JP2022030965A - 蓄電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】特定構造の蓄電装置における集電体に生じる皺を抑制する。【解決手段】蓄電装置１０は、正極集電体２１ａ及び正極活物質層２１ｂを有する正極２１と、負極集電体２２ａ及び負極活物質層２２ｂを有する負極２２と、正極活物質層２１ｂと負極活物質層２２ｂとの間に配置されたセパレータ２３と、正極２１と負極２２との間に液体電解質を収容する密閉空間Ｓを形成するシール部２４とを備える。正極集電体２１ａ及び負極集電体２２ａの一方は、厚さ１μｍ以上５０μｍ以下のアルミニウム箔である。正極集電体２１ａ及び負極集電体２２ａの他方は、厚さ１μｍ以上５０μｍ以下のアルミニウム箔又は厚さ１μｍ以上２５μｍ以下の銅箔である。シール部２４は、熱可塑性ポリオレフィン系樹脂により構成され、熱可塑性ポリオレフィン系樹脂は、接着強度が最大となる溶着温度であるピークトップ温度が１３５℃以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電装置に関する。
特許文献１には、個々に作製された複数の蓄電セルを直列に積層することにより構成される扁平型の蓄電装置が開示されている。上記蓄電セルは、樹脂により構成される正極集電体の片面の中央部に正極活物質層が形成されてなる正極と、樹脂により構成される負極集電体の片面の中央部に負極活物質層が形成されてなり、負極活物質層が正極の正極活物質層と対向するように配置された負極と、正極と負極との間に配置されたセパレータとを備えている。
さらに、上記蓄電セルは、正極と負極との間かつ正極活物質層及び負極活物質層よりも外周側に配置された熱可塑性樹脂からなるシール部を備えている。シール部は、正極集電体と負極集電体との間隔を保持して集電体間の短絡を防止するとともに、正極集電体と負極集電体との間を液密に封止して、正極集電体と負極集電体との間に液体電解質を収容する密閉空間を形成する。
特開２０１７－１６８２５号公報
複数の正極と負極とをセパレータを介して積層した積層型の蓄電セルのエネルギー密度を大きくする方法の一つとして、金属箔などの薄い箔状の集電体を用いることにより、積層方向における活物質層の相対的な割合を増加させる方法が考えられる。しかしながら、上記構成の蓄電装置に箔状の集電体を適用した場合には、集電体の耐力が低下することにより、熱可塑性樹脂からなるシール部の熱溶着時の体積変化によって集電体に皺が生じやすくなる。集電体の皺は、シール部のシール不足による液体電解質の液漏れ、及び集電体間の短絡を生じさせる原因になる。
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、積層方向に隣り合う箔状の集電体と、それら集電体の間に配置されたシール部とによって液体電解質を収容する密閉空間が形成されている蓄電装置に関して、集電体に生じる皺を抑制することにある。
上記の目的を達成する蓄電装置は、正極集電体の第１面に正極活物質層が設けられた正極と、負極集電体の第１面に負極活物質層が設けられてなり、前記負極活物質層が前記正極の前記正極活物質層と対向するように配置された負極と、前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に配置されたセパレータと、前記正極と前記負極との間において、前記正極活物質層及び前記負極活物質層の周囲を囲むように配置されるとともに、前記正極集電体及び前記負極集電体の各第１面に接着されることにより、前記正極と前記負極との間に液体電解質を収容する密閉空間を形成するシール部とを備える蓄電装置であって、前記正極集電体及び前記負極集電体の一方は、厚さ１μｍ以上５０μｍ以下のアルミニウム箔であり、前記正極集電体及び前記負極集電体の他方は、厚さ１μｍ以上５０μｍ以下のアルミニウム箔又は厚さ１μｍ以上２５μｍ以下の銅箔であり、前記シール部は、熱可塑性ポリオレフィン系樹脂により構成され、前記熱可塑性ポリオレフィン系樹脂は、接着強度が最大となる溶着温度であるピークトップ温度が１３５℃以下である。
上記蓄電装置において、前記正極集電体及び前記負極集電体の他方は、厚さ１～２５μｍの銅箔であることが好ましい。
