JP6451077B2 - 蓄電デバイス及び蓄電デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、蓄電デバイス及び蓄電デバイスの製造方法に関する。
リチウムイオン二次電池などの蓄電デバイスは、携帯電話やノートパソコン、電気自動車やハイブリッド自動車などの電源として使用されている。
特許文献１に開示されている蓄電デバイスは、電極ユニット（以下「電極積層体」と呼ぶ）と、電極積層体に積層されるリチウム極と、電極積層体とリチウム極とを仕切るセパレータと、これらを収納する外装ケースと、外装ケース内に充填された電解液とで構成される。
電極積層体は、交互に積層した正極及び負極と、両電極の間にそれぞれ配置した電極間セパレータとを備える。電極間セパレータは正極と負極とを仕切る。このため、両電極間の絶縁性が確保される。
リチウム極は、金属箔に金属リチウムを貼り合わせたものである。リチウム極は、電極積層体の電極積層方向の両端に配置される。
セパレータは、電極積層体とリチウム極との間、及びリチウム極と外装ケースとの間に介装される。このため、電極積層体とリチウム極との間の絶縁性が確保されるとともに、リチウム極と外装ケースとの間の絶縁性も確保される。
詳しくは、セパレータは、帯状であり、長手方向の一部分をつづら折りしたつづら折り部と、つづら折り部に連なるラップ部とを備える。セパレータのつづら折り部の一方側に形成された谷折り部に電極積層体が挿入され、且つ、つづら折り部の他方側に形成された谷折り部にリチウム極が挿入されて、電極積層体とリチウム極とがセパレータを介して積層される。セパレータのつづら折り部により、電極積層体とリチウム極との間の絶縁性が確保される。また、セパレータのラップ部は、つづら折り部を介して積層された電極積層体及びリチウム極の全体を覆う。セパレータのラップ部により、リチウム極と外装ケースとの間の絶縁性も確保される。
特許文献１に開示された蓄電デバイスでは、セパレータのつづら折り部の一方側の谷折り部に電極積層体が挿入され、且つ、他方側の谷折り部にリチウム極が挿入され、セパレータのつづら折り部を介して電極積層体とリチウム極とが積層される。しかしこのとき、セパレータを介して電極積層体とリチウム極との互いに対向する面が相対的に位置ズレした状態で積層されることがある。つまり、リチウム極が電極積層体の各電極の活物質層に対して位置ズレした状態になる。
このように、リチウム極が電極積層体の各電極の活物質層に対して位置ズレして積層された場合には、負極へのリチウムイオンのドープ量が不均一となる。詳しくは、リチウム極と対向しない電極部位は、対向する電極部位に比べてリチウムイオンのドープ量が少ない。リチウム極と対向する電極部位のうち、位置ズレにより生じるリチウム極の電極部位からはみ出した部分に近い電極部位では、リチウム極のはみ出した部分からのリチウムイオンが加わるため、リチウムイオンのドープ量が多くなる。ドープ量の多い電極部位は、他の電極部位よりも多くのリチウムイオンが集中して移動するため、発熱し易い。発熱により、容量劣化という性能低下を招くという問題が生じる。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、リチウム極の電極に対する位置ズレの程度が改善され、位置ズレによる性能低下が改善された蓄電デバイスを提供することを目的とする。
本発明に係る蓄電デバイスは、
第１セパレータを介して正極と負極とが第１の方向に積層され且つ前記正極及び負極上に形成された極活物質層の前記第１の方向に直交する第２の方向の端部の位置がそれぞれ一致して配置された電極積層体と、前記電極積層体の正極及び負極の少なくとも一方にイオンを供給するためのイオン供給源と、前記電極積層体と前記イオン供給源とを第２セパレータを介して前記第１の方向に積層した状態で内部に収容するケースと、前記ケース内に充填される電解液とを備える蓄電デバイスであって、
前記第２セパレータは、前記第１の方向及び前記第２の方向に直交する第３の方向を折り目方向とする折り目にて屈曲されて形成された複数の屈曲部によってつづら折りに形成され、
前記複数の屈曲部のうちの一部の屈曲部である第１の屈曲部は、前記第１セパレータの前記第２の方向の端部と前記第２の方向の位置が揃っており、
前記複数の屈曲部のうちの他の屈曲部である第２の屈曲部は、前記正極及び負極の前記極活物質層の前記第２の方向の端部と前記第２の方向の位置が揃っており、
前記イオン供給源は、その一端が前記第２の屈曲部に当接した状態に配置された、
ことを特徴とする。
第１セパレータを介して正極と負極とが第１の方向に積層され且つ前記正極及び負極上に形成された極活物質層の前記第１の方向に直交する第２の方向の端部の位置がそれぞれ一致して配置された電極積層体と、前記電極積層体の正極及び負極の少なくとも一方にイオンを供給するためのイオン供給源と、前記電極積層体と前記イオン供給源とを第２セパレータを介して前記第１の方向に積層した状態で内部に収容するケースと、前記ケース内に充填される電解液とを備える蓄電デバイスであって、
前記第２セパレータは、前記第１の方向及び前記第２の方向に直交する第３の方向を折り目方向とする折り目にて屈曲されて形成された複数の屈曲部によってつづら折りに形成され、
前記複数の屈曲部のうちの一部の屈曲部である第１の屈曲部は、前記第１セパレータの前記第２の方向の端部と前記第２の方向の位置が揃っており、
前記複数の屈曲部のうちの他の屈曲部である第２の屈曲部は、前記正極及び負極の前記極活物質層の前記第２の方向の端部と前記第２の方向の位置が揃っており、
前記イオン供給源は、その一端が前記第２の屈曲部に当接した状態に配置された、
ことを特徴とする。
本発明に係る蓄電デバイスの製造方法は、
正極活物質層を形成した正極と負極活物質層を形成した負極とを第１セパレータを介して第１の方向に積層した電極積層体と、前記正極及び前記負極の少なくとも一方にイオンを供給するためのイオン供給源とを第２セパレータを介して前記第１の方向積層した状態でケース内に収容した蓄電デバイスの製造方法であって、
前記第１セパレータにおける、前記第１の方向に直交する第２の方向の両端のうち一方の端部を基準に、前記正極活物質層の前記第２の方向の両端の位置と前記負極活物質層の前記第２の方向の両端の位置とを揃えて前記正極と前記負極とを前記第１セパレータを介して前記第１の方向に積層して前記電極積層体を作製する電極積層体作製ステップと、
前記第１の方向及び前記第２の方向に直交する第３の方向を折り目方向とする折り目にて屈曲されて形成された複数の屈曲部によってつづら折りの第２セパレータを形成する第２セパレータ形成ステップと、
前記イオン供給源の先端が、前記複数の屈曲部のうちの一部の屈曲部である第１の屈曲部以外の第２の屈曲部に当接するように前記イオン供給源を前記第２の屈曲部に挿入するリチウム極挿入ステップと、
前記第１の屈曲部と、前記第１セパレータの前記第２の方向の端部との前記第２の方向の位置を揃えるとともに、前記第２の屈曲部と、前記正極及び負極の前記第２の方向の端部との前記第２の方向の位置を揃えて、前記電極積層体と前記イオン供給源とを前記第１の方向に積層する積層ステップと、
を備えることを特徴とする。
正極活物質層を形成した正極と負極活物質層を形成した負極とを第１セパレータを介して第１の方向に積層した電極積層体と、前記正極及び前記負極の少なくとも一方にイオンを供給するためのイオン供給源とを第２セパレータを介して前記第１の方向積層した状態でケース内に収容した蓄電デバイスの製造方法であって、
前記第１セパレータにおける、前記第１の方向に直交する第２の方向の両端のうち一方の端部を基準に、前記正極活物質層の前記第２の方向の両端の位置と前記負極活物質層の前記第２の方向の両端の位置とを揃えて前記正極と前記負極とを前記第１セパレータを介して前記第１の方向に積層して前記電極積層体を作製する電極積層体作製ステップと、
前記第１の方向及び前記第２の方向に直交する第３の方向を折り目方向とする折り目にて屈曲されて形成された複数の屈曲部によってつづら折りの第２セパレータを形成する第２セパレータ形成ステップと、
前記イオン供給源の先端が、前記複数の屈曲部のうちの一部の屈曲部である第１の屈曲部以外の第２の屈曲部に当接するように前記イオン供給源を前記第２の屈曲部に挿入するリチウム極挿入ステップと、
