JP6019395B2 - 蓄電デバイス用電極群及び蓄電デバイス - Google Patents

Description

本発明は、蓄電デバイスに用いられる電極群、及びこれを備えた蓄電デバイスに関する。

近年、電子機器の小型化・軽量化の進歩は目覚ましく、それに伴い、当該電子機器の駆動用電源として用いられる電池に対しても小型化・軽量化の要求が一層高まっている。このような小型化・軽量化の要求を満足するために、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池が蓄電デバイスとして開発されている。

また、高出力密度、良好なサイクル性能などの特性を有する蓄電デバイスとして、電気二重層キャパシタが知られている。さらに、高エネルギー密度特性および高出力特性を必要とする用途に対応する蓄電デバイスとして、リチウムイオン二次電池および電気二重層キャパシタの蓄電原理が組み合わされたリチウムイオンキャパシタが注目されている。

このような蓄電デバイスにおいて、エネルギー密度及び出力密度を高くするには、いわゆる巻回型の電極を用いてデバイスを小型化することが好適である。巻回型の電極を収納する容器内の容積を効率的に利用する手法として、正負両電極板上にその幅方向に沿って活物質層が形成されていない領域を設け、該活物質層未形成領域を巻回型電極の折り曲げ部に配置させる電極構造が提案されている（例えば、特許文献１および２参照。）。

特開２００７−２６７８６号公報 特開２０１１−１４２３８号公報

しかしながら、上記特許文献１および２に開示されている電極構造では、電極として機能しない無駄な部分があり、エネルギー密度が不十分であるという問題があった。つまり、正電極板および負電極板を折り曲げて巻回構造を形成した際に、正電極板の活物質層と負電極板の活物質層とが対向して配置されない部分が形成されてしまい、活物質層が設けられている面積から期待されるエネルギー密度と比較して、実現できるエネルギー密度が不十分になるという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、電極として機能しない部分の形成を抑制することにより、エネルギー密度の低下を抑制することができる蓄電デバイス用電極群及び蓄電デバイスを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の蓄電デバイス用電極群は、正極集電体上に正極活物質層が形成された帯状の正極板と、負極集電体上に負極活物質層が形成された帯状の負極板とが、巻回された蓄電デバイス用電極群であって、前記正極板および前記負極板は、最も内周の端部の位置を一致させた状態で重ね合わされて巻回され、前記正極板および前記負極板には、それぞれ、前記正極活物質層が配置された正極活物質形成部、および、前記負極活物質層が配置された負極活物質形成部が設けられ、前記正極活物質形成部および前記負極活物質形成部は、それぞれ、前記正極板および前記負極板の長手方向に相互に分離されて配置され、｜前記正極活物質形成部の総数−前記負極活物質形成部の総数｜≦２であることを特徴とする。

本発明の蓄電デバイス用電極群によれば、正極活物質形成部の総数と負極活物質形成部の総数との差の絶対値を２以下とすることで、正極板および負極板の最も内周の端部の位置を一致させた状態重ね合わせて巻回した際に、電極群における電極として機能しない部分が形成されることを抑制できる。

さらに、正極板および負極板における最も内周の端部の位置を一致させて重ね合わせた状態で巻回して電極群を形成するため、例えば、最も内周の端部の位置をずらして重ね合わせた状態で巻回する場合と比較して電極群を形成しやすくなる。

つまり、正極板および負極板の最も内周の端部の位置をずらして重ね合わせる場合には、正極活物質形成部および負極活物質形成部が位置を合わせて対向するように重ね合わせる必要があるため、重ね合わせの位置合わせが困難であった。これに対して、正極板および負極板の最も内周の端部の位置を一致させて重ね合わせる場合には、最も内周の端部の位置を一致させるだけで正極活物質形成部および負極活物質形成部の位置があった状態で対向するため、電極群の形成が行いやすくなる。

上記発明において前記正極板および前記負極板は、長手方向の長さが同等とされていることが望ましい。
このように正極板および負極板における長手方向の長さを同等とすることにより、長さが異なる場合と比較して、正極板および負極板を重ね合わせた際に正極活物質形成部および負極活物質形成部を対向させやすくなる。

上記発明において前記正極板は、巻回された状態において前記負極板の内側に配置され、前記正極活物質形成部の総数は、前記負極活物質形成部の総数以下であることが好ましい。

このように内側に配置される正極板に設けられる正極活物質形成部の総数を、負極活物質形成部の総数以下とすることにより、電極群における電極として機能しない部分の形成が抑制され、エネルギー密度の低下を抑制することができる。

上記発明においては、隣り合う前記正極活物質形成部の間、および、隣り合う前記負極活物質形成部の間には、それぞれ、前記正極活物質層および前記負極活物質層が配置されていない未形成部が設けられ、前記正極板および前記負極板が巻回された状態において、前記未形成部が折り曲げられ、前記正極活物質形成部および前記負極活物質形成部が平らとなる扁平形状とされていることが好ましい。

