JP2021177478A - 蓄電セル、蓄電装置及び蓄電装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セパレータの収縮を抑制できる蓄電セル、蓄電装置及び蓄電装置の製造方法を提供する。【解決手段】蓄電セル２は、正極１１と負極１２とセパレータ１３とスペーサ１４とを備える。正極１１は、第１集電体２０と、第１集電体２０の一方面２０ａに設けられた正極活物質層２２とを有する。負極１２は、第２集電体２１と、第２集電体２１の一方面２１ａに設けられた負極活物質層２３とを有する。セパレータ１３は、基材層１３ａと第１接着層１３ｂと第２接着層１３ｃとを有する。第１集電体２０の一方面２０ａは、セパレータ１３の縁部１３ｅにおける第１接着層１３ｂに接着される。スペーサ１４は、セパレータ１３の縁部１３ｅにおける第２接着層１３ｃに接着される。【選択図】図１

Description

本開示は、蓄電セル、蓄電装置及び蓄電装置の製造方法に関する。

特許文献１には、セパレータの表面に設けられた接着層が正極板のタブに接着されている袋詰正極板を備える蓄電素子が開示されている。

特開２０１８−１５２２３６号公報

上記蓄電素子では、タブに対するセパレータの接着力が低下すると、セパレータが収縮する可能性がある。

本開示は、セパレータの収縮を抑制できる蓄電セル、蓄電装置及び蓄電装置の製造方法を提供する。

本開示の一側面に係る蓄電セルは、第１集電体と、前記第１集電体の一方面に設けられた正極活物質層と、を有する正極と、第２集電体と、前記第２集電体の一方面に設けられた負極活物質層と、を有し、前記負極活物質層が前記正極活物質層と対向するように配置された負極と、前記正極と前記負極との間に配置された基材層を有するセパレータと、前記第１集電体と前記第２集電体との間に形成され、前記第１集電体及び前記第２集電体の少なくとも一方に接合されたスペーサと、を備え、前記セパレータは、前記正極活物質層及び前記負極活物質層に対向している中央部と、前記正極活物質層及び前記負極活物質層に対向していない縁部とを有し、前記セパレータは、少なくとも前記セパレータの前記縁部において、前記基材層の第１面に設けられた第１接着層と、前記基材層の第２面に設けられた第２接着層と、を有し、前記第１集電体及び前記第２集電体のいずれか一方は、前記セパレータの前記縁部における前記第１接着層に接着され、前記スペーサは、前記セパレータの前記縁部における前記第２接着層に接着される。

上記蓄電セルによれば、セパレータの縁部が、第１集電体及び第２集電体のいずれか一方とスペーサとに接着されるので、セパレータの収縮を抑制できる。

前記第１接着層及び前記第２接着層は、前記セパレータの前記中央部にそれぞれ設けられてもよい。この場合、第１接着層及び第２接着層を正極活物質層及び負極活物質層に接着することができる。

前記第１接着層及び前記第２接着層の一方は、前記正極活物質層及び前記負極活物質層の一方に接着され、前記第１接着層及び前記第２接着層の他方は、前記正極活物質層及び前記負極活物質層の他方に接着されてもよい。この場合、活物質層が収縮した場合であっても、接着層と活物質層との接触面積の低下を抑制できる。

前記スペーサは、前記第１接着層の端面及び前記第２接着層の端面に接着されてもよい。この場合、セパレータとスペーサとの間の接着性が向上する。

前記第１接着層及び前記第２接着層の少なくとも一方は、熱硬化性接着剤を含んでもよい。この場合、熱硬化性接着剤の硬化後に蓄電セルが加熱されても、熱硬化性接着剤は溶けない。そのため、第１集電体及び第２集電体のいずれか一方又はスペーサにセパレータをより確実に取り付けることができる。

前記第１接着層は、前記第２集電体の前記一方面に接着されてもよい。負極では、第２集電体とスペーサとの界面において、第２集電体を触媒としてスペーサと電解質とが反応してスペーサの腐食が進むことがある。そのような場合であっても、第２集電体とスペーサとの界面にセパレータの端部が配置されることによって、スペーサの腐食を遅らせることができる。

前記第１集電体及び前記第２集電体のうち前記第１接着層に接着される集電体において、前記一方面の表面粗さは、前記一方面とは反対側の他方面の表面粗さよりも大きくてもよい。この場合、第１接着層と一方面との間の接触面積が増大するので、第１接着層と一方面との間の接着性が向上する。

本開示の一側面に係る蓄電装置は、積層された複数の蓄電セルを含む積層体を備え、前記複数の蓄電セルは、上記蓄電セルを含む。

上記蓄電装置によれば、セパレータの収縮を抑制できる。

上記蓄電装置は、前記蓄電セルの前記スペーサの外表面に設けられた金属層を更に備えてもよい。この場合、スペーサを水蒸気又は酸素等のガスが透過することを抑制できる。

上記蓄電装置は、前記積層体の積層方向において前記積層体を挟む一対の拘束板と、前記一対の拘束板のそれぞれと前記積層体との間に配置された集電板と、を更に備えてもよい。この場合、一対の拘束板によって積層方向において積層体に拘束荷重を付加できる。