前記第１の屈曲部と、前記第１セパレータの前記第２の方向の端部との前記第２の方向の位置を揃えるとともに、前記第２の屈曲部と、前記正極及び負極の前記第２の方向の端部との前記第２の方向の位置を揃えて、前記電極積層体と前記イオン供給源とを前記第１の方向に積層する積層ステップと、
を備えることを特徴とする。
本発明によれば、リチウム極の電極に対する位置ズレの程度が改善され、位置ズレによる性能低下が改善された蓄電デバイスを提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る蓄電デバイス１００は、図１に示すように、それぞれ複数の正極１と負極３とを第１セパレータ５を介して交互に積層した電極積層体６と、負極３にリチウムイオンを供給するためのイオン供給源であるリチウム極１０と、電極積層体６とリチウム極１０とを第２セパレータ２０を介して積層した状態で内部に収容する外装部材７と、外装部材７内に充填される非水電解液９とを備えるリチウムイオンキャパシタである。
本発明の実施の形態１に係る蓄電デバイス１００は、図１に示すように、それぞれ複数の正極１と負極３とを第１セパレータ５を介して交互に積層した電極積層体６と、負極３にリチウムイオンを供給するためのイオン供給源であるリチウム極１０と、電極積層体６とリチウム極１０とを第２セパレータ２０を介して積層した状態で内部に収容する外装部材７と、外装部材７内に充填される非水電解液９とを備えるリチウムイオンキャパシタである。
図１では、理解を容易にするため、電極積層体６を構成する正極１、負極３及び第１セパレータ５を、積層方向である第１の方向（Ｚ方向）に間隔を空けて図示している。これらは、積層状態において、正極１及び負極３が第１セパレータ５に接触してＺ方向に互いに隙間が無い状態となっている。また、図１では、電極積層体６と第２セパレータ２０とリチウム極１０とを、Ｚ方向に間隔を空けて図示している。これらは、積層状態において、電極積層体６及びリチウム極１０が第２セパレータ２０に接触してＺ方向に互いに隙間が無い状態となっている。
図１に示す電極積層体６は、正極１及び負極３を合わせて５層積層したものであり、正極１と負極３との間及びその積層方向（Ｚ方向）の一端の負極３と外装部材７との間に第１セパレータ５が配置されて構成される。
第１セパレータ５は、正極１と負極３との接触を防止するための電気絶縁性を有する微多孔膜である。微多孔膜は多数の微細な孔を有する膜である。これらの微細な孔は、微多孔膜の表裏をつなぐように連結している。これにより、第１セパレータ５はイオンの透過性を有する。
正極１と負極３との間に、第１セパレータ５が介装することにより、正極１と負極３とが接触することが防止されている。また、電極積層体６の一端の電極（負極３）と、外装部材７との間に、第１セパレータ５が介装することにより、外装部材７と負極３とが接触することが防止されている。
正極１と負極３について、図２も用いて説明する。図２に示す負極３は、図１に示す電極積層体６内の下端の負極３であり、図２に示す正極１は、図１に示す電極積層体６内の下端の負極３の直上の正極１である。
正極１は、図２に示すように、正極集電体２と、正極集電体２の表裏面上に形成される正極活物質層１ａとを備える。正極集電体２は、その表裏面（両側の主面）間を貫通する微小孔を有する。この微小孔は、アニオンやカチオンなどのイオンを通過可能にするためのものである。正極活物質層１ａは、アニオンを吸着・挿入、脱離し得る炭素材料である活性炭を含む。
正極集電体２の表裏面の先端側には、矩形状（例えばＸＹ方向の長さが１０ｃｍの正方形）の主面が形成される。図１に示すように、正極集電体２は、その主面全体に正極活物質層１ａが形成されるとともに、正極活物質層１ａが形成された先端側とは反対の基端側を取り出し電極部１５とするものである。正極集電体２は、図１、図２に示すように薄板形状又は箔状である。その厚みは例えば２０μｍである。つまり、正極１は、正極集電体２の両側の主面上に、ＸＹ方向の長さが１０ｃｍの正方形で且つ厚みが例えば片面０．１５ｍｍの正極活物質層１ａを形成することにより構成されている。図１に示すように、２つの取り出し電極部１５は、別体の接合部１９によって１つに束ねた状態で正極用外部端子１６に接続されている。
負極３は、図２に示すように、負極集電体４と、負極集電体４の表裏面上に形成される負極活物質層３ａとを備える。負極集電体４は、その表裏面（両側の主面）間を貫通する微小孔を有する。この微小孔は、アニオンやカチオンなどのイオンを通過可能にするためのものである。負極活物質層３ａは、カチオンとしてのリチウムイオンを挿入、脱離し得る炭素材料である人造黒鉛を含む。
負極集電体４の表裏面の先端側には、矩形状（例えばＸＹ方向の長さが１０ｃｍの正方形）の主面が形成される。図１に示すように、負極集電体４は、その主面全体に負極活物質層３ａが形成されるとともに、負極活物質層３ａが形成された先端側とは反対の基端側を取り出し電極部１７とするものである。負極集電体４は、図１、図２に示すように薄板形状又は箔状である。その厚みは例えば１５μｍである。つまり、負極３は、負極集電体４の両側の主面上に、ＸＹ方向の長さが１０ｃｍの正方形で且つ厚みが例えば片面０．０７ｍｍの負極活物質層３ａを形成することにより構成されている。図１に示すように、３つの取り出し電極部１７は、別体の接合部１９によって１つに束ねた状態で負極用外部端子１８に接続されている。
第１セパレータ５は、図１、図２に示すように、そのＸ−Ｙ平面上の大きさが正極１及び負極３のＸ−Ｙ平面上の大きさよりも大きい矩形状に形成されている。図２では、第１セパレータ５に対する正極活物質層１ａ及び負極活物質層３ａの位置関係を一点鎖線で示すことにより、第１セパレータ５が正極活物質層１ａ及び負極活物質層３ａよりも大きいことを図示している。
第１セパレータ５には、電極積層体６内に充填された非水電解液９が含浸している。第１セパレータ５は、絶縁性を確保しつつ、非水電解液９を介してアニオンやカチオンというイオンの透過を許容する観点から、例えば厚さ５０μｍで気孔率７０％程度の膜としている。具体的には、第１セパレータ５は、セルロース系の不織布である。
リチウム極１０は、金属箔１１（例えば銅箔）と、金属箔１１の主面に貼り合わせた金属リチウム１２とを備える。リチウム極１０は、第２セパレータ２０を介して電極積層体６のＺ方向の一端に配置される。電極積層体６とリチウム極１０とが積層された状態では、リチウム極１０と電極積層体６の負極３とが第２セパレータ２０を介して対向する。金属箔１１の第２の方向（Ｘ方向）の一方には、取り出し電極部１４が接続されている。金属箔１１の厚みは例えば１５μｍである。金属リチウム１２の厚みは例えば４０μｍである。
第２セパレータ２０は、リチウム極１０と電極積層体６の負極３との接触を防止するための電気絶縁性を有する微多孔膜である。第２セパレータ２０は、図１、図２に示すように、３箇所の屈曲部２１、２２、２３によってつづら折りに形成されている。つまり、第２セパレータ２０は、外四つ折りに形成されている。なお、後述する図６に示す従来の二つ折りの第２セパレータ３０では、積層する際に、Ｘ方向の一方の端部３２が電極積層体６に対して線接触することより、第２セパレータ３０のＸ方向の位置ズレが生じ易く、位置合わせが不安定になる。これに対して、外四つ折りの第２セパレータ２０では、リチウム極１０上に第２セパレータ２０を介して電極積層体６を積層する際に、屈曲部２１からＸ方向の他方の端部２６にわたる面体２５（最上の面体２５）が電極積層体６に対して面接触するので、第２セパレータ２０の位置合わせが安定する。
３箇所の屈曲部２１、２２、２３は、第３の方向（ここではＹ方向）を折り目方向とする折り目２４により形成される。つまり、屈曲部２１、２２、２３は、第２セパレータ２０のつづら折りにより屈曲した部分のことである。
第１の屈曲部である整合用の屈曲部２１、２３は、図１に示すように、第１セパレータ５のＸ方向の一方の端部５ａとＸ方向の位置が位置Ｌ１で揃う。リチウム極１０の挿入方向の先端１０ｂは、位置決め用の屈曲部２２に当接する。第２の屈曲部である位置決め用の屈曲部２２は、第１セパレータ５のＸ方向の一方の端部５ａと整合用の屈曲部２１、２３とを揃えた状態において、負極３の端部３ｂのＸ方向の位置と位置Ｌ２で揃う。
第２セパレータ２０は、図１、図２に示すように、３箇所の屈曲部２１、２２、２３により区分けされて形成される複数（ここでは４つ）の面体２５を備える。面体２５は、そのＸ−Ｙ平面上の大きさがリチウム極１０及び負極３のＸ−Ｙ平面上の大きさよりも大きい矩形状としている。上から２番目の面体２５と３番目の面体２５との間にリチウム極１０を挟んだ状態でこれら４つの面体２５が重ね合わされる。