このように正極板および負極板を未形成部において折り曲げ、正極活物質形成部および負極活物質形成部が平らとなる扁平形状に電極群を形成することにより、エネルギー密度の低下を抑制することができる。例えば、正極活物質形成部および負極活物質形成部が曲げられる場合と比較して、正極活物質形成部に設けられた正極活物質層や、負極活物質形成部に設けられた負極活物質形成層に応力が働きにくいため、破損等の不具合が発生しにくくなる。そのため、破損等の理由で正極活物質形成部および負極活物質形成部が電極として機能しなくなることを抑制でき、エネルギー密度の低下を抑制することができる。

上記発明において前記負極活物質形成部は、互いに分離されるとともに一方の端部から他方の端部に向かって並び、かつ、前記負極集電体を挟んで配置され、前記正極活物質形成部は、前記正極板が前記負極板の内側に配置されて巻回された状態において、前記負極活物質形成部と対向する位置にのみ配置されていることが好ましい。

このようにすることにより、正極板が負極板の内側になるように重ね合わせた状態で巻回した際に、電極群の中心で互いに対向する正極活物質形成部がなくなる。言い換えると電極群の内部において電極として機能しない部分が減少し、電極群におけるエネルギー密度の低下を抑制することができる。

上記発明において前記正極板が前記負極板の内側に配置された状態で巻回され、前記負極活物質形成部は、互いに分離されるとともに一方の端部から他方の端部に向かって並び、かつ、最外周で前記負極活物質形成部が前記正極活物質形成部と対向しない位置を除き、前記負極集電体を挟んで配置され、前記正極活物質形成部は、互いに分離されるとともに一方の端部から他方の端部に向かって並び、かつ、最内周で前記正極活物質形成部が互いに対向する位置を除き、前記正極集電体を挟んで配置されていることが好ましい。

このようにすることにより、正極板が負極板の内側になるように重ね合わせた状態で巻回した際に、電極群の中心で互いに対向する正極活物質形成部がなくなる。さらに、電極群の外周で、正極活物質形成部と対向しない単独の負極活物質形成部がなくなる。言い換えると電極群の内部、および、外周において電極として機能しない部分が減少し、電極群におけるエネルギー密度の低下を抑制することができる。

本発明の蓄電デバイス用電極群は、正極集電体上に正極活物質層が形成された帯状の正極板と、負極集電体上に負極活物質層が形成された帯状の負極板とを、前記正極板が前記負極板の内側に配置された状態で巻回した蓄電デバイス用電極群であって、前記正極板には、前記正極活物質層が配置された正極活物質形成部が前記正極集電体を挟んで設けられ、前記負極板には、前記負極活物質層が配置された負極活物質形成部が前記負極集電体を挟んで、前記正極活物質形成部よりも２つ多く設けられ、前記正極活物質形成部および前記負極活物質形成部は、それぞれ、前記正極板および前記負極板の長手方向に相互に分離されて配置され、前記正極板および前記負極板は、前記正極板における最も内周の一方の端部に最も近い前記正極活物質形成部が、前記負極板における前記一方の端部から二番目に近い前記負極活物質形成部が対向する状態で重ね合わされて巻回されていることを特徴とする。

本発明の蓄電デバイス用電極群によれば、正極板および負極板を重ね合わせた状態で巻回した際に、正極板における最も内周の一方端部は負極板に挟まれるため、電極群の中心で正極活物質形成部同士が対向しなくなる。言い換えると電極群の内部に電極として機能しない部分が形成されにくくなり、電極群におけるエネルギー密度の低下を抑制することができる。

本発明の蓄電デバイスは、上記本発明の蓄電デバイス用電極群と、電解質と、前記電極群および前記電解質を収容するケースと、が設けられていることを特徴とする。
本発明の蓄電デバイスによれば、上記本発明の蓄電デバイス用電極群が設けられているため、電極群の内部に電極として機能しない部分が形成されることが抑制され、高いエネルギー密度を実現することができる。

本発明の蓄電デバイス用電極群及び蓄電デバイスによれば、正極活物質形成部の総数と負極活物質形成部の総数との差の絶対値を２以下とすることで、正極板および負極板の最も内周の端部の位置を一致させた状態で重ね合わせて巻回した際に、電極として機能しない部分の形成を抑制することができ、エネルギー密度の低下を抑制することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る蓄電デバイスの全体構成を説明する模式図である。 図１の電極群の構成を説明する摸式的なＡ−Ａ断面視図である。 図１の電極群のサイズを説明するＡ−Ａ断面視図である。 図１の正極板および負極板の構成を説明する模式図である。 図２の正極板、負極板およびセパレータの配置および構成を説明する模式図である。 正極活物質形成部または負極活物質形成部の構成を説明する断面視図である。 正極活物質形成部と負極活物質形成部との構成の差を説明する断面視図である。 図２の正極板および負極板の重ね合わせ状態を説明する模式図である。 本発明の別の実施形態に係る蓄電デバイスの電極群、正極タブリードおよび負極タブリードの配置を説明する模式図である。 図９の蓄電デバイスの全体構成を説明するＣ−Ｃ’断面視図である。 本発明の第２の実施形態に係る蓄電デバイスの電極群の構成を説明する摸式断面図である。 図１１の正極板、負極板およびセパレータの配置および構成を説明する模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る蓄電デバイスの電極群の構成を説明する摸式断面図である。 図１３の正極板、負極板およびセパレータの配置および構成を説明する模式図である。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る蓄電デバイス１について、図１から図９を参照しながら説明する。本実施形態では蓄電デバイス１が、リチウムイオンキャパシタである例に適用して説明する。なお、蓄電デバイス１は、上述のようにリチウムイオンキャパシタであってもよいし、リチウムイオン電池や電気二重層キャパシタであってもよく、その形式を特に限定するものではない。

