JP2022075283A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】活物質の膨張収縮及び拘束部材から付与される拘束荷重に起因して正極集電体が変形することを抑制する。【解決手段】シール部材５０は、積層方向Ｚにおいて正極集電体２２と負極集電体３２との間に配置されている。拘束部材６０は、積層方向Ｚにおいて、セルスタック１１の一端に位置する正極２１と、セルスタック１１の他端に位置する負極３１と、に拘束荷重を付与する。接着層２４は、正極集電体２２の正極集電体前面２２ａに配置されている。正極活物質層２３は、積層方向Ｚにおいて正極集電体２２に並ぶように接着層２４に固定する。負極活物質層３３は、積層方向Ｚにおける負極集電体３２の負極集電体前面３２ａに配置されるとともに、積層方向Ｚにおける平面視において正極活物質層２３よりも大きい。接着層２４は、積層方向Ｚからみた平面視において、負極活物質層３３よりも大きく、且つ正極活物質層２３の全体と重なっている。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電装置に関する。

特許文献１に記載の蓄電装置は、セルスタック及びシール部材を備えている。セルスタックは、複数のバイポーラ電極が積層方向において重なり合って構成されている。バイポーラ電極は、積層方向における集電体の一方の面に正極活物質層を備えるとともに、積層方向における集電体の他方の面に負極活物質層を備えている。シール部材は、積層方向において２つの集電体の間に配置されている。

また、蓄電装置の電池特性の確保等のために、拘束部材からセルスタックに拘束荷重を付与することが知られている。

特開２００６－１６４７８２号公報

ところで、集電体のうち、一面に正極活物質層を備えない部分は、その他の部分よりも強度が低くなる。同様に、集電体のうち、一面に負極活物質層を備えない部分は、その他の部分よりも強度が低くなる。そのため、活物質の膨張収縮及び拘束部材からセルスタックへの拘束荷重の作用に伴って、集電体の一面に正極活物質層を備えない部分は、集電体のその他の部分よりも変形しやすい。同様に、集電体の一面に負極活物質層を備えない部分は、集電体のその他の部分よりも変形しやすい。集電体の変形が繰り返されるため、集電体の耐久性が懸念される。

上記課題を解決する蓄電装置は、金属製の正極集電体を有する正極と、金属製の負極集電体を有する負極と、が積層方向において重なり合うセルスタックと、前記積層方向において前記正極集電体と前記負極集電体との間に配置されるシール部材と、前記積層方向において、前記セルスタックの一端に位置する前記正極と、前記セルスタックの他端に位置する前記負極と、に拘束荷重を付与する拘束部材と、を備える蓄電装置であって、前記正極は、前記積層方向における前記正極集電体の一面である正極集電体前面に配置されるとともに、結着剤を含む導電性の接着層と、前記積層方向において前記正極集電体に並ぶように前記接着層に固定するとともに、正極活物質を含む正極活物質層と、を備え、前記負極は、負極活物質を含む負極活物質層を備え、前記負極活物質層は、前記積層方向における前記負極集電体の一面である負極集電体前面に配置されるとともに、前記積層方向における平面視において前記正極活物質層よりも大きく、前記接着層は、前記正極活物質を含まないとともに、前記積層方向からみた平面視において、前記負極活物質層よりも大きく、且つ前記正極活物質層の全体と重なっていることを特徴とする。

活物質の膨張収縮及び拘束部材から正極に付与される拘束荷重に起因して、正極集電体のなかで、とくに正極活物質層の周縁部と積層方向において並ぶ部分に応力が集中しやすい。上記構成によれば、接着層は、積層方向からみた平面視において、正極活物質層よりも大きく、且つ正極活物質層の全体と重なっている。そのため、上記の応力が集中しやすい正極集電体の部分を含んで、正極集電体前面を接着層によって覆うことができる。正極集電体前面を接着層によって覆うことにより、正極集電体前面が覆われずに露出する場合と比較して、正極集電体の強度を向上できる。正極活物質層の周縁部と積層方向において並ぶ正極集電体の部分が、接着層で覆われるため変形しにくくなる。したがって、活物質の膨張収縮及び拘束部材から付与される拘束荷重に起因して正極集電体が変形することを抑制できる。

また、活物質の膨張収縮及び拘束部材から負極に付与される拘束荷重に起因して、負極集電体のなかで、とくに負極活物質層の周縁部と積層方向において並ぶ部分に応力が集中しやすい。そのため、正極集電体のうち、負極集電体における上記の応力が集中しやすい部分と積層方向において並ぶ部分においても同様に応力が集中しやすい。

上記構成によれば、接着層は、積層方向から見た平面視において負極活物質層よりも大きい。そのため、負極活物質層の周縁部と積層方向において並ぶ正極集電体の部分を含んで、正極集電体前面を接着層によって覆うことができる。したがって、活物質の膨張収縮及び拘束部材から付与される拘束荷重に起因して正極集電体が変形することをさらに抑制できる。