リチウム極１０は、図１、図２に示すように、第２セパレータ２０の位置決め用の屈曲部２２に繋がる２つの面体２５（上から２番目の面体２５と３番目の面体２５）間に挿入される。挿入されたリチウム極１０の先端１０ｂが位置決め用の屈曲部２２に当接する。リチウム極１０の先端１０ｂのＸ方向の位置は、負極３の先端側の端部３ａのＸ方向の位置に揃う。
具体的には、金属箔１１の厚みは１５μｍである。金属リチウム１２の厚みは４０μｍである。このため、リチウム極１０の金属リチウム１２の形成箇所におけるＺ方向の厚みは５５μｍである。つまり、リチウム極１０の先端１０ｂのＺ方向長さも５５μｍである。このため、位置決め用の屈曲部２２に挿入されたリチウム極１０の先端１０ｂは、折り目２４に接触する。つまり、リチウム極１０の先端１０ｂが位置決め用の屈曲部２２に当接する。したがって、リチウム極１０の先端１０ｂのＸ方向の位置は、負極３の先端側の端部３ａのＸ方向の位置に揃う。
また、第２セパレータ２０の上から３番目及び４番目の面体２５がリチウム極１０と外装部材７との間に位置している。これにより、リチウム極１０と外装部材７とが電気的に絶縁され、互いに接触することが防止されている。
第２セパレータ２０には、外装部材７の内部に充填された非水電解液９が含浸している。第２セパレータ２０は、絶縁性を確保しつつ、非水電解液９を介してリチウムイオンの透過を許容する観点から、例えば厚さ５０μｍで気孔率７０％程度の膜としている。具体的には、第２セパレータ２０は、セルロース系の不織布である。
外装部材７は、第２セパレータ２０を介して積層した電極積層体６とリチウム極１０とを内部に収容するケースである。外装部材７は、内部に非水電解液９が充填された状態で密封されている。なお、非水電解液９は電極積層体６内にも充填されている。外装部材７は、例えばアルミニウムからなるラミネートフィルムで構成される。
非水電解液９は、リチウム塩を含む電解質を有機溶媒に溶解した有機電解液である。非水電解液９は、アニオン、カチオン、リチウムイオンの移動媒体として機能する。また、リチウム塩以外に他の電解質を含んでいてもよい。
リチウム塩としては、ＬｉＰＦ６ 、ＬｉＢＦ４ 、ＬｉＣＩＯ４ 、ＬｉＮ（ＣＦ３ ＳＯ２ ）２ 、ＬｉＮ（ＳＯ２ Ｃ２ Ｆ５ ）２ 、ＬｉＣＦ３ ＳＯ３ 、ＬｉＣ（ＳＯ２ ＣＦ３ ）３、ＬＩＡｓＦ６ 、及びＬｉＳｂＦ６ からなる群から選ばれる一種以上の塩を用いてもよい。本実施の形態では、リチウム塩としてＬｉＰＦ６ を用いる。また、非水電解液９におけるリチウム塩の濃度（電解質濃度）は、０．５〜５．０ｍｏｌ／Ｌとしてもよく、１．０〜１．５ｍｏｌ／Ｌとしてもよい。
有機溶媒としては、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、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、スルホラン、ジメトキシエタン等を用いる。これら有機溶媒は、単独溶媒として用いてもよく、二種以上の混合溶媒として用いてもよい。混合溶媒としては、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒としてもよい。本実施の形態では、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを重量比１：１で混合してなる混合溶媒を用いる。
次に、図１に示す蓄電デバイス１００の製造方法について説明する。
第１のステップでは、第１セパレータ５の例えばＸ方向の一方の端部５ａから距離Ｘ１に、正極１の正極活物質層１ａの先端１ｃと、負極３の負極活物質層３ａの後端３ｃとが位置する状態で、第１セパレータ５を介して正極１と負極３とを積層する。正極活物質層１ａと負極活物質層３ａとはそのＸ−Ｙ平面上での位置、形状及び面積が同一である。これにより、正極１の正極活物質層１ａのＸ方向の両端と負極３の負極活物質層３ａのＸ方向の両端とがそれぞれ揃った状態で、第１セパレータ５を介して正極１と負極３とが積層された電極積層体６が作製される（電極積層体作製ステップ）。なおこの積層後に電極積層体６をＺ方向に圧着する第１圧着ステップを実行してもよい。
第２のステップでは、第２セパレータ用材料が、図２に示すように、予め決められた寸法に従って３箇所の屈曲部２１、２２、２３によってつづら折りに形成される（第２セパレータ形成ステップ）。第３のステップでは、第２セパレータ２０の位置決め用の屈曲部２２の方向にリチウム極１０を挿入し、リチウム極１０の先端１０ｂを位置決め用の屈曲部２２に当接させる（リチウム極挿入ステップ）。
第４のステップでは、リチウム極１０が挿入された第２セパレータ２０の整合用の屈曲部２１、２３と、電極積層体６の第１セパレータ５のＸ方向の一方の端部５ａとのＸ方向の位置を揃えるとともに、電極積層体６のＹ方向の両端と、第２セパレータ２０のＹ方向の両端とのＹ方向の位置をそれぞれ揃えて、電極積層体６をリチウム極１０上に第２セパレータ２０を介して積層する（積層ステップ）。図１に示すように、第２セパレータ２０の整合用の屈曲部２１、２３と第１セパレータ５のＸ方向の一方の端部５ａとのＸ方向の位置を揃えた状態では、リチウム極１０の先端１０ｂと負極３の先端側の端部３ｂとのそれぞれのＸ方向の位置が揃う。
なお、この電極積層体６とリチウム極１０との積層後にこの両者をＺ方向に圧着する第２圧着ステップを実行してもよい。
また、前記の第１圧着ステップを行わず、この第２圧着ステップのみを実行することで、電極積層体６自体のＺ方向の圧着と、リチウム極１０の電極積層体６への圧着とを合わせて実行するようにしてもよい。
第５のステップでは、図１に示すように、２つの正極１の各取り出し電極部１５は、別体の接合部１９によって１つに束ねた状態で正極用外部端子１６に接続され、３つの負極３の各取り出し電極部１７は、別体の接合部１９によって１つに束ねた状態で負極用外部端子１８に接続される（外部端子接続ステップ）。
第６のステップでは、第２セパレータ２０を介して積層した電極積層体６及びリチウム極１０を、外装部材７内に収容するとともに、この外装部材７内に非水電解液９を充填し、外装部材７を密閉する（収納密閉ステップ）。
以上の工程により、本実施の形態に係る蓄電デバイス１００が作製される。
以上説明したように、本発明の実施の形態１に係る蓄電デバイス１００では、第２セパレータ２０は、Ｙ方向を折り目方向とする折り目２４により形成された３箇所の屈曲部２１、２２、２３によってつづら折りに形成される。整合用の屈曲部２１、２３は、第１セパレータ５のＸ方向の一方の端部５ａとＸ方向の位置が揃う。位置決め用の屈曲部２２は、負極３の負極活物質層３ａのＸ方向の一方の端部３ｂとＸ方向の位置が揃う。リチウム極１０は、その先端１０ｂが位置決め用の屈曲部２２に当接した状態に配置される。つまり、第２セパレータ２０の整合用の屈曲部２１、２３と第１セパレータ５の端部５ａとのＸ方向の位置が揃い、第２セパレータ２０の位置決め用の屈曲部２２に当接したリチウム極１０の先端１０ｂと、負極３の端部３ｂとはＸ方向の位置が揃う。このように位置決めされた電極積層体６とリチウム極１０とをＺ方向に圧着することにより、リチウム極１０の電極に対する位置ズレの程度が改善できる。従って、本発明の実施の形態１に係る発明によれば、位置ズレによる性能低下が改善された蓄電デバイスを提供することができる。
（実施の形態２）
実施の形態２の蓄電デバイス１００は、図３に示すように、第２セパレータ２０の屈曲部２１、２３に対してＸ方向の他方の端部２６と第１セパレータ５のＸ方向の他方の端部５ｂとのＸ方向の位置が揃う点が、実施の形態１と異なる。それ以外は、実施の形態１と同様である。図３に示すように、第１セパレータ５のＸ方向の他方の端部５ｂと第２セパレータ２０のＸ方向の端部２６とが位置Ｌ３で揃っている。
実施の形態２の蓄電デバイス１００は、図３に示すように、第２セパレータ２０の屈曲部２１、２３に対してＸ方向の他方の端部２６と第１セパレータ５のＸ方向の他方の端部５ｂとのＸ方向の位置が揃う点が、実施の形態１と異なる。それ以外は、実施の形態１と同様である。図３に示すように、第１セパレータ５のＸ方向の他方の端部５ｂと第２セパレータ２０のＸ方向の端部２６とが位置Ｌ３で揃っている。
