JP2023054569A - 蓄電素子 - Google Patents

Abstract

【課題】電極体の品質の向上を図ることができる蓄電素子を提供する。【解決手段】蓄電素子１０は、極板（正極板７０１、負極板７０２）及びセパレータ（セパレータ７０３、７０４）が巻回されて形成された電極体７００と、電極体７００における極板及びセパレータの最内周７４０に配置される、電極体７００とは別体の弾性体８００と、を備え、電極体７００は、極板及びセパレータが巻回されることで形成された一対の湾曲部７１１と一対の湾曲部７１１を繋ぐ平坦部７１２とを有し、弾性体８００は、電極体７００の最内周７４０において、一対の湾曲部７１１のうちの少なくとも一方の湾曲部７１１に接した状態で配置される。【選択図】図４

Description

本発明は、電極体を備える蓄電素子に関する。

従来、極板及びセパレータが巻回されて形成された、扁平な巻回型の電極体を備える蓄電素子が広く知られている。例えば、特許文献１には、正極板と負極板とをセパレータを介して巻回して電極群（電極体）を形成した後、電極群の巻芯孔に電極群に対して加圧力を与える中芯部材を挿入し、電極群を扁平状に変形した角形扁平二次電池（蓄電素子）が開示されている。

国際公開第２００７／０９７１７２号

扁平な巻回型の電極体においては、極板とセパレータとの間の隙間がばらつきやすく、比較的大きな隙間が生じる場合がある。当該隙間に金属粉等のコンタミネーション（コンタミ）が侵入すると、充放電時に電極体が膨張する際等に、コンタミ自体またはそれによって生じる電析によって、電極体内で短絡が発生してしまうおそれがある。これに対して、上記特許文献１に開示された従来の蓄電素子では、電極体の巻芯孔内の中芯部材は、扁平状の電極体に対して扁平方向で加圧力を与える構成となっている。このため、従来の蓄電素子では、電極体の扁平方向においては、極板とセパレータとの間の隙間のばらつきは吸収できるが、電極体の当該扁平方向と直交する方向においては、極板とセパレータとの間の隙間のばらつきを吸収できない。これにより、従来の蓄電素子では、電極体の品質の向上を十分に図れていないという問題がある。

本発明は、本願発明者が上記課題に新たに着目することによってなされたものであり、電極体の品質の向上を図ることができる蓄電素子を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る蓄電素子は、極板及びセパレータが巻回されて形成された電極体と、前記電極体における前記極板及び前記セパレータの最内周に配置される、前記電極体とは別体の弾性体と、を備え、前記電極体は、前記極板及び前記セパレータが巻回されることで形成された一対の湾曲部と前記一対の湾曲部を繋ぐ平坦部とを有し、前記弾性体は、前記電極体の前記最内周において、前記一対の湾曲部のうちの少なくとも一方の湾曲部に接した状態で配置される。

本発明は、このような蓄電素子として実現できるだけでなく、電極体、または、電極体の最内周に配置される弾性体としても実現できる。

本発明における蓄電素子によれば、電極体の品質の向上を図ることができる。

実施の形態に係る蓄電素子の外観を示す斜視図である。 実施の形態に係る蓄電素子を分解して各構成要素を示す斜視図である。 実施の形態に係る電極体の構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る電極体及び弾性体の構成を示す断面図である。 実施の形態に係る弾性体の構成を示す斜視図及び断面図である。 実施の形態の変形例１に係る弾性体の構成を示す斜視図及び断面図である。 実施の形態の変形例２に係る弾性体の構成を示す斜視図及び断面図である。 実施の形態の変形例３に係る弾性体の構成を示す斜視図及び断面図である。

本発明の一態様に係る蓄電素子は、極板及びセパレータが巻回されて形成された電極体と、前記電極体における前記極板及び前記セパレータの最内周に配置される、前記電極体とは別体の弾性体と、を備え、前記電極体は、前記極板及び前記セパレータが巻回されることで形成された一対の湾曲部と前記一対の湾曲部を繋ぐ平坦部とを有し、前記弾性体は、前記電極体の前記最内周において、前記一対の湾曲部のうちの少なくとも一方の湾曲部に接した状態で配置される。

蓄電素子において、電極体が、極板及びセパレータが巻回されることで形成された湾曲部と平坦部とを有する扁平形状の場合、平坦部よりも湾曲部の方が、極板とセパレータとの間に大きな隙間が生じやすい。このため、電極体とは別体の弾性体を、電極体における極板及びセパレータの最内周に、湾曲部に接した状態で配置する。これにより、弾性体の弾性力で、電極体の湾曲部における極板とセパレータとの間の隙間のばらつきを吸収し、当該隙間を小さくできる。したがって、電極体の品質の向上を図ることができる。

前記弾性体は、前記少なくとも一方の湾曲部に隙間なく接した状態で配置されてもよい。

これによれば、弾性体が電極体の湾曲部に隙間なく接することで、湾曲部における極板とセパレータとの間の隙間を効果的に小さくできる。したがって、電極体の品質の向上を図ることができる。

前記弾性体は、シート状の部材が１周以上巻かれて形成されてもよい。

これによれば、シート状の部材を１周以上巻くことで弾性体を形成できるため、簡易な構成で、弾性体を形成できる。弾性体を、シート状の部材を大きく広げた状態で形成して電極体の最内周に挿入すれば、電極体の最内周において弾性体が圧縮されるため、電極体の湾曲部を押す力を大きくできる。このように、簡易な構成の弾性体で、電極体の湾曲部における極板とセパレータとの間の隙間を小さくできる。したがって、電極体の品質の向上を図ることができる。