蓄電装置において、前記シール部材は、前記正極集電体前面に固定し、前記接着層は、前記正極集電体前面のうち、前記シール部材が固定する領域を除く部分に配置されてもよい。

上記構成によれば、積層方向におけるシール部材と正極集電体前面との間に接着層が位置しないため、正極集電体前面に対するシール部材のシール性を向上できる。
蓄電装置において、前記積層方向において前記正極集電体前面の反対に位置する前記正極集電体の一面を正極集電体裏面とするとともに、前記積層方向において前記負極集電体前面の反対に位置する前記負極集電体の一面を負極集電体裏面とするとき、前記正極集電体裏面と前記負極集電体裏面とは前記積層方向において隣接しており、前記シール部材は、前記負極集電体前面に固定し、前記接着層は、前記積層方向において、前記負極集電体前面における前記シール部材が固定する領域と並んでいてもよい。

上記構成によれば、積層方向において互いに隣接する正極集電体及び負極集電体を、接着層及びシール部材によって積層方向における両側から覆うことができる。したがって、正極集電体に加えて負極集電体の強度を向上できるため、活物質の膨張収縮及び拘束部材から付与される拘束荷重に起因して負極集電体が変形することを抑制できる。

蓄電装置において、前記積層方向における前記セルスタックの一端に位置する前記正極において、前記拘束部材から受ける拘束荷重の領域を荷重領域とするとき、前記接着層は、前記積層方向における前記セルスタックの一端に位置する前記正極において、前記積層方向から見た平面視で前記荷重領域よりも大きく、且つ前記荷重領域の全体と重なっていてもよい。

積層方向におけるセルスタックの一端に位置する正極において、正極集電体の荷重領域に拘束部材から拘束荷重が作用する。このセルスタックの一端に位置する正極における正極集電体のうち、荷重領域と荷重領域以外の領域との境界部分に応力が集中しやすい。

上記構成によれば、接着層は、積層方向におけるセルスタックの一端に位置する正極において、積層方向から見た平面視で荷重領域よりも大きく、且つ荷重領域の全体と重なっている。そのため、セルスタックの一端に位置する正極において、上記の応力が集中しやすい正極集電体の部分を含んで、正極集電体前面を接着層によって覆うことができる。したがって、拘束部材から付与される拘束荷重に起因して、セルスタックの一端に位置する正極における正極集電体が変形することを抑制できる。

この発明によれば、活物質の膨張収縮及び拘束部材から付与される拘束荷重に起因して正極集電体が変形することを抑制できる。

蓄電装置を示す断面図。 正極を示す平面図。 負極を示す平面図。

以下、蓄電装置を具体化した実施形態について、図１～図３を用いて説明する。なお、特に断らない限り、本実施形態に記載された数値範囲「ｘ～ｙ」は、下限値ｘ及び上限値ｙをその範囲に含む。そして、これらの上限値及び下限値、並びに本実施形態中に列記した数値も含めてそれらを任意に組み合わせることで数値範囲を構成し得る。さらに数値範囲内から任意に選択した数値を上限値及び下限値とすることができる。蓄電装置は、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。本実施形態の蓄電装置はリチウムイオン二次電池である。

図１に示すように、蓄電装置１０は、セルスタック１１を備える。また、蓄電装置１０は、正極通電板１２ａと、負極通電板１２ｂと、を備える。正極通電板１２ａ及び負極通電板１２ｂは、セルスタック１１を挟んで互いに対向している。正極通電板１２ａ及び負極通電板１２ｂは、良導電性材料で構成されている。セルスタック１１、正極通電板１２ａ、及び負極通電板１２ｂは、積層方向Ｚに積層している。積層方向Ｚは、正極通電板１２ａ及び負極通電板１２ｂにおける外面のうち、セルスタック１１と隣接する外面に垂直をなす方向である。正極通電板１２ａ及び負極通電板１２ｂは、積層方向Ｚに直交する方向に延びる矩形板状である。セルスタック１１は、複数の蓄電セル２０が積層方向Ｚに積層された積層体である。

正極通電板１２ａ及び負極通電板１２ｂは、それぞれセルスタック１１と電気的に接続している。図示は省略しているが、正極通電板１２ａ及び負極通電板１２ｂの各々には端子が接続されている。この端子を通じて蓄電装置１０の充放電が行われる。