以上説明したように、本発明の実施の形態２に係る蓄電デバイス１００によれば、第２セパレータ２０のＸ方向の一方側に位置する整合用の屈曲部２１、２３が第１セパレータ５のＸ方向の一方の端部５ａのＸ方向の位置と揃うだけでなく、第２セパレータ２０のＸ方向の端部２６が第１セパレータ５のＸ方向の他方の端部５ｂのＸ方向の位置と揃う。このため、第１セパレータ５のＸ方向の両端と第２セパレータ２０のＸ方向の両端とのＸ方向の位置をそれぞれ揃えることができ、リチウム極１０の電極に対する位置ズレの程度が、実施の形態１よりも改善できる。従って、本発明の実施の形態２に係る発明によれば、位置ズレによる性能低下を実施の形態１よりも改善できた蓄電デバイスを提供することができる。
（実施の形態３）
実施の形態３の蓄電デバイス１００では、第２セパレータ２０は、図４、図５に示すように、位置決め用の屈曲部２２に当接したリチウム極１０の横方向（Ｙ方向）の位置を規制する位置規制部２７を備える点が、実施の形態１又は２と異なる。それ以外は、実施の形態１又は２と同様である。
実施の形態３の蓄電デバイス１００では、第２セパレータ２０は、図４、図５に示すように、位置決め用の屈曲部２２に当接したリチウム極１０の横方向（Ｙ方向）の位置を規制する位置規制部２７を備える点が、実施の形態１又は２と異なる。それ以外は、実施の形態１又は２と同様である。
位置規制部２７により、リチウム極１０の金属リチウム１２のＹ方向の両端の位置が負極３のＹ方向の両端の位置に揃えられる。
具体的には、位置規制部２７は、中央部２８と側位部２９とを有する。中央部２８は、位置決め用の屈曲部２２のうち、リチウム極１０のＹ方向の幅に相当する幅の部分である。側位部２９は、中央部２８のＹ方向の両側にそれぞれ位置する部位を、予め決められたＸ方向の長さの分、位置決め用の屈曲部２２の屈曲方向とは逆の方向に折り返すことにより形成される。中央部２８は、リチウム極１０を２つの側位部２９の間に配置したときに、金属リチウム１２のＹ方向の両端の位置が負極３のＹ方向の両端の位置に揃うような位置に配置される。
次に、位置規制部２７が形成された第２セパレータ２０を備えた蓄電デバイス１００の製造方法について説明する。
実施の形態３の第１のステップでは、電極積層体６を作製する。実施の形態３の第１のステップは、実施の形態１の第１のステップと同様であるため、ここでの説明を省略する。
実施の形態３の第２のステップでは、実施の形態１の第２のステップと同様に第２セパレータ２０をつづら折りに形成する。その後、第２セパレータ２０に位置規制部２７を形成する（位置規制部形成ステップ）。具体的には、位置規制部２７は、第２セパレータ２０の位置決め用の屈曲部２２のうち、リチウム極１０のＹ方向の幅に相当する中央部２８を残し、中央部２８のＹ方向の外側にそれぞれ位置する２つの側位部２９を、予め決められたＸ方向の長さの分、位置決め用の屈曲部２２の屈曲方向とは逆の方向に折り返すことにより形成される。
そして、第３のステップでは、第２セパレータ２０の位置決め用の屈曲部２２の方向にリチウム極１０を挿入し、リチウム極１０の先端１０ｂを位置決め用の屈曲部２２に当接させる。このとき、位置規制部２７は、リチウム極１０のＹ方向の位置を規制する。この規制によりリチウム極１０の金属リチウム１２のＹ方向の両端の位置が負極３のＹ方向の両端の位置に揃えられる。
実施の形態３の第４〜第６のステップは、実施の形態１の第４〜第６のステップと同様に行われ、実施の形態３係る蓄電デバイス１００が作製される。
以上説明したように、本発明の実施の形態３に係る蓄電デバイス１００によれば、第２セパレータ２０の位置規制部２７は、位置決め用の屈曲部２２の方向に挿入し、配置されるリチウム極１０の挿入方向に直交する横方向（Ｙ方向）の位置を規制する。このため、リチウム極１０の金属リチウム１２のＹ方向の両端の位置が、負極３のＹ方向の両端の位置に揃えられ、金属リチウム１２の負極３に対する横方向（Ｙ方向）の位置ズレを改善できる。よって、実施の形態３に係る蓄電デバイス１００は、実施の形態１の場合に比べて、位置ズレによる性能低下がさらに抑制されたものとなる。
また、第２セパレータ２０自体に位置規制部２７を形成しているので、位置規制部２７として別部材を具備する必要がなく、簡単な構成で位置ズレを低減できる。
（各実施の形態と従来型の蓄電デバイスの性能比較）
ここで、各実施の形態に係る蓄電デバイス１００と従来型の蓄電デバイス２００との性能を比較した。詳しくは、図１に示す実施の形態１に係る蓄電デバイス１００と、図３に示す実施の形態２に係る蓄電デバイス１００と、図４に示す実施の形態３に係る蓄電デバイス１００と、整合用の屈曲部２１、２３及び位置決め用の屈曲部２２を備えない図６に示す比較例の従来型の蓄電デバイス２００との電気性能の優劣を、次に示す実験により確認した。
ここで、各実施の形態に係る蓄電デバイス１００と従来型の蓄電デバイス２００との性能を比較した。詳しくは、図１に示す実施の形態１に係る蓄電デバイス１００と、図３に示す実施の形態２に係る蓄電デバイス１００と、図４に示す実施の形態３に係る蓄電デバイス１００と、整合用の屈曲部２１、２３及び位置決め用の屈曲部２２を備えない図６に示す比較例の従来型の蓄電デバイス２００との電気性能の優劣を、次に示す実験により確認した。
実施の形態１〜３の蓄電デバイス１００と比較例の蓄電デバイス２００とを、次の通り作製した。
＜実施の形態１〜３の蓄電デバイス１００の作製＞
＜正極１の作製＞
正極１は、具体的に次のようにして作製される。まず、バインダであるポリフッ化ビニリデンを溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解した溶液を作製する。この溶液に、比表面積が２０００ｍ2／ｇである活性炭と比表面積が７０ｍ2／ｇであるアセチレンブラックとを分散させ、正極用スラリー溶液を得る。なお、活性炭：アセチレンブラック：ポリフッ化ビニルデンの重量比は８７：６：７である。この正極用スラリー溶液を、正極集電体２としての多孔アルミニウム箔（市販品；厚さ２０μｍ、開口率２０％）上に両面塗布し、乾燥させる。乾燥後の塗布層（つまり、正極活物質層１ａ）の層厚さは片面０．１５ｍｍである。その乾燥後のものを規定の大きさに切り出して正極１が作製される。
＜正極１の作製＞
正極１は、具体的に次のようにして作製される。まず、バインダであるポリフッ化ビニリデンを溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解した溶液を作製する。この溶液に、比表面積が２０００ｍ2／ｇである活性炭と比表面積が７０ｍ2／ｇであるアセチレンブラックとを分散させ、正極用スラリー溶液を得る。なお、活性炭：アセチレンブラック：ポリフッ化ビニルデンの重量比は８７：６：７である。この正極用スラリー溶液を、正極集電体２としての多孔アルミニウム箔（市販品；厚さ２０μｍ、開口率２０％）上に両面塗布し、乾燥させる。乾燥後の塗布層（つまり、正極活物質層１ａ）の層厚さは片面０．１５ｍｍである。その乾燥後のものを規定の大きさに切り出して正極１が作製される。
＜負極３の作製＞
負極３は、具体的に次のようにして作製される。まず、バインダであるポリフッ化ビニリデンを溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解した溶液を作製する。この溶液に、リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる数平均粒子径Ｄ５０が２０μｍの人造黒鉛、アセチレンブラックを分散させ、負極用スラリー溶液を得る。なお、人造黒鉛：アセチレンブラック：ポリフッ化ビニルデンの重量比は８７：６：７である。この負極用スラリー溶液を、負極集電体４である多孔銅箔（市販品；厚さ１５μｍ、開口率４０％）上に両面塗布し、乾燥させる。乾燥後の塗布層（つまり、負極活物質層３ａ）の層厚さは片面０．０７ｍｍである。その乾燥後のものを規定の大きさに切り出して負極３が作製される。
負極３は、具体的に次のようにして作製される。まず、バインダであるポリフッ化ビニリデンを溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解した溶液を作製する。この溶液に、リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる数平均粒子径Ｄ５０が２０μｍの人造黒鉛、アセチレンブラックを分散させ、負極用スラリー溶液を得る。なお、人造黒鉛：アセチレンブラック：ポリフッ化ビニルデンの重量比は８７：６：７である。この負極用スラリー溶液を、負極集電体４である多孔銅箔（市販品；厚さ１５μｍ、開口率４０％）上に両面塗布し、乾燥させる。乾燥後の塗布層（つまり、負極活物質層３ａ）の層厚さは片面０．０７ｍｍである。その乾燥後のものを規定の大きさに切り出して負極３が作製される。