本開示の一側面に係る蓄電装置の製造方法は、第１集電体と前記第１集電体の一方面に設けられた第１活物質層とを有する第１電極を有する第１電極ユニットを準備する工程と、第２集電体と前記第２集電体の一方面に設けられた第２活物質層とを有する第２電極と、前記第２集電体の縁部に接合されたスペーサと、を有する第２電極ユニットを準備する工程であり、前記第２電極が前記第１電極と異なる極性を有する、工程と、前記第２活物質層がセパレータを挟んで前記第１活物質層と対向するように前記第１電極ユニットと前記第２電極ユニットとを交互に積層する工程であり、前記セパレータが、基材層と、前記基材層の第１面に設けられた第１接着層と、前記基材層の第２面に設けられた第２接着層と、を有し、前記セパレータの縁部が、前記第２集電体の前記一方面と前記スペーサとの間に配置され、前記セパレータの前記縁部における前記第１接着層が前記第２集電体の前記一方面に対向し、前記セパレータの前記縁部における前記第２接着層が前記スペーサに対向する、工程と、前記第１電極ユニット及び前記第２電極ユニットの積層方向において隣り合う前記スペーサ同士を溶着することによって、前記第１電極と前記第２電極との間の空間を封止する封止体を形成する工程と、前記封止体を形成した後、前記第１電極と前記第２電極と前記セパレータとを含む蓄電装置の充放電を行う工程と、を含む。

上記蓄電装置の製造方法によれば、第１電極ユニットと第２電極ユニットとを交互に積層する工程又は蓄電装置の充放電を行う工程において、例えば充放電時の蓄電装置の発熱又は内部に含まれる水分等により第１接着層及び第２接着層がそれぞれ接着性を発揮する。その結果、セパレータの縁部における第１接着層は、第１集電体の一方面と接着される。セパレータの縁部における第２接着層は、スペーサと接着される。これにより、セパレータの収縮を抑制できる。

本開示によれば、セパレータの収縮を抑制できる蓄電セル、蓄電装置及び蓄電装置の製造方法が提供され得る。

図１は、一実施形態の蓄電装置を示す概略的な断面図である。 図２の（ａ）〜（ｄ）は、一実施形態の蓄電装置の製造方法の各工程を示す断面図である。 図３は、一実施形態の蓄電装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 図４は、他の実施形態の蓄電装置を示す概略的な断面図である。 図５は、他の実施形態の蓄電装置を示す概略的な断面図である。 図６は、他の実施形態の蓄電装置の一部を示す概略的な断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本開示の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。

図１は、一実施形態の蓄電装置を示す概略的な断面図である。図１に示す蓄電装置１は、例えば、フォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の各種車両のバッテリに用いられる蓄電モジュールである。蓄電装置１は、例えばニッケル水素二次電池又はリチウムイオン二次電池等の二次電池である。蓄電装置１は、電気二重層キャパシタであってもよいし、全固体電池であってもよい。本実施形態では、蓄電装置１がリチウムイオン二次電池である場合を例示する。

蓄電装置１は、複数の蓄電セル２が積層方向にスタック（積層）されたセルスタック５（積層体）を含んで構成されている。以下では、複数の蓄電セル２の積層方向を単に積層方向と言う。積層方向から見て、蓄電装置１は、例えば、辺が５０ｃｍ以上の矩形形状を有する。各蓄電セル２は、図１に示すように、正極１１と、負極１２と、セパレータ１３と、スペーサ１４とを備える。正極１１は、第１集電体２０と、第１集電体２０の一方面２０ａに設けられた正極活物質層２２とを備える。正極１１は、例えば積層方向から見て矩形状の電極である。負極１２は、第２集電体２１と、第２集電体２１の一方面２１ａに設けられた負極活物質層２３とを備える。負極１２は、例えば積層方向から見て矩形状の電極である。負極１２は、負極活物質層２３が正極活物質層２２と積層方向において互いに対向するように配置されている。つまり、正極１１及び負極１２の対向する方向は積層方向と一致している。本実施形態では、正極活物質層２２及び負極活物質層２３は、いずれも矩形状に形成されている。負極活物質層２３は、正極活物質層２２よりも一回り大きく形成されており、積層方向から見て、正極活物質層２２の形成領域の全体が負極活物質層２３の形成領域内に位置している。

第１集電体２０は、一方面２０ａとは反対側の面である他方面２０ｂを有する。他方面２０ｂには、正極活物質層２２が形成されていない。第２集電体２１は、一方面２１ａとは反対側の面である他方面２１ｂを有する。他方面２１ｂには、負極活物質層２３が形成されていない。第１集電体２０の他方面２０ｂと第２集電体２１の他方面２１ｂとが互いに接するように、蓄電セル２がスタックされることによって、セルスタック５が構成される。これにより、複数の蓄電セル２が電気的に直列に接続される。セルスタック５では、積層方向に隣り合う蓄電セル２，２により、互いに接する第１集電体２０及び第２集電体２１を電極体とする疑似的なバイポーラ電極１０が形成される。すなわち、１つのバイポーラ電極１０は、第１集電体２０、第２集電体２１、正極活物質層２２及び負極活物質層２３を含む。積層方向の一端には、終端電極として第１集電体２０が配置される。積層方向の他端には、終端電極として第２集電体２１が配置される。