各蓄電セル２０は、正極２１及び負極３１を備える。言い換えると、セルスタック１１は、正極２１及び負極３１を備えるともいえる。
正極２１は、金属製の正極集電体２２を有する。正極２１は、結着剤を含む導電性の接着層２４と、正極活物質を含む正極活物質層２３と、を備える。接着層２４は、積層方向Ｚにおける正極集電体２２の一面である正極集電体前面２２ａに配置されている。正極活物質層２３は、積層方向Ｚにおいて正極集電体２２に並ぶように接着層２４に固定している。接着層２４は、積層方向Ｚにおける正極集電体２２と正極活物質層２３との間に位置している。正極活物質層２３及び接着層２４のどちらとも、積層方向Ｚにおける正極集電体前面２２ａの裏面である正極集電体裏面２２ｂには位置しない。

負極３１は、金属製の負極集電体３２を有する。負極３１は、負極活物質を含む負極活物質層３３を備える。負極活物質層３３は、積層方向Ｚにおける負極集電体３２の一面である負極集電体前面３２ａに配置されている。負極活物質層３３は、積層方向Ｚにおける負極集電体前面３２ａの裏面である負極集電体裏面３２ｂには位置しない。

正極集電体２２及び負極集電体３２は、積層方向Ｚから見た平面視で同じ面積を有する長方形状をなす。正極集電体２２と負極集電体３２とは、積層方向Ｚにおいて重なり合っている。すなわち、セルスタック１１において、正極２１と負極３１とが積層方向Ｚにおいて重なり合うといえる。正極集電体裏面２２ｂと負極集電体裏面３２ｂとは積層方向Ｚにおいて隣接している。正極集電体２２及び負極集電体３２は、積層方向Ｚから見た平面視で、互いの縁部が重なっている。

図２に示すように、正極活物質層２３及び接着層２４は、積層方向Ｚから見た平面視で、正極集電体２２よりも小さい長方形状をなす。正極集電体２２を積層方向Ｚから見た平面視で、正極集電体２２の長辺が延びる方向を第１方向Ｘといい、正極集電体２２の短辺が延びる方向を第２方向Ｙという。なお、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙは、積層方向Ｚに直交する直交方向である。以下では、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙを直交方向ともいう。第１方向Ｘと第２方向Ｙとは互いに直交する。

図３に示すように、負極活物質層３３は、積層方向Ｚから見た平面視で、負極集電体３２よりも小さく、且つ正極活物質層２３よりも大きい長方形状をなす。負極集電体３２を積層方向Ｚから見た平面視で、負極集電体３２の長辺は第１方向Ｘに延びており、負極集電体３２の短辺は第２方向Ｙに延びている。

図１に示すように、各蓄電セル２０は、セパレータ４０を備える。セパレータ４０は、積層方向Ｚにおける正極活物質層２３と負極活物質層３３との間に位置する。積層方向Ｚにおいて、セパレータ４０を介して、正極活物質層２３と負極活物質層３３とは対向している。セパレータ４０は、積層方向Ｚから見た平面視で、正極活物質層２３の全体及び負極活物質層３３の全体を覆っている。

セパレータ４０は、正極２１と負極３１とを隔離する。セパレータ４０は、正極２１及び負極３１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４０は、接着剤などによって正極活物質層２３及び負極活物質層３３に接着していてもよい。ホットプレス等の公知の手法により蓄電セル２０に加圧することで、セパレータ４０を正極活物質層２３及び負極活物質層３３に接着してもよい。

蓄電装置１０はシール部材５０を備える。シール部材５０は、樹脂製である。シール部材５０は、積層方向Ｚにおいて正極集電体２２と負極集電体３２との間に配置されている。シール部材５０は、絶縁材料を含み、正極集電体２２と負極集電体３２との間を絶縁することによって、それら両集電体間の短絡を防止する。

シール部材５０を積層方向Ｚから見た平面視において、シール部材５０は４つの縁部を有する四角枠状をなしている。シール部材５０は、直交方向において正極活物質層２３及び負極活物質層３３を囲んでいる。詳細には、図１に図示するように、シール部材５０の２つの縁部は、第１方向Ｘにおいて正極活物質層２３及び負極活物質層３３を囲んでいる。図１において図示は省略しているが、シール部材５０の２つの縁部は、第２方向Ｙにおいて正極活物質層２３及び負極活物質層３３を囲んでいる。

シール部材５０は、積層方向Ｚにおける正極集電体２２と負極集電体３２との間に位置するシール本体部５６と、正極集電体２２と負極集電体３２との間の領域外にシール本体部５６から延びるシール延設部５７と、を備える。またシール本体部５６は、四角枠から負極活物質層３３に向けて伸びており、かつ負極集電体３２に沿う凸部５６ａを備える。シール延設部５７は、積層方向Ｚに並ぶ全ての正極集電体２２の周縁部と、積層方向Ｚに並ぶ全ての負極集電体３２の周縁部と、を覆っている封止体５７ａを備える。セパレータ４０の端部は、積層方向Ｚにおけるシール本体部５６と正極集電体２２の間あるいはシール本体部５６と負極集電体３２との間に位置してもよい。

