JP6793458B2 - 電気化学セル及び電気化学セルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気化学セル及び電気化学セルの製造方法に関する。

従来、スマートフォン、ウエアブル機器、補聴器などの小型機器の電源として、リチウムイオン二次電池、電気化学キャパシタ等の電気化学セルが広く活用されている。
このような電気化学セルにおいては、電池容量並びに充電電流及び放電電流を大きくする観点から、電気化学セル内で対向している電極同士の面積を大きくすることが必要である。電気化学セルの製造方法としては、一対の帯状の電極を帯状のセパレータを介して対向させてケースに収め、電解液を電極及びセパレータに含浸させる方法が知られている。例えば、帯状の電極及び帯状のセパレータを、巻回した後に筒状又はコイン状のケースに収容したり、扁平状に変形させた後にラミネートフィルムに収容したりしている。
近年、ウエアブル機器の薄型化の要求に対応して、帯状の電極及び帯状のセパレータをつづら折り形状とした構成も検討されている。例えば、特許文献１では、帯状の電極をセパレータ袋体に収容する技術が提案されている。

特開２００５−２４３４５５号公報

しかしながら、帯状の電極をセパレータ袋体に収容する構成では、巻回、積層、つづら折り等を行う場合に電極の位置がずれる可能性がある。特に、つづら折りを行う場合には、帯状の電極がセパレータ袋体に収容された状態で交互に折り曲げられるため、電極の位置がずれる可能性が高くなる。したがって、従来の電気化学セルにおいては、電極の位置がずれることを抑制する上で改善の余地があった。

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、電極の位置がずれることを抑制することができる電気化学セル及び電気化学セルの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る電気化学セルは、帯状の電極と、前記電極を覆うセパレータと、前記セパレータに設けられるとともに、少なくとも前記電極の長手方向における前記電極の移動を規制する規制部と、を備え、前記電極は、前記電極の長手方向と直交する幅方向で内側に窪むくびれ部と、前記電極の長手方向で前記くびれ部と隣り合う位置に配置されるとともに、前記電極の長手方向と直交する幅方向で前記くびれ部よりも外側に張り出す張出し部と、を備え、前記規制部は、前記くびれ部に沿う位置に配置されたくびれ部側規制部と、前記張出し部に沿う位置に配置された張出し部側規制部と、を備え、前記くびれ部側規制部と前記張出し部側規制部との間には、隙間が形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、セパレータに設けられた規制部によって電極の移動が規制されるため、電極がセパレータで単に覆われている構成と比較して、電極の位置がずれることを抑制することができる。加えて、規制部によって少なくとも電極の長手方向における電極の移動が規制されるため、電極の長手方向において電極の位置がずれることをより効果的に抑制することができる。加えて、くびれ部側規制部によって、電極の長手方向における張出し部の移動が規制されるとともに、電極の幅方向におけるくびれ部の移動が規制される。そのため、電極の長手方向及び幅方向のそれぞれにおいて電極の位置がずれることを抑制することができる。加えて、更に張出し部側規制部によって電極の幅方向における張出し部の移動が規制されるため、電極の幅方向において電極の位置がずれることをより確実に抑制することができる。加えて、くびれ部側規制部と張出し部側規制部とを連ねた場合と比較して、セパレータにおける皺の逃げ道を隙間で確保することができるため、セパレータにおける皺の発生を抑制することができる。

上記の電気化学セルにおいて、前記くびれ部には、前記電極の法線方向に開口する貫通孔が形成され、前記規制部は、前記貫通孔に配置された貫通孔側規制部を更に備えていてもよい。

この構成によれば、更に貫通孔側規制部によって、電極の長手方向及び幅方向におけるくびれ部の移動が規制されるため、電極の長手方向及び幅方向のそれぞれにおいて電極の位置がずれることをより確実に抑制することができる。

上記の電気化学セルにおいて、前記電極は、前記セパレータと一体化した構造体とされていてもよい。

この構成によれば、電極がセパレータと別体にされている場合と比較して、電極の位置がずれることをより効果的に抑制することができる。

上記の電気化学セルにおいて、前記構造体は、つづら折り形状に折り畳まれていてもよい。

特に、電極がセパレータに単に覆われた状態でつづら折り形状に折り畳まれている場合には、電極の位置がずれる可能性が高くなる。しかし、この構成によれば、前記規制部によって電極の移動が規制され、かつ、電極がセパレータと一体化されているため、前記つづら折り形状とした場合であっても、電極の位置がずれることをより効果的に抑制することができる。