第１集電体２０及び第２集電体２１のそれぞれ（以下、単に「集電体」ともいう）は、リチウムイオン二次電池の放電又は充電の間、正極活物質層２２及び負極活物質層２３に電流を流し続けるための化学的に不活性な電気伝導体である。集電体を構成する材料としては、例えば、金属材料、導電性樹脂材料、導電性無機材料等を用いることができる。導電性樹脂材料としては、例えば、導電性高分子材料又は非導電性高分子材料に必要に応じて導電性フィラーが添加された樹脂等が挙げられる。集電体は、前述した金属材料又は導電性樹脂材料を含む１以上の層を含む複数層を備えてもよい。集電体の表面は、公知の保護層により被覆されてもよい。集電体の表面に、メッキ処理又はスプレーコート等の公知の方法により被覆層を形成してもよい。例えば、集電体の表面（例えば一方面２０ａ及び一方面２１ａ）に炭素膜が設けられてもよい。集電体は、例えば、板状、箔状、シート状、フィルム状、メッシュ状等の形態に形成されていてもよい。集電体を金属箔とする場合、例えば、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔、チタン箔又はステンレス鋼箔等を用いることができる。集電体としてステンレス鋼箔（例えばＪＩＳＧ ４３０５：２０１５にて規定されるＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４等）を用いた場合、集電体の機械的強度を確保することができる。集電体は、上記金属の合金箔又はクラッド箔であってもよい。本実施形態において、第１集電体２０はアルミニウム箔であり、第２集電体２１は銅箔である。箔状の集電体を用いる場合、その厚みは、例えば、１μｍ〜１００μｍとしてよい。

正極活物質層２２は、リチウムイオン等の電荷担体を吸蔵及び放出し得る正極活物質を含む。正極活物質としては、層状岩塩構造を有するリチウム複合金属酸化物、スピネル構造の金属酸化物、ポリアニオン系化合物など、リチウムイオン二次電池の正極活物質として使用可能なものを採用すればよい。また、２種以上の正極活物質を併用してもよい。本実施形態において、正極活物質層２２はポリアニオン系化合物としてのオリビン型リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）を含む。

負極活物質層２３は、リチウムイオンなどの電荷担体を吸蔵及び放出可能である単体、合金又は化合物であれば特に限定はなく使用可能である。例えば、負極活物質としてＬｉや、炭素、金属化合物、リチウムと合金化可能な元素もしくはその化合物等が挙げられる。炭素としては天然黒鉛、人造黒鉛、あるいはハードカーボン（難黒鉛化性炭素）やソフトカーボン（易黒鉛化性炭素）を挙げることができる。人造黒鉛としては、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ等が挙げられる。リチウムと合金化可能な元素の例としては、シリコン（ケイ素）及びスズが挙げられる。本実施形態において、負極活物質層２３は炭素としての黒鉛を含む。

正極活物質層２２及び負極活物質層２３のそれぞれ（以下、単に「活物質層」ともいう）は、必要に応じて電気伝導性を高めるための導電助剤、結着剤、電解質（ポリマーマトリクス、イオン伝導性ポリマー、電解液等）、イオン伝導性を高めるための電解質支持塩（リチウム塩）等をさらに含み得る。活物質層に含まれる成分又は当該成分の配合比及び活物質層の厚さは特に限定されず、リチウムイオン二次電池についての従来公知の知見が適宜参照され得る。活物質層の厚みは、例えば２〜１５０μｍである。集電体の表面に活物質層を形成させるには、ロールコート法等の従来から公知の方法を用いてもよい。正極１１又は負極１２の熱安定性を向上させるために、集電体の表面（片面又は両面）又は活物質層の表面に耐熱層を設けてもよい。耐熱層は、例えば、無機粒子と結着剤とを含み、その他に増粘剤等の添加剤を含んでもよい。

導電助剤は、正極１１又は負極１２の導電性を高めるために添加される。導電助剤は、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等である。

結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂、ポリ（メタ）アクリル酸等のアクリル系樹脂、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸アンモニウム等のアルギン酸塩、水溶性セルロースエステル架橋体、デンプン−アクリル酸グラフト重合体を例示することができる。これらの結着剤は、単独で又は複数で用いられ得る。溶媒には、例えば、水、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等が用いられる。

セパレータ１３は、正極１１と負極１２とを隔離し、両極の接触による短絡を防止しつつ、リチウムイオン等の電荷担体を通過させる。セパレータ１３は、正極１１と負極１２との間に配置されている。セパレータ１３は、蓄電セル２をスタックした際に隣り合うバイポーラ電極１０，１０間の短絡を防止する。

セパレータ１３は、基材層１３ａと、基材層１３ａの第１面１３ａａに設けられた第１接着層１３ｂと、基材層１３ａの第２面１３ａｂに設けられた第２接着層１３ｃとを有する。セパレータ１３は、正極活物質層２２及び負極活物質層２３に積層方向に対向している中央部と、正極活物質層２２及び負極活物質層２３に積層方向に対向していない縁部１３ｅとを有する。第１接着層１３ｂ及び第２接着層１３ｃは、少なくともセパレータ１３の縁部１３ｅに設けられる。

本実施形態では第１接着層１３ｂは、セパレータ１３の中央部にも設けられる。つまり、第１接着層１３ｂは、基材層１３ａの第１面１３ａａの全面に設けられている。第１接着層１３ｂは、正極活物質層２２に接着される。第１接着層１３ｂは、正極１１と基材層１３ａとの間の位置ずれを防止する。

本実施形態では第２接着層１３ｃは、セパレータ１３の中央部にも設けられる。つまり、第２接着層１３ｃは、基材層１３ａの第２面１３ａｂの全面に設けられている。第２接着層１３ｃは、負極活物質層２３に接着される。第２接着層１３ｃは、負極１２と基材層１３ａとの間の位置ずれを防止する。

基材層１３ａは、例えば、電解質を吸収保持するポリマーを含む多孔性シート又は不織布であってもよい。基材層１３ａを構成する材料としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）からなる多孔質フィルムが用いられる。基材層１３ａを構成する材料は、ポリプロピレン或いはメチルセルロース等からなる織布又は不織布等であってもよい。基材層１３ａは、単層構造又は多層構造を有してもよい。多層構造は、例えば、接着層、耐熱層としてのセラミック層等を有してもよい。基材層１３ａには、電解質が含浸されてもよい。基材層１３ａ自体を高分子固体電解質又は無機固体型電解質等の電解質で構成してもよい。