蓄電デバイス１には、図１の模式図に示すように、電極群１０と、正極タブリード（引出端子）３１ａおよび負極タブリード（引出端子）３１ｃと、ラミネート外装型の角型ケース（ケース）４１と、が主に設けられている。

電極群１０は蓄電デバイス１における充電および放電を行う中心的な構成要素である。電極群１０は、図２の電極群１０の模式断面図に示すように、正極板１１ａと、負極板１１ｃと、セパレータ２１と、から主に構成され、負極板１１ｃ、セパレータ２１、正極板１１ａ、セパレータ２１の順に積層された層が扁平状に巻回されて構成されたものである。

なお、図２に示す電極群１０は、理解を容易にするために巻回の回数を３回として示しているものであり、巻回の回数を３回に限定するものではない。巻回の回数は、３回以上であってもよく、その回数を限定するものではない。本実施形態では、電極群１０における巻回の回数を２０回とした例に適用して説明する。

ここで巻回の回数は、正極板１１ａおよび負極板１１ｃにおける巻回の回数であり、かつ、後述する正極板１１ａおよび負極板１１ｃに設けられたリード部１５を除いた巻回の回数を意味する。言い換えると、セパレータ２１における巻回の回数を意味するものではない。本実施形態の電極群１０では、セパレータ２１が正極板１１ａおよび負極板１１ｃよりも１回多く巻回され、電極群１０の最外周を覆っている。また、実際の電極群１０では、正極板１１ａ、負極板１１ｃおよびセパレータ２１を積層させた状態で巻回されている。なお、セパレータ２１は、正極板１１ａおよび負極板１１ｃよりも２〜３回多く巻回されていてもよい。

図３は本実施形態における電極群１０のサイズを示す図である。電極群１０の最内周巻き幅Ｗｉｎは８６（ｍｍ）であり、最小半径Ｒは０．５（ｍｍ）以下である。巻き幅Ｗoutは９３（ｍｍ）であり、厚さＴは７．２＋２Ｒ（ｍｍ）である。後述する正極板１１ａの正極活物質形成部１４ａや、負極板１１ｃの負極活物質形成部１４ｃが形成される領域の幅Ｗｐは、正極活物質形成部１４ａでは７９．６（ｍｍ）であり、負極活物質形成部１４ｃでは８１．６（ｍｍ）である。

また、負極板１１ｃ、セパレータ２１、正極板１１ａ、セパレータ２１の順に積層された層の厚さｔは３５０（μｍ）である（図２参照）。そのうち、正極板１１ａの厚さが１９０（μｍ）であり、負極板１１ｃの厚さが１００（μｍ）であり、２枚のセパレータ２１の厚さの合計が６０（μｍ）である。

正極板１１ａは、図４（ａ）および図５に示すように、正極集電体１３ａと、正極活物質層が設けられる正極活物質形成部１４ａと、リード部１５と、第１の未形成部１６と、第２の未形成部１７と、第３の未形成部（未形成部）１８と、正極引出端子配置部１９ａとから主に形成されたものである。また、負極板１１ｃは、図４（ｂ）および図５に示すように、負極集電体１３ｃと、負極活物質層が設けられる負極活物質形成部１４ｃと、リード部１５と、第１の未形成部１６と、第２の未形成部１７と、第３の未形成部１８と、負極引出端子配置部１９ｃとから主に形成されたものである。

正極集電体１３ａは導電性を有する膜状の部材であり、正極活物質形成部１４ａと正極タブリード３１ａとの間を導電可能とするものである。正極集電体１３ａの表面には、正極活物質形成部１４ａおよび正極タブリード３１ａが形成される領域を除き、絶縁膜が設けられていてもよい。正極集電体１３ａの材料としては、例えばアルミニウムや、ステンレス鋼などを挙げることができる。また、絶縁膜を構成する材料としては、例えばポリイミド系、エポキシ系等の樹脂材料を挙げることができる。

負極集電体１３ｃは導電性を有する膜状の部材であり、負極活物質形成部１４ｃと負極タブリード３１ｃとの間を導電可能とするものである。負極集電体１３ｃの表面には、負極活物質形成部１４ｃおよび負極タブリード３１ｃが形成される領域を除き、絶縁膜が設けられていてもよい。負極集電体１３ｃの材料としては、例えば銅や、ステンレス鋼などを挙げることができる。また、絶縁膜を構成する材料としては、例えばポリイミド系、エポキシ系等の樹脂材料を挙げることができる。

正極活物質形成部１４ａは正極集電体１３ａの上に設けられた矩形状の領域であり、正極活物質の層が設けられる部分である。上述の正極活物質層を形成する正極活物質としては、例えば活性炭粉末、導電性高分子、ポリアセン系有機半導体などを用いることができる。