セルスタック１１として積層する前の蓄電セル２０において、シール部材５０の前駆体は、図１に一点鎖線で示すように、互いに積層方向Ｚにおいて重なり合う第１シール前駆体５８及び第２シール前駆体５９を備える。第１シール前駆体５８は、積層方向Ｚにおいて正極集電体２２寄りに位置する。第２シール前駆体５９は、積層方向Ｚにおいて負極集電体３２寄りに位置する。第１シール前駆体５８及び第２シール前駆体５９は、それぞれ積層方向Ｚにおける正極集電体２２と負極集電体３２との間に位置する本体部と、正極集電体２２と負極集電体３２との間の領域外に本体部から延びる延設部と、を備える。

セルスタック１１として複数の蓄電セル２０を積層した状態で、シール部材５０の前駆体を加熱することで、積層方向Ｚに隣り合う第１シール前駆体５８と第２シール前駆体５９が接合され、シール部材５０が形成される。積層方向Ｚに隣り合う蓄電セル２０は、シール延設部５７によって一体化している。積層方向Ｚにおいて積層する全ての蓄電セル２０のシール延設部５７が一体化している。なお、接合方法としては、例えば、熱溶着、超音波溶着、及び赤外線溶着等が挙げられる。図１では、１つの蓄電セル２０における第１シール前駆体５８及び第２シール前駆体５９を一点鎖線で示し、その他の蓄電セル２０におけるシール部材５０の一点鎖線での図示を省略している。

シール部材５０は、正極集電体前面２２ａ及び負極集電体前面３２ａに固定している。正極集電体２２及び負極集電体３２へのシール部材５０の固定手段としては、例えば熱溶着や、接着剤による接着等を採用可能である。

正極集電体前面２２ａにおけるシール部材５０を固定する領域を第１固定領域Ｒ１という。負極集電体前面３２ａにおけるシール部材５０を固定する領域を第２固定領域Ｒ２という。第１固定領域Ｒ１の直交方向における寸法を第１寸法Ｌ１、第２固定領域Ｒ２の直交方向における寸法を第２寸法Ｌ２とすると、図１に図示するように、第１方向Ｘにおいて、第２寸法Ｌ２は第１寸法Ｌ１よりも大きい。第２方向Ｙにおいても同様に、第２寸法Ｌ２は第１寸法Ｌ１よりも大きい。第２寸法Ｌ２が第１寸法Ｌ１よりも大きいため、第２固定領域Ｒ２は第１固定領域Ｒ１よりも大きい。

蓄電セル２０の各々の内部には、積層方向Ｚにおいて隣り合う正極集電体２２及び負極集電体３２と、シール部材５０と、によって空間Ｓが区画形成されている。空間Ｓには、正極活物質層２３、負極活物質層３３、セパレータ４０、及び電解液が収容されている。

シール部材５０は、正極２１と負極３１との間の空間Ｓを封止する封止部としても機能する。シール部材５０は、空間Ｓに収容された電解液が蓄電装置１０の外部に漏れることを防止し得る。シール部材５０は、蓄電装置１０の外部から空間Ｓへと水分が侵入することを防止し得る。さらに、シール部材５０は、例えば充放電反応等により正極２１又は負極３１から発生したガスが蓄電装置１０の外部に漏れることを防止し得る。

セルスタック１１を構成する複数の正極２１のなかで、積層方向Ｚにおける一端に位置する正極２１は、積層方向Ｚにおいてセルスタック１１の一端に位置する。セルスタック１１を構成する複数の負極３１のなかで、積層方向Ｚにおける他端に位置する負極３１は、積層方向Ｚにおいてセルスタック１１の他端に位置する。なお、以下では、積層方向Ｚにおいて、セルスタック１１の一端に位置する正極２１を最外正極１２１という。積層方向Ｚにおいて、セルスタック１１の他端に位置する負極３１を最外負極１３１という。

セルスタック１１の積層方向Ｚにおける外郭は、最外正極１２１の正極集電体２２及び最外負極１３１の負極集電体３２によって構成される。なお、シール部材５０は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにおいて、複数の正極集電体２２及び複数の負極集電体３２を囲んでいる。そのため、シール部材５０は、最外正極１２１の正極集電体２２及び最外負極１３１の負極集電体３２と共に、セルスタック１１の外郭を構成している。

正極通電板１２ａは、最外正極１２１の正極集電体２２に電気的に接続する。正極通電板１２ａは、最外正極１２１における、正極集電体２２の正極集電体裏面２２ｂに接している。負極通電板１２ｂは、最外負極１３１の負極集電体３２に電気的に接続する。負極通電板１２ｂは、最外負極１３１における、負極集電体３２の負極集電体裏面３２ｂに接している。