前記弾性体は、通気性を有してもよい。

これによれば、弾性体が通気性を有することで、蓄電素子内で発生するガスを弾性体内に溜める（弾性体にガスを吸収させる）ことができ、内圧の上昇を抑制することができる。弾性体が通液性も有する場合には、電解液を弾性体内に保持して、長寿命とすることもできる。

前記弾性体には、前記弾性体の厚み方向に貫通する貫通孔が形成されてもよい。

これによれば、弾性体に貫通孔を形成することで、貫通孔の大きさまたは個数等によって弾性体の弾性力を調整できる。弾性体に貫通孔が形成されていることで、蓄電素子内で発生するガスを貫通孔内に溜めたり、電解液を貫通孔内に保持しておくこともできる。

前記弾性体は、前記セパレータよりも厚みが厚くてもよい。

これによれば、弾性体がセパレータよりも厚みが厚いことで、電極体の最内周に、弾性体に代えてセパレータを配置するよりも、電極体の湾曲部を押す力を大きくできる。これにより、弾性体によって、電極体の湾曲部における極板とセパレータとの間の隙間を小さくできるため、電極体の品質の向上を図ることができる。

前記弾性体は、発泡体であってもよい。

これによれば、弾性体を発泡体とすることで、弾性体を容易に形成できるため、簡易な構成で、電極体の湾曲部における極板とセパレータとの間の隙間を小さくできる。発泡体内に、蓄電素子内で発生するガスを溜めたり、電解液を保持しておくこともできる。したがって、電極体の品質の向上を図ることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態（その変形例も含む）に係る蓄電素子について説明する。以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的また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、製造工程、製造工程の順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。各図において、寸法等は厳密に図示したものではない。各図において、同一または同様な構成要素については同じ符号を付している。

以下の説明及び図面中において、蓄電素子が有する一対（正極側及び負極側、以下同様）の電極端子の並び方向、一対の集電体の並び方向、電極体の巻回軸が延びる方向、または、容器の短側面の対向方向を、Ｘ軸方向と定義する。容器の長側面の対向方向、または、容器若しくは電極体の厚み方向（扁平方向）を、Ｙ軸方向と定義する。電極端子と電極体との並び方向、容器の容器本体と蓋体との並び方向、または、上下方向を、Ｚ軸方向と定義する。これらＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに交差（本実施の形態では直交）する方向である。使用態様によってはＺ軸方向が上下方向にならない場合も考えられるが、以下では説明の便宜のため、Ｚ軸方向を上下方向として説明する。

以下の説明において、Ｘ軸プラス方向とは、Ｘ軸の矢印方向を示し、Ｘ軸マイナス方向とは、Ｘ軸プラス方向とは反対方向を示す。単にＸ軸方向という場合は、Ｘ軸プラス方向及びＸ軸マイナス方向の双方向またはいずれか一方の方向を示す。Ｙ軸方向及びＺ軸方向についても同様である。平行及び直交などの、相対的な方向または姿勢を示す表現は、厳密には、その方向または姿勢ではない場合も含む。例えば、２つの方向が平行であるとは、当該２つの方向が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こと、すなわち、例えば数％程度の差異を含むことも意味する。さらに、以下の説明において、「絶縁」と表現する場合、「電気的な絶縁」を意味する。

（実施の形態）
［１ 蓄電素子１０の全般的な説明］
まず、図１及び図２を用いて、本実施の形態における蓄電素子１０の全般的な説明を行う。図１は、本実施の形態に係る蓄電素子１０の外観を示す斜視図である。図２は、本実施の形態に係る蓄電素子１０を分解して各構成要素を示す斜視図である。

蓄電素子１０は、電気を充電し、また、電気を放電できる二次電池（単電池）であり、具体的には、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。蓄電素子１０は、電力貯蔵用途または電源用途等に使用される。具体的には、蓄電素子１０は、自動車、自動二輪車、ウォータークラフト、船舶、スノーモービル、農業機械、建設機械、または、電気鉄道用の鉄道車両等の移動体の駆動用またはエンジン始動用等のバッテリ等として用いられる。上記の自動車としては、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）、及び、化石燃料（ガソリン、軽油、液化天然ガス等）自動車が例示される。上記の電気鉄道用の鉄道車両としては、電車、モノレール、リニアモーターカー、並びに、ディーゼル機関及び電気モーターの両方を備えるハイブリッド電車が例示される。蓄電素子１０は、家庭用または事業用等に使用される定置用のバッテリ等としても用いることができる。

蓄電素子１０は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。蓄電素子１０は、二次電池ではなく、使用者が充電をしなくても蓄えられている電気を使用できる一次電池であってもよい。蓄電素子１０は、固体電解質を用いた電池であってもよい。蓄電素子１０は、パウチタイプの蓄電素子であってもよい。本実施の形態では、扁平な直方体形状（角形、角型）の蓄電素子１０を図示しているが、蓄電素子１０の形状は、直方体形状には限定されず、長円柱形状、楕円柱形状、または、直方体以外の多角柱形状等であってもよい。