本実施形態の正極板１１ａでは、電極群１０の最も内周の端部となるリード部１５に最も近い位置Ｐ１、および、次に近い位置Ｐ２では、負極板１１ｃと対向する面にのみ正極活物質形成部１４ａが設けられている。負極板１１ｃに対して反対側の面には正極活物質形成部１４ａは設けられていない。三番目に近い位置Ｐ３から遠い位置では正極板１１ａを挟むように正極活物質形成部１４ａが設けられている。そのため、本実施形態では、３８層の正極活物質形成部１４ａが正極板１１ａに設けられていることとなる。

負極活物質形成部１４ｃは負極集電体１３ｃの上に設けられた矩形状の領域であり、負極活物質の層が設けられる部分である。上述の負極活物質層を形成する負極活物質としては、例えば黒鉛、ハードカーボン、ポリアセン系有機半導体などを用いることができ、負極活物質にはリチウムイオンが吸蔵され、担持されている。本実施形態では、全ての位置において負極板１１ｃを挟むように負極活物質形成部１４ｃが設けられているため、４０層の負極活物質形成部１４ｃが設けられていることとなる。

正極活物質層および負極活物質層は、正極活物質または負極活物質をバインダー等と共に溶媒中に分散させたスラリーを、間欠塗工等により集電体上に塗工し乾燥することによって形成することができる。このようにして形成された正極活物質層および負極活物質層は、通常、図６に示すように、それぞれ正極活物質形成部１４ａおよび負極活物質形成部１４ｃの端部で盛り上がり部ＢＰを形成する。本実施形態では盛り上がり部ＢＰの高さＨが５（μｍ）以下である例に適用して説明する。かかる盛り上がり部ＢＰの高さＨが高すぎると、電極板をロール状に巻き取った場合に電極板が変形したり、蓄電デバイスの内部抵抗や容量にバラツキが生じたり、電極板を巻回する際に嵩張って所定のサイズに収まらなかったりする等の問題が生じやすくなる。

正極活物質形成部１４ａは帯状の正極板１１ａにおける長手方向（図４（ａ）の上下方向）に間隔をあけて離散的に配置され、負極活物質形成部１４ｃは帯状の負極板１１ｃにおける長手方向（図４（ｂ）の上下方向）に間隔をあけて離散的に配置されている。正極活物質形成部１４ａおよび負極活物質形成部１４ｃの周囲には第１の未形成部１６、第２の未形成部１７および第３の未形成部１８が主に配置されている。

また、図７に示すように、中心を合わせて正極活物質形成部１４ａおよび負極活物質形成部１４ｃを対向して配置すると、言い換えると正極活物質層および負極活物質層を対向して配置すると、正極活物質形成部１４ａの端部は負極活物質形成部１４ｃよりも内側に位置するように形成されている。正極活物質形成部１４ａの端部は、負極活物質形成部１４ｃの端部よりも０．１（ｍｍ）から５（ｍｍ）の範囲で内側に位置することが好ましい。

リード部１５は、正極板１１ａおよび負極板１１ｃの長手方向における一方の端部、より具体的には、巻回された際に内側になる端部に設けられた正極活物質層や、負極活物質層が設けられていない部分である。

第１の未形成部１６、第２の未形成部１７および第３の未形成部１８は、正極板１１ａにおける正極活物質形成部１４ａが設けられていない部分、または、負極板１１ｃにおける負極活物質形成部１４ｃが設けられていない部分である。

第１の未形成部１６は、正極板１１ａにおける一対の長辺の一方の端部を長手方向に延びる部分、または、負極板１１ｃにおける一対の長辺の一方の端部を長手方向に延びる部分である。

第２の未形成部１７は、正極板１１ａにおける一対の長辺の他方の端部を長手方向に延びる部分、または、負極板１１ｃにおける一対の長辺の他方の端部を長手方向に延びる部分である。第２の未形成部１７は、第１の未形成部１６と比較して横幅方向（図４（ａ）および図４（ｂ）の左右方向）の長さが狭く形成されている。

第３の未形成部１８は、隣接する正極活物質形成部１４ａの間を正極板１１ａにおける一対の長辺の一方から他方に向かって延びる部分、または、隣接する負極活物質形成部１４ｃの間を負極板１１ｃにおける一対の長辺の一方から他方に向かって延びる部分である。第３の未形成部１８は、負極板１１ｃ、セパレータ２１、正極板１１ａ、セパレータ２１の順に積層された層を扁平状に巻回する際に、折り曲げられる部分である。

また、第３の未形成部１８における横幅方向（図４（ａ）および図４（ｂ）の上下方向）の長さは、リード部１５に近い第３の未形成部１８から、遠い第３の未形成部１８に向かうに従い連続的に広くなるように形成されている。言い換えると、隣接する正極活物質形成部１４ａ、または、隣接する負極活物質形成部１４ｃの中心間の距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，…、がリード部１５から離れるに伴い連続的に広くなるように形成されている。

正極引出端子配置部１９ａは正極タブリード３１ａが配置される部分であり、正極板１１ａの正極集電体１３ａが絶縁膜に覆われることなく露出している部分である。正極引出端子配置部１９ａは、正極板１１ａの第１の未形成部１６であって、正極活物質形成部１４ａと並んで配置されている。負極引出端子配置部１９ｃは負極タブリード３１ｃが配置される部分であり、負極板１１ｃの負極集電体１３ｃが絶縁膜に覆われることなく露出している部分である。負極引出端子配置部１９ｃは、負極板１１ｃの第１の未形成部１６であって、負極活物質形成部１４ｃと並んで配置されている。