上記蓄電装置において、前記熱可塑性ポリオレフィン系樹脂は、線膨張率が２５×１０－５／℃以下であることが好ましい。
上記蓄電装置において、前記正極と、前記負極と、前記セパレータと、が繰り返し積層された構造を有し、前記正極集電体における前記第１面の反対側の第２面と、前記負極集電体における前記第１面の反対側の第２面とが接触していることが好ましい。
本発明によれば、積層方向に隣り合う箔状の集電体と、それら集電体の間に配置されたシール部とによって液体電解質を収容する密閉空間が形成されている蓄電装置に関して、集電体に生じる皺を抑制することができる。
蓄電装置の断面図。
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１に示す蓄電装置１０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１０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１０は、電気二重層キャパシタであってもよい。本実施形態では、蓄電装置１０がリチウムイオン二次電池である場合を例示する。
図１に示すように、蓄電装置１０は、複数の蓄電セル２０が積層方向にスタック（積層）されたセルスタック３０（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２０の積層方向を単に積層方向という。各蓄電セル２０は、正極２１と、負極２２と、セパレータ２３と、シール部２４とを備える。
正極２１は、正極集電体２１ａと、正極集電体２１ａの第１面２１ａ１に設けられた正極活物質層２１ｂとを備える。積層方向から見た平面視（以下、単に平面視という。）において、正極活物質層２１ｂは、正極集電体２１ａの第１面２１ａ１の中央部に形成されている。平面視における正極集電体２１ａの第１面２１ａ１の周縁部は、正極活物質層２１ｂが設けられていない正極未塗工部２１ｃとなっている。正極未塗工部２１ｃは、平面視において正極活物質層２１ｂの周囲を囲むように配置されている。
負極２２は、負極集電体２２ａと、負極集電体２２ａの第１面２２ａ１に設けられた負極活物質層２２ｂとを備える。平面視において、負極活物質層２２ｂは、負極集電体２２ａの第１面２２ａ１の中央部に形成されている。平面視における負極集電体２２ａの第１面２２ａ１の周縁部は、負極活物質層２２ｂが設けられていない負極未塗工部２２ｃとなっている。負極未塗工部２２ｃは、平面視において正極活物質層２１ｂの周囲を囲むように配置されている。
正極２１及び負極２２は、正極活物質層２１ｂ及び負極活物質層２２ｂが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２１及び負極２２の対向する方向は積層方向と一致している。負極活物質層２２ｂは、正極活物質層２１ｂよりも一回り大きく形成されており、積層方向からみた平面視において、正極活物質層２１ｂの形成領域の全体が負極活物質層２２ｂの形成領域内に位置している。
正極集電体２１ａは、第１面２１ａ１とは反対側の面である第２面２１ａ２を有する。正極２１は、正極集電体２１ａの第２面２１ａ２に正極活物質層２１ｂ及び負極活物質層２２ｂのいずれも形成されていないモノポーラ構造の電極である。負極集電体２２ａは、第１面２２ａ１とは反対側の面である第２面２２ａ２を有する。負極２２は、負極集電体２２ａの第２面２１ａ２に正極活物質層２１ｂ及び負極活物質層２２ｂのいずれも形成されていないモノポーラ構造の電極である。
セパレータ２３は、正極２１と負極２２との間に配置されて、正極２１と負極２２とを隔離することで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部材である。
セパレータ２３は、例えば、液体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る。セパレータ２３を構成する材料としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリエステルなどが挙げられる。セパレータ２３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。