上記の電気化学セルにおいて、前記構造体は、前記電極を正極電極とした正極構造体であり、前記正極構造体と互い違いに積層するように前記正極構造体と交差する方向につづら折り形状に折り畳まれた負極電極を更に備えていてもよい。

ところで、リチウムイオン二次電池の充電時においては、正極電極から負極電極に向けてリチウムイオンが移動している状態にある。このとき、正極電極が対向する部分に負極電極の端部が存在すると、正極電極から移動してきたリチウムイオンがエッジ効果によって負極電極の端部に集中する。そのため、本来であれば負極活物質に吸収されるリチウムイオンが負極電極の端部に針状のリチウム金属（以下「リチウムデンドライト」という。）として析出する可能性がある。このリチウムデンドライトは、セパレータを突き抜けて負極電極と正極電極とを短絡させる可能性がある。また、リチウムデンドライトが欠落して負極電極から電気接続が切れることにより、電池容量を低下させる可能性がある。その結果、電池の信頼性を低下させる可能性がある。ここで、帯状の電極（正極電極）をセパレータ袋体に収容する構成では、正極電極と負極電極との重ね合わせ作業時においてセパレータ袋体の側で位置決めする必要がある。そのため、セパレータ袋体の中の正極電極がずれてしまうと、前記重ね合わせ作業時において正極電極が対向する部分に負極電極の端部が存在する可能性が高くなる。
これに対し、この構成によれば、前記規制部によって正極電極の移動が規制され、かつ、正極電極がセパレータと一体化されているため、負極電極が正極構造体と互い違いに積層するように正極構造体と交差する方向につづら折り形状に折り畳まれた場合であっても、正極電極の位置がずれることをより効果的に抑制することができる。これにより、充電時において正極電極が対向する部分に負極電極の端部が存在することを回避することができる。したがって、短絡及び電池容量の低下を回避して電池の信頼性を高めることができる。

上記の電気化学セルにおいて、前記正極電極の外形は、前記負極電極の外形よりも小さくてもよい。

仮に、負極電極の外形が正極電極の外形よりも小さいと、正極電極が対向する部分に負極電極の端部が存在することになる。これに対し、この構成によれば、正極電極の外形が負極電極の外形よりも小さいため、正極電極が対向する部分に負極電極の端部が存在することをより確実に回避することができる。したがって、短絡及び電池容量の低下を回避して電池の信頼性をより一層高めることができる。

上記の電気化学セルにおいて、前記正極構造体の外形は、前記負極電極の外形と同じ大きさであってもよい。

この構成によれば、正極構造体の外形が負極電極の外形と異なる大きさである場合と比較して、正極構造体と負極電極との位置合わせがし易くなるため、正極電極が対向する部分に負極電極の端部が存在することをより確実に回避することができる。加えて、正極構造体と負極電極とのつづら折りも容易となる。

本発明の一態様に係る電気化学セルの製造方法は、帯状の電極と、前記電極を覆うセパレータと、を備えた電気化学セルの製造方法であって、前記電極を、前記セパレータで覆う電極被覆工程と、前記電極被覆工程の後、前記セパレータに、少なくとも前記電極の長手方向における前記電極の移動を規制するように前記電極の移動を規制する規制部を形成する規制部形成工程と、を含み、前記電極被覆工程の前、前記電極の長手方向と直交する幅方向で内側に窪むくびれ部と、前記電極の長手方向で前記くびれ部と隣り合う位置に配置されるとともに、前記電極の長手方向と直交する幅方向で前記くびれ部よりも外側に張り出す張出し部と、を形成する電極加工工程を更に含み、前記規制部形成工程では、前記くびれ部に沿う位置にくびれ部側規制部と、前記張出し部に沿う位置に張出し部側規制部と、を形成するとともに、前記くびれ部側規制部と前記張出し部側規制部との間に隙間を形成することを特徴とする。

この方法によれば、セパレータに形成した規制部によって電極の移動が規制されるため、電極をセパレータで単に覆う方法と比較して、電極の位置がずれることを抑制することができる。加えて、規制部によって少なくとも電極の長手方向における電極の移動が規制されるため、電極の長手方向において電極の位置がずれることをより効果的に抑制することができる。加えて、くびれ部側規制部によって、電極の長手方向における張出し部の移動が規制されるとともに、電極の幅方向におけるくびれ部の移動が規制される。そのため、電極の長手方向及び幅方向のそれぞれにおいて電極の位置がずれることを抑制することができる。加えて、更に張出し部側規制部によって電極の幅方向における張出し部の移動が規制されるため、電極の幅方向において電極の位置がずれることをより確実に抑制することができる。加えて、くびれ部側規制部と張出し部側規制部とを連ねた場合と比較して、セパレータにおける皺の逃げ道を隙間で確保することができるため、セパレータにおける皺の発生を抑制することができる。