図１に示すように、蓄電素子１０は、容器１００と、一対（正極側及び負極側）の電極端子３００と、一対（正極側及び負極側）の上部ガスケット４００と、を備えている。図２に示すように、容器１００の内方には、一対（正極側及び負極側）の下部ガスケット５００と、一対（正極側及び負極側）の集電体６００と、電極体７００と、弾性体８００（図４等参照）と、が収容されている。容器１００の内部には、電解液（非水電解質）が封入されているが、図示は省略している。当該電解液としては、蓄電素子１０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。上記の構成要素の他、電極体７００の側方または下方等に配置されるスペーサ、電極体７００等を包み込む絶縁フィルム等が配置されていてもよい。

容器１００は、開口が形成された容器本体１１０と、容器本体１１０の当該開口を閉塞する蓋体１２０と、を有する直方体形状（角形または箱形）のケースである。容器本体１１０は、容器１００の本体部を構成する矩形筒状で底を備える部材である。容器本体１１０は、Ｘ軸方向両側の側面（短側面）に一対の平板状かつ矩形状の短側壁部１１１を有し、Ｙ軸方向両側の側面（長側面）に一対の平板状かつ矩形状の長側壁部１１２を有し、Ｚ軸マイナス方向側に平板状かつ矩形状の底壁部１１３を有している。蓋体１２０は、容器１００の蓋部を構成するＸ軸方向に長い矩形状の板状部材であり、容器本体１１０のＺ軸プラス方向に配置されている。

このような構成により、容器１００は、電極体７００等を容器本体１１０の内部に収容後、容器本体１１０と蓋体１２０とが溶接等によって接合されることにより、内部が密封される構造となっている。容器１００（容器本体１１０及び蓋体１２０）の材質は特に限定されず、例えばステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、メッキ鋼板等の溶接可能な金属とすることができるが、樹脂を用いることもできる。

蓋体１２０には、注液部１３０と、ガス排出弁１４０とが形成されている。ガス排出弁１４０は、容器１００内方の圧力が過度に上昇した場合に当該圧力を開放する安全弁である。注液部１３０は、蓄電素子１０の製造時に容器１００の内方に電解液を注液するための部位である。注液部１３０は、蓄電素子１０の製造時に、容器１００内に電解液を注液して、電極体７００内への電解液の含浸を行ったり、電解液の注液後にＣＯ_２（二酸化炭素）を封入して化成を行ったり、電極体７００内からのガスを脱気したりするために用いられる。注液部１３０は、注液口１３１と、注液栓１３２とを有している。注液口１３１は、容器１００の内方に電解液を注液する等のために、蓋体１２０に形成された例えば円形状の貫通孔である。注液栓１３２は、注液口１３１から電解液を注液等した後に、蓋体１２０に接合されて注液口１３１を閉塞する閉塞部材（蓋部材）である。

電極端子３００は、集電体６００を介して、電極体７００に電気的に接続される端子部材（正極端子及び負極端子）である。電極端子３００は、電極体７００に蓄えられている電気を蓄電素子１０の外部空間に導出し、また、電極体７００に電気を蓄えるために蓄電素子１０の内部空間に電気を導入するための金属製の部材である。電極端子３００は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金等の金属等の導電部材で形成されている。電極端子３００は、かしめ接合または溶接等によって、集電体６００に接続（接合）され、かつ、蓋体１２０に取り付けられる。

集電体６００は、電極体７００のＸ軸方向両側に配置され、電極体７００と電極端子３００とに接続（接合）されて、電極体７００と電極端子３００とを電気的に接続する導電性と剛性とを備えた集電部材（正極集電体及び負極集電体）である。集電体６００は、後述する電極体７００の端部７２０または７３０と溶接またはかしめ接合等により接続（接合）されるとともに、上述の通り、電極端子３００とかしめ接合または溶接等により接続（接合）されて蓋体１２０に固定される。集電体６００の材質は特に限定されないが、例えば、正極側の集電体６００は、後述する電極体７００の正極基材７０１ａと同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の導電部材で形成されている。負極側の集電体６００は、後述する電極体７００の負極基材７０２ａと同様、銅または銅合金等の導電部材で形成されている。

上部ガスケット４００は、容器１００の蓋体１２０と電極端子３００との間に配置され、蓋体１２０と電極端子３００との間を絶縁し、かつ封止する板状かつ矩形状の絶縁性の封止部材である。下部ガスケット５００は、蓋体１２０と集電体６００との間に配置され、蓋体１２０と集電体６００との間を絶縁し、かつ封止する板状かつ矩形状の絶縁性の封止部材である。上部ガスケット４００及び下部ガスケット５００は、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ（変性ＰＰＥを含む））、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ＡＢＳ樹脂、若しくは、それらの複合材料等の電気的な絶縁性を有する樹脂等によって形成されている。

電極体７００は、極板（正極板及び負極板）とセパレータとを備え、これら極板及びセパレータが巻回されて形成された、電気を蓄えることができる蓄電要素（発電要素）である。本実施の形態では、電極体７００は、Ｘ軸方向から見て長円形状（長円柱形状）を有している。電極体７００は、電極体本体部７１０と、電極体本体部７１０からＸ軸方向両側に突出する端部７２０及び７３０とを有し、上述の通り、端部７２０及び７３０が一対の集電体６００に接続（接合）される。電極体７００における極板及びセパレータの最内周（電極体本体部７１０の内方）には、弾性体８００が配置されている。このような電極体７００及び弾性体８００の構成について、以下に詳細に説明する。