シール部２４は、正極２１の正極集電体２１ａの第１面２２ａ１と、負極２２の負極集電体２２ａの第１面２２ａ１との間、かつ正極集電体２１ａ及び負極集電体２２ａよりも外周側に配置され、正極集電体２１ａ及び負極集電体２２ａの両方に接着されている。シール部２４は、正極集電体２１ａと負極集電体２２ａとの間を絶縁することによって、集電体間の短絡を防止する。
シール部２４は、平面視において、正極集電体２１ａ及び負極集電体２２ａの周縁部に沿って延在するとともに、正極集電体２１ａ及び負極集電体２２ａの周囲を取り囲む枠状に形成されている。シール部２４は、正極集電体２１ａの第１面２１ａ１の正極未塗工部２１ｃと、負極集電体２２ａの第１面２２ａ１の負極未塗工部２２ｃとの間に配置されている。
蓄電セル２０の内部には、枠状のシール部２４、正極２１及び負極２２によって囲まれた密閉空間Ｓが形成されている。密閉空間Ｓには、セパレータ２３及び液体電解質が収容されている。なお、セパレータ２３の周縁部分は、シール部２４に埋まった状態とされている。
シール部２４は、正極２１及び負極２２との間の密閉空間Ｓを封止することにより、密閉空間Ｓに収容された液体電解質の外部への透過を抑制し得る。また、シール部２４は、蓄電装置１０の外部から密閉空間Ｓ内への水分の侵入を抑制し得る。さらに、シール部２４は、例えば、充放電反応等により正極２１又は負極２２から発生したガスが蓄電装置１０の外部に漏れることを抑制し得る。
セルスタック３０は、複数の蓄電セル２０が、正極集電体２１ａの第２面２１ａ２と負極集電体２２ａの第２面２２ａ２とが接触するように重ね合わされた構造を有する。これにより、セルスタック３０を構成する複数の蓄電セル２０が直列に接続されている。
ここで、セルスタック３０においては、積層方向に隣り合う二つの蓄電セル２０により、互いに接する正極集電体２１ａ及び負極集電体２２ａを一つの集電体とみなした疑似的なバイポーラ電極２５が形成される。疑似的なバイポーラ電極２５は、正極集電体２１ａ及び負極集電体２２ａが重ね合わされた構造の集電体と、その集電体の一方側の面に形成された正極活物質層２１ｂと、他方側の面に形成された負極活物質層２２ｂとを含む。
各蓄電セル２０のシール部２４は、正極集電体２１ａと負極集電体２２ａの各縁部よりも外側に延びる外周部分２４ａを有している。外周部分２４ａは、積層方向から見て正極集電体２１ａと負極集電体２２ａの各縁部よりも積層方向に直交する方向に突出している。積層方向に隣り合う蓄電セル２０は、それぞれのシール部２４の外周部分２４ａ同士が接着されることにより一体化している。隣り合うシール部２４同士を接着する方法としては、例えば、熱溶着、超音波溶着又は赤外線溶着など、公知の溶着方法が挙げられる。
蓄電装置１０は、セルスタック３０の積層方向においてセルスタック３０を挟むように配置された、正極通電板４０及び負極通電板５０からなる一対の通電体を備える。正極通電板４０及び負極通電板５０は、それぞれ、導電性に優れた材料で構成される。
正極通電板４０は、積層方向の一端において最も外側に配置された正極２１の正極集電体２１ａの第２面２１ａ２に電気的に接続される。負極通電板５０は、積層方向の他端において最も外側に配置された負極２２の負極集電体２２ａの第２面２２ａ２に電気的に接続される。
正極通電板４０及び負極通電板５０のそれぞれに設けられた端子を通じて蓄電装置１０の充放電が行われる。正極通電板４０を構成する材料としては、例えば、正極集電体２１ａを構成する材料と同じ材料を用いることができる。正極通電板４０は、セルスタック３０に用いられた正極集電体２１ａよりも厚い金属板で構成してもよい。負極通電板５０を構成する材料としては、例えば、負極集電体２２ａを構成する材料と同じ材料を用いることができる。負極通電板５０は、セルスタック３０に用いられた負極集電体２２ａよりも厚い金属板で構成してもよい。
次に、正極集電体２１ａ、負極集電体２２ａ、正極活物質層２１ｂ、負極活物質層２２ｂ、液体電解質、及びシール部２４の詳細について説明する。
＜正極集電体及び負極集電体＞
正極集電体２１ａ及び負極集電体２２ａ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２１ｂ及び負極活物質層２２ｂ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。