＜リチウム極１０の作製＞
リチウム極１０は、厚みが例えば１５μｍである金属箔１１上に、厚みが例えば４０μｍである金属リチウム１２を形成して作製される。
リチウム極１０は、厚みが例えば１５μｍである金属箔１１上に、厚みが例えば４０μｍである金属リチウム１２を形成して作製される。
＜非水電解液９の作製＞
非水電解液９は、混合溶媒に、リチウムヘキサフルオロフォスフェート（ＬｉＰＦ６）を１．５ｍｏｌ／Ｌ（１．５Ｍ）の電解質濃度となるように溶解して作製される。混合溶媒は、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを重量比１：１で混合したものである。
非水電解液９は、混合溶媒に、リチウムヘキサフルオロフォスフェート（ＬｉＰＦ６）を１．５ｍｏｌ／Ｌ（１．５Ｍ）の電解質濃度となるように溶解して作製される。混合溶媒は、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを重量比１：１で混合したものである。
＜電極積層体６の作製＞
電極積層体６は、正極１及び負極３のＸ方向の両端がそれぞれ一致した状態で、第１セパレータ５を介して正極１と負極３とが積層されて作製される。
電極積層体６は、正極１及び負極３のＸ方向の両端がそれぞれ一致した状態で、第１セパレータ５を介して正極１と負極３とが積層されて作製される。
＜第２セパレータ２０の作製＞
第２セパレータ２０は、セルロース系の重合体からなる多孔質の膜であり、外四つ折りに形成される。実施の形態１の第２セパレータ２０の整合用の屈曲部２１、２３が第１セパレータ５の端部５ａとのＸ方向の位置に揃う。実施の形態２では、さらに第２セパレータ２０のＸ方向の他方の端部２６と第１セパレータ５のＸ方向の他方の端部５ｂが揃う。実施の形態３の第２セパレータ２０は、さらに位置規制部２７を備える。
第２セパレータ２０は、セルロース系の重合体からなる多孔質の膜であり、外四つ折りに形成される。実施の形態１の第２セパレータ２０の整合用の屈曲部２１、２３が第１セパレータ５の端部５ａとのＸ方向の位置に揃う。実施の形態２では、さらに第２セパレータ２０のＸ方向の他方の端部２６と第１セパレータ５のＸ方向の他方の端部５ｂが揃う。実施の形態３の第２セパレータ２０は、さらに位置規制部２７を備える。
＜蓄電デバイス１００の作製＞
蓄電デバイス１００は、ドライ雰囲気下で作製される。まず、第２セパレータ２０の位置決め用の屈曲部２２にリチウム極１０を挿入し、リチウム極１０の先端１０ｂを位置決め用の屈曲部２２に当接させる。リチウム極１０が挿入された第２セパレータ２０の整合用の屈曲部２１、２３と、電極積層体６の第１セパレータ５の−Ｘ方向の端部５ａとを揃えて、第２セパレータ２０を介してリチウム極１０上に電極積層体６を積層する。
蓄電デバイス１００は、ドライ雰囲気下で作製される。まず、第２セパレータ２０の位置決め用の屈曲部２２にリチウム極１０を挿入し、リチウム極１０の先端１０ｂを位置決め用の屈曲部２２に当接させる。リチウム極１０が挿入された第２セパレータ２０の整合用の屈曲部２１、２３と、電極積層体６の第１セパレータ５の−Ｘ方向の端部５ａとを揃えて、第２セパレータ２０を介してリチウム極１０上に電極積層体６を積層する。
さらに、第２セパレータ２０を介して積層した電極積層体６及びリチウム極１０を、外装部材７内に収容するとともに、外装部材７内に非水電解液９を充填した。続いて、外装部材７を密閉した。
負極用外部端子１８とリチウム極１０の取り出し電極部１４とを、図示省略の外部回路を通して短絡させることにより、負極３にリチウムイオンを吸蔵させる。リチウムがイオン化するプロセスにより生じる、外部回路の短絡線に流れる電流を、例えばクーロンメータにより計測する。
金属リチウム１２の重量は、負極３が吸蔵し得るリチウムイオンの最大重量（理論重量）の６０重量％となる量に設定している。つまり、金属リチウム１２は、吸蔵終了時に、リチウム極１０から消失する量としている。このため、クーロンメータの計測値により、負極３へのリチウムイオンの吸蔵が完了したと判断することができる。
以上の工程により、実施の形態１〜３に係る蓄電デバイス１００が作製される。
＜比較例の蓄電デバイス２００の作製＞
比較例の蓄電デバイス２００は、第２セパレータ３０が各実施の形態１〜３の整合用の屈曲部２１、２３及び位置決め用の屈曲部２２を備えない点を除いて、前記と同様の工程により、作製される。詳しくは、比較例の蓄電デバイス２００は、リチウム極１０が、二つ折りの第２セパレータ３０の屈曲部３１内の大凡の位置に挿入され、リチウム極１０が挿入された二つ折りの第２セパレータ３０上に電極積層体６を積層して構成される。このため、二つ折りの第２セパレータ３０内のリチウム極１０の先端１０ｂと負極３の端部３ｂとがＸ方向に位置ずれして挿入されうる。
比較例の蓄電デバイス２００は、第２セパレータ３０が各実施の形態１〜３の整合用の屈曲部２１、２３及び位置決め用の屈曲部２２を備えない点を除いて、前記と同様の工程により、作製される。詳しくは、比較例の蓄電デバイス２００は、リチウム極１０が、二つ折りの第２セパレータ３０の屈曲部３１内の大凡の位置に挿入され、リチウム極１０が挿入された二つ折りの第２セパレータ３０上に電極積層体６を積層して構成される。このため、二つ折りの第２セパレータ３０内のリチウム極１０の先端１０ｂと負極３の端部３ｂとがＸ方向に位置ずれして挿入されうる。
実施の形態１〜３の蓄電デバイス１００及び比較例の蓄電デバイス２００を各２０個作製し、２５℃の恒温槽中で３．８Ｖから２．２Ｖの電圧範囲で、正極用外部端子１６と負極用外部端子１８間の放電容量（ｍＡｈ）を測定し、その後５０℃で３．８Ｖの電圧を印加し続けるフロート課電を２０００時間実施した。フロート課電後に再び２５℃の恒温槽中で３．８Ｖから２．２Ｖの放電容量（ｍＡｈ）を測定し、課電後の放電容量（ｍＡｈ）を課電前の放電容量（ｍＡｈ）で割ることで容量値変化率を算出し、容量値変化率を１００倍して容量値の変化を求めた。
図７は、実施の形態１〜３の蓄電デバイス１００及び比較例の蓄電デバイス２００の各２０個の中での容量値変化率の最大値（つまり性能低下の最も著しい値）を示す。なお、図７に示す容量値は、試験前の初期値を「１００」としたときの相対値である。比較例の蓄電デバイス２００では、フロート課電後の容量値は「８８」に低下した。これに対して、実施の形態１〜３の蓄電デバイス１００では、フロート課電後の容量値は「９５」、「９５」、「９７」であった。実施の形態１〜３の蓄電デバイス１００は、比較例の蓄電デバイス２００に比べて、容量低下が小さいという優れた効果を有していることが判る。比較例の蓄電デバイス２００の容量低下が実施の形態１〜３の蓄電デバイス１００に比べて大きくなった要因は、金属リチウム１２の位置ズレにより負極３へのリチウムイオン量にばらつきが生じ、負極の電位安定性が低くなったためと考えられる。詳しくは、金属リチウム１２の位置ズレにより、負極３でのリチウムドープ量の多い電極部位が生じ、このドープ量の多い電極部位は、負極３での他の電極部位よりも多くのリチウムイオンが集中して移動する。そのためこの部位では、比較例の蓄電デバイス２００は電極で発熱することにより容量劣化という性能低下を招いたと考えられる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。
（第１の変形例）
実施の形態に係る蓄電デバイス１００では、第１セパレータ５は、図２に示すように薄板形状としているが、つづら折り形状としてもよい。第１の変形例に係る蓄電デバイス１００では、図８に示すようにつづら折り形状の第１セパレータ４０、５０を備える。第１セパレータ４０は、３箇所の屈曲部４２、４３、４４によってつづら折りに形成され、負極３が挿入される。第１セパレータ５０は、３箇所の屈曲部５２、５３、５４によってつづら折りに形成され、正極１が挿入される。屈曲部４２、４３、４４は、Ｙ方向を折り目方向とする折り目４１により形成される。屈曲部５２、５３、５４は、Ｙ方向を折り目方向とする折り目５１により形成される。
