄電素子。
前記活物質層と前記セパレータとの内、水銀ポロシメータによる測定で孔径ピークを示す孔径が大きい側に固着した前記多孔層を備えている請求項１記載の蓄電素子。
前記高透過領域に固着した複数の無機物粒子によって前記多孔層が形成されている請求項１記載の蓄電素子。