正極集電体２１ａ及び負極集電体２２ａの一方は、アルミニウム箔であり、正極集電体２１ａ及び負極集電体２２ａの他方は、アルミニウム箔又は銅箔である。正極集電体２１ａ及び負極集電体２２ａの好ましい一例としては、正極集電体２１ａをアルミニウム箔により構成するとともに、負極集電体２２ａを銅箔により構成した場合が挙げられる。
上記アルミニウム箔の厚さは、１μｍ以上５０μｍ以下であり、１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。薄いアルミニウム箔を用いることにより、蓄電セル２０のエネルギー密度を大きくできる。また、蓄電装置１０の積層方向の高さを低くできる。
上記アルミニウム箔は、ヤング率と箔の厚さの積として算出される耐力が、例えば、７０ＭＰａ・ｍｍ以上であることが好ましく、１０５０ＭＰａ・ｍｍ以下であることが好ましい。
上記銅箔の厚さは、１μｍ以上２５μｍ以下μｍであり、１μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。薄い銅箔を用いることにより、蓄電セル２０のエネルギー密度を大きくできる。また、蓄電装置１０の積層方向の高さを低くできる。
上記銅箔は、ヤング率と箔の厚さの積として算出される耐力が、例えば、１２０ＭＰａ・ｍｍ以上であることが好ましく、１８００ＭＰａ・ｍｍ以下であることが好ましい。
上記アルミニウム箔及び上記銅箔の表面は、公知の保護層により被覆されてもよいし、メッキ処理等の公知の方法により処理されていてもよい。
なお、以下では、正極集電体２１ａ及び負極集電体２２ａを特定しない場合に、単に集電体と記載することがある。
＜正極活物質層及び負極活物質層＞
正極活物質層２１ｂは、リチウムイオンなど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２１ｂ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（ＬｉＦｅＰＯ４）を含む。
負極活物質層２２ｂは、リチウムイオン等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、又は、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）又はソフトカーボン（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２２ｂは炭素系材料としての黒鉛を含む。
正極活物質層２１ｂ及び負極活物質層２２ｂ（以下、単に活物質層ともいう。）はそれぞれ、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、液体電解質等）、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。活物質層の厚さは、例えば２～１５０μｍである。
導電助剤は、正極２１又は負極２２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、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。溶媒又は分散媒には、例えば、水、Ｎ－メチル－２－ピロリドン等が用いられる。
正極集電体２１ａ及び負極集電体２２ａ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２１又は負極２２の熱安定性を向上させるために、活物質層の表面に上記の耐熱層を設けてもよい。
＜シール部＞
シール部２４の厚さは、例えば、５０μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以上８００μｍ以下であることがより好ましい。
シール部２４は、熱可塑性ポリオレフィン系樹脂により構成される。熱可塑性ポリオレフィン系樹脂の種類としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、変性ポリエチレン（変性ＰＥ）、変性ポリプロピレン（変性ＰＰ）、イソプレン、変性イソプレン、ポリブテン、変性ポリブテン、ポリブタジエンが挙げられる。変性ポリエチレンとしては、例えば、酸変性ポリエチレン、エポキシ変性ポリエチレンが挙げられる。変性ポリプロピレンとしては、例えば、酸変性ポリプロピレン、エポキシ変性ポリプロピレンが挙げられる。なお、上記のポリオレフィン系樹脂を二種以上組合せて用いてもよい。