基材層１３ａに含浸される電解質としては、例えば、非水溶媒と非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む液体電解質（電解液）、又はポリマーマトリックス中に保持された電解質を含む高分子ゲル電解質などが挙げられる。

基材層１３ａに電解液が含浸される場合、その電解質塩として、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＦＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２等の公知のリチウム塩を使用できる。また、非水溶媒として、環状カーボネート類、環状エステル類、鎖状カーボネート類、鎖状エステル類、エーテル類等の公知の溶媒を使用できる。なお、これら公知の溶媒材料を二種以上組合せて用いてもよい。

第１接着層１３ｂ及び第２接着層１３ｃのそれぞれは、熱硬化性接着剤又は熱可塑性接着剤を含んでもよいし、例えば電解液等の水分と反応して固化する接着剤（液湿気硬化型接着剤）を含んでもよい。液湿気硬化型接着剤は、例えば蓄電装置１の使用温度（例えば常温）よりも高い温度で固化してもよい。エステル系電解液が使用される場合、液湿気硬化型接着剤は８０℃以下で固化してもよい。熱硬化性接着剤は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を含んでもよい。熱可塑性接着剤は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の熱可塑性樹脂を含んでもよい。第１接着層１３ｂ及び第２接着層１３ｃのそれぞれは、接着剤を塗布することによって形成されてもよい。

スペーサ１４は、少なくとも、第１集電体２０と第２集電体２１との間に形成され、第１集電体２０及び第２集電体２１に接合又は固定される。スペーサ１４は、絶縁材料を含み、第１集電体２０と第２集電体２１との間を絶縁することによって短絡を防止する。本実施形態において、スペーサ１４は、絶縁材料として樹脂であるポリエチレン（ＰＥ）を含む。スペーサ１４を構成する樹脂材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）の他に、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、変性ポリプロピレン（変性ＰＰ）、及びアクリロニトリルスチレン（ＡＳ）樹脂が挙げられる。

本実施形態において、スペーサ１４は、第１集電体２０の縁部２０ｅ及び第２集電体２１の縁部２１ｅの少なくとも一方に沿って延在し、正極活物質層２２及び負極活物質層２３の少なくとも一方を取り囲む枠である。

本実施形態において、スペーサ１４は、正極１１及び負極１２との間の空間Ｓを封止する封止部としても機能する。本実施形態では、各蓄電セル２に配置されるスペーサ１４は、一対の集電体間に配置される部分と集電体の縁部よりも外側に延びる部分とを有しており、セルスタック５の積層方向に隣り合うスペーサ１４の外側に延びる部分同士が接合されて一体化している。複数のスペーサ１４が一体化されて封止体１４ａを形成している。スペーサ１４、正極１１及び負極１２によって囲まれた空間Ｓには、セパレータ１３の基材層１３ａに含浸される電解質（電解液）が収容されている。スペーサ１４は、積層方向から見て矩形の枠状をなしており、第２集電体２１の縁部２１ｅに接着されている。封止体１４ａは、セルスタック５の積層方向の一端に配置された第１集電体２０から積層方向の他端に配置された第２集電体２１まで積層方向に延在している。封止体１４ａは筒状の部材である。このような封止体１４ａは、後述するように、複数の樹脂枠２５同士を溶着することによって形成される（図２参照）。

スペーサ１４は、正極１１及び負極１２との間の空間Ｓを封止することで、電解質の透過を防止し得る。また、スペーサ１４は、正極１１及び負極１２との間の空間Ｓを封止することで、蓄電装置１の外部から空間Ｓ内への水分の侵入を防止し得る。さらに、スペーサ１４は、例えば充放電反応等により正極１１又は負極１２から発生したガスが蓄電装置１の外部に漏れることを防止し得る。

本実施形態では、第１集電体２０の一方面２０ａが、セパレータ１３の縁部１３ｅにおける第１接着層１３ｂに接着される。すなわち、第１集電体２０の一方面２０ａは、第１接着層１３ｂに接着された接着面２０ａａを含む。第１集電体２０の一方面２０ａは、正極活物質層２２が形成された形成領域と、正極活物質層２２が形成されていない非形成領域とを含む。非形成領域は、形成領域の周囲に設けられ、第１接着層１３ｂに接着された接着面２０ａａを含む。

スペーサ１４は、セパレータ１３の縁部１３ｅにおける第２接着層１３ｃに接着される。スペーサ１４は、第１接着層１３ｂの端面１３ｂｓ及び第２接着層１３ｃの端面１３ｃｓに接着されてもよい。セパレータ１３の縁部１３ｅは、接着面２０ａａとスペーサ１４との間に挟まれている。セパレータ１３の縁部１３ｅは、スペーサ１４に埋め込まれている。

本実施形態の蓄電装置１及び蓄電セル２によれば、セパレータ１３の縁部１３ｅが、第１集電体２０とスペーサ１４とに接着されるので、セパレータ１３の縁部１３ｅが固定され、セパレータ１３の収縮又は位置ずれを抑制できる。本実施形態のセパレータ１３の縁部１３ｅは、一方面が集電体に接着されるだけでなく、他方面が別の集電体に接着固定されたスペーサ１４に接着されている。スペーサ１４は、蓄電セル２の端部に固定状態で配置されているので、セパレータ１３の縁部１３ｅの一方面と集電体との接着力が低下したとしても、セパレータ１３の縁部１３ｅはスペーサ１４により保持されることになる。したがって、本実施形態では、セパレータ１３の縁部１３ｅがどこにも接着されていない場合、又は、セパレータ１３の縁部１３ｅが集電体のみに接着されている場合と比較して、セパレータ１３の収縮が抑制される。よって、セパレータ１３の破断又はずれによる短絡も抑制できる。また、正極活物質層２２又は負極活物質層２３が膨張した場合に、拘束板等を用いなくても、第１接着層１３ｂ及び第２接着層１３ｃによって、第１集電体２０の一方面２０ａと第２集電体２１の一方面２１ａとの間の距離の広がりを抑制できる。