蓄電装置１０は拘束部材６０を備えている。拘束部材６０は、積層方向Ｚにおいて対をなして位置している。一方の拘束部材６０は、積層方向Ｚにおいて正極通電板１２ａに隣接する。他方の拘束部材６０は、積層方向Ｚにおいて負極通電板１２ｂに隣接する。拘束部材６０は、積層方向Ｚにおける両側から、セルスタック１１、正極通電板１２ａ、及び負極通電板１２ｂを拘束している。

最外正極１２１の正極集電体２２は、正極通電板１２ａを介して拘束部材６０からの拘束荷重を受ける。最外負極１３１の負極集電体３２は、負極通電板１２ｂを介して拘束部材６０からの拘束荷重を受ける。これにより、拘束部材６０は、最外正極１２１と最外負極１３１とに拘束荷重を付与する。拘束部材６０は、セルスタック１１、正極通電板１２ａ、及び負極通電板１２ｂに積層方向Ｚにおける拘束荷重を付与する。

なお、最外正極１２１において拘束部材６０から受ける拘束荷重の領域は、最外正極１２１の正極集電体２２のうち、正極通電板１２ａと積層方向Ｚにおいて重なる領域に相当する。こうした最外正極１２１において、拘束部材６０から受ける拘束荷重の領域を荷重領域Ｒ３とする。

正極通電板１２ａ及び負極通電板１２ｂは、積層方向Ｚにおける平面視において、正極活物質層２３及び負極活物質層３３よりも大きく、且つ正極活物質層２３及び負極活物質層３３の各々の全体を覆っている。そのため、拘束部材６０からセルスタック１１に付与される拘束荷重は、正極通電板１２ａ及び負極通電板１２ｂを介して、セルスタック１１に位置する全ての正極活物質層２３及び負極活物質層３３に付与される。これにより、セパレータ４０を介して積層方向Ｚに隣り合う正極活物質層２３及び負極活物質層３３は、セパレータ４０を介して互いに密接している。積層方向Ｚに隣り合う正極集電体２２及び負極集電体３２は、互いに密接している。

次に、蓄電装置１０を構成する各種部材について、材料及び構成の詳細を説明する。
セパレータ４０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。セパレータ４０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、及びポリエステルなどが挙げられる。セパレータ４０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、耐熱層としてのセラミック層等を有してもよい。セパレータ４０は、電解質が含浸されてもよく、セパレータ４０自体を高分子電解質又は無機型電解質等の電解質で構成してもよい。

セパレータ４０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である電解液、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等が挙げられる。

セパレータ４０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、及び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。

シール部材５０を構成する材料としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、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）等、種々の樹脂材料が挙げられる。

正極集電体２２及び負極集電体３２は、化学的に不活性な電気伝導体である。正極集電体２２は、金属材料を含む１以上の層を含む複数層を備えてもよい。
正極集電体前面２２ａ及び負極集電体前面３２ａの少なくとも一方に、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。正極集電体２２及び負極集電体３２は、例えば、板状、箔状、シート状、フィルム状、及びメッシュ状等の形態に形成されていてもよい。

正極集電体２２及び負極集電体３２を構成する金属材料としては、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン又はステンレス鋼等を用いることができる。ステンレス鋼としては、例えばＪＩＳＧ４３０５：２０１５にて規定されるＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０１、及びＳＵＳ３０４等が挙げられる。正極集電体２２及び負極集電体３２の少なくとも一方は、上記金属材料の合金箔又はクラッド箔であってもよい。正極集電体２２及び負極集電体３２を箔状とする場合、各々の厚みは、例えば、１～１００μｍであってもよい。

正極通電板１２ａを構成する材料には、正極集電体２２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１２ｂを構成する材料には、負極集電体３２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１２ａ及び負極通電板１２ｂは、正極集電体２２及び負極集電体３２よりも厚い金属板で構成してもよい。

正極活物質層２３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、及びポリアニオン系化合物等、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。

負極活物質層３３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、負極活物質としては、リチウム、炭素、金属化合物、及び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、ハードカーボン（難黒鉛化性炭素）、及びソフトカーボン（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。

正極活物質層２３及び負極活物質層３３を単に活物質層ともいう。活物質層は、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）、及び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、当該成分の配合比、及び活物質層の厚さは、リチウムイオン二次電池についての従来公知の知見を適宜参照して設定可能である。活物質層の厚みは、例えば１００～８００μｍである。正極活物質層２３の厚みは、例えば２００～８００μｍである。負極活物質層３３の厚みは、例えば１００～６００μｍである。負極集電体前面３２ａ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及び負極３１の熱安定性を向上させるために、正極集電体前面２２ａ、負極集電体前面３２ａ、又は活物質層の前面に、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２１又は負極３１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、及びグラファイト等である。
結着剤は、正極集電体２２又は負極集電体３２に対する活物質の結着性を向上させるために添加される。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。