セパレータ２１は、図２および図５に示すように、正極板１１ａおよび負極板１１ｃの間に配置され、扁平状に巻回された正極板１１ａと負極板１１ｃとが互いに接触しないようにするものである。セパレータ２１における巻回構造の内側の端部（図５の下側の端部）は、正極板１１ａおよび負極板１１ｃの端部と比較すると突出するように配置されている。このようにすることで、内側の端部における正極板１１ａと負極板１１ｃとの短絡が抑制される。また、電極群１０に含まれる一対のセパレータ２１のうちの一方は、図２に示すように、巻回構造の外側の端部が正極板１１ａおよび負極板１１ｃよりも長い形状に形成され、電極群１０の最外周を覆っている。

セパレータ２１としては、例えばガラス繊維、セルロース繊維、または、ポリプロピレン繊維などから形成された不織布が用いることができる。また、セパレータ２１には電解液が含浸されている。電解液としては、例えばリチウム塩の非プロトン性有機溶媒電解質溶液を用いることができる。

リチウム塩を構成する陰イオンとしては、例えばＰＦ₆ ^-、ＢＦ₄ ^-、Ａ_SＦ₆ ^-、ＳｂＦ₆ ^-、Ｎ（ＣＦ₃ＳＯ₃）₂ ^-、Ｃ（ＣＦ₃ＳＯ₃）₃ ^-、ＣＦ₃（ＳＯ₃）^-、Ｆ^-、ＣｌＯ₄ ^-、ＡｌＦ₄ ^-、ＴａＦ₆ ^-、ＮｂＦ₆ ^-、ＳｉＦ₆ ^-、ＣＮ^-、Ｆ（ＨＦ）_n ^-などが挙げられる。

非プロトン性有機溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、スホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、フッ素化γ−ブチロラクトン、γ−ブチロラクトン、フッ素化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、ジエチルカーボネートなどが挙げられる。

次に、図８を参照しながら正極板１１ａおよび負極板１１ｃの重ね合わせ状態について説明する。図８では正極板１１ａおよび負極板１１ｃが重ね合わされた状態を負極板１１ｃ側から見ている。

正極板１１ａおよび負極板１１ｃは、正極活物質形成部１４ａと負極活物質形成部１４ｃとが対向するように重ね合わされている。さらに、正極板１１ａおよび負極板１１ｃは、正極板１１ａの第１の未形成部１６と負極板１１ｃの第２の未形成部１７とが対向するとともに、正極板１１ａの第２の未形成部１７と負極板１１ｃの第１の未形成部１６とが対向するように重ね合わされている。

より具体的には、負極板１１ｃにおける第２の未形成部１７の端部は、正極板１１ａにおける第１の未形成部１６の端部から８（ｍｍ）内側に配置されている。同様に、正極板１１ａにおける第２の未形成部１７の端部は、負極板１１ｃにおける第１の未形成部１６の端部から８（ｍｍ）内側に配置されている。正極板１１ａにおける第１の未形成部１６の端部から負極板１１ｃにおける第１の未形成部１６の端部までは１００（ｍｍ）の間隔となるように正極板１１ａおよび負極板１１ｃは重ね合わされている。

さらに、正極引出端子配置部１９ａ、および、負極引出端子配置部１９ｃは、第１の未形成部１６の端部から中心に向かって５（ｍｍ）、かつ、長辺に沿う方向に５０（ｍｍ）の矩形状の領域として形成されている。

また、セパレータ２１の横幅方向（図８の上下方向の長さ）の長さは８６（ｍｍ）に形成されている。セパレータ２１における一方の端部（図８の上側の端部）は、正極板１１ａにおける第１の未形成部１６の端部から８（ｍｍ）内側に配置され、他方の端部（図８の下側の端部）は、負極板１１ｃにおける第１の未形成部１６の端部から８（ｍｍ）内側に配置されている。

正極タブリード３１ａは、図１および図８に示すように、正極板１１ａの横幅方向（図８の上下方向）に延びて、正極板１１ａに導電可能に接続されるものである。負極タブリード３１ｃは、負極板１１ｃの横幅方向に延びて、負極板１１ｃに導電可能に接続されるものである。

具体的には、正極タブリード３１ａは正極板１１ａの正極引出端子配置部１９ａにおいて、負極タブリード３１ｃは負極板１１ｃの負極引出端子配置部１９ｃにおいて、溶接等により電気的に接続されている。

正極タブリード３１ａおよび負極タブリード３１ｃは、図１に示すように、角型ケース４１を貫通して配置され、電極群１０から電流を外部に放電する際、または、外部から電極群１０に電流を充電する際に用いられる端子である。

角型ケース４１は、電極群１０、正極タブリード３１ａおよび負極タブリード３１ｃ、並びに、電解液を内部に収納する両端が閉じられた容器である。
上記の構成の電極群１０（蓄電デバイス１）によれば、負極活物質形成部１４ｃの総数から正極活物質形成部１４ａの総数を引いた数を２とすることで、正極板１１ａおよび負極板１１ｃの最も内周の端部の位置を一致させた状態重ね合わせて巻回した際に、電極群１０における電極として機能しない部分が形成されることを抑制できる。