［２ 電極体７００及び弾性体８００の構成の説明］
図３は、本実施の形態に係る電極体７００の構成を示す斜視図である。具体的には、図３の（ａ）は、電極体７００における極板の巻回状態を一部展開した状態での構成を示し、図３の（ｂ）は、極板を巻回した後の電極体７００の構成を示している。図４は、本実施の形態に係る電極体７００及び弾性体８００の構成を示す断面図である。具体的には、図４は、図３の（ｂ）の電極体７００を、ＩＶ－ＩＶ線を通りＹＺ平面に平行な面で切断した場合の断面を示している。つまり、図４は、電極体７００における極板及びセパレータの最内周７４０（電極体本体部７１０の内方）に、弾性体８００を配置した後の状態を示している。図５は、本実施の形態に係る弾性体８００の構成を示す斜視図及び断面図である。具体的には、図５の（ａ）は、電極体７００の最内周７４０（電極体本体部７１０の内方）に配置する前の弾性体８００の構成を示す斜視図であり、図５の（ｂ）は、図５の（ａ）の弾性体８００を、Ｖｂ－Ｖｂ線を通りＹＺ平面に平行な面で切断した場合の構成を示す断面図である。

［２．１ 電極体７００の説明］
まず、電極体７００の構成について、詳細に説明する。図３の（ａ）に示すように、電極体７００は、正極板７０１と、負極板７０２と、セパレータ７０３及び７０４と、を有している。

正極板７０１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等からなる長尺帯状の金属箔である正極基材７０１ａの表面に、正極活物質層７０１ｂが形成された極板（電極板）である。負極板７０２は、銅または銅合金等からなる長尺帯状の金属箔である負極基材７０２ａの表面に、負極活物質層７０２ｂが形成された極板（電極板）である。正極基材７０１ａ及び負極基材７０２ａとして、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Ａｌ－Ｃｄ合金など、充放電時の酸化還元反応に対して安定な材料であれば適宜公知の材料を用いることもできる。正極活物質層７０１ｂに用いられる正極活物質、及び、負極活物質層７０２ｂ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及び負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。

例えば、正極活物質として、ＬｉＭＰＯ_４、ＬｉＭＳｉＯ_４、ＬｉＭＢＯ_３（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ等から選択される１種または２種以上の遷移金属元素）等のポリアニオン化合物、チタン酸リチウム、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４やＬｉＭｎ_１．５Ｎｉ_０．５Ｏ_４等のスピネル型リチウムマンガン酸化物、ＬｉＭＯ_２（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ等から選択される１種または２種以上の遷移金属元素）等のリチウム遷移金属酸化物等を用いることができる。負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金（リチウム－ケイ素、リチウム－アルミニウム、リチウム－鉛、リチウム－錫、リチウム－アルミニウム－錫、リチウム－ガリウム、及びウッド合金等のリチウム金属含有合金）の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料（例えば黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、非晶質カーボン等）、ケイ素酸化物、金属酸化物、リチウム金属酸化物（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２等）、ポリリン酸化合物、あるいは、一般にコンバージョン負極と呼ばれる、Ｃｏ_３Ｏ_４やＦｅ_２Ｐ等の、遷移金属と第１４族乃至第１６族元素との化合物などが挙げられる。

セパレータ７０３及び７０４は、樹脂からなる微多孔性のシートである。セパレータ７０３及び７０４の素材としては、蓄電素子１０の性能を損なうものでなければ、適宜公知の材料を使用できる。例えば、セパレータ７０３及び７０４として、有機溶剤に不溶な織布、不織布、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂からなる合成樹脂微多孔膜等を用いることができる。

電極体７００は、正極板７０１及び負極板７０２と、セパレータ７０３及び７０４とが交互に積層されかつ巻回されることで形成されている。つまり、電極体７００は、正極板７０１と、セパレータ７０３と、負極板７０２と、セパレータ７０４とがこの順に積層され、巻回されることで形成されている。本実施の形態では、電極体７００は、これら正極板７０１及び負極板７０２等が、蓋体１２０と平行に（Ｘ軸方向に）延びる巻回軸Ｌを中心に巻回されて形成された扁平な巻回型の電極体である。巻回軸Ｌとは、正極板７０１及び負極板７０２等を巻回する際の中心軸となる仮想的な軸であり、本実施の形態では、電極体７００の中心を通る、Ｘ軸方向に平行な直線である。

具体的には、電極体７００は、正極板７０１と負極板７０２とが、セパレータ７０３及び７０４を介して、巻回軸Ｌが延びる方向（Ｘ軸方向。以下、巻回軸方向ともいう）に互いにずらして巻回されている。そして、正極板７０１及び負極板７０２は、それぞれのずらされた方向の端部に、正極活物質層７０１ｂ及び負極活物質層７０２ｂが形成（塗工）されず正極基材７０１ａ及び負極基材７０２ａが露出した部分（活物質層非形成部）を有している。これにより、図３の（ｂ）に示すように、電極体７００は、巻回軸方向の一端部（Ｘ軸マイナス方向の端部）に、正極板７０１の活物質層非形成部が積層されて束ねられた正極側の端部７２０を有している。電極体７００は、巻回軸方向の他端部（Ｘ軸プラス方向の端部）に、負極板７０２の活物質層非形成部が積層されて束ねられた負極側の端部７３０を有している。