第１接着層１３ｂ及び第２接着層１３ｃがセパレータ１３の中央部にそれぞれ設けられていると、第１接着層１３ｂ及び第２接着層１３ｃを正極活物質層２２及び負極活物質層２３にそれぞれ接着することができる。

第１接着層１３ｂが正極活物質層２２に接着され、第２接着層１３ｃが負極活物質層２３に接着されていると、例えば放電により負極活物質層２３が収縮した場合であっても、第１接着層１３ｂと正極活物質層２２との接触面積及び第２接着層１３ｃと負極活物質層２３との接触面積の低下を抑制できる。すなわち、正極活物質層２２と負極活物質層２３との間の距離の広がりを抑制できる。その結果、蓄電装置１の電気抵抗値の増大が低減されるので、蓄電装置１の容量の低下を抑制できる。また、本実施形態のように積層方向から見て蓄電装置１のサイズが大きい場合、蓄電装置１の中央部における集電体間の距離の広がりが大きくなる。そのような場合であっても、セパレータ１３の中央部において第１接着層１３ｂ及び第２接着層１３ｃが正極活物質層２２及び負極活物質層２３にそれぞれ接着されているため、積層方向から見た蓄電装置１の中央部において第１集電体２０の一方面２０ａと第２集電体２１の一方面２１ａとの間の距離の広がりを抑制できる。

スペーサ１４が第１接着層１３ｂの端面１３ｂｓ及び第２接着層１３ｃの端面１３ｃｓに接着される場合、セパレータ１３とスペーサ１４との間の接着面積が大きくなるので、セパレータ１３をより強固にスペーサ１４に接着できるようになる。

第１接着層１３ｂ及び第２接着層１３ｃの少なくとも一方が熱硬化性接着剤を含む場合、熱硬化性接着剤の硬化後に蓄電セル２が加熱されても、熱硬化性接着剤は溶けない。そのため、第１集電体２０又はスペーサ１４にセパレータ１３をより確実に取り付けることができる。

図２の（ａ）〜（ｄ）及び図３は、一実施形態の蓄電装置の製造方法の各工程を示す断面図である。蓄電装置１は例えば以下のようにして製造され得る。

（正極ユニットの準備）
まず、図２の（ａ）に示されるように、正極ユニットＵ１（第１電極ユニット）を準備する。正極ユニットＵ１は、第１集電体２０と第１集電体２０の一方面２０ａに設けられた正極活物質層２２（第１活物質層）とを有する正極１１（第１電極）を有する。本実施形態では、正極ユニットＵ１は、第１集電体２０の一方面２０ａ上に設けられたセパレータ１３を有する。セパレータ１３は、正極活物質層２２を覆うように配置される。セパレータ１３は、基材層１３ａと、基材層１３ａの第１面１３ａａに設けられた第１接着層１３ｂと、基材層１３ａの第２面１３ａｂに設けられた第２接着層１３ｃとを有する。セパレータ１３の縁部１３ｅにおける第１接着層１３ｂは、第１集電体２０の一方面２０ａに対向するように配置される。セパレータ１３の縁部１３ｅにおける第１接着層１３ｂは、第１集電体２０の一方面２０ａに接着されてもよい。本工程において、セパレータ１３の第１接着層１３ｂ及び第２接着層１３ｃに熱硬化性接着剤が含まれる場合、熱硬化性接着剤は未硬化であるが、第１集電体２０の一方面２０ａに対して接着性を有する。

（負極ユニットの準備）
また、図２の（ｂ）に示されるように、負極ユニットＵ２（第２電極ユニット）を準備する。負極ユニットＵ２は、第２集電体２１と第２集電体２１の一方面２１ａに設けられた負極活物質層２３（第２活物質層）とを有する負極１２（第１電極と異なる極性を有する第２電極）と、第２集電体２１の縁部２１ｅに接合された樹脂枠２５（スペーサ）とを有する。樹脂枠２５内に電解液を供給してもよい。

（正極ユニット及び負極ユニットの積層）
次に、図２の（ｃ）に示されるように、負極活物質層２３がセパレータ１３を挟んで正極活物質層２２と対向するように正極ユニットＵ１と負極ユニットＵ２とを交互に積層する。セパレータ１３の縁部１３ｅは、第１集電体２０の一方面２０ａと樹脂枠２５との間に配置される。セパレータ１３の縁部１３ｅにおける第１接着層１３ｂは第１集電体２０の一方面２０ａに対向する。セパレータ１３の縁部１３ｅにおける第２接着層１３ｃは樹脂枠２５に対向する。複数の樹脂枠２５は、正極ユニットＵ１及び負極ユニットＵ２の積層方向において互いに離間して配列される。

（封止体の形成）
次に、図２の（ｄ）に示されるように、正極ユニットＵ１及び負極ユニットＵ２の積層方向において隣り合う樹脂枠２５同士を溶着することによって、正極１１と負極１２との間の空間Ｓを封止する封止体１４ａを形成する。例えば、各樹脂枠２５の外周面２５ｓに熱板を押し当てることによって、隣り合う樹脂枠２５同士を溶着する。

