JP6731182B2 - 蓄電素子、及び蓄電素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電極とセパレータとが積層された電極体を備える蓄電素子、及び前記蓄電素子の製造方法に関する。

従来から、捲回電極体を備えたリチウムイオン二次電池が知られている（特許文献１参照）。このリチウムイオン二次電池では、捲回電極体が非水電解液と共に電池ケース内に収容されている。

前記捲回電極体は、多孔質の樹脂によって構成されるセパレータを介在させつつ正極活物質層を有する正極シートと負極活物質層を有する負極シートとを重ね、かつ、捲回した電極体である。この捲回電極体では、前記正極シートと前記負極シートとの活物質層間（詳しくは、前記正極シートと前記負極シートとの積層方向に重なる前記正極活物質層と前記負極活物質層との間）から前記セパレータがはみ出ている。そして、前記セパーレータにおける前記正極シートと前記負極シートとの活物質層間からはみ出た部位から、電池ケース内の非水電解液（捲回電極体に保持されずに電池ケース内に溜まっている非水電解液）を吸収することで、捲回電極体の捲回中心部や、捲回中心軸方向の中央部に、非水電解液が供給される。

この捲回電極体では、前記セパレータが樹脂によって構成されているため、前記リチウムイオン二次電池の充放電等によって前記捲回電極体の温度が上昇すると、前記セパレータが縮む場合がある。このように前記セパレータが縮むと、前記捲回電極体において積層方向に重なる活物質層からはみ出しているセパレータのはみ出し量が小さくなって、電池ケース内の非水電解液との接触面積が小さくなり、前記非水電解液を十分に吸収できなくなる。この場合、捲回電極体の捲回中心部や、捲回中心軸方向の中央部に、非水電解液が十分に供給されなくなるため、電池性能が低下する。

特開２０１５−４１５８９号公報

そこで、本発明は、電極体において電極の積層方向に重なる活物質層間からはみ出しているセパレータのはみ出し量の減少を抑えることができる蓄電素子、及び蓄電素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る蓄電素子は、
活物質層を含む電極と、セパレータと、を有し、且つ前記電極と前記セパレータとが積層される電極体を備え、
前記セパレータは、前記電極及び前記セパレータの積層方向において前記活物質層同士が重なる領域の積層方向と直交する方向の外側において前記電極に固定されている。

かかる構成によれば、電極体における活物質層同士が重なる領域の外側において、セパレータが熱等によって縮み難い電極に固定されているため、セパレータが熱等によって縮もうとしたときに、活物質層間からはみ出しているセパレータの部位の該活物質層間への入り込みが抑えられ、これにより、セパレータの活物質層間からのはみ出し量の減少が抑えられる。

前記蓄電素子は、
前記セパレータが前記電極に固定されている位置において前記電極体に入り込む凸部を有する金属部材を備えてもよい。

かかる構成によれば、セパレータの電極への固定が金属部材の凸部によって強固に維持される。

また、前記蓄電素子では、
前記電極における前記活物質層が配置された領域と異なる領域に接続される集電部材を備え、
前記金属部材は、前記集電部材と間隔をおいて配置されてもよい。

集電部材は、蓄電素子の充放電時に電流が流れることによって温度が上昇し易いが、かかる構成によれば、集電部材で生じた熱が金属部材を介してセパレータに伝わるのを防ぐことができる。

また、前記蓄電素子は、
電解液と、
前記電解液及び前記電極体を収容するケースと、を備え、
前記電極体では、前記積層された電極及びセパレータが巻回され、
前記セパレータは、前記電極体の巻回中心軸方向の端部において前記電極に固定されてもよい。

このような電極体（いわゆる巻回型の電極体）では、電極体の巻回中心軸方向の端部においてセパレータのはみ出し量を確保することで、ケース内における電極体の巻回中心軸方向の端部でのセパレータと電解液との接触が確保され、これにより、電解液が巻回型の電極体の巻回中心部へ好適に供給される。

この場合、
前記電極体の巻回中心軸方向の両端部において、前記セパレータが前記電極に固定されることが好ましい。

かかる構成によれば、電極体の巻回中心軸方向の両端部において、セパレータと電解液との接触が確保されるため、電解液が巻回型の電極体の巻回中心部へより好適に供給される。

また、本発明に係る蓄電素子の製造方法は、
活物質層を含む電極と、セパレータと、を積層して、電極体を形成することと、
前記電極体において、前記電極及び前記セパレータの積層方向における前記活物質層同士が重なる領域の積層方向と直交する方向の外側で前記セパレータを前記電極に固定することと、を備える。

かかる構成によれば、製造された蓄電素子において、電極体における活物質層同士が重なる領域の外側においてセパレータが熱等によって縮み難い電極に固定されているため、セパレータが熱等によって縮もうとしたときに、活物質層間からはみ出しているセパレータの部位の該活物質層間への入り込みが抑えられ、これにより、セパレータの活物質層間からのはみ出し量の減少が抑えられる。

前記蓄電素子の製造方法では、
前記セパレータの前記電極への固定では、前記セパレータが前記電極に固定される位置において金属部材の凸部が前記電極体に入り込んだ状態を形成してもよい。