つまり、電極体７００は、電極体７００の本体を構成する電極体本体部７１０と、電極体本体部７１０のＸ軸方向端部の全体からＸ軸方向両側に突出した一対（正極側及び負極側）の端部７２０及び７３０と、を有している。電極体本体部７１０は、正極板７０１及び負極板７０２のうちの正極活物質層７０１ｂ及び負極活物質層７０２ｂが形成（塗工）された部分とセパレータ７０３及び７０４とが巻回されて形成された長円柱形状の部位（活物質層形成部）である。これにより、電極体本体部７１０は、Ｚ軸方向両側に一対の湾曲部７１１を有し、Ｙ軸方向両側に一対の平坦部７１２を有することとなる。つまり、電極体７００（電極体本体部７１０）は、正極板７０１、負極板７０２、セパレータ７０３及び７０４が巻回軸Ｌを中心に巻回されて形成された、一対の湾曲状の湾曲部７１１と一対の平坦状の平坦部７１２とを有する扁平な形状を有している。

図３の（ｂ）及び図４に示すように、湾曲部７１１は、Ｘ軸方向から見てＺ軸方向に突出するように半円の円弧形状に湾曲し、Ｘ軸方向に延びる湾曲状の部位である。一対の湾曲部７１１は、容器１００の蓋体１２０と容器本体１１０の底壁部１１３とに対向して配置される。つまり、一対の湾曲部７１１は、Ｘ軸方向から見て、蓋体１２０及び底壁部１１３に向けてＺ軸方向両側に突出するように湾曲した部位である。平坦部７１２は、一対の湾曲部７１１の端部同士を繋ぐ、Ｙ軸方向に向いたＸＺ平面に平行に広がる平坦状かつ矩形状の部位である。容器本体１１０のＹ軸方向両側の長側壁部１１２に対向して、Ｙ軸方向に並ぶ一対の平坦部７１２が配置される。なお、湾曲部７１１の湾曲形状は、半円の円弧形状には限定されず、楕円形状の一部等でもよく、どのように湾曲していてもよい。平坦部７１２は、Ｙ軸方向に向く外面が平面であることには限定されず、当該外面が少し凹んでいたり、少し膨らんでいたりしていてもよい。

このような構成において、電極体７００における極板及びセパレータの最内周７４０（電極体本体部７１０の内方）に、電極体７００とは別体の弾性体８００が配置される。最内周７４０は、電極体７００の製造時において、正極板７０１、負極板７０２、セパレータ７０３及び７０４を巻回する際の巻き始めの１周分（電極体本体部７１０の最も内側の部分）である。以下に、弾性体８００の構成について、詳細に説明する。

［２．２ 弾性体８００の説明］
図４に示すように、弾性体８００は、電極体７００の最内周７４０に配置された状態では、Ｙ軸方向に扁平なＸＺ平面に広がる平坦状（平板状）の部位である。弾性体８００は、電極体本体部７１０の一対の湾曲部７１１及び一対の平坦部７１２に囲まれるように、電極体本体部７１０の内方に配置される。言い換えると、弾性体８００は、一対の湾曲部７１１及び一対の平坦部７１２に囲まれた隙間を埋めるように、電極体本体部７１０の内方に配置される。本実施の形態では、弾性体８００は、Ｘ軸方向においては、電極体本体部７１０と同じ長さまたは電極体本体部７１０よりも少し短く形成されているが、電極体本体部７１０よりも長く形成されていてもよい。つまり、弾性体８００は、電極体本体部７１０の内方に収容される（端部７２０または７３０の内方までは突出しない）のが好ましいが、集電体６００と端部７２０または７３０との接合の邪魔にならないのであれば、端部７２０または７３０の内方まで突出していてもよい。

弾性体８００は、Ｚ軸方向両側に一対の当接部８１０を有し、Ｙ軸方向両側に一対の繋ぎ部８２０を有し、当接部８１０及び繋ぎ部８２０の端部同士がそれぞれ接続されて形成される環状の部材である。当接部８１０は、Ｘ軸方向から見てＺ軸方向に突出するように半円形状に形成され、Ｘ軸方向に延びる部位である。一対の当接部８１０は、電極体本体部７１０の一対の湾曲部７１１に対向して配置される。つまり、一対の当接部８１０は、Ｘ軸方向から見て、一対の湾曲部７１１に向けてＺ軸方向両側に突出するように形成された部位である。当接部８１０は、外面が、湾曲部７１１の内面に沿って湾曲しており、湾曲部７１１の内部の空間を埋めるように、湾曲部７１１の内側に配置される。

これにより、当接部８１０は、電極体７００の最内周７４０において、一対の湾曲部７１１のうちの少なくとも一方の湾曲部７１１に接した状態（当たって接した状態）で配置される。具体的には、当接部８１０は、当該少なくとも一方の湾曲部７１１に隙間なく接した状態で配置される。つまり、一対の当接部８１０のうちの少なくとも一方の当接部８１０の外面の全面が、当該当接部８１０に対向する湾曲部７１１の内面の全面に、隙間なく接する。本実施の形態では、一対の当接部８１０の双方の外面の全面が、一対の湾曲部７１１の双方の内面の全面に隙間なく接する。なお、当接部８１０の外面の形状は、湾曲部７１１の内面の形状に対応していればよく、Ｘ軸方向から見て半円形状には限定されない。

繋ぎ部８２０は、一対の当接部８１０同士を繋ぐ、Ｙ軸方向に向いたＸＺ平面に平行に広がる平坦状（平板状）かつ矩形状の部位である。電極体本体部７１０の一対の平坦部７１２に対向して、Ｙ軸方向に並ぶ一対の繋ぎ部８２０が配置される。繋ぎ部８２０は、外面が、平坦部７１２の内面に沿う平面であり、一対の平坦部７１２の間の空間を埋めるように、一対の平坦部７１２の内側に配置される。