（蓄電装置の充放電）
次に、図３に示されるように、正極１１と負極１２とセパレータ１３とを含む蓄電装置１の充放電を行う（活性化工程）。本実施形態では、正極１１と負極１２とセパレータ１３とを積層方向において拘束した状態で、充放電を行う。積層方向において、一対の拘束部材３０間に蓄電装置１を挟むことによって蓄電装置１を拘束する。一方の拘束部材３０と積層方向の一端に配置された第１集電体２０との間には、第１集電体２０に電気的に接続された正極集電板４０が配置される。正極集電板４０と一方の拘束部材３０との間には絶縁板４１が配置される。他方の拘束部材３０と積層方向の他端に配置された第２集電体２１との間には、第２集電体２１に電気的に接続された負極集電板５０が配置される。負極集電板５０と他方の拘束部材３０との間には絶縁板５１が配置される。

蓄電装置１の充放電（初期充放電）は、例えば一対の拘束部材３０によって拘束された蓄電装置１を恒温槽内に配置し、正極集電板４０と負極集電板５０との間に電流を流すことによって行われる。

活性化工程の後、一対の拘束部材３０による拘束を解除し、蓄電装置１を取り出す。このようにして、蓄電装置１を製造することができる。

本実施形態の蓄電装置１の製造方法によれば、第１接着層１３ｂ及び第２接着層１３ｃが熱硬化性接着剤を含む場合、蓄電装置１の充放電を行う工程において、充放電時の蓄電装置１の発熱（例えば９０℃）により第１接着層１３ｂ及び第２接着層１３ｃがそれぞれ硬化する。その結果、セパレータ１３の縁部１３ｅにおける第１接着層１３ｂは、第１集電体２０の一方面２０ａの接着面２０ａａと接着される。セパレータ１３の縁部１３ｅにおける第２接着層１３ｃは、スペーサ１４と接着される。セパレータ１３の縁部１３ｅは、第１集電体２０の一方面２０ａの接着面２０ａａとスペーサ１４との間に挟まれる。これにより、セパレータ１３の収縮を抑制できる。

第１接着層１３ｂ及び第２接着層１３ｃが熱可塑性接着剤を含む場合、正極ユニット及び負極ユニットの積層工程において、熱圧着により、第１接着層１３ｂが接着面２０ａａと接着され、第２接着層１３ｃがスペーサ１４と接着される。第１接着層１３ｂ及び第２接着層１３ｃが液湿気硬化型接着剤を含む場合、正極ユニット及び負極ユニットの積層工程において、樹脂枠２５内に滴下された電解液の水分との反応によって、第１接着層１３ｂが接着面２０ａａと接着され、第２接着層１３ｃがスペーサ１４と接着される。

図４は、他の実施形態の蓄電装置を示す概略的な断面図である。図４に示される蓄電装置１ａは、図１の蓄電装置１と、一対の拘束板３１と、正極集電板４０と、負極集電板５０とを備える。一対の拘束板３１は、セルスタック５の積層方向において蓄電装置１、正極集電板４０及び負極集電板５０を挟む。一対の拘束板３１同士は、例えばボルト３２及びナット３３等の締結部材によって連結されている。正極集電板４０は、一方の拘束板３１と積層方向の一端に配置された第１集電体２０との間に配置される。正極集電板４０と一方の拘束板３１との間には絶縁板４１が配置される。負極集電板５０は、他方の拘束板３１と積層方向の他端に配置された第２集電体２１との間に配置される。負極集電板５０と他方の拘束板３１との間には絶縁板５１が配置される。

蓄電装置１ａにおいても蓄電装置１と同様の作用効果が得られる。さらに、一対の拘束板３１によって、積層方向においてセルスタック５に拘束荷重を付加できる。蓄電装置１ａは、蓄電装置１と同様の方法により製造され得る。

図５は、他の実施形態の蓄電装置を示す概略的な断面図である。図５に示される蓄電装置１ｂは、セパレータ１３の縁部１３ｅが第１集電体２０の一方面２０ａではなく、第２集電体２１の一方面２１ａに接着されていること以外は図１の蓄電装置１と同じ構成を備える。すなわち、蓄電装置１ｂは、図１の蓄電装置１において正極１１と負極１２とを入れ替え、セパレータ１３を上下反転させた構成を備える。したがって、蓄電装置１ｂでは、第２集電体２１の一方面２１ａが、セパレータ１３の縁部１３ｅにおける第１接着層１３ｂに接着された接着面２１ａａを有する。この場合、セパレータ１３の縁部１３ｅにおける第２接着層１３ｃがスペーサ１４に接着される。

蓄電装置１ｂにおいても蓄電装置１と同様の作用効果が得られる。負極１２では、第２集電体２１とスペーサ１４との界面において、第２集電体２１（例えば銅）を触媒としてスペーサ１４（例えば樹脂）と電解質とが反応してスペーサ１４の腐食が進むことがある。そのような場合であっても、第２集電体２１とスペーサ１４との界面にセパレータ１３の縁部１３ｅが配置されることによって、スペーサ１４の腐食を遅らせることができる。

蓄電装置１ｂは、蓄電装置１と同様の方法により製造され得る。正極ユニットの準備工程では、正極１１と樹脂枠２５とを含む正極ユニットを準備する。負極ユニットの準備工程では、負極１２とセパレータ１３とを含む負極ユニットを準備する。その後、正極ユニットの樹脂枠２５内に電解液を供給した後、正極ユニット及び負極ユニットの積層を行う。