上記熱可塑性ポリオレフィン系樹脂は、ピークトップ温度が１３５℃以下である。熱可塑性ポリオレフィン系樹脂のピークトップ温度は、熱可塑性ポリオレフィン系樹脂を用いた熱溶着によりアルミニウム箔同士又はアルミニウム箔と銅箔とを接着した積層体の接着強度と、熱溶着時の温度である熱溶着温度との関係において、接着強度が最大となるときの熱溶着温度を意味する。接着強度は、１８０°ピール試験により得られる剥離強度を接着幅で除した値である。
なお、シール部２４により接着された正極集電体２１ａと負極集電体２２ａとの間の接着強度は、例えば、０．８Ｎ／ｍｍ以上であることが好ましく、１．０Ｎ／ｍｍ以上であることがより好ましい。
上記熱可塑性ポリオレフィン系樹脂の融点は、例えば、７０℃以上であることが好ましく、９０℃以上であることがより好ましい。
上記熱可塑性ポリオレフィン系樹脂の線膨張率は、例えば、２５×１０－５／℃以下であることが好ましく、１５×１０－５／℃以下であることがより好ましい。上記熱可塑性ポリオレフィン系樹脂の線膨張率が１５×１０－５／℃以下である場合には、集電体に生じる皺を抑制する効果が向上する。
＜液体電解質＞
液体電解質としては、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が挙げられる。電解質塩として、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＦＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）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。
次に、本実施形態の蓄電装置１０の製造方法について説明する。
蓄電装置１０は、電極形成工程と、蓄電セル形成工程と、セルスタック形成工程と順に経ることにより製造される。
＜電極形成工程＞
電極形成工程は、正極２１を形成する正極形成工程と、負極２２を形成する負極形成工程とを有する。
正極形成工程は特に限定されるものではなく、正極集電体２１ａ及び正極活物質層２１ｂを備える正極２１の形成に適用される公知の方法を用いることができる。例えば、正極集電体２１ａとしてのアルミニウム箔の第１面２１ａ１に対して、固化することにより正極活物質層２１ｂとなる正極合材を所定厚みとなるように付着させた後、正極合材に応じた固化処理を行うことにより正極２１を形成することができる。
負極形成工程は特に限定されるものではなく、負極集電体２２ａ及び負極活物質層２２ｂを備える負極２２の形成に適用される公知の方法を用いることができる。例えば、負極集電体２２ａとしての銅箔の第１面２２ａ１に対して、固化することにより負極活物質層２２ｂとなる負極合材を所定厚みとなるように付着させた後、負極合材に応じた固化処理を行うことにより負極２２を形成することができる。
＜蓄電セル形成工程＞
蓄電セル形成工程では、まず、セパレータ２３を間に挟んで正極活物質層２１ｂ及び負極活物質層２２ｂが互いに積層方向に対向するように正極２１及び負極２２を配置するとともに、正極２１と負極２２の間、かつ正極集電体２１ａ及び負極集電体２２ａよりも外周側にシール部２４となるシール材を配置する。シール材としては、例えば、５０μｍ以上１０００μｍ以下の上記熱可塑性ポリオレフィン系樹脂からなる樹脂シートを、シール部２４の平面視形状と同形状に切り出したものを用いる。
その後、シール材を１３５℃以下の温度、好ましくは、シール材を構成する上記熱可塑性ポリオレフィン系樹脂のピークトップ温度となるように加熱して、正極２１、負極２２、及びセパレータ２３とシール材とを熱溶着により接着する。これにより、正極２１、負極２２、セパレータ２３、及びシール部２４が一体化された組立体が形成される。
次に、シール部２４の一部に設けられた注入口を通じて組立体の内部の密閉空間Ｓに液体電解質を注入した後、注入口を封止する。これにより、蓄電セル２０が形成される。
＜セルスタック形成工程＞