これにより、繋ぎ部８２０は、電極体７００の最内周７４０において、一対の平坦部７１２のうちの少なくとも一方の平坦部７１２に接した状態で配置される。具体的には、繋ぎ部８２０は、当該少なくとも一方の平坦部７１２に隙間なく接した状態で配置される。つまり、一対の繋ぎ部８２０のうちの少なくとも一方の繋ぎ部８２０の外面の全面が、当該繋ぎ部８２０に対向する平坦部７１２の内面の全面に、隙間なく接する。本実施の形態では、一対の繋ぎ部８２０の双方の外面の全面が、一対の平坦部７１２の双方の内面の全面に隙間なく接する。なお、繋ぎ部８２０の外面の形状は、平坦部７１２の内面の形状に対応していればよく、平面には限定されない。

以上の構成の弾性体８００は、以下のように形成される。図５に示すように、弾性体８００は、シート状の部材が１周以上（本実施の形態では、１周）巻かれて形成されている。具体的には、弾性体８００は、電極体７００の最内周７４０（電極体本体部７１０の内方）に配置される前の状態では、シート状（平板状）の部材が一対の当接部８１０の位置で湾曲状に折り曲げられ、かつ、一対の繋ぎ部８２０がＹ軸方向に広がった環状の部材である。本実施の形態では、弾性体８００は、Ｘ軸方向から見て菱形になるように、一対の繋ぎ部８２０が、Ｚ軸方向の中央部がＹ軸方向に最も広がるように、Ｙ軸方向に広げられて形成されている。

このような形状の弾性体８００を、電極体７００の最内周７４０に配置し、極板及びセパレータ（正極板７０１、負極板７０２、セパレータ７０３及び７０４）を巻回する。当該極板及びセパレータを巻回した後に、電極体７００の最内周７４０に弾性体８００を配置してもよい。そして、巻回されたものをＹ軸方向に圧縮して、Ｙ軸方向に扁平な形状の電極体７００を形成する。これにより、電極体７００の最内周７４０で、弾性体８００がＹ軸方向に圧縮されて、Ｚ軸方向に延びる。つまり、弾性体８００の一対の繋ぎ部８２０がＹ軸方向に圧縮されて、一対の当接部８１０がＺ軸方向に互いに離れるように広がり、一対の当接部８１０が一対の湾曲部７１１をＺ軸方向で押圧（圧迫）する。

このような扁平な形状の電極体７００が容器１００に挿入されると、電極体７００のＹ軸方向への広がりが規制されることから、弾性体８００は、電極体７００の最内周７４０において、電極体本体部７１０をその内側からＹ軸方向及びＺ軸方向に反力により押圧（圧迫）する。つまり、弾性体８００の一対の繋ぎ部８２０が、一対の平坦部７１２をＹ軸方向へ圧迫し、一対の当接部８１０が、一対の湾曲部７１１をＺ軸方向へ圧迫する。

弾性体８００は、電極体７００の最内周７４０に配置された状態では、電極体７００の最内周７４０に配置される前の体積の９５％以下に圧縮される。これにより、弾性体８００は、この圧縮により、例えば面圧が０．４ｋＮ／１００ｃｍ^２以上の反力を形成することで、極板とセパレータとの間（正極板７０１及び負極板７０２のそれぞれと、セパレータ７０３及び７０４のそれぞれとの間）の隙間が小さくなる。例えば、当該隙間は、１００μｍ以下であるのが好ましく、５０μｍ以下であるのがより好ましく、２０μｍ以下であるのがさらに好ましい。

弾性体８００は、電極体７００の最内周７４０に配置される前において、セパレータ７０３及び７０４よりも厚みが厚いシート状の部材で形成されている。弾性体８００の厚さは、０．２ｍｍ～５ｍｍであるのが好ましく、０．２ｍｍ～３ｍｍであるのがより好ましく、０．２ｍｍ～２ｍｍであるのがさらに好ましい。本実施の形態では、弾性体８００は、電極体７００の最内周７４０に配置されて圧縮された状態でも、セパレータ７０３及び７０４よりも厚みが厚く形成されている。

弾性体８００は、弾性を有し、かつ、容器１００内で溶解しないシート状の部材であれば特に限定されないが、本実施の形態では、発泡体である。つまり、弾性体８００は、ＰＥまたはＰＰ等のポリオレフィン樹脂で形成された発泡構造体（スポンジ状の多孔質体）を有する発泡シートである。弾性体８００は、大きな弾性力を得るために、構成する素材の体積占有率（素材内部の空間も含めた体積に対する空間を含めない体積の比率）が８０％以下であるのが好ましい。弾性体８００は、少なくともセパレータ７０３及び７０４よりも弾性を有する（少なくともセパレータ７０３及び７０４よりも低い弾性率である）素材で形成されている。弾性体８００は、好ましくは、弾性率が０．２１～０．０４８Ｍｐａであり、さらに好ましくは、弾性率が０．１２～０．０４８Ｍｐａである。

さらに、弾性体８００は、通気性を有している。つまり、弾性体８００は、厚み方向に貫通し、かつ、気体が通過可能な複数の微小な細孔（図示せず）を有することで、通気性を有している。弾性体８００は、液体が通過可能な複数の細孔を有することで、通液性も有していてもよい。