かかる構成によれば、製造された蓄電素子において、セパレータの電極への固定が金属部材の凸部によって強固に維持される。

また、前記蓄電素子の製造方法において、
前記セパレータの前記電極への固定では、積層された前記電極及び前記セパレータに前記金属部材を重ね合わせた状態でメカニカルクリンチすることによって前記凸部を形成してもよい。

かかる構成によれば、セパレータの電極への固定が金属部材の塑性変形によって好適に維持される。即ち、金属部材の塑性変形（メカニカルクリンチ）を利用した固定（接合）構造によって、セパレータの電極への強固な固定が十分に維持される。

前記蓄電素子の製造方法は、
前記電極に集電部材を接続すること、を備え、
前記集電部材と前記金属部材とは、一体であってもよい。

かかる構成によれば、電極と集電部材とを接続する（又は、セパレータを電極に固定する）ことで金属部材（又は集電部材）が位置決めされ、これにより、メカニカルクリンチし易くなる（又は接続し易くなる）。

以上より、本発明によれば、電極体において電極の積層方向に重なる活物質層間からはみ出しているセパレータのはみ出し量の減少を抑えることができる蓄電素子、及び蓄電素子の製造方法を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る蓄電素子の斜視図である。 図２は、前記蓄電素子の分解斜視図である。 図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ位置における断面図である。 図４は、前記蓄電素子の電極体を説明するための図である。 図５は、前記電極体を構成する正極、負極、及びセパレータを説明するための図である。 図６は、前記電極体と集電体との接合状態を説明するための図である。 図７は、前記集電体の片部と前記電極体との接続部位の拡大断面図である。 図８は、前記蓄電素子の製造方法のフローを示す図である。 図９は、メカニカルクリンチを説明するための図である。 図１０は、メカニカルクリンチを説明するための図である。 図１１は、図１０のＡ部の拡大図である。 図１２は、他実施形態に係る電極体と集電体との接合状態を説明するための図である。 図１３は、前記他実施形態に係る蓄電素子の分解斜視図である。 図１４は、前記蓄電素子を備えた蓄電装置の斜視図である。

以下、本発明に係る蓄電素子の一実施形態について、図１〜図７を参照しつつ説明する。蓄電素子には、一次電池、二次電池、キャパシタ等がある。本実施形態では、蓄電素子の一例として、充放電可能な二次電池について説明する。尚、本実施形態の各構成部材（各構成要素）の名称は、本実施形態におけるものであり、背景技術における各構成部材（各構成要素）の名称と異なる場合がある。

本実施形態の蓄電素子は、非水電解質二次電池である。より詳しくは、蓄電素子は、リチウムイオンの移動に伴って生じる電子移動を利用したリチウムイオン二次電池である。この種の蓄電素子は、電気エネルギーを供給する。蓄電素子は、単一又は複数で使用される。具体的に、蓄電素子は、要求される出力及び要求される電圧が小さいときには、単一で使用される。一方、蓄電素子は、要求される出力及び要求される電圧の少なくとも一方が大きいときには、他の蓄電素子と組み合わされて蓄電装置に用いられる。前記蓄電装置では、該蓄電装置に用いられる蓄電素子が電気エネルギーを供給する。

蓄電素子は、図１〜図４に示すように、活物質層２３２、２４２を含む電極２３、２４と、セパレータ２５と、を有し、且つ、電極２３、２４とセパレータ２５とが積層される電極体２を備える。また、蓄電素子１は、電極体２を収容するケース３と、少なくとも一部がケース３の外側に配置される外部端子４と、電極体２と外部端子４とを導通させる集電体５と、電極体２とケース３との間を絶縁する絶縁部材６と、を備える。本実施形態の蓄電素子１では、活物質層は、正極活物質層２３２と負極活物質層２４２とを有し、電極は、正極２３と負極２４とを有する。

電極体２は、巻芯２１と、正極２３と負極２４とが互いに絶縁された状態で積層された積層体２２であって、巻芯２１の周囲に巻回された積層体２２と、を備える（図３及び図４参照）。電極体２においてリチウムイオンが正極２３と負極２４との間を移動することにより、蓄電素子１が充放電する。

巻芯２１は、通常、絶縁材料によって形成される。本実施形態の巻芯２１は、筒状、より詳しくは、偏平な筒状である。この巻芯２１は、可撓性又は熱可塑性を有するシートを巻回することによって形成される。本実施形態の前記シートは、合成樹脂によって形成されている。

正極２３は、図５にも示されるように、帯状の金属箔２３１と、金属箔２３１に重ねられる正極活物質層２３２と、を有する。この正極活物質層２３２は、金属箔２３１における幅方向（短手方向：図５における左右方向）の一方の端縁部（非被覆部）を露出させた状態で、該金属箔２３１に重ねられている。本実施形態の金属箔２３１は、例えば、アルミニウム箔であり、正極２３では、正極活物質層２３２が金属箔２３１の両面にそれぞれ配置されている、即ち、正極２３では、厚さ方向において、金属箔２３１が正極活物質層２３２によって挟まれている。