セルスタック形成工程では、まず、複数の蓄電セル２０を、正極集電体２１ａの第２面２１ａ２と負極集電体２２ａの第２面２２ａ２とを向い合せるように重ねて積層する。その後、積層方向に隣り合う蓄電セル２０におけるシール部２４の外周部分２４ａ同士を接着することにより複数の蓄電セル２０を一体化する。
次に、積層方向の一端において最も外側に配置された正極２１の正極集電体２１ａの第２面２１ａ２に対して、正極通電板４０を重ねて電気的に接続した状態にて固定する。同様に、積層方向の他端において最も外側に配置された負極２２の負極集電体２２ａの第２面２２ａ２に対して、負極通電板５０を重ねて電気的に接続した状態にて固定する。
本実施形態によれば、以下に記載する効果を得ることができる。
（１）蓄電装置１０は、正極集電体２１ａ及び正極活物質層２１ｂを有する正極２１と、負極集電体２２ａ及び負極活物質層２２ｂを有する負極２２と、正極活物質層２１ｂと負極活物質層２２ｂとの間に配置されたセパレータ２３と、正極２１と負極２２との間に液体電解質を収容する密閉空間Ｓを形成するシール部２４とを備える。
正極集電体２１ａ及び負極集電体２２ａの一方は、厚さ１μｍ以上５０μｍ以下のアルミニウム箔である。正極集電体２１ａ及び負極集電体２２ａの他方は、厚さ１μｍ以上５０μｍ以下のアルミニウム箔又は厚さ１μｍ以上２５μｍ以下の銅箔である。シール部２４は、熱可塑性ポリオレフィン系樹脂により構成される。熱可塑性ポリオレフィン系樹脂は、接着強度が最大となる溶着温度であるピークトップ温度が１３５℃以下である。
上記構成では、集電体の構成材料と、シール部２４の構成材料の組み合わせとして、アルミニウム箔と、ピークトップ温度が１３５℃以下である熱可塑性ポリオレフィン系樹脂とを用いている。これにより、耐力の小さい箔状の集電体を採用した場合に、シール部２４の体積変化に起因して集電体に生じる皺を抑制できる。集電体に生じる皺を抑制することにより、集電体同士の短絡、及びシール部２４により封止されている密閉空間Ｓからの液体電解質の液漏れを抑制する効果が得られる。
（２）シール部２４を構成する熱可塑性ポリオレフィン系樹脂は、線膨張率が２５×１０－５／℃以下である。
上記構成によれば、正極集電体２１ａ及び負極集電体２２ａに生じる皺を抑制する効果が向上する。
（３）正極２１と、負極２２と、セパレータ２３と、が繰り返し積層された構造を有し、正極集電体２１ａにおける第１面２１ａ１の反対側の第２面２１ａ２と、負極集電体２２ａにおける第１面２２ａ１の反対側の第２面２２ａ２とが接触している。
上記構成の蓄電装置１０の場合、正極集電体２１ａ及び負極集電体２２ａに生じた皺は、正極集電体２１ａの第２面２１ａ２と負極集電体２２ａの第２面２２ａ２との接触部分における密着性の低下、及び密着性の低下に伴う接触抵抗の増大を生じさせる原因になる。したがって、正極集電体２１ａ及び負極集電体２２ａに生じる皺を抑制することにより、集電体間の短絡及び液体電解質の液漏れを抑制する効果に加えて、電池性能の低下を抑制する効果も得られる。
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
〇正極集電体２１ａ及び正極活物質層２１ｂの平面視形状は特に限定されるものではない。矩形状等の多角形状であってもよいし、円形や楕円形であってもよい。負極集電体２２ａ及び負極活物質層２２ｂについても同様である。
〇シール部２４の平面視形状は特に限定されるものではなく、矩形状等の多角形状であってもよいし、円形や楕円形であってもよい。
○正極通電板４０と正極集電体２１ａとの間に、両部材間の導電接触を良好にするために、正極集電体２１ａに密着する導電層を配置してもよい。導電層としては、例えば、アセチレンブラック又はグラファイト等のカーボンを含む層、Ａｕ等を含むメッキ層などの正極集電体２１ａよりも低い硬度を有する層が挙げられる。また、負極通電板５０と負極集電体２２ａとの間に同様の導電層を配置してもよい。
〇蓄電装置１０を構成する蓄電セル２０の数は特に限定されない。蓄電装置１０を構成する蓄電セル２０の数は、１であってもよい。
〇正極集電体２１ａの第２面２１ａ２に、正極活物質層２１ｂ又は負極活物質層２２ｂが設けられていてもよい。また、負極集電体２２ａの第２面２２ａ２に、正極活物質層２１ｂ又は負極活物質層２２ｂが設けられていてもよい。