図６は、他の実施形態の蓄電装置の一部を示す概略的な断面図である。図６に示される蓄電装置は、第１集電体２０の一方面２０ａが粗面化されたこと以外は図１の蓄電装置１と同じ構成を備える。粗面化された領域は、接着面２０ａａのみでもよいが、本実施形態では第１集電体２０の一方面２０ａの全体が粗面化されている。第１集電体２０の一方面２０ａの表面粗さ（算術平均粗さＲａ）は、第１集電体２０の他方面２０ｂの表面粗さよりも大きい。第１集電体２０の一方面２０ａの全体が粗面化されている場合は、第１集電体２０の一方面２０ａの全体の表面粗さが第１集電体２０の他方面２０ｂの全体の表面粗さよりも大きければよい。第１集電体２０の接着面２０ａａのみが粗面化されている場合は、第１集電体２０の接着面２０ａａの表面粗さが第１集電体２０の他方面２０ｂの全体の表面粗さよりも大きければよい。一方面２０ａの表面粗さは、例えば５０〜３００μｍである。他方面２０ｂは例えば平滑面であるが、粗面化されてもよい。一方面２０ａには、例えば積層方向に突出した複数の突起２０ｐが設けられている。突起２０ｐは、第１接着層１３ｂ内に配置されている。すなわち、突起２０ｐの高さは第１接着層１３ｂの厚みよりも小さい。第１接着層１３ｂが隣り合う突起２０ｐ間に形成された凹部内に入り込み、アンカー効果が発揮される。

突起２０ｐは、例えば、基端と先端との間において、くびれ部を有する。換言すると、突起２０ｐは、基端と先端との間において、オーバーハング部を有する。さらに換言すると、突起２０ｐは基端側から先端側に向かって径が大きくなる拡張部分と、基端側から先端側に向かって径が小さくなる縮小部分を有している。このくびれ部を有する複数の突起２０ｐにより、アンカー効果をさらに高めることができる。なお、図６は模式図であって、突起２０ｐの大きさ、形状及び密度等は特に限定されない。突起２０ｐは、電解めっきにより形成されてもよいし、エッチングにより形成されてもよい。突起２０ｐは、例えば、基端側から先端側に向かって先細りとなる形状を有してもよい。

図６の蓄電装置では、第１接着層１３ｂと一方面２０ａとの間の接触面積が増大するので、第１接着層１３ｂと一方面２０ａとの間の接着性が向上する。よって、セパレータ１３の収縮をさらに抑制できる。

第１集電体２０の他方面２０ｂは、隣りの蓄電セル２の第２集電体２１の他方面２１ｂと接触する。第１集電体２０の他方面２０ｂ及び第２集電体２１の他方面２１ｂが平滑面であると、第１集電体２０と第２集電体２１との間の接触抵抗が低減する。

図４の蓄電装置１ａにおいても同様に、第１集電体２０の一方面２０ａの表面粗さが、第１集電体２０の他方面２０ｂの表面粗さより大きくてもよい。図５の蓄電装置１ｂにおいても同様に、第２集電体２１の一方面２１ａの表面粗さが、第２集電体２１の他方面２１ｂの表面粗さより大きくてもよい。

以上、本開示の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本開示は上記実施形態に限定されない。

セパレータ１３は、例えば正極活物質層２２又は負極活物質層２３にセパレータ材料を塗布することによって形成されてもよい。第１接着層１３ｂは、基材層１３ａの第１面１３ａａに部分的（非連続的、断続的）に設けられてもよい。第２接着層１３ｃは、基材層１３ａの第２面１３ａｂに部分的（非連続的、断続的）に設けられてもよい。

スペーサ１４は、正極活物質層２２又は負極活物質層２３を囲むように複数の部材が組み合わされた枠であってもよい。スペーサ１４は、第１集電体２０の縁部２０ｅ又は第２集電体２１の縁部２１ｅに沿って不連続に設けられてもよい。この場合、スペーサ１４の材料を少なくできる。

蓄電セル２をスタックしたセルスタック５において、第１集電体２０の縁部２０ｅ及び第２集電体２１の縁部２１ｅはスペーサ１４から露出するように配置されてもよい。この場合、第１集電体２０の縁部２０ｅ及び第２集電体２１の縁部２１ｅがスペーサ１４に埋まっている構成に比べてスペーサ１４の材料を少なくできる。

スペーサ１４の外表面（外周面）には金属層１５が形成されてもよい。金属層１５は、セルスタック５の積層方向の一端に配置された第１集電体２０から積層方向の他端に配置された第２集電体２１まで積層方向に延在している。金属層１５は、例えば接着層１６によりスペーサ１４の外表面にラミネートされてもよいし、接着層１６を介さずにスペーサ１４の外表面に接触するように形成されてもよい。その場合、例えば蒸着により金属層１５を形成してもよいし、金属箔をスペーサ１４の外表面に溶着することによって金属層１５を形成してもよい。金属層１５は、封止体１４ａを形成した後、例えば接着層１６により封止体１４ａの外表面（スペーサ１４の外表面）にラミネートされる。金属層１５の外表面に樹脂層１７を更に形成してもよい。

金属層１５により、スペーサ１４を水蒸気又は酸素等のガスが透過することを抑制できる。その結果、当該ガスに起因する蓄電装置１，１ａ，１ｂの劣化を抑制できる。

スペーサ１４は、絶縁材料として、セラミック等を含んでもよい。スペーサ１４は、例えばゴム等の高弾性を有する材料からなってもよい。

負極ユニットＵ２の準備は、正極ユニットＵ１の準備前に行われてもよいし、正極ユニットＵ１の準備後に行われてもよいし、正極ユニットＵ１の準備と同時に行われてもよい。

正極ユニットＵ１はセパレータ１３を有していなくてもよい。その場合、セパレータ１３は、正極ユニット及び負極ユニットの積層工程において、正極ユニットＵ１と負極ユニットＵ２との間に配置されてもよい。