実施の形態に係る蓄電デバイス１００では、第１セパレータ５は、図２に示すように薄板形状としているが、つづら折り形状としてもよい。第１の変形例に係る蓄電デバイス１００では、図８に示すようにつづら折り形状の第１セパレータ４０、５０を備える。第１セパレータ４０は、３箇所の屈曲部４２、４３、４４によってつづら折りに形成され、負極３が挿入される。第１セパレータ５０は、３箇所の屈曲部５２、５３、５４によってつづら折りに形成され、正極１が挿入される。屈曲部４２、４３、４４は、Ｙ方向を折り目方向とする折り目４１により形成される。屈曲部５２、５３、５４は、Ｙ方向を折り目方向とする折り目５１により形成される。
第１セパレータ４０の第３の屈曲部である整合用の屈曲部４２、４４は、第２セパレータ２０の整合用の屈曲部２１、２３とＸ方向の位置が揃う。負極３は、その端部３ｂが位置決め用の屈曲部４３に当接した状態に配置される。第４の屈曲部である位置決め用の屈曲部４３は、リチウム極１０の先端１０ｂのＸ方向の位置と負極３の端部３ｂのＸ方向の位置とが揃う。第１セパレータ４０は、３箇所の屈曲部４２、４３、４４により区分けされて形成される複数（ここでは４つ）の面体４５を備える。
第１セパレータ５０の第３の屈曲部である整合用の屈曲部５２、５４は、第２セパレータ２０のＸ方向の他方の端部２６とＸ方向の位置が揃う。正極１はその端部１ｂが位置決め用の屈曲部５３に当接して配置される。第４の屈曲部である位置決め用の屈曲部５３は、リチウム極１０の先端１０ｂのＸ方向の位置と正極１の端部１ｂのＸ方向の位置と揃う。第１セパレータ５０は、３箇所の屈曲部５２、５３、５４により区分けされて形成される複数（ここでは４つ）の面体５５を備える。
第１の変形例に係る蓄電デバイス１００によれば、第１セパレータ４０の整合用の屈曲部４２、４４と第２セパレータ２０の整合用の屈曲部２１、２３とのＸ方向の位置が揃い、第２セパレータ２０の位置決め用の屈曲部２２に当接したリチウム極１０の先端１０ｂと、第１セパレータ４０の位置決め用の屈曲部４３に挿入された負極３の端部３ｂとのＸ方向の位置が揃う。このように位置決めされた電極積層体６とリチウム極１０とをＺ方向に圧着することにより、リチウム極１０の電極に対する位置ズレの程度が改善できる。第１の変形例に係る蓄電デバイス１００によれば、位置ズレによる性能低下が改善された蓄電デバイスを提供することができる。
第１の変形例では、第１セパレータ４０、５０は、外４つ折り（蛇腹折り３山）の形状としているが、外４つ折り以外の外複数折り（例えば、外３つ折り、外５つ折りなど）の形状としてもよい。
（第２の変形例）
第２の変形例に係る蓄電デバイス１００の第１セパレータ４０は、図９に示すように、位置決め用の屈曲部４３に挿入される負極３の横方向（Ｙ方向）の位置を規制する位置規制部４７を備える。第１セパレータ５０は、位置決め用の屈曲部５３に挿入される正極１の横方向（Ｙ方向）の位置を規制する位置規制部５７を備える。
第２の変形例に係る蓄電デバイス１００の第１セパレータ４０は、図９に示すように、位置決め用の屈曲部４３に挿入される負極３の横方向（Ｙ方向）の位置を規制する位置規制部４７を備える。第１セパレータ５０は、位置決め用の屈曲部５３に挿入される正極１の横方向（Ｙ方向）の位置を規制する位置規制部５７を備える。
具体的には、位置規制部４７は、中央部４８と側位部４９とを有する。中央部４８は、位置決め用の屈曲部４３のうち、負極３のＹ方向の幅に相当する幅の部分である。側位部４９は、中央部４８のＹ方向の外側に位置する２つの側位部４９を、予め決められたＸ方向の長さの分、位置決め用の屈曲部４３の屈曲方向とは逆の方向に折り返すことにより形成される。中央部４８は、負極３を２つの位置規制部４７の間に配置したときに、負極３のＹ方向の両端の位置が金属リチウム１２のＹ方向の両端の位置に揃うような位置に配置される。
また、位置規制部５７は、中央部５８と側位部５９とを有する。中央部５８は、位置決め用の屈曲部５３のうち、正極１のＹ方向の幅に相当する幅の部分である。側位部５９は、中央部５８のＹ方向の外側に位置する２つの側位部５９を、予め決められたＸ方向の長さの分、位置決め用の屈曲部５３の屈曲方向とは逆の方向に折り返すことにより形成される。中央部５８は、正極１を２つの位置規制部５７の間に配置したときに、正極１のＹ方向の両端の位置がリチウム極１０の金属リチウム１２のＹ方向の両端の位置に揃うような位置に配置される。
第２の変形例に係る蓄電デバイス１００によれば、第１セパレータ４０の位置規制部４７は、位置決め用の屈曲部４３に挿入される負極３の横方向（Ｙ方向）の位置を規制する。第１セパレータ５０の位置規制部５７は、位置決め用の屈曲部５３に挿入される正極１の横方向（Ｙ方向）の位置を規制する。このため、負極３のＹ方向の両端の位置及び正極１のＹ方向の両端の位置が、リチウム極１０の金属リチウム１２のＹ方向の両端の位置に揃えられ、正極１及び負極３のリチウム極１０に対する横方向の位置ズレを改善できる。よって、第２の変形例に係る蓄電デバイス１００は、第１の変形例の場合に比べて、上記位置ズレによる性能低下がさらに抑制されたものとなる。
（第３の変形例）
第３の変形例に係る蓄電デバイス１００は、図１０に示すように、第１セパレータ４０、５０と第２セパレータ２０とが一体に形成される。
第３の変形例に係る蓄電デバイス１００は、図１０に示すように、第１セパレータ４０、５０と第２セパレータ２０とが一体に形成される。
第３の変形例に係る蓄電デバイス１００によれば、第１セパレータ４０、５０と第２セパレータ２０とが一体に形成され、且つつづら折りに形成されている。第１セパレータ４０、５０及び第２セパレータ２０のつづら折り状態では、第１セパレータ４０の整合用の屈曲部４２、４４と第２セパレータ２０の整合用の屈曲部２１、２３とのＸ方向の位置が揃う。また、第１セパレータ５０の整合用の屈曲部５２、５４と第２セパレータ２０のＸ方向の他方の端部２６とのＸ方向の位置が揃う。このため、第１セパレータ４０、５０と第２セパレータ２０との位置合わせが不要である。第２セパレータ２０の位置決め用の屈曲部２２にリチウム極１０を挿入し、第１セパレータ４０の位置決め用の屈曲部４３に負極３を挿入し、第１セパレータ５０の位置決め用の屈曲部５３に正極１を挿入することにより、第２セパレータ２０の位置決め用の屈曲部２２に挿入されたリチウム極１０の先端１０ｂと、第１セパレータ４０の位置決め用の屈曲部４３に挿入された負極３の端部３ｂと、第１セパレータ５０の位置決め用の屈曲部５３に挿入された正極１の端部１ｂとのＸ方向の位置が揃う。よって、正極１又は負極３とリチウム極１０との位置ズレを改善できる。
（第４の変形例）
前述した各実施の形態では、リチウム極１０は、負極３と同一平面形状で且つ同一面積を有しているが、これに限定されない。例えば、第４の変形例の蓄電デバイス１００では、リチウム極１０は、平面形状が負極３と相似形であって、図１１に示すように負極３よりも小さい面積のものとしている。この場合には、第２セパレータ２０の位置決め用の屈曲部２２は、第１セパレータ５のＸ方向の一方の端部５ａと第２セパレータ２０の整合用の屈曲部２１、２３とのＸ方向の位置を揃えた状態において、リチウム極１０の挿入された先端１０ｂのＸ方向の位置が、負極３の端部３ｂよりも手前部位のＸ方向の位置Ｌ４となるようにＸ方向の位置を定めたものとする。また、電極積層体６のＹ方向の両端と、第２セパレータ２０のＹ方向の両端とのＹ方向の位置をそれぞれ揃えた状態において、リチウム極１０のＹ方向の両端位置が、負極３のＹ方向の両端位置に至らない内側部位のＹ方向の位置となるようにＹ方向の位置を定めたものとする。
前述した各実施の形態では、リチウム極１０は、負極３と同一平面形状で且つ同一面積を有しているが、これに限定されない。例えば、第４の変形例の蓄電デバイス１００では、リチウム極１０は、平面形状が負極３と相似形であって、図１１に示すように負極３よりも小さい面積のものとしている。この場合には、第２セパレータ２０の位置決め用の屈曲部２２は、第１セパレータ５のＸ方向の一方の端部５ａと第２セパレータ２０の整合用の屈曲部２１、２３とのＸ方向の位置を揃えた状態において、リチウム極１０の挿入された先端１０ｂのＸ方向の位置が、負極３の端部３ｂよりも手前部位のＸ方向の位置Ｌ４となるようにＸ方向の位置を定めたものとする。また、電極積層体６のＹ方向の両端と、第２セパレータ２０のＹ方向の両端とのＹ方向の位置をそれぞれ揃えた状態において、リチウム極１０のＹ方向の両端位置が、負極３のＹ方向の両端位置に至らない内側部位のＹ方向の位置となるようにＹ方向の位置を定めたものとする。