正極活物質層２３２は、正極活物質と、バインダーと、を有する。

前記正極活物質は、例えば、リチウム金属酸化物である。具体的に、正極活物質は、例えば、Ｌｉ_ａＭｅ_ｂＯ_ｃ（Ｍｅは、１又は２以上の遷移金属を表す）によって表される複合酸化物（Ｌｉ_ａＣｏ_ｙＯ_２、Ｌｉ_ａＮｉ_ｘＯ_２、Ｌｉ_ａＭｎ_ｚＯ_４、Ｌｉ_ａＮｉ_ｘＣｏ_ｙＭｎ_ｚＯ_２等）、Ｌｉ_ａＭｅ_ｂ（ＸＯ_ｃ）_ｄ（Ｍｅは、１又は２以上の遷移金属を表し、Ｘは例えばＰ、Ｓｉ、Ｂ、Ｖを表す）によって表されるポリアニオン化合物（Ｌｉ_ａＦｅ_ｂＰＯ_４、Ｌｉ_ａＭｎ_ｂＰＯ_４、Ｌｉ_ａＭｎ_ｂＳｉＯ_４、Ｌｉ_ａＣｏ_ｂＰＯ_４Ｆ等）である。本実施形態の正極活物質は、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２である。

正極活物質層２３２に用いられるバインダーは、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレンとビニルアルコールとの共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）である。本実施形態のバインダーは、ポリフッ化ビニリデンである。

正極活物質層２３２は、ケッチェンブラック（登録商標）、アセチレンブラック、黒鉛等の導電助剤をさらに有してもよい。本実施形態の正極活物質層２３２は、導電助剤としてアセチレンブラックを有する。

負極２４は、帯状の金属箔２４１と、金属箔２４１に重ねられる負極活物質層２４２と、を有する。この負極活物質層２４２は、金属箔２４１における幅方向（短手方向：図５における左右方向）の他方（正極２３の金属箔２３１の非被覆部と反対側）の端縁部（非被覆部）を露出させた状態で、該金属箔２４１に重ねられている。本実施形態の金属箔２４１は、例えば、銅箔であり、負極２４では、負極活物質層２４２が金属箔２４１の両面にそれぞれ配置されている、即ち、負極２４では、厚さ方向において、金属箔２４１が負極活物質層２４２によって挟まれている。本実施形態の負極活物質層２４２の幅方向の寸法は、正極活物質層２３２の幅方向の寸法より大きい。

負極活物質層２４２は、負極活物質と、バインダーと、を有する。

前記負極活物質は、例えば、グラファイト、難黒鉛化炭素、及び易黒鉛化炭素などの炭素材、又は、ケイ素（Ｓｉ）及び錫（Ｓｎ）などのリチウムイオンと合金化反応を生じる材料である。本実施形態の負極活物質は、難黒鉛化炭素である。

負極活物質層２４２に用いられるバインダーは、正極活物質層２３２に用いられたバインダーと同様のものである。本実施形態のバインダーは、ポリフッ化ビニリデンである。

負極活物質層２４２は、ケッチェンブラック（登録商標）、アセチレンブラック、黒鉛等の導電助剤をさらに有してもよい。本実施形態の負極活物質層２４２は、導電助剤を有していない。

本実施形態の電極体２では、以上のように構成される正極２３と負極２４とがセパレータ２５によって絶縁された状態で巻回される。即ち、本実施形態の電極体２では、正極２３、負極２４、及びセパレータ２５の積層体２２が巻回されている。

セパレータ２５は、絶縁性を有する部材であり、正極２３と負極２４との間に配置される。これにより、電極体２（詳しくは、積層体２２）において、正極２３と負極２４とが互いに絶縁される。また、セパレータ２５は、ケース３内において、電解液を保持する。これにより、蓄電素子１の充放電時において、セパレータ２５を挟んで交互に積層される正極２３と負極２４との間を、リチウムイオンが移動可能となる。

このセパレータ２５は、帯状であり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、ポリアミドなどの多孔質膜によって構成される。本実施形態のセパレータ２５は、ＳｉＯ_２粒子、Ａｌ_２Ｏ_３粒子、ベーマイト（アルミナ水和物）等の無機粒子を含んだ無機層を、多孔質膜によって形成された基材の上に設けることで形成されている。本実施形態のセパレータ２５の基材は、例えば、ポリエチレンによって形成される。

セパレータ２５の幅方向（図５における左右方向）の寸法は、負極活物質層２４２の幅より大きい。セパレータ２５は、正極活物質層２３２と負極活物質層２４２とが厚さ方向（積層方向：図５における上下方向）に重なるように幅方向に位置ずれした状態で重ね合わされた正極２３と負極２４との間に配置される。このとき、正極２３の金属箔２３１が露出した部位（正極活物質層２３２が重なっていない部位：露出部位）と、負極２４の金属箔２４１が露出した部位（負極活物質層２４２が重なっていない部位：露出部位）とは重なっていない。即ち、正極２３の露出部位が、正極２３と負極２４との重なる領域から幅方向（積層方向と直交する方向）に突出し、且つ、負極２４の露出部位が、正極２３と負極２４との重なる領域から幅方向（正極２３の露出部位の突出方向と反対の方向）に突出する。このような状態で積層された正極２３、負極２４、及びセパレータ２５（即ち、積層体２２）が巻回されることによって、電極体２が形成される。この巻回された状態において、セパレータ２５は、活物質層同士（本実施形態の例では、正極活物質層２３２と負極活物質層２４２と）が重なっている領域の外側において電極（本実施形態の例では、正極２３及び負極２４の両方）に固定されている（図６参照）。このため、本実施形態のセパレータ２５は、このセパレータ２５の電極２３、２４への固定構造が形成される領域の分（図５におけるα参照）だけ、正極活物質層２３２と負極活物質層２４２とが積層方向に重なっている領域（図５におけるβ参照）から積層方向と直交する方向に突出している。前記セパレータ２５の電極２３、２４への固定構造の詳細については、後述する。また、本実施形態の電極体２では、正極２３の露出部位又は負極２４の露出部位のみが積層された部位によって、電極体２における非被覆積層部２６が構成される。