次に、上記実施形態及び変更から把握できる技術的思想を以下に記載する。
（イ）前記蓄電装置の製造方法であって、前記セパレータを間に挟んで前記正極活物質層及び前記負極活物質層が互いに積層方向に対向するように前記正極及び前記負極を配置するとともに、前記正極と前記負極の間、かつ前記正極集電体及び前記負極集電体よりも外周側に、前記熱可塑性ポリオレフィン系樹脂により構成されるシール材を配置し、１３５℃以下の温度で前記シール材を熱溶着させることにより前記シール部を形成する前記蓄電装置の製造方法。
以下に、上記実施形態をさらに具体化した実施例について説明する。
（熱可塑性ポリオレフィン系樹脂のピークトップ温度の測定）
縦１５０ｍｍ×横９０ｍｍの長方形状に切り出した厚さ１５μｍのアルミニウム箔、及び同形状の厚さ１０μｍの銅箔を用意した。アルミニウム箔の上に、縦１５０ｍｍ×横１５ｍｍ×厚さ１００μｍの長方形状のシール材をアルミニウム箔の端部に揃えるように配置した後、更にその上に、アルミニウム箔の端部に揃えるように銅箔を配置することにより積層体を得た。シール材としては、下記の酸変性ポリエチレン樹脂（ＰＥ－Ａ，ＰＥ－Ｂ）及び酸変性ポリプロピレン樹脂（ＰＰ－Ａ，ＰＰ－Ｂ）のいずれかからなる樹脂シートを用いた。
ＰＥ－Ａ：融点９５℃、線膨張率２２×１０－５／℃の酸変性ポリエチレン樹脂
ＰＥ－Ｂ：融点８５℃、線膨張率１３×１０－５／℃の酸変性ポリエチレン樹脂
ＰＰ－Ａ：融点１６０℃、線膨張率１０×１０－５／℃の酸変性ポリプロピレン樹脂
ＰＰ－Ｂ：融点１２０℃、線膨張率１２×１０－５／℃の酸変性ポリプロピレン樹脂
次に、インパルス式シーラーを用いてシール材を加熱することにより、アルミニウム箔と銅箔とをシール材により接着した。インパルス式シーラーによる加熱は、表１及び表２に示す溶着温度となるように電流を設定し、９．９秒間、０．５Ｍｐａの圧力で行った。
接着された積層体を、接着された端部から直交する方向に１５ｍｍの幅で切断して得られた断片を測定サンプルとした。測定サンプルのアルミニウム箔と銅箔とを引き剥がす形式にて、１８０°ピール試験を室温で行うことにより、剥離強度を測定した。そして、下記式（１）に基づいて接着強度を算出した。その結果を表１及び表２に示す。
接着強度（Ｎ／ｍｍ）＝剥離強度（Ｎ）÷１５ｍｍ …（１）
次に、算出した接着強度と溶着温度とをプロットしたグラフ（図示略）から、各熱可塑性ポリオレフィン系樹脂のピークトップ温度Ｔｐを算出した。その結果を表１及び表２に示す。
Figure 2022030965000002
Figure 2022030965000003
 （皺及び短絡の評価）
縦６００ｍｍ×横６０ｍｍの長方形状に切り出した厚さ１５μｍのアルミニウム箔、及び同形状の厚さ１０μｍの銅箔を用意した。アルミニウム箔の上に、縦６００ｍｍ×横１８ｍｍ×厚さ１００μｍの長方形状のシール材をアルミニウム箔の端部に揃えるように配置した後、更にその上に、アルミニウム箔の端部に揃えるように銅箔を配置することにより積層体を得た。用いたシール材の種類は、表３に示すとおりである。
次に、インパルス式シーラーを用いて、シール材を構成する熱可塑性ポリオレフィン系樹脂のピークトップ温度となるようにシール材を加熱することにより、アルミニウム箔と銅箔とをシール材により接着した。接着された積層体から縦１００ｍｍ×横６０ｍｍの範囲を切り出して得られた断片を測定サンプルとした。
測定サンプルのアルミニウム箔及び銅箔の各表面を目視にて観察し、各表面に生じた皺の数を計測した。また、測定サンプルのアルミニウム箔及び銅箔に端子を接続して端子間の電圧を測定することにより、電極抵抗を求めた。それらの結果を表３に示す。なお、表３の電気抵抗欄における「Ｒ．Ｏ．」は、定格出力であることを示す。
（液漏れ試験）
縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍの正方形状に切り出した厚さ１０μｍ又は１５μｍのアルミニウム箔（Ａｌ箔）、及び同形状の厚さ１０μｍ又は３０μｍの銅箔を用意した。アルミニウム箔の上に、縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×幅１０ｍｍの正方形枠状のシール材、及び銅箔を順に積層することにより積層体を得た。用いたシール材の種類は、表３に示すとおりである。