これにより、リチウム極１０のＸ方向の幅が負極３の負極活物質層３ａのＸ方向の幅の範囲内に収まる状態でリチウム極１０を位置決めすることができ、リチウム極１０が負極３からＸ方向にはみ出ることがない。よって、リチウム極１０と対向する電極部位に比べてドープ量の多い電極部位が、負極３に形成されることを防止できる。つまり、負極３におけるイオンドープ分布を規定値以下にすることができる。負極３へのドープ完了は、均一にドープされることを前提として規定値になるように設定されている。しかし、リチウム極１０のはみ出しがあると、この規定値を超えてドープされる電極部位が負極３に生じうる。ここでは、リチウム極１０のはみ出しがないので、規定値を超えることがない。このように、負極３でのドープ量が規定値以下であれば、リチウムイオンの移動による発熱の問題は少なく、容量劣化の問題も生じ難い。よって、性能低下を抑制できる。
（第５の変形例）
前述した各実施の形態では、第２セパレータ２０は、外４つ折り（蛇腹折り３山）の形状としているが、外４つ折り以外の外複数折り（例えば、外３つ折り、外５つ折りなど）の形状としてもよい。例えば、第５の変形例の蓄電デバイス１００では、図１２に示すように、第２セパレータ２０は、外３つ折りの形状に構成されている。外３つ折りの第２セパレータ２０の場合であっても、第２セパレータ２０の整合用の屈曲部２１と、第１セパレータ５のＸ方向の一方の端部５ａとのＸ方向の位置が位置Ｌ１で揃えることにより、リチウム極１０の先端１０ｂのＸ方向の位置が、負極３の先端側の端部３ａのＸ方向の位置に揃う。よって、リチウム極１０の電極に対する位置ズレの程度が改善できる。位置ズレによる性能低下が改善された蓄電デバイスを提供することができる。
前述した各実施の形態では、第２セパレータ２０は、外４つ折り（蛇腹折り３山）の形状としているが、外４つ折り以外の外複数折り（例えば、外３つ折り、外５つ折りなど）の形状としてもよい。例えば、第５の変形例の蓄電デバイス１００では、図１２に示すように、第２セパレータ２０は、外３つ折りの形状に構成されている。外３つ折りの第２セパレータ２０の場合であっても、第２セパレータ２０の整合用の屈曲部２１と、第１セパレータ５のＸ方向の一方の端部５ａとのＸ方向の位置が位置Ｌ１で揃えることにより、リチウム極１０の先端１０ｂのＸ方向の位置が、負極３の先端側の端部３ａのＸ方向の位置に揃う。よって、リチウム極１０の電極に対する位置ズレの程度が改善できる。位置ズレによる性能低下が改善された蓄電デバイスを提供することができる。
（第６の変形例）
実施の形態２の蓄電デバイス１００では、第２セパレータ２０は、図３に示すように、３つの屈曲部２１、２２、２３のうち真ん中に位置する屈曲部を位置決め用の屈曲部２２とするものとしているが、これに限定されない。例えば、第６の変形例の蓄電デバイス１００では、第２セパレータ２０は、図１３に示すように、３つの屈曲部２１、２２、２３のうち真ん中以外に位置する屈曲部を位置決め用の屈曲部２２とし、端側に位置する屈曲部を整合用の屈曲部２１、２３としている。整合用の屈曲部２３は、第１セパレータ５のＸ方向の他方の端部５ｂのＸ方向の位置が一致する。この場合でも、リチウム極１０の電極に対する位置ズレの程度が改善できる。位置ズレによる性能低下が改善された蓄電デバイスを提供することができる。
実施の形態２の蓄電デバイス１００では、第２セパレータ２０は、図３に示すように、３つの屈曲部２１、２２、２３のうち真ん中に位置する屈曲部を位置決め用の屈曲部２２とするものとしているが、これに限定されない。例えば、第６の変形例の蓄電デバイス１００では、第２セパレータ２０は、図１３に示すように、３つの屈曲部２１、２２、２３のうち真ん中以外に位置する屈曲部を位置決め用の屈曲部２２とし、端側に位置する屈曲部を整合用の屈曲部２１、２３としている。整合用の屈曲部２３は、第１セパレータ５のＸ方向の他方の端部５ｂのＸ方向の位置が一致する。この場合でも、リチウム極１０の電極に対する位置ズレの程度が改善できる。位置ズレによる性能低下が改善された蓄電デバイスを提供することができる。
前述した各実施の形態では、電極積層体６は、正極集電体２及び負極集電体４を合わせて５層積層したものとしているが、正極集電体２及び負極集電体４を５層以外の複数層積層したものとしてもよい。また、３層以上の奇数層積層する場合において、電極積層体６の最外層を負極３とすることで、外装部材７に対して第１セパレータ５及び第２セパレータ２０を介して負極３が位置する。すなわち、外的ストレスがかかった場合でも外装部材７に正極１が接触することを防止できる。この様な配置は、負極３を接地して使用する場合に有用となる。逆に、正極１を接地して使用する場合は正極１と負極３の配置を逆にすればよい。
前述した実施の形態では、第１セパレータ５、４０及び第２セパレータ２０は、セルロース系の不織布により形成されているが、これに限定されない。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリメチルペンテン、ポリ乳酸などの重合体からなる微多孔膜又はこれを使用した不織布により形成されてもよい。また、絶縁性を確保しつつイオン透過を許容するろ紙などとしてもよい。
前述した各実施の形態では、第１セパレータ５、４０及び第２セパレータ２０の気孔率は７０％であるが、この値に限定されない。例えば、第１セパレータ５、４０及び第２セパレータ２０の気孔率は３０〜９０％の範囲内の値であってもよい。
前述した各実施の形態では、２つの正極１の各取り出し電極部１５は、別体の接合部１９によって１つに束ねられた状態で正極用外部端子１６に接続されているが、これに限定されない。例えば、正極用外部端子１６又は取り出し電極部１５の端部に一体形成された接合部１９によって、各取り出し電極部１５が１つに束ねられた状態で正極用外部端子１６に接続されるようにしてもよい。また、３つの負極３の各取り出し電極部１７についても上記と同様に、負極用外部端子１８又は取り出し電極部１７の端部に一体形成された接合部１９によって、各取り出し電極部１７が１つに束ねられた状態で負極用外部端子１８に接続されるようにしてもよい。
前述した実施の形態３では、位置規制部２７は、第２セパレータ２０の中央部２８のＹ方向の両側に側位部２９をそれぞれ設けているが、そのうちの一方の側位部２９のみを備えるとしてもよい。また、第２の変形例では、位置規制部４７は、第１セパレータ４０の中央部４８のＹ方向の両側に側位部４９をそれぞれ設けているが、そのうちの一方の側位部４９のみを備えるとしてもよい。また、位置規制部５７は、第１セパレータ５０の中央部５８のＹ方向の両側に側位部５９をそれぞれ設けているが、そのうちの一方の側位部５９のみを備えるとしてもよい。
なお、各実施の形態の蓄電デバイス１００は、負極用外部端子１８とリチウム極１０の取り出し電極部１４とを、図示を省略した外部回路を通して短絡させることにより、負極３にリチウムイオンを自然吸蔵させる構成としているが、自然吸蔵に限定されない。例えば、負極用外部端子１８とリチウム極１０の取り出し電極部１４との間に充放電試験機等の外部機器を接続し、強制的に電流を流すことにより、リチウム極１０から負極３にリチウムイオンを強制的に吸蔵させるようにした強制吸蔵としてもよい。また、電極積層体６を作製する際に、金属リチウム１２を貼り合せた金属箔１１と負極３とを外装部材７内で予め接続しておき、非水電解液９を外装部材７内に充填することで、リチウムイオンを負極３にドーピングするようにしてもよい。
前述した各実施の形態に係る蓄電デバイスでは、負極３に金属イオンを吸蔵させているが、例えば、正極１と、所定の金属イオンを供給するためのリチウム極１０とを接続することにより、正極１に金属イオンを吸蔵させてもよい。また、正極１と負極３との両方に所定の金属イオンをそれぞれ吸蔵させてもよい。
前述した各実施の形態では、作製した電極積層体６をリチウム極１０上に、第２セパレータ２０を介して積層しているが、リチウム極１０上で第２セパレータ２０を介して電極積層体６の作製プロセスを実行することにより、電極積層体６を配置してもよい。
前述した各実施の形態では、蓄電デバイス１００はリチウムイオンキャパシタであるとしているが、これに限定されない。例えば、リチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ、デュアルカーボン電池などの各種の二次電池としてもよい。