［３ 効果の説明］
以上のように、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、電極体７００は、極板（正極板７０１、負極板７０２）及びセパレータ（セパレータ７０３、７０４）が巻回されることで形成された、湾曲部７１１と平坦部７１２とを有している。電極体７００がこのような扁平形状の場合、平坦部７１２よりも湾曲部７１１の方が、極板とセパレータとの間に大きな隙間が生じやすい。このため、電極体７００とは別体の弾性体８００を、電極体７００における極板及びセパレータの最内周７４０に、湾曲部７１１に接した状態で配置する。これにより、弾性体８００の弾性力で、電極体７００の湾曲部７１１における極板とセパレータとの間の隙間のばらつきを吸収し、当該隙間を小さくできる。したがって、電極体７００の品質の向上を図ることができる。

弾性体８００が電極体７００の湾曲部７１１に隙間なく接することで、湾曲部７１１における極板とセパレータとの間の隙間を効果的に小さくできる。したがって、電極体７００の品質の向上を図ることができる。

シート状の部材を１周以上巻くことで弾性体８００を形成できるため、簡易な構成で、弾性体８００を形成できる。弾性体８００を、シート状の部材を大きく広げた状態で形成して電極体７００の最内周７４０に挿入すれば、電極体７００の最内周７４０において弾性体８００が圧縮されるため、電極体７００の湾曲部７１１を押す力を大きくできる。このように、簡易な構成の弾性体８００で、電極体７００の湾曲部７１１における極板とセパレータとの間の隙間を小さくできる。したがって、電極体７００の品質の向上を図ることができる。

弾性体８００が通気性を有することで、蓄電素子１０内で発生するガスを弾性体８００内に溜める（弾性体８００にガスを吸収させる）ことができ、内圧の上昇を抑制することができる。弾性体８００が通液性も有する場合には、電解液を弾性体８００内に保持して、長寿命とすることもできる。電解液は、蓄電素子１０の充放電により負極板７０２に被膜を形成して消費される。このため、容器１００内の電解液量は多い方が好ましく、電解液を弾性体８００内に保持できる効果が高い。

弾性体８００がセパレータよりも厚みが厚いことで、電極体７００の最内周７４０に、弾性体８００に代えてセパレータを配置するよりも、電極体７００の湾曲部７１１を押す力を大きくできる。これにより、弾性体８００によって、電極体７００の湾曲部７１１における極板とセパレータとの間の隙間を小さくできるため、電極体７００の品質の向上を図ることができる。

弾性体８００を発泡体とすることで、弾性体８００を容易に形成できるため、簡易な構成で、電極体７００の湾曲部７１１における極板とセパレータとの間の隙間を小さくできる。発泡体内に、蓄電素子１０内で発生するガスを溜めたり、電解液を保持しておくこともできる。したがって、電極体７００の品質の向上を図ることができる。

蓄電素子１０の製造時において、容器１００内に電解液が注液された後に、容器１００内にＣＯ_２が封入されるのが好ましい。容器１００内にＣＯ_２を封入し、化成をすると、負極板７０２にＣＯ_２が吸収され、容器１００内は負圧になる。容器１００内が負圧になると、容器１００の厚みが薄くなり、電極体７００が圧縮されるため、極板とセパレータとの間の隙間をより効果的に小さくできる。これにより、電極体７００の品質の向上を図ることができる。

［４ 変形例の説明］
以上、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０について説明したが、本発明は、上記実施の形態には限定されない。今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であり、本発明の範囲には、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。

（変形例１～３）
上記実施の形態では、弾性体８００は、電極体７００の最内周７４０に配置される前の状態では、シート状の部材が１周巻かれて形成された、Ｘ軸方向から見て菱形の環状の部材であることとしたが、これには限定されず、種々の形状を取り得る。図６は、本実施の形態の変形例１に係る弾性体８０１の構成を示す斜視図及び断面図である。図７は、本実施の形態の変形例２に係る弾性体８０２の構成を示す斜視図及び断面図である。図８は、本実施の形態の変形例３に係る弾性体８０３の構成を示す斜視図及び断面図である。図６～図８は、図５に対応する図である。

図６に示すように、変形例１に係る弾性体８０１は、長方形のシート状の部材が１周よりも多く巻かれて、巻き始めの端部と巻き終わりの端部との重なり部分である重畳部８２１が溶着されて、環状に形成されている。このように、弾性体８０１は、上記実施の形態における弾性体８００と異なり、シート状の部材が１周よりも多く巻かれて形成されている。弾性体８０１は、シート状の部材が２周以上巻かれて形成されてもよい。本変形例のその他の構成については、上記実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。

本変形例によれば、長方形のシート状の部材からでも、環状の弾性体８０１を容易に形成できる。シート状の部材の厚みが薄い場合でも、当該シート状の部材を１周よりも多く巻くことで、厚みの厚い弾性体８０１を形成できる。これらにより、電極体７００の品質の向上を図ることができる。

図７に示すように、変形例２に係る弾性体８０２には、弾性体８０２の厚み方向に貫通する貫通孔８２２が形成されている。本変形例では、弾性体８０２（繋ぎ部８２０）の全体に亘って、複数の円形状の貫通孔８２２が格子状に形成されているが、貫通孔８２２の大きさ、形状、配置位置、及び、個数等は特に限定されない。貫通孔８２２は、レーザによる加工またはプレス加工等で形成することができる。弾性体８０２は、貫通孔８２２が形成されることにより、通気性及び通液性を有することとなる。本変形例のその他の構成については、上記実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。

本変形例によれば、弾性体８０２に貫通孔８２２を形成することで、貫通孔８２２の大きさ、形状、配置位置、または、個数等によって弾性体８０２の弾性力を調整できる。弾性体８０２に貫通孔８２２が形成されていることで、蓄電素子１０内で発生するガスを貫通孔８２２内に溜めたり、電解液を貫通孔８２２内に保持しておくこともできる。