次に、積層体の３辺における幅１０ｍｍの範囲を、インパルス式シーラーを用いて、シール材を構成する熱可塑性ポリオレフィン系樹脂のピークトップ温度となるようにシール材を加熱することにより接着した。未接着の一辺側から積層体内に液体電解質３ｍｌを加えた後、未接着の一辺を真空封止することにより測定サンプルを作製した。液体電解質としては、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジメチルカーボネートを体積比３０：３０：４０で混合した混合溶媒に、ＬｉＰＦ６を１Ｍの濃度となるように溶解させた液体電解質を用いた。
測定サンプルを６０℃にて７日間、放置した。放置の前後において測定サンプルの質量を測定して、放置の前後における測定サンプルの質量差を算出し、この値を液体電解質の液漏れ量とした。その結果を表３に示す。
Figure 2022030965000004
 表３に示すように、シール部を構成する樹脂として、ピークトップ温度Ｔｐが１３５℃を超える樹脂を用いた試験例３及び試験例４では、アルミニウム箔及び銅箔に多くの皺が確認されるとともに、液体電解質の液漏れが確認された。また、試験例３では、アルミニウム箔と銅箔との間に短絡が生じていた。
一方、ピークトップ温度Ｔｐが１３５℃以下の樹脂を用いた試験例１及び試験例２では、試験例３及び試験例４と比較して、アルミニウム箔及び銅箔に生じる皺が大きく低減した。特に、線膨張率が１５×１０－５／℃以下の樹脂を用いた試験例２では、皺が発生しなかった。また、試験例１及び試験例２では、短絡及び液体電解質の液漏れは確認されなかった。また、詳細な結果は省略するが、ピークトップ温度Ｔｐが１３０℃であるＰＰ－Ｂを用いて同様の試験を行った場合にも、アルミニウム箔及び銅箔に生じる皺が大きく低減されるとともに、短絡及び液体電解質の液漏れは確認されなかった。
Ｓ…密閉空間、１０…蓄電装置、２０…蓄電セル、２１…正極、２１ａ…正極集電体、２１ｂ…正極活物質層、２２…負極、２２ａ…負極集電体、２２ｂ…負極活物質層、２３…セパレータ、２４…シール部、３０…セルスタック、４０…正極通電板、５０…負極通電板。

Claims (4)

  1. 正極集電体の第１面に正極活物質層が設けられた正極と、
    負極集電体の第１面に負極活物質層が設けられてなり、前記負極活物質層が前記正極の前記正極活物質層と対向するように配置された負極と、
    前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に配置されたセパレータと、
    前記正極と前記負極との間において、前記正極活物質層及び前記負極活物質層の周囲を囲むように配置されるとともに、前記正極集電体及び前記負極集電体の各第１面に接着されることにより、前記正極と前記負極との間に液体電解質を収容する密閉空間を形成するシール部とを備える蓄電装置であって、
    前記正極集電体及び前記負極集電体の一方は、厚さ１μｍ以上５０μｍ以下のアルミニウム箔であり、
    前記正極集電体及び前記負極集電体の他方は、厚さ１μｍ以上５０μｍ以下のアルミニウム箔又は厚さ１μｍ以上２５μｍ以下の銅箔であり、
    前記シール部は、熱可塑性ポリオレフィン系樹脂により構成され、
    前記熱可塑性ポリオレフィン系樹脂は、接着強度が最大となる溶着温度であるピークトップ温度が１３５℃以下であることを特徴とする蓄電装置。
  2. 前記正極集電体及び前記負極集電体の他方は、厚さ１～２５μｍの銅箔である請求項１に記載の蓄電装置。
  3. 前記熱可塑性ポリオレフィン系樹脂は、線膨張率が２５×１０－５／℃以下である請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。
  4. 前記正極と、前記負極と、前記セパレータと、が繰り返し積層された構造を有し、前記正極集電体における前記第１面の反対側の第２面と、前記負極集電体における前記第１面の反対側の第２面とが接触している請求項１～３のいずれか一項に記載の蓄電装置。
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