つまり、正極板１１ａが負極板１１ｃの内側になるように重ね合わせた状態で巻回した際に、電極群１０の中心で互いに対向する正極活物質形成部１４ａがなくなる。言い換えると電極群１０の内部において電極として機能しない部分が減少し、電極群１０におけるエネルギー密度の低下を抑制することができる。

さらに、正極板１１ａおよび負極板１１ｃにおける最も内周の端部の位置を一致させて重ね合わせた状態で巻回して電極群１０を形成するため、例えば、最も内周の端部の位置をずらして重ね合わせた状態で巻回する場合と比較して電極群１０を形成しやすくなる。

つまり、正極板１１ａおよび負極板１１ｃの最も内周の端部の位置をずらして重ね合わせる場合には、正極活物質形成部１４ａと負極活物質形成部１４ｃとが位置を合わせて対向するように重ね合わせる必要があるため、重ね合わせの位置合わせが困難であった。これに対して、正極板１１ａおよび負極板１１ｃの最も内周の端部の位置を一致させて重ね合わせる場合には、最も内周の端部の位置を一致させるだけで正極活物質形成部１４ａおよび負極活物質形成部１４ｃの位置があった状態で対向するため、電極群１０の形成が行いやすくなる。

さらに正極板１１ａおよび負極板１１ｃにおける長手方向の長さを同等とすることにより、長さが異なる場合と比較して、正極板１１ａおよび負極板１１ｃを重ね合わせた際に正極活物質形成部１４ａおよび負極活物質形成部１４ｃを対向させやすくなる。

また、上記の構成の電極群１０（蓄電デバイス１）によれば、負極活物質形成部の総面積が正極活物質形成部の総面積より相対的に大きくなるため、負極板上に金属リチウムが針状に析出し正負極が短絡することを抑制することもできる。

正極板１１ａおよび負極板１１ｃを第３の未形成部１８において折り曲げ、正極活物質形成部１４ａおよび負極活物質形成部１４ｃが平らとなる扁平形状に電極群１０を形成することにより、蓄電デバイス１のエネルギー密度の低下を抑制することができる。例えば、正極活物質形成部１４ａおよび負極活物質形成部１４ｃが曲げられる場合と比較して、正極活物質形成部１４ａに設けられた正極活物質層や、負極活物質形成部１４ｃに設けられた負極活物質形成層に応力が働きにくいため、破損等の不具合が発生しにくくなる。そのため、破損等の理由で正極活物質形成部１４ａおよび負極活物質形成部１４ｃが電極として機能しなくなることを抑制でき、蓄電デバイス１の高いエネルギー密度を実現することができる。

なお、正極タブリード３１ａおよび負極タブリード３１ｃは、図９に示すように、正極板１１ａや負極板１１ｃの長手方向に延びて配置されていてもよい。言い換えると、上述の実施形態と比較して正極タブリード３１ａおよび負極タブリード３１ｃが引き出される方向を９０°程度回転させることにより、正極タブリード３１ａおよび負極タブリード３１ｃが同一方向に延びて形成されていてもよい。

図１０は、図９に示す電極群１０を有する蓄電デバイス１の構成を示している。この場合、正極タブリード３１ａや負極タブリード３１ｃは、それぞれ端部がまとめられた正極板１１ａの第１の未形成部１６や負極板１１ｃの第１の未形成部１６と溶接されることにより電気的に接続されている。

角型ケース４１は、アルマイト処理を施した金属から形成された容器であり、その厚さは０．２（ｍｍ）程度である。図１０に示す角型ケース４１は、電極群１０を収納する部分から正極タブリード３１ａおよび負極タブリード３１ｃが溶接される部分に向けて（正極タブリード３１ａ側では図９の右から左に向けて、負極タブリード３１ｃ側では図９の左から右に向けて）、段階的に絞られる段差形状に形成されている。

つまり、１つ目の段差は、電極群１０が収納されている部分から、正極タブリード３１ａや負極タブリード３１ｃが正極タブリード３１ａや負極タブリード３１ｃと溶接されている部分に向かう領域に形成されている。２つ目の段差は、正極タブリード３１ａや負極タブリード３１ｃが正極板１１ａの第１の未形成部１６や負極板１１ｃの第１の未形成部１６と溶接されている部分から、角型ケース４１が融着される部分に向かう領域に形成されている。

１つ目の段差部は、図１０に示すように３（ｍｍ）程度の長さを有している。正極タブリード３１ａや負極タブリード３１ｃが正極板１１ａの第１の未形成部１６や負極板１１ｃの第１の未形成部１６と溶接されている部分は３（ｍｍ）程度の長さを有している。角型ケース４１が融着される部分は１０ｍｍ程度の長さを有している。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図１１および図１２を参照しながら説明する。本実施形態の蓄電デバイスの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、電極群の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図１１および図１２を用いて電極群の構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。

本実施形態に係る蓄電デバイス１０１の電極群１１０は、図１１の電極群１１０の模式断面図に示すように、正極板１１ａと、負極板１１１ｃと、セパレータ２１と、から主に構成され、負極板１１１ｃ、セパレータ２１、正極板１１ａ、セパレータ２１の順に積層された層が扁平状に巻回されて構成されたものである。図１１に示す電極群１１０は、理解を容易にするために巻回の回数を３回として示しているものであり、巻回の回数を３回に限定するものではない。