非被覆積層部２６は、電極体２における集電体５と導通される部位である。本実施形態の非被覆積層部２６は、巻回された正極２３、負極２４、及びセパレータ２５の巻回中心軸方向から見て、中空部２７（図２及び図４参照）を挟んで二つの部位（二分された非被覆積層部）２６１に区分けされる。

以上のように構成される非被覆積層部２６は、電極体２の各極に設けられる。即ち、正極２３の露出部位のみが積層された非被覆積層部２６が電極体２における正極の非被覆積層部を構成し、負極２４の露出部位のみが積層された非被覆積層部２６が電極体２における負極の非被覆積層部を構成する。

ケース３は、開口を有するケース本体３１と、ケース本体３１の開口を塞ぐ（閉じる）蓋板３２と、を有する。ケース３は、電極体２及び集電体５等と共に、電解液を内部空間３３（図３参照）に収容する。ケース３は、電解液に耐性を有する金属によって形成される。本実施形態のケース３は、例えば、アルミニウム、又は、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料によって形成される。

電解液は、非水溶液系電解液である。電解液は、有機溶媒に電解質塩を溶解させることによって得られる。有機溶媒は、例えば、プロピレンカーボネート及びエチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類である。電解質塩は、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、及びＬｉＰＦ_６等である。本実施形態の電解液は、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートを、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＝３：２：５の割合で調整した混合溶媒に、１ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ_６を溶解させたものである。

ケース３は、図１〜図３に示すように、ケース本体３１の開口周縁部３４と、蓋板３２の周縁部とを重ね合わせた状態で接合することによって形成される。また、ケース３では、ケース本体３１と蓋板３２とによって内部空間３３が画定されている。本実施形態のケース３では、ケース本体３１の開口周縁部３４と蓋板３２の周縁部とが溶接によって接合されている。

ケース本体３１は、板状の閉塞部３１１と、閉塞部３１１の周縁に接続される筒状の胴部３１２と、を備える。

閉塞部３１１は、ケース本体３１が開口を上に向けた姿勢で配置されたときにケース本体３１の下端に位置する（即ち、前記開口が上を向いたときのケース本体３１の底壁となる）部位である。閉塞部３１１は、該閉塞部３１１の法線方向から見て、矩形状である。

以下では、閉塞部３１１の長辺方向をＸ軸方向とし、閉塞部３１１の短辺方向をＹ軸方向とし、閉塞部３１１の法線方向をＺ軸方向とする。

胴部３１２は、角筒形状、より詳しくは、偏平な角筒形状を有する。胴部３１２は、閉塞部３１１の周縁における長辺から延びる一対の長壁部３１３と、閉塞部３１１の周縁における短辺から延びる一対の短壁部３１４とを有する。即ち、一対の長壁部３１３は、Ｙ軸方向に間隔（詳しくは、閉塞部３１１の周縁における短辺に相当する間隔）を空けて対向し、一対の短壁部３１４は、Ｘ軸方向に間隔（詳しくは、閉塞部３１１の周縁における長辺に相当する間隔）を空けて対向する。短壁部３１４が一対の長壁部３１３の対応（詳しくは、Ｙ軸方向に対向）する端部同士をそれぞれ接続することによって、角筒状の胴部３１２が形成される。

以上のように、ケース本体３１は、開口方向（Ｚ軸方向）における一方の端部が塞がれた角筒形状（即ち、有底角筒形状）を有する。

蓋板３２は、ケース本体３１の開口を塞ぐ板状の部材である。具体的に、蓋板３２は、Ｚ軸方向から見て、ケース本体３１の開口周縁部３４に対応した輪郭形状を有する。即ち、蓋板３２は、Ｚ軸方向から見て、Ｘ軸方向に長い矩形状の板材である。この蓋板３２は、ケース本体３１の開口を塞ぐように該ケース本体３１に当接する。より具体的には、蓋板３２が開口を塞ぐように、蓋板３２の周縁部がケース本体３１の開口周縁部３４に重ねられる。開口周縁部３４と蓋板３２とが重ねられた状態で、蓋板３２とケース本体３１との境界部が溶接される。これにより、ケース３が構成される。

外部端子４は、他の蓄電素子の外部端子又は外部機器等と電気的に接続される部位である。外部端子４は、導電性を有する部材によって形成される。例えば、外部端子４は、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料、銅又は銅合金等の銅系金属材料等の溶接性の高い金属材料によって形成される。本実施形態の外部端子４は、バスバ等が溶接可能な面４１を有する。