本実施形態の正極集電体２２はアルミニウム箔である。このアルミニウム箔は、工業用純アルミニウムからなり、例えば、引張強さ１８０～２３０ＭＰａ、伸び率４．５～５．０％である。正極活物質層２３に含まれる正極活物質は、オリビン型リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）である。上記アルミニウム箔の厚さは、１μｍ以上３０μｍ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Ｚの高さを低くできる。

本実施形態の負極集電体３２は銅箔である。この銅箔は、引張強さ３２０～３６０ＭＰａ、伸び率３～２０％である。負極活物質層３３に含まれる負極活物質は、黒鉛である。上記銅箔の厚さは、１μｍ以上２５μｍ以下であり、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Ｚの高さを低くできる。

本実施形態の接着層２４は正極活物質を含まない。接着層２４は、導電助剤及び結着剤によって構成してもよい。接着層２４に含まれる導電助剤は、例えばカーボンブラックである。接着層２４に含まれる結着剤は、例えばポリフッ化ビニリデンである。接着層２４における導電助剤と結着剤との配合比は、８：２～２：８とすることが好ましい。

接着層２４の厚さは、上記アルミニウム箔の厚さに対して、１／１０以上１／２以下であることが好ましい。接着層２４の厚さは、３μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。接着層２４の厚さを薄くすることにより、蓄電装置１０の積層方向Ｚの高さを低くできる。

次に、正極２１の製造手順の一例について説明する。
正極２１の製造に際しては、一方の面に正極活物質層２３を有するキャリア箔と、一方の面に接着層２４の前駆体を有する金属箔と、を用意する。キャリア箔は、高強度の材料である。例えば、キャリア箔はステンレス箔であってもよい。金属箔は、正極集電体２２と同材料からなる箔である。接着層２４の前駆体は、半乾状態のペースト状である。接着層２４の前駆体は、例えば、乾燥工程を経てはいるが、絶乾状態ではない。接着層２４の前駆体は、例えば、金属箔に塗工されることによって金属箔の一方の面に形成される。

正極活物質層２３と接着層２４の前駆体とが重なるように、キャリア箔と金属箔とを重ね合わせる。この状態で、例えばローラ等によってキャリア箔及び金属箔を押圧することにより、正極活物質層２３を接着層２４の前駆体に押し付ける。正極活物質層２３は、キャリア箔から剥がれるとともに、キャリア箔から金属箔に転写される。その後、例えばヒータ等を用いて接着層２４の前駆体を硬化させることにより、接着層２４は前駆体から成形体となる。金属箔上に正極活物質層２３及び接着層２４が形成される。

接着層２４の前駆体に正極活物質層２３が押し付けられることにより、接着層２４のうち、正極活物質層２３と重なっている部分の密度が高くなる。接着層２４のうち、正極活物質層２３と重なっていない部分は、正極活物質層２３と重なっている部分よりも積層方向Ｚにおいて盛り上がった形状となるとともに、密度が低くなる。正極２１に成形体においては、こうした積層方向Ｚに盛り上がった接着層２４の部分が、正極活物質層２３の周りを囲むように位置する。

蓄電装置１０の充放電時に生じる正極活物質層２３の膨張が、上記の盛り上がった接着層２４の部分によって緩和される。正極活物質層２３の膨張が緩和されることで、正極活物質層２３の膨張が正極集電体２２に伝わりにくくなる。したがって、蓄電装置１０の充放電時における正極集電体２２の変形を抑制できる。

次に、接着層２４についてさらに詳細に説明する。
図２に示すように、接着層２４は、正極集電体前面２２ａのうち、シール部材５０が固定する第１固定領域Ｒ１を除く部分に配置されている。接着層２４は、第１固定領域Ｒ１を除く正極集電体前面２２ａの全体を覆っている。

蓄電セル２０の製造時、シール部材５０の前駆体の積層後に正極２１を積層するか、正極２１の積層後にシール部材５０の前駆体を積層することで、シール部材５０の前駆体と正極集電体２２とが積層方向Ｚに並べられる。このとき、第１シール前駆体５８の内周端面と接着層２４の周縁部とが接するため、第１シール前駆体５８と接着層２４とによって、シール部材５０の前駆体と正極２１との位置決めができる。

また、積層方向Ｚから見た平面視において、正極活物質層２３及び最外正極１２１における荷重領域Ｒ３の大きさは、第１固定領域Ｒ１を除いた正極集電体前面２２ａの領域よりも小さい。そのため、接着層２４は、積層方向Ｚから見た平面視において、正極活物質層２３よりも大きく、且つ正極活物質層２３の全体と重なっている。接着層２４は、最外正極１２１において、積層方向Ｚから見た平面視で荷重領域Ｒ３よりも大きく、且つ荷重領域Ｒ３の全体と重なっている。