なお、本実施形態では、電極群１１０における巻回の回数を２０回とした例に適用して説明する。さらに、実際の電極群１１０では、正極板１１ａ、負極板１１１ｃおよびセパレータ２１を積層させた状態で巻回されている。

負極板１１１ｃは、図１２に示すように、負極集電体１３ｃと、負極活物質形成部１４ｃと、リード部１５と、第３の未形成部１８と、から主に形成されたものである。なお、負極板１１１ｃには、第１の実施形態の負極板１１ｃと同様に、第１の未形成部１６と、第２の未形成部１７と、負極引出端子配置部１９ｃとが設けられている（図４（ｂ）参照）。

本実施形態の負極板１１１ｃでは、電極群１０の最も外周の端部（図１２の上側の端部）に最も近い位置Ｐ２０、および、次に近い位置Ｐ１９では、正極板１１ａと対向する面にのみ負極活物質形成部１４ｃが設けられている。正極板１１ａに対して反対側の面には負極活物質形成部１４ｃは設けられていない。三番目に近い位置Ｐ１８からリード部１５に近い位置では負極板１１１ｃを挟むように負極活物質形成部１４ｃが設けられている。そのため、本実施形態では、３８の負極活物質形成部１４ｃが負極板１１１ｃに設けられていることとなり、負極活物質形成部１４ｃの総数は、正極板１１ａに設けられた正極活物質形成部１４ａの総数と同じになる。

上記の構成の電極群１１０（蓄電デバイス１０１）によれば、正極板１１ａが負極板１１１ｃの内側になるように重ね合わせた状態で巻回した際に、電極群１１０の中心で互いに対向する正極活物質形成部１４ａがなくなる。言い換えると、電極群１１０の中心で正極活物質形成部１４ａ同士が（具体的には位置Ｐ１における反対側の正極活物質形成部１４ａと、位置Ｐ２における反対側の正極活物質形成部１４ａとが）対向しなくなる。

さらに、電極群１１０の外周で、正極活物質形成部１４ａと対向しない単独の負極活物質形成部１４ｃ（具体的には位置Ｐ１９における反対側の負極活物質形成部１４ｃ、および、位置Ｐ２０における反対側の負極活物質形成部１４ｃ）がなくなる。言い換えると電極群１１０の内部、および、外周において電極として機能しない部分が減少し、電極群１１０におけるエネルギー密度の低下を抑制することができる。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図１３および図１４を参照しながら説明する。
本実施形態の蓄電デバイスの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、電極群の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図１３および図１４を用いて電極群の構成について説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。

本実施形態に係る蓄電デバイス２０１の電極群２１０は、図１３の電極群２１０の模式断面図に示すように、正極板２１１ａと、負極板２１１ｃと、セパレータ２１と、から主に構成され、負極板２１１ｃ、セパレータ２１、正極板２１１ａ、セパレータ２１の順に積層された層が扁平状に巻回されて構成されたものである。図１３に示す電極群２１０は、理解を容易にするために巻回の回数を３回として示しているものであり、巻回の回数を３回に限定するものではない。

なお、本実施形態では、電極群２１０における巻回の回数を２０回とした例に適用して説明する。さらに、実際の電極群２１０では、正極板２１１ａ、負極板２１１ｃおよびセパレータ２１を積層させた状態で巻回されている。

正極板２１１ａは、図１４に示すように、正極活物質形成部１４ａと、第３の未形成部１８と、から主に形成されたものである。なお、正極板２１１ａには、第１の実施形態の負極板１１ｃと同様に、正極集電体１３ａと、第１の未形成部１６と、第２の未形成部１７と、正極引出端子配置部１９ａとが設けられている（図４（ａ）参照）。

本実施形態の正極板２１１ａは、リード部１５が設けられていない点が第１の実施形態の正極板１１ａと異なり、電極群２１０の最も内周の端部から正極板２１１ａを挟んで正極活物質形成部１４ａが設けられている。正極板２１１ａには２０の位置で正極活物質形成部１４ａが設けられているため、合計で４０の正極活物質形成部１４ａが正極板１１ａに設けられている。

負極板２１１ｃは、図１４に示すように、負極活物質形成部１４ｃと、第３の未形成部１８と、から主に形成されたものである。なお、負極板２１１ｃには、第１の実施形態の負極板１１ｃと同様に、負極集電体１３ｃと、第１の未形成部１６と、第２の未形成部１７と、負極引出端子配置部１９ｃとが設けられている（図４（ｂ）参照）。

本実施形態の負極板２１１ｃは、正極板２１１ａと比較して長手方向（図１４の上下方向）に長く形成され、第１の実施形態の負極板１１ｃと比較して、負極活物質形成部１４ｃが設けられる位置が１つ増えている。そのため、本実施形態では、４２の負極活物質形成部１４ｃが負極板１１１ｃに設けられている。