集電体５は、ケース３内に配置され、電極体２と導通可能に直接又は間接に接続される。本実施形態の集電体５は、図２、図３及び図６に示すように、クリップ部材５５を介して電極体２と導通可能に接続される。即ち、蓄電素子１は、電極体２と集電体５とを導通可能に接続するクリップ部材５５を備える。このクリップ部材５５は、電極体２の非被覆積層部２６（詳しくは、二分された非被覆積層部２６１）において積層された正極２３又は負極２４を束ねるように挟む。これにより、クリップ部材５５は、非被覆積層部２６において積層される正極２３（詳しくは、正極２３の露出部位におけるセパレータ２５と重なっていない部位）同士、又は負極２４（詳しくは、負極２４の露出部位におけるセパレータ２５と重なっていない部位）同士を導通させる。本実施形態のクリップ部材５５は、板状の金属材料をＸ−Ｙ面（Ｘ軸とＹ軸とを含む面）に沿った断面がＵ字状となるように曲げ加工することによって形成される。本実施形態では、電極体２の正極に二つのクリップ部材５５が配置されると共に、負極に二つのクリップ部材５５が配置される。

集電体５は、導電性を有する部材によって形成され、ケース３の内面に沿って配置される。本実施形態の集電体５は、外部端子４とクリップ部材５５とを導通させる。具体的に、集電体５は、外部端子４と導通可能に接続される第一接続部５１、及び電極体２と通電可能に接続される第二接続部５２を含む集電体本体（集電部材）５０と、セパレータ２５を電極２３、２４に固定するのに用いられる片部（金属部材）５３と、を有する。この集電体５では、第一接続部５１がケース３内において蓋板３２と短壁部３１４との境界近傍から蓋板３２に沿ってＸ軸方向に延びると共に、第二接続部５２が第一接続部５１の前記境界側の端部から長壁部３１３（詳しくは、長壁部３１３における短壁部３１４との境界近傍の部位）に沿ってＺ軸方向に延びる。また、片部５３は、第二接続部５２から長壁部３１３に沿ってＸ軸方向に延びる。詳しくは、以下の通りである。

第一接続部５１は、外部端子４に通電可能に接続される。具体的に、第一接続部５１は、ケース３（詳しくは蓋板３２）と絶縁された状態でケース３（蓋板３２）の内面に沿ってＸ軸方向に延びる板状の部位である。即ち、第一接続部５１は、蓋板３２と電極体２との間において、蓋板３２に沿ってＸ軸方向に延びる。第一接続部５１の先端部（蓋板３２と短壁部３１４との境界位置と反対側の端部）には、外部端子４が接続される（図３参照）。

第二接続部５２は、電極体２（本実施形態の例では、クリップ部材５５を介して電極体２の非被覆積層部２６）に導通可能に接続される。この第二接続部５２は、ケース３（詳しくは長壁部３１３）と絶縁された状態でケース３（長壁部３１３）の内面に沿って第一接続部５１からＺ軸方向に延びる。具体的に、第二接続部５２は、第一接続部５１の前記境界近傍の部位（蓋板３２と短壁部３１４との境界近傍の部位）のＹ軸方向の両端部から、電極体２の非被覆積層部２６をＹ軸方向に挟むように該非被覆積層部２６に沿ってＺ軸方向にそれぞれ延びる板状の部位である。即ち、第二接続部５２は、第一接続部５１から、電極体２のＹ軸方向の一方側における長壁部３１３と電極体２（非被覆積層部２６）との間において電極体２（非被覆積層部２６）に沿ってＺ軸方向に延びると共に、電極体２のＹ軸方向の他方側における長壁部３１３と電極体２（非被覆積層部２６）との間において電極体２（非被覆積層部２６）に沿ってＺ軸方向に延びる。この第二接続部５２は、クリップ部材５５と接合することで、電極体２（非被覆積層部２６）と導通する。本実施形態の第二接続部５２は、非被覆積層部２６を挟み込んだ状態のクリップ部材５５と重ねられた状態で、且つＺ軸方向に間隔をあけた複数箇所においてメカニカルクリンチされている（図６におけるクリンチ接合部位５２１参照）。これにより、集電体５が電極体２に接続（固着）される。尚、第二接続部５２とクリップ部材５５との接合は、メカニカルクリンチに限定されず、超音波接合や溶接等でもよい。また、図２の集電体５は、メカニカルクリンチ（クリンチ接合）される前の状態である。