図３に示すように、接着層２４は、積層方向Ｚから見た平面視において負極活物質層３３よりも大きい。積層方向Ｚから見た平面視において、接着層２４の周端部は、シール部材５０が固定する負極集電体前面３２ａの第２固定領域Ｒ２と重なっている。すなわち、接着層２４は、積層方向Ｚにおいて第２固定領域Ｒ２と並んでいる。

次に、本実施形態の作用について説明する。
活物質の膨張収縮及び拘束部材６０から正極２１に付与される拘束荷重に起因して、正極集電体２２のなかで、とくに正極活物質層２３の周縁部と積層方向Ｚにおいて並ぶ部分に応力が集中しやすい。本実施形態の接着層２４は、積層方向Ｚからみた平面視において、正極活物質層２３よりも大きく、且つ正極活物質層２３の全体と重なっている。そのため、上記の応力が集中しやすい正極集電体２２の部分を含んで、正極集電体前面２２ａを接着層２４によって覆うことができる。正極集電体前面２２ａを接着層２４によって覆うことにより、正極集電体前面２２ａが覆われずに露出する場合と比較して、正極集電体２２の強度を向上できる。

上記実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）接着層２４は、積層方向Ｚからみた平面視において、正極活物質層２３よりも大きく、且つ正極活物質層２３の全体と重なっている。そのため、正極活物質層２３の周縁部と積層方向Ｚにおいて並ぶ正極集電体２２の部分が、接着層２４で覆われるため変形しにくくなる。同様に、正極活物質層２３の周縁部と積層方向Ｚにおいて並ぶ負極活物質層３３の部分及び負極集電体３２の部分も変形し難くなる。したがって、活物質の膨張収縮及び拘束部材６０から付与される拘束荷重に起因して正極集電体２２、負極活物質層３３、及び負極集電体３２が変形することを抑制できる。

また、活物質の膨張収縮及び拘束部材６０から負極３１に付与される拘束荷重に起因して、負極集電体３２のなかで、とくに負極活物質層３３の周縁部と積層方向Ｚにおいて並ぶ部分に応力が集中しやすい。そのため、正極集電体２２のうち、負極集電体３２における上記の応力が集中しやすい部分と積層方向Ｚにおいて並ぶ部分においても同様に応力が集中しやすい。

上記実施形態によれば、接着層２４は、積層方向Ｚから見た平面視において負極活物質層３３よりも大きい。そのため、負極活物質層３３の周縁部と積層方向Ｚにおいて並ぶ正極集電体２２の部分を含んで、正極集電体前面２２ａを接着層２４によって覆うことができる。したがって、活物質の膨張収縮及び拘束部材６０から付与される拘束荷重に起因して正極集電体２２が変形することをさらに抑制できる。

（２）接着層２４は、正極集電体前面２２ａのうち、シール部材５０が固定する第１固定領域Ｒ１を除く部分に配置される。そのため、積層方向Ｚにおけるシール部材５０と正極集電体前面２２ａとの間に接着層２４が位置しないため、正極集電体前面２２ａに対するシール部材５０のシール性を向上できる。

（３）接着層２４は、積層方向Ｚにおいて、負極集電体前面３２ａにおけるシール部材５０が固定する第２固定領域Ｒ２と並んでいる。そのため、積層方向Ｚにおいて互いに隣接する正極集電体２２及び負極集電体３２を、接着層２４及びシール部材５０によって積層方向Ｚにおける両側から覆うことができる。したがって、正極集電体２２に加えて負極集電体３２の強度を向上できるため、活物質の膨張収縮及び拘束部材６０から付与される拘束荷重に起因して負極集電体３２が変形することを抑制できる。

（４）積層方向Ｚにおけるセルスタック１１の一端に位置する最外正極１２１において、正極集電体２２の荷重領域Ｒ３に拘束部材６０から拘束荷重が作用する。この最外正極１２１における正極集電体２２のうち、荷重領域Ｒ３と荷重領域Ｒ３以外の領域との境界部分に応力が集中しやすい。

上記実施形態によれば、接着層２４は、最外正極１２１において、積層方向Ｚから見た平面視で荷重領域Ｒ３よりも大きく、且つ荷重領域Ｒ３の全体と重なっている。そのため、最外正極１２１において、上記の応力が集中しやすい正極集電体２２の部分を含んで、正極集電体前面２２ａを接着層２４によって覆う。したがって、拘束部材６０から付与される拘束荷重に起因して、最外正極１２１における正極集電体２２が変形することを抑制できる。

（５）アルミニウム箔である正極集電体２２は、銅箔である負極集電体３２よりも引張強さが劣っている。上記実施形態では、接着層２４は、引張強度の劣った正極集電体２２を覆う一方で、引張強さの優れた負極集電体３２を覆っていない。したがって、接着層２４の追加に伴う蓄電装置１０の積層方向Ｚにおける寸法の増大を最低限に抑えつつ、変形しやすい正極集電体２２の変形を抑制できる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記の各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。