正極板２１１ａおよび負極板２１１ｃは、巻回して電極群２１０とされる際に、正極板２１１ａにおける最も内周の端部に最も近い位置Ｐ１の正極活物質形成部１４ａが、負極板２１１ｃにおける端部から二番目に近い位置Ｐ２の負極活物質形成部１４ｃが対向する状態で重ね合わされる。次いで、負極板２１１ｃにおける位置Ｐ１の負極活物質形成部１４ｃが、図１４の矢印で示すように、位置Ｐ１の正極活物質形成部１４ａを挟むように折り曲げられる。その後は第１の実施形態と同様に正極板２１１ａおよび負極板２１１ｃが巻回され、電極群２１０となる。

上記の構成の電極群２１０（蓄電デバイス２０１）によれば、正極板２１１ａおよび負極板２１１ｃを重ね合わせた状態で巻回した際に、正極板２１１ａにおける最も内周の端部は負極板２１１ｃに挟まれるため、電極群２１０の中心で正極活物質形成部１４ａが（具体的には位置Ｐ１の正極活物質形成部１４ａや、位置Ｐ２の正極活物質形成部１４ａが）負極活物質形成部１４ｃと対向する。言い換えると電極群２１０の内部に電極として機能しない部分が形成されにくくなり、電極群２１０におけるエネルギー密度の低下を抑制することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、本発明を上記の実施形態に適用したものに限られることなく、これらの実施形態を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定するものではない。

１，１０１，２０１…蓄電デバイス、１０，１１０，２１０…電極群、１１ａ，２１１ａ…正極板、１１ｃ，１１１ｃ，２１１ｃ…負極板、１３ａ…正極集電体、１３ｃ…負極集電体、１４ａ…正極活物質形成部、１４ｃ…負極活物質形成部、１８…第３の未形成部（未形成部）、４１…角型ケース（ケース）

Claims (7)

1. 正極集電体上に正極活物質層が形成された帯状の正極板と、負極集電体上に負極活物質層が形成された帯状の負極板とが、巻回された蓄電デバイス用電極群であって、
   前記正極板および前記負極板は、最も内周の端部の位置を一致させた状態で重ね合わされて巻回され、
   前記正極板および前記負極板には、それぞれ、前記正極活物質層が配置された正極活物質形成部、および、前記負極活物質層が配置された負極活物質形成部が設けられ、
   前記正極活物質形成部および前記負極活物質形成部は、それぞれ、前記正極板および前記負極板の長手方向に相互に分離されて配置され、
   ｜前記正極活物質形成部の総数−前記負極活物質形成部の総数｜＝１又は２であり、
   前記正極板および前記負極板は、長手方向の長さが同等とされていることを特徴とする蓄電デバイス用電極群。
2. 巻回された状態において、前記正極板は前記負極板の内側に配置され、
   前記正極活物質形成部の総数は、前記負極活物質形成部の総数未満であることを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイス用電極群。
3. 隣り合う前記正極活物質形成部の間、および、隣り合う前記負極活物質形成部の間には、それぞれ、前記正極活物質層および前記負極活物質層が配置されていない未形成部が設けられ、
   前記正極板および前記負極板が巻回された状態において、前記未形成部が折り曲げられ、前記正極活物質形成部および前記負極活物質形成部が平らとなる扁平形状とされていることを特徴とする請求項１から２のいずれか１項に記載の蓄電デバイス用電極群。
4. 前記負極活物質形成部は、互いに分離されるとともに一方の端部から他方の端部に向かって並び、かつ、前記負極集電体を挟んで配置され、
   前記正極活物質形成部は、前記正極板が前記負極板の内側に配置されて巻回された状態において、前記負極活物質形成部と対向する位置にのみ配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄電デバイス用電極群。
5. 前記正極板が前記負極板の内側に配置された状態で巻回され、
   前記負極活物質形成部は、互いに分離されるとともに一方の端部から他方の端部に向かって並び、かつ、最外周で前記負極活物質形成部が前記正極活物質形成部と対向しない位置を除き、前記負極集電体を挟んで配置され、
   前記正極活物質形成部は、互いに分離されるとともに一方の端部から他方の端部に向かって並び、かつ、最内周で前記正極活物質形成部が互いに対向する位置を除き、前記正極集電体を挟んで配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄電デバイス用電極群。
6. 正極集電体上に正極活物質層が形成された帯状の正極板と、負極集電体上に負極活物質層が形成された帯状の負極板とを、前記正極板が前記負極板の内側に配置された状態で巻回した蓄電デバイス用電極群であって、
   前記正極板には、前記正極活物質層が配置された正極活物質形成部が前記正極集電体を挟んで設けられ、
   前記負極板には、前記負極活物質層が配置された負極活物質形成部が前記負極集電体を挟んで、前記正極活物質形成部よりも２つ多く設けられ、
   前記正極活物質形成部および前記負極活物質形成部は、それぞれ、前記正極板および前
   記負極板の長手方向に相互に分離されて配置され、
   前記正極板および前記負極板は、前記正極板における最も内周の一方の端部に最も近い前記正極活物質形成部が、前記負極板における前記一方の端部から二番目に近い前記負極活物質形成部が対向する状態で重ね合わされて巻回されていることを特徴とする蓄電デバイス用電極群。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の蓄電デバイス用電極群と、
   電解質と、
   前記電極群および前記電解質を収容するケースと、
   が設けられていることを特徴とする蓄電デバイス。