片部５３は、電極体２と長壁部３１３との間において、第二接続部５２から電極体２の表面に沿ってＸ軸方向に延びている板状の部位である。この片部５３は、先端がセパレータ２５の幅方向（Ｘ軸方向）の端部と重なる位置まで延びている。そして、片部５３は、電極２３、２４の積層方向（Ｙ軸方向）において活物質層２３２、２４２同士が重なった領域のＸ軸方向の外側の領域であって、セパレータ２５と電極２３、２４の露出部位とがＹ軸方向に重なった領域において、これら電極２３、２４（露出部位）及びセパレータ２５と共にメカニカルクリンチ（クリンチ接合）されている（図６においてクリンチ接合部位５３０参照）。このメカニカルクリンチによって平板状の片部５３が塑性変形し、図７に示すように、該片部５３において電極体２に入り込む凸部５３１が形成される。これにより、セパレータ２５が電極２３、２４に固定される。このとき、凸部５３１に対して、積層された電極２３、２４の露出部位とセパレータ２５とを挟んだ位置に、該凸部５３１と対応する形状の凹部５４１を有する板状部材５４が配置されている。本実施家形態の蓄電素子１では、セパレータ２５は、電極体２の巻回中心軸方向（Ｘ軸方向）の端部において電極２３、２４に固定されている。より詳しくは、正極側に配置された集電体５と、負極側に配置された集電体５とのそれぞれに複数の片部５３が設けられ（本実施形態に示す例では、各第二接続部５２において二つの片部５３が設けられ、）、各片部５３がセパレータ２５を電極２３、２４に固定するのに用いられている。このため、電極体２の巻回中心軸方向の両端部において、セパレータ２５が電極２３、２４に複数箇所で固定されている。

以上のように構成される集電体５は、上記のように、蓄電素子１の正極と負極とにそれぞれ配置される。本実施形態の蓄電素子１では、ケース３内において、電極体２の正極非被覆積層部２６と、負極非被覆積層部２６とにそれぞれ配置される。

正極の集電体５と負極の集電体５とは、異なる材料によって形成される。具体的に、正極の集電体５は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成され、負極の集電体５は、例えば、銅又は銅合金によって形成される。

絶縁部材６は、図２及び図３に示すように、ケース３（詳しくはケース本体３１）と電極体２との間に配置される。本実施形態の絶縁部材６は、所定の形状に裁断された絶縁性を有するシート状の部材を折り曲げることによって袋状に形成されている。

次に、蓄電素子１の製造方法について図８も参照しつつ説明する。

先ず、活物質層２３２、２４２を含む電極２３、２４が、セパレータ２５を介して積層されることによって電極体２が形成される（ステップＳ１）。詳しくは、正極２３と負極２４とがセパレータ２５を介して積層された積層体２２が巻芯２１の周囲に巻回され、これにより、電極体２が形成される。

次に、蓋板３２に対し、集電体５及び外部端子４等が組み付けられる（ステップＳ２）。続いて、電極体２が集電体５に接続される。この集電体５の電極体２への接続では、セパレータ２５を電極２３、２４に固定する工程（ステップＳ３）と、集電体本体５０を電極体２（詳しくは、正極２３の非被覆積層部２６又は負極２４の非被覆積層部２６）に導通させる工程（ステップＳ４）と、を含む。

具体的に、セパレータ２５を電極２３、２４に固定する工程では、電極体２において、電極２３、２４の積層方向における活物質層２３２、２４２同士が重なる領域の外側でセパレータ２５が電極２３、２４に固定される。詳しくは、以下の通りである。

電極体２の巻回中心軸方向の端部において積層されている電極２３、２４の露出部位の束（即ち、電極体２の二分された非被覆積層部２６１）が、クリップ部材５５によって挟み込まれる。この状態で、積層方向において電極２３、２４の露出部位とセパレータ２５とが重なっている部位であって活物質層２３２、２４２の配置されてない部位に、集電体５の片部５３が重ねられる。また、片部５３との間に、前記電極２３、２４の露出部位とセパレータ２５とが重なっている部位を挟み込むように、電極体２の中空部２７内に板状の部材５４が配置される（図９参照）。続いて、重なっている電極２３、２４の露出部位とセパレータ２５と片部５３と板状の部材５４とがメカニカルクリンチによって接合される。このメカニカルクリンチによる接合は、図９及び図１０に示すように、重ね合わされた非被覆積層部２６１（電極２３、２４の露出部位とセパレータ２５とが重なっている部位であって活物質層２３２、２４２の配置されてない部位）と片部５３と板状の部材５４との一部を、雄金型（パンチ）８０によって雌金型（ダイ）８１内に押し込み、これにより、片部５３を局所的に折り曲げ（凸部５３１を形成し）、押し込まれた側の部材（本実施形態の例では、板状の部材５４の凹部５４１）と、前記折り曲げによって形成されたインターロック部（凸部５３１における拡径された部位：図１１参照）５３２を二分された非被覆積層部２６１を介して係止させることによって接合する（凹凸嵌合させる）。本実施形態の例では、一つの非被覆積層部２６１に対して、二箇所のメカニカルクリンチによる接合が行われる（図６の符号５３０参照）。また、本実施形態では、中空部２７内に雌金型８１が配置され、外側に雄金型８０が配置された状態でメカニカルクリンチによる接合が行われる。このセパレータ２５と電極２３、２４との接合部位（固定部位）では、集電体５の一部である片部５３と電極２３、２４との間にセパレータ２５があるため、集電体５と電極体２との間の導通が得られない（又は十分な導通が得られない）。