○ 接着層２４の前駆体は、絶乾状態であってもよい。
○ 接着層２４は、最外正極１２１において、積層方向Ｚから見た平面視で荷重領域Ｒ３よりも小さくてもよい。この場合、接着層２４は、積層方向Ｚから見た平面視で荷重領域Ｒ３の一部と重なる。

○ シール本体部５６は、四角枠から正極活物質層２３に向けて伸びる凸部を備えてもよい。この場合、正極集電体前面２２ａにおける第１固定領域Ｒ１は、負極集電体前面３２ａにおける第２固定領域Ｒ２よりも大きく、第１寸法Ｌ１が第２寸法Ｌ２よりも大きい。また、シール本体部５６は、四角枠から負極活物質層３３に向けて伸びる凸部５６ａを備えなくても良い。この場合、第１固定領域Ｒ１と第２固定領域Ｒ２とが同じ大きさであって、第１寸法Ｌ１と第２寸法Ｌ２とは同じである。なお、この変更例では、負極集電体前面３２ａのうち、積層方向Ｚにおいて接着層２４と並ぶ部分にシール部材５０が位置しない。また、シール部材５０の前駆体は、１あるいはそれ以上の部材から構成されていても良い。

○ シール延設部５７は、封止体５７ａを備えなくても良い。すなわち、積層方向Ｚに隣り合う蓄電セル２０は、シール延設部５７によって一体化していなくてもよい。
○ 正極集電体前面２２ａに対するシール部材５０のシール性を確保できるのであれば、接着層２４を正極集電体前面２２ａとシール部材５０との間に配置してもよい。

○ 正極集電体２２の平面視形状は特に限定されるものではない。正極集電体２２の平面視形状は、例えば正方形状等の多角形状であってもよいし、円形状や楕円形状であってもよい。負極集電体３２の平面視形状についても同様である。

○ 蓄電装置１０は、例えばニッケル水素二次電池等のリチウムイオン二次電池以外の二次電池であってもよい。蓄電装置１０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。

Ｒ１…第１固定領域、Ｒ２…第２固定領域、Ｒ３…荷重領域、Ｚ…積層方向、１０…蓄電装置、１１…セルスタック、２１…正極、２２…正極集電体、２２ａ…正極集電体前面、２２ｂ…正極集電体裏面、２３…正極活物質層、２４…接着層、３１…負極、３２…負極集電体、３２ａ…負極集電体前面、３２ｂ…負極集電体裏面、３３…負極活物質層、５０…シール部材、６０…拘束部材。

Claims (4)

1. 金属製の正極集電体を有する正極と、金属製の負極集電体を有する負極と、が積層方向において重なり合うセルスタックと、
   前記積層方向において前記正極集電体と前記負極集電体との間に配置されるシール部材と、
   前記積層方向において、前記セルスタックの一端に位置する前記正極と、前記セルスタックの他端に位置する前記負極と、に拘束荷重を付与する拘束部材と、を備える蓄電装置であって、
   前記正極は、
   前記積層方向における前記正極集電体の一面である正極集電体前面に配置されるとともに、結着剤を含む導電性の接着層と、
   前記積層方向において前記正極集電体に並ぶように前記接着層に固定するとともに、正極活物質を含む正極活物質層と、を備え、
   前記負極は、負極活物質を含む負極活物質層を備え、
   前記負極活物質層は、前記積層方向における前記負極集電体の一面である負極集電体前面に配置されるとともに、前記積層方向における平面視において前記正極活物質層よりも大きく、
   前記接着層は、前記正極活物質を含まないとともに、前記積層方向からみた平面視において、前記負極活物質層よりも大きく、且つ前記正極活物質層の全体と重なっていることを特徴とする蓄電装置。
2. 前記シール部材は、前記正極集電体前面に固定し、
   前記接着層は、前記正極集電体前面のうち、前記シール部材が固定する領域を除く部分に配置される請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記積層方向において前記正極集電体前面の反対に位置する前記正極集電体の一面を正極集電体裏面とするとともに、前記積層方向において前記負極集電体前面の反対に位置する前記負極集電体の一面を負極集電体裏面とするとき、
   前記正極集電体裏面と前記負極集電体裏面とは前記積層方向において隣接しており、
   前記シール部材は、前記負極集電体前面に固定し、
   前記接着層は、前記積層方向において、前記負極集電体前面における前記シール部材が固定する領域と並んでいる請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。
4. 前記積層方向における前記セルスタックの一端に位置する前記正極において、前記拘束部材から受ける拘束荷重の領域を荷重領域とするとき、
   前記接着層は、前記積層方向における前記セルスタックの一端に位置する前記正極において、前記積層方向から見た平面視で前記荷重領域よりも大きく、且つ前記荷重領域の全体と重なっている請求項１～請求項３のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。

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