例えばデュアルカーボン電池の場合には、正極活物質層１ａは、アニオンを挿入、脱離し得る炭素材料を含むものとする。正極１の炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、活性炭が利用されうる。負極活物質層３ａは、カチオンとしてのリチウムイオンを挿入、脱離し得る炭素材料を含むものとする。負極３の炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、活性炭等が利用されうる。
１ 正極
１ａ 正極活物質層
１ｂ 端部
１ｃ 先端
２ 正極集電体
３ 負極
３ａ 負極活物質層
３ｂ 端部
３ｃ 後端
４ 負極集電体
５ 第１セパレータ
５ａ 端部
５ｂ 端部
６ 電極積層体
７ 外装部材（ケース）
９ 非水電解液（電解液）
１０ リチウム極（イオン供給源）
１０ｂ 先端
１１ 金属箔
１２ 金属リチウム
１４ 取り出し電極部
１５ 取り出し電極部
１６ 正極用外部端子
１７ 取り出し電極部
１８ 負極用外部端子
１９ 接合部
２０ 第２セパレータ
２１ 屈曲部（整合用の屈曲部）
２２ 屈曲部（位置決め用の屈曲部）
２３ 屈曲部（整合用の屈曲部）
２４ 折り目
２５ 面体
２６ 端部
２７ 位置規制部
２８ 中央部
２９ 側位部
４０ 第１セパレータ
４１ 折り目
４２ 屈曲部（整合用の屈曲部）
４３ 屈曲部（位置決め用の屈曲部）
４４ 屈曲部（整合用の屈曲部）
４５ 面体
４７ 位置規制部
４８ 中央部
４９ 側位部
５０ 第１セパレータ
５１ 折り目
５２ 屈曲部（整合用の屈曲部）
５３ 屈曲部（位置決め用の屈曲部）
５４ 屈曲部（整合用の屈曲部）
５５ 面体
５７ 位置規制部
５８ 中央部
５９ 側位部
１００ 蓄電デバイス
１ａ 正極活物質層
１ｂ 端部
１ｃ 先端
２ 正極集電体
３ 負極
３ａ 負極活物質層
３ｂ 端部
３ｃ 後端
４ 負極集電体
５ 第１セパレータ
５ａ 端部
５ｂ 端部
６ 電極積層体
７ 外装部材（ケース）
９ 非水電解液（電解液）
１０ リチウム極（イオン供給源）
１０ｂ 先端
１１ 金属箔
１２ 金属リチウム
１４ 取り出し電極部
１５ 取り出し電極部
１６ 正極用外部端子
１７ 取り出し電極部
１８ 負極用外部端子
１９ 接合部
２０ 第２セパレータ
２１ 屈曲部（整合用の屈曲部）
２２ 屈曲部（位置決め用の屈曲部）
２３ 屈曲部（整合用の屈曲部）
２４ 折り目
２５ 面体
２６ 端部
２７ 位置規制部
２８ 中央部
２９ 側位部
４０ 第１セパレータ
４１ 折り目
４２ 屈曲部（整合用の屈曲部）
４３ 屈曲部（位置決め用の屈曲部）
４４ 屈曲部（整合用の屈曲部）
４５ 面体
４７ 位置規制部
４８ 中央部
４９ 側位部
５０ 第１セパレータ
５１ 折り目
５２ 屈曲部（整合用の屈曲部）
５３ 屈曲部（位置決め用の屈曲部）
５４ 屈曲部（整合用の屈曲部）
５５ 面体
５７ 位置規制部
５８ 中央部
５９ 側位部
１００ 蓄電デバイス
Claims (7)
- 第１セパレータを介して正極と負極とが第１の方向に積層され且つ前記正極及び負極上に形成された極活物質層の前記第１の方向に直交する第２の方向の端部の位置がそれぞれ一致して配置された電極積層体と、前記電極積層体の正極及び負極の少なくとも一方にイオンを供給するためのイオン供給源と、前記電極積層体と前記イオン供給源とを第２セパレータを介して前記第１の方向に積層した状態で内部に収容するケースと、前記ケース内に充填される電解液とを備える蓄電デバイスであって、
前記第２セパレータは、前記第１の方向及び前記第２の方向に直交する第３の方向を折り目方向とする折り目にて屈曲されて形成された複数の屈曲部によってつづら折りに形成され、
前記複数の屈曲部のうちの一部の屈曲部である第１の屈曲部は、前記第１セパレータの前記第２の方向の端部と前記第２の方向の位置が揃っており、
前記複数の屈曲部のうちの他の屈曲部である第２の屈曲部は、前記正極及び負極の前記極活物質層の前記第２の方向の端部と前記第２の方向の位置が揃っており、
前記イオン供給源は、その一端が前記第２の屈曲部に当接した状態に配置された、
ことを特徴とする蓄電デバイス。 - 前記第２セパレータは、前記第２の屈曲部に当接した前記イオン供給源の前記第３の方向の位置を規制する位置規制部を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイス。 - 前記第１セパレータは、前記第３の方向を折り目方向とする折り目にて屈曲されて形成された複数の屈曲部によってつづら折りに形成され、
前記第１セパレータの前記複数の屈曲部のうちの一部の屈曲部である第３の屈曲部は、前記第２セパレータの前記第１の屈曲部と前記第２の方向の位置が揃っており、
前記第１セパレータの前記複数の屈曲部のうちの他の屈曲部である第４の屈曲部は、前記イオン供給源の前記第２の方向の端部と前記第２の方向の位置が揃っており、
前記正極又は前記負極は、その一端が前記第４の屈曲部に当接した状態に配置された、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電デバイス。 - 前記第１セパレータは、前記第４の屈曲部に当接した前記正極又は前記負極の前記第３の方向の位置を規制する位置規制部を備える、
ことを特徴とする請求項３に記載の蓄電デバイス。 - 前記第１セパレータと前記第２セパレータとが一体に形成されている、
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の蓄電デバイス。 - 前記イオン供給源は、その平面積が前記正極及び前記負極よりも小さく、
前記第２セパレータの前記第２の屈曲部は、前記正極又は前記負極の端部よりも手前部位の前記第２の方向の位置に位置する、
ことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の蓄電デバイス。 - 正極活物質層を形成した正極と負極活物質層を形成した負極とを第１セパレータを介して第１の方向に積層した電極積層体と、前記正極及び前記負極の少なくとも一方にイオンを供給するためのイオン供給源とを第２セパレータを介して前記第１の方向積層した状態でケース内に収容した蓄電デバイスの製造方法であって、
前記第１セパレータにおける、前記第１の方向に直交する第２の方向の両端のうち一方の端部を基準に、前記正極活物質層の前記第２の方向の両端の位置と前記負極活物質層の前記第２の方向の両端の位置とを揃えて前記正極と前記負極とを前記第１セパレータを介して前記第１の方向に積層して前記電極積層体を作製する電極積層体作製ステップと、
前記第１の方向及び前記第２の方向に直交する第３の方向を折り目方向とする折り目にて屈曲されて形成された複数の屈曲部によってつづら折りの第２セパレータを形成する第２セパレータ形成ステップと、
前記イオン供給源の先端が、前記複数の屈曲部のうちの一部の屈曲部である第１の屈曲部以外の第２の屈曲部に当接するように前記イオン供給源を前記第２の屈曲部に挿入するリチウム極挿入ステップと、
前記第１の屈曲部と、前記第１セパレータの前記第２の方向の端部との前記第２の方向の位置を揃えるとともに、前記第２の屈曲部と、前記正極及び負極の前記第２の方向の端部との前記第２の方向の位置を揃えて、前記電極積層体と前記イオン供給源とを前記第１の方向に積層する積層ステップと、
を備えることを特徴とする、蓄電デバイスの製造方法。
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| JP2014096562A JP6451077B2 (ja) | 2014-05-08 | 2014-05-08 | 蓄電デバイス及び蓄電デバイスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2014096562A JP6451077B2 (ja) | 2014-05-08 | 2014-05-08 | 蓄電デバイス及び蓄電デバイスの製造方法 |
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| JP2011181395A (ja) * | 2010-03-02 | 2011-09-15 | Nippon Jido Seiki Kk | 積層型リチウムイオン二次電池及びその製造方法と製造装置 |
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-
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