次に、集電体本体５０を電極体２に導通させる工程では、第二接続部５２と、非被覆積層部２６１を挟み込んだ状態のクリップ部材５５と、がメカニカルクリンチによって接合される。このメカニカルクリンチは、上記のセパレータ２５を電極２３、２４に固定する工程で行われるメカニカルクリンチと同じである。本実施形態の例では、一つの第二接続部５２に対して、三箇所のメカニカルクリンチによる接合が行われる（図６の符号５２１参照）。この第二接続部５２（集電体本体５０）と電極２３、２４との接合部位（固定部位）では、集電体５の一部である第二接続部５２と電極２３、２４とが接しているため、集電体５と電極体２との間の十分な導通が得られる。

以上のように二つの集電体５が電極体２に接続されると、蓋板３２に組み付けられた状態の電極体２及び集電体５等が絶縁部材６によって覆われ、この絶縁部材６に覆われた状態の電極体２及び集電体５等がケース本体３１内に挿入される。そして、ケース本体３１の開口が蓋板３２によって塞がれた状態で、ケース本体３１と蓋板３２との境界部が溶接（例えばレーザ溶接）される（ステップＳ５）ことで、蓄電素子１が完成する。

以上の蓄電素子１によれば、電極体２における活物質層２３２、２４２同士が重なる領域の外側においてセパレータ２５が熱等によって縮み難い電極２３、２４に固定されているため、セパレータ２５が熱等によって縮もうとしたときに、活物質層２３２、２４２間からはみ出しているセパレータ２５の部位の該活物質層２３２、２４２間への入り込みが抑えられる。これにより、セパレータ２５の活物質層２３２、２４２間からのはみ出し量の減少が抑えられる。

また、本実施形態の蓄電素子１では、セパレータ２５が電極２３、２４に固定されている位置において、金属製の凸部５３１が電極体２に入り込んでいる。このため、蓄電素子１において、セパレータ２５の電極２３、２４への固定が強固に維持される。

また、本実施形態の蓄電素子１では、セパレータ２５が、電極体２の巻回中心軸方向の端部において電極２３、２４に固定されている。このような電極体２（いわゆる巻回型の電極体２）では、電極体２の巻回中心軸方向の端部においてセパレータ２５のはみ出し量を確保することで、ケース３内における電極体２の巻回中心軸方向の端部でのセパレータ２５と電解液（セパレータ２５に保持されずにケース３内に溜まっている、いわゆる余剰電解液）との接触が確保される。これにより、蓄電素子１では、電解液が巻回型の電極体２の巻回中心部へ好適に供給される。

本実施形態の蓄電素子１の製造方法では、セパレータ２５の電極２３、２４への固定が、メカニカルクリンチによって行われている。これにより、蓄電素子１では、セパレータ２５の電極２３、２４への固定が片部５３の塑性変形によって好適に維持される。即ち、金属製の片部５３の塑性変形（メカニカルクリンチ）を利用した固定（接合）構造によって、セパレータ２５の電極２３、２４への強固な固定が十分に維持される。

本実施形態の蓄電素子１では、集電体本体５０と片部５３とは、一体である。このため、蓄電素子１の製造時において、セパレータ２５を電極２３、２４に固定することで集電体本体５０が電極体２に対して位置決めされる。これにより、前記製造時において、電極体２と集電体本体５０との接続時に互いの相対位置を調整しなくてもよくなり、その結果、電極体２と集電体本体５０との接続が容易になる。

尚、本発明の蓄電素子、及び蓄電素子の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。

上記実施形態の蓄電素子１では、メカニカルクリンチ（クリンチ接合）によってセパレータ２５が電極２３、２４に固定されているが、この構成に限定されず、接着等の他の接合方法によって活物質層２３２、２４２の外側で電極２３、２４に固定されていてもよい。

上記実施形態の蓄電素子１では、メカニカルクリンチ（クリンチ接合）によって形成された凸部５３１によってセパレータ２５を電極２３、２４に固定しているが、この構成に限定されない。セパレータ２５は、金属製のリベット等によって電極２３、２４に固定されてもよい。即ち、セパレータ２５は、電極体２に対して電極２３、２４の積層方向に入り込む金属製の凸部によって電極２３、２４に固定されていればよい。

上記実施形態の蓄電素子１では、電極体２の巻回中心軸方向の両端部において、メカニカルクリンチによってセパレータ２５が電極２３、２４に固定されているが、この構成に限定されない。電極体２の巻回中心軸方向の一方の端部においてのみ、メカニカルクリンチによってセパレータ２５が電極２３、２４に固定され、他方の端部では、他の固定手段によってセパレータ２５が電極２３、２４に固定されてもよい。

上記実施形態の蓄電素子１では、電極体２は、積層された帯状の電極２３、２４を巻回した、いわゆる巻回型であるが、この構成に限定されない。電極体２は、枚葉状の電極が積層された、いわゆる積層型であってもよい。この場合、セパレータ２５の電極２３、２４への固定は、枚葉状の電極の周縁部における周方向のいずれの位置で行われてもよい。例えば、枚葉状の電極が四角形状であれば、セパレータ２５の電極２３、２４への固定は、前記四角形状の各辺に対応する位置で行われてもよく、前記四角形状のいずれかの辺に対応する位置で行われてもよい。