図３において、拘束を行わずに蓄電装置１の充放電を行ってもよい。

図４の蓄電装置１ａを製造する際に、蓄電装置１ａの充放電を行う活性化工程において、一対の拘束部材３０に代えて、一対の拘束板３１、ボルト３２及びナット３３を用いてもよい。この場合、活性化工程の後に一対の拘束板３１による拘束を解除する必要がない。

１，１ａ，１ｂ…蓄電装置、２…蓄電セル、５…セルスタック（積層体）、１１…正極（第１電極）、１２…負極（第２電極）、１３…セパレータ、１３ａ…基材層、１３ａａ…第１面、１３ａｂ…第２面、１３ｂ…第１接着層、１３ｃ…第２接着層、１３ｅ，２０ｅ，２１ｅ…縁部、１４…スペーサ、１５…金属層、２０…第１集電体、２０ａ，２１ａ…一方面、２０ｂ，２１ｂ…他方面、２０ａａ，２１ａａ…接着面、２１…第２集電体、２２…正極活物質層（第１活物質層）、２３…負極活物質層（第２活物質層）、２５…樹脂枠、３１…拘束板、Ｓ…空間、Ｕ１…正極ユニット（第１電極ユニット）、Ｕ２…負極ユニット（第２電極ユニット）。

Claims (11)

1. 第１集電体と、前記第１集電体の一方面に設けられた正極活物質層と、を有する正極と、
   第２集電体と、前記第２集電体の一方面に設けられた負極活物質層と、を有し、前記負極活物質層が前記正極活物質層と対向するように配置された負極と、
   前記正極と前記負極との間に配置された基材層を有するセパレータと、
   前記第１集電体と前記第２集電体との間に形成され、前記第１集電体及び前記第２集電体の少なくとも一方に接合されたスペーサと、
   を備え、
   前記セパレータは、前記正極活物質層及び前記負極活物質層に対向している中央部と、前記正極活物質層及び前記負極活物質層に対向していない縁部とを有し、
   前記セパレータは、少なくとも前記セパレータの前記縁部において、前記基材層の第１面に設けられた第１接着層と、前記基材層の第２面に設けられた第２接着層と、を有し、
   前記第１集電体及び前記第２集電体のいずれか一方は、前記セパレータの前記縁部における前記第１接着層に接着され、
   前記スペーサは、前記セパレータの前記縁部における前記第２接着層に接着される、蓄電セル。
2. 前記第１接着層及び前記第２接着層は、前記セパレータの前記中央部にそれぞれ設けられる、請求項１に記載の蓄電セル。
3. 前記第１接着層及び前記第２接着層の一方は、前記正極活物質層及び前記負極活物質層の一方に接着され、
   前記第１接着層及び前記第２接着層の他方は、前記正極活物質層及び前記負極活物質層の他方に接着される、請求項１又は２に記載の蓄電セル。
4. 前記スペーサは、前記第１接着層の端面及び前記第２接着層の端面に接着される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電セル。
5. 前記第１接着層及び前記第２接着層の少なくとも一方は、熱硬化性接着剤を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電セル。
6. 前記第１接着層は、前記第２集電体の前記一方面に接着される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄電セル。
7. 前記第１集電体及び前記第２集電体のうち前記第１接着層に接着される集電体において、前記一方面の表面粗さは、前記一方面とは反対側の他方面の表面粗さよりも大きい、請求項１〜６のいずれか一項に記載の蓄電セル。
8. 積層された複数の蓄電セルを含む積層体を備え、
   前記複数の蓄電セルは、請求項１〜７のいずれか一項に記載の蓄電セルを含む、蓄電装置。
9. 前記蓄電セルの前記スペーサの外表面に設けられた金属層を更に備える、請求項８に記載の蓄電装置。
10. 前記積層体の積層方向において前記積層体を挟む一対の拘束板と、
    前記一対の拘束板のそれぞれと前記積層体との間に配置された集電板と、
    を更に備える、請求項８又は９に記載の蓄電装置。
11. 第１集電体と前記第１集電体の一方面に設けられた第１活物質層とを有する第１電極を有する第１電極ユニットを準備する工程と、
    第２集電体と前記第２集電体の一方面に設けられた第２活物質層とを有する第２電極と、前記第２集電体の縁部に接合されたスペーサと、を有する第２電極ユニットを準備する工程であり、前記第２電極が前記第１電極と異なる極性を有する、工程と、
    前記第２活物質層がセパレータを挟んで前記第１活物質層と対向するように前記第１電極ユニットと前記第２電極ユニットとを交互に積層する工程であり、前記セパレータが、基材層と、前記基材層の第１面に設けられた第１接着層と、前記基材層の第２面に設けられた第２接着層と、を有し、前記セパレータの縁部が、前記第２集電体の前記一方面と前記スペーサとの間に配置され、前記セパレータの前記縁部における前記第１接着層が前記第２集電体の前記一方面に対向し、前記セパレータの前記縁部における前記第２接着層が前記スペーサに対向する、工程と、
    前記第１電極ユニット及び前記第２電極ユニットの積層方向において隣り合う前記スペーサ同士を溶着することによって、前記第１電極と前記第２電極との間の空間を封止する封止体を形成する工程と、
    前記封止体を形成した後、前記第１電極と前記第２電極と前記セパレータとを含む蓄電装置の充放電を行う工程と、
    を含む、蓄電装置の製造方法。
    
    

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