図８に示すように、変形例３に係る弾性体８０３は、電極体７００の最内周７４０に配置される前の状態では、シート状の部材が１周巻かれて形成された、Ｘ軸方向から見て楕円形の環状の部材である。つまり、弾性体８０３は、Ｘ軸方向から見て楕円形になるように、一対の繋ぎ部８２３が湾曲して形成されている。このように、弾性体８０３は、上記実施の形態における弾性体８００と、Ｘ軸方向から見た場合の形状が異なる。ただし、弾性体８０３は、電極体７００の最内周７４０に配置された後は、図４に示した弾性体８００と同じ形状となる。本変形例のその他の構成については、上記実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。

本変形例のように、弾性体８０３として、電極体７００の最内周７４０に配置される前の状態では、種々の形状のものを採用できる。弾性体８０３は、Ｘ軸方向から見て楕円形には限定されず、長円形、菱形以外の多角形等でもよい。

（その他の変形例）
上記実施の形態では、弾性体８００は、セパレータ７０３及び７０４よりも厚みが厚く、かつ、通気性を有するシート状の発泡体が１周以上巻かれて形成されていることとしたが、これらには限定されない。弾性体８００は、セパレータ７０３または７０４よりも厚みが薄くてもよい。弾性体８００は、通気性を有していなくてもよい。弾性体８００は、シート状の部材が１周に満たない状態で配置されていてもよい。弾性体８００は、シート状の部材ではなく、中実のブロック状の部材でもよい。弾性体８００は、発泡体でなく、不織布等で形成されていてもよい。

上記実施の形態では、弾性体８００の一対の当接部８１０の双方が、電極体７００の一対の湾曲部７１１の双方に隙間なく接することとしたが、これには限定されない。一対の当接部８１０のいずれか一方しか、湾曲部７１１に隙間なく接しない構成でもよい。当接部８１０の一部しか湾曲部７１１に接しない（当接部８１０と湾曲部７１１との間に隙間が生じる）構成でもよい。

上記実施の形態では、弾性体８００の一対の繋ぎ部８２０の双方が、電極体７００の一対の平坦部７１２の双方に隙間なく接することとしたが、これには限定されない。一対の繋ぎ部８２０のいずれか一方しか、平坦部７１２に隙間なく接しない構成でもよい。繋ぎ部８２０の一部しか平坦部７１２に接しない（繋ぎ部８２０と平坦部７１２との間に隙間が生じる）構成でもよい。繋ぎ部８２０は、全部が平坦部７１２に接しない構成でもよい。

上記実施の形態では、電極体７００は、巻回軸Ｌが蓋体１２０に平行となる巻回型電極体であることとした。しかし、電極体７００は、巻回軸Ｌが蓋体１２０に垂直となる巻回型電極体であってもよい。電極体７００において、端部７２０及び７３０は、電極体本体部７１０の端部の全体から突出する部位には限定されず、電極体本体部７１０の端部の一部から突出するタブ部（極板の複数のタブが積層された部位）であってもよい。

上記実施の形態及びその変形例に含まれる構成要素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。

本発明は、このような蓄電素子１０として実現できるだけでなく、電極体７００、または、電極体７００の最内周７４０に配置される弾性体８００（または８０１～８０３）等としても実現できる。

本発明は、リチウムイオン二次電池等の蓄電素子に適用できる。

１０ 蓄電素子
１００ 容器
１１０ 容器本体
１２０ 蓋体
１３０ 注液部
１４０ ガス排出弁
３００ 電極端子
４００ 上部ガスケット
５００ 下部ガスケット
６００ 集電体
７００ 電極体
７０１ 正極板
７０１ａ 正極基材
７０１ｂ 正極活物質層
７０２ 負極板
７０２ａ 負極基材
７０２ｂ 負極活物質層
７０３、７０４ セパレータ
７１０ 電極体本体部
７１１ 湾曲部
７１２ 平坦部
７２０、７３０ 端部
７４０ 最内周
８００、８０１、８０２、８０３ 弾性体
８１０ 当接部
８２０、８２３ 繋ぎ部
８２１ 重畳部
８２２ 貫通孔

Claims (7)

1. 極板及びセパレータが巻回されて形成された電極体と、
   前記電極体における前記極板及び前記セパレータの最内周に配置される、前記電極体とは別体の弾性体と、を備え、
   前記電極体は、前記極板及び前記セパレータが巻回されることで形成された一対の湾曲部と前記一対の湾曲部を繋ぐ平坦部とを有し、
   前記弾性体は、前記電極体の前記最内周において、前記一対の湾曲部のうちの少なくとも一方の湾曲部に接した状態で配置される
   蓄電素子。
2. 前記弾性体は、前記少なくとも一方の湾曲部に隙間なく接した状態で配置される
   請求項１に記載の蓄電素子。
3. 前記弾性体は、シート状の部材が１周以上巻かれて形成されている
   請求項１または２に記載の蓄電素子。
4. 前記弾性体は、通気性を有する
   請求項１～３のいずれか一項に記載の蓄電素子。
5. 前記弾性体には、前記弾性体の厚み方向に貫通する貫通孔が形成されている
   請求項４に記載の蓄電素子。
6. 前記弾性体は、前記セパレータよりも厚みが厚い
   請求項１～５のいずれか一項に記載の蓄電素子。
7. 前記弾性体は、発泡体である
   請求項１～６のいずれか一項に記載の蓄電素子。

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