上記実施形態の蓄電素子１では、集電体本体５０と、片部５３と、が一体であるが、この構成に限定されない。例えば、図１２及び図１３に示すように、集電体本体５０と片部５３とが、別体であり、互いに間隔をおいて配置さてもよい。集電体本体（外部端子４と電極体２とを導通させる部材又は部位）５０は、蓄電素子１の充放電時に電流が流れることによって温度が上昇し易いが、この構成によれば、集電体本体５０で生じた熱が片部（電極２３、２４へのセパレータ２５の固定に用いられる金属部材）５３を介してセパレータ２５に伝わるのを防ぐことができる。

上記実施形態のセパレータ２５では、多孔質膜によって形成された基材の上に無機層が設けられているが、この構成に限定されない。例えば、セパレータ２５は、多孔質膜によって形成された基材のみによって構成されていてもよい。無機層の無いセパレータ２５の場合には、熱によるセパレータ２５の縮みが無機層を備えたセパレータより大きくなるため、セパレータ２５を電極２３、２４に固定することで、電極体２におい電極２３、２４の積層方向に重なる活物質層２３２、２４２間からはみ出しているセパレータ２５のはみ出し量の減少が抑えられるといった効果がより顕著となる。

また、上記実施形態においては、蓄電素子が充放電可能な非水電解質二次電池（例えばリチウムイオン二次電池）として用いられる場合について説明したが、蓄電素子の種類や大きさ（容量）は任意である。また、上記実施形態において、蓄電素子の一例として、リチウムイオン二次電池について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、本発明は、種々の二次電池、その他、一次電池や、電気二重層キャパシタ等のキャパシタの蓄電素子にも適用可能である。

蓄電素子（例えば電池）１は、図１４に示すような蓄電装置（蓄電素子が電池の場合は電池モジュール）１１に用いられてもよい。蓄電装置１１は、少なくとも二つの蓄電素子１と、二つの（異なる）蓄電素子１同士を電気的に接続するバスバ部材１２と、を有する。この場合、本発明の技術が少なくとも一つの蓄電素子１に適用されていればよい。

１…蓄電素子、２…電極体、２１…巻芯、２２…積層体、２３…正極（電極）、２３１…金属箔、２３２…正極活物質層（活物質層）、２４…負極（電極）、２４１…金属箔、２４２…負極活物質層（活物質層）、２５…セパレータ、２６…非被覆積層部、２６１…二分された非被覆積層部、２７…中空部、３…ケース、３１…ケース本体、３１１…閉塞部、３１２…胴部、３１３…長壁部、３１４…短壁部、３２…蓋板、３３…内部空間、３４…開口周縁部、４…外部端子、４１…面、５…集電体、５０…集電体本体（集電部材）、５１…第一接続部、５２…第二接続部、５２１…クリンチ接合部位、５３…片部（金属部材）、５３０…クリンチ接合部位、５３１…凸部、５５…クリップ部材、６…絶縁部材、１１…蓄電装置、１２…バスバ部材、８０…雄金型、８１…雌金型

Claims (9)

1. 活物質層を含む電極と、セパレータと、を有し、且つ前記電極と前記セパレータとが積層される電極体を備え、
   前記セパレータは、前記電極及び前記セパレータの積層方向において前記活物質層同士が重なる領域の積層方向と直交する方向の外側において前記電極に固定され、
   前記セパレータと前記電極との固定部分では、該セパレータと該電極とが凹凸嵌合している、蓄電素子。
2. 前記セパレータが前記電極に固定されている位置において前記電極体に入り込む凸部を有する金属部材を備える、請求項１に記載の蓄電素子。
3. 前記電極における前記活物質層が配置された領域と異なる領域に接続される集電部材を備え、
   前記金属部材は、前記集電部材と間隔をおいて配置されている、請求項２に記載の蓄電素子。
4. 電解液と、
   前記電解液及び前記電極体を収容するケースと、を備え、
   前記電極体では、前記積層された電極及びセパレータが巻回され、
   前記セパレータは、前記電極体の巻回中心軸方向の端部において前記電極に固定されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
5. 前記電極体の巻回中心軸方向の両端部において、前記セパレータが前記電極に固定される、請求項４に記載の蓄電素子。
6. 活物質層を含む電極と、セパレータと、を積層して、電極体を形成することと、
   前記電極体において、前記電極及び前記セパレータの積層方向における前記活物質層同士が重なる領域の積層方向と直交する方向の外側で前記セパレータを前記電極に固定することと、を備え、
   前記セパレータと前記電極との固定部分では、該セパレータと該電極とが凹凸嵌合している、蓄電素子の製造方法。
7. 前記セパレータの前記電極への固定では、前記セパレータが前記電極に固定される位置において金属部材の凸部が前記電極体に入り込んだ状態を形成する、請求項６に記載の蓄電素子の製造方法。
8. 前記セパレータの前記電極への固定では、積層された前記電極及び前記セパレータに前記金属部材を重ね合わせた状態でメカニカルクリンチすることによって前記凸部を形成する、請求項７に記載の蓄電素子の製造方法。
9. 前記電極に集電部材を接続すること、を備え、
   前記集電部材と前記金属部材とは、一体である、請求項７又は８に記載の蓄電素子の製造方法。