上記の電気化学セルの製造方法において、前記電極被覆工程では、前記電極を、前記セパレータを構成する樹脂製の第一セパレータと樹脂製の第二セパレータとで挟んで覆い、前記規制部形成工程では、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータ同士を熱融着して前記規制部を形成してもよい。

この方法によれば、第一セパレータ及び第二セパレータ同士を熱融着することで一体形成した規制部によって電極の移動が規制されるため、電極の位置がずれることをより効果的に抑制することができる。

上記の電気化学セルの製造方法において、前記電極被覆工程の前、前記くびれ部に前記電極の法線方向に開口する貫通孔を形成し、前記規制部形成工程では、前記貫通孔に貫通孔側規制部を形成してもよい。

この方法によれば、更に貫通孔側規制部によって、電極の長手方向及び幅方向におけるくびれ部の移動が規制されるため、電極の長手方向及び幅方向のそれぞれにおいて電極の位置がずれることをより確実に抑制することができる。

上記の電気化学セルの製造方法において、前記規制部形成工程では、前記電極を、前記セパレータと一体化した構造体としてもよい。

この方法によれば、電極をセパレータと別体にした場合と比較して、電極の位置がずれることをより効果的に抑制することができる。

上記の電気化学セルの製造方法において、前記規制部形成工程の後、前記構造体を、つづら折り形状に折り畳むつづら折り工程を更に含んでもよい。

この方法によれば、前記規制部によって電極の移動が規制され、かつ、電極がセパレータと一体化されているため、前記つづら折り形状とした場合であっても、電極の位置がずれることをより効果的に抑制することができる。

上記の電気化学セルの製造方法において、前記構造体は、前記電極を正極電極とした正極構造体であり、前記つづら折り工程では、前記正極構造体と、負極電極とを、互い違いに積層するように互いに交差する方向につづら折り形状に折り畳んでもよい。

この方法によれば、前記規制部によって正極電極の移動が規制され、かつ、正極電極がセパレータと一体化されているため、正極構造体と負極電極とを互い違いに積層するように交差する方向につづら折り形状に折り畳んだ場合であっても、正極電極の位置がずれることをより効果的に抑制することができる。これにより、充電時において正極電極が対向する部分に負極電極の端部が存在することを回避することができる。したがって、短絡及び電池容量の低下を回避して電池の信頼性を高めることができる。

上記の電気化学セルの製造方法において、前記電極被覆工程の前、前記正極電極の外形を、前記負極電極の外形よりも小さくしてもよい。

この方法によれば、正極電極の外形が負極電極の外形よりも小さいため、正極電極が対向する部分に負極電極の端部が存在することをより確実に回避することができる。したがって、短絡及び電池容量の低下を回避して電池の信頼性をより一層高めることができる。

上記の電気化学セルの製造方法において、前記電極被覆工程の後、前記正極構造体の外形を、前記負極電極の外形と同じ大きさにしてもよい。

この方法によれば、正極構造体の外形を負極電極の外形と異なる大きさとした場合と比較して、正極構造体と負極電極との位置合わせがし易くなるため、正極電極が対向する部分に負極電極の端部が存在することをより確実に回避することができる。加えて、正極構造体と負極電極とのつづら折りも容易となる。

本発明によれば、電極の位置がずれることを抑制することができる電気化学セル及び電気化学セルの製造方法を提供することができる。

第１実施形態に係る電池の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 第１実施形態に係る積層体の斜視図である。 第１実施形態に係る正極構造体の斜視図である。 第１実施形態に係る正極構造体の展開状態を示す平面図である。 第１実施形態に係る電池の製造方法のフローチャートである。 第１実施形態に係る電池の製造方法を示す工程図である。 図７に続く工程図である。 図８に続く工程図である。 図９に続く工程図である。 第２実施形態に係る正極構造体の展開状態を示す平面図である。 第２実施形態に係る電池の製造方法を示す工程図である。 図１２に続く工程図である。 図１３に続く工程図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。以下の実施形態では、電気化学セルの一例として、コイン型のリチウムイオン二次電池（以下、単に「電池」という。）を挙げて説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

＜第１実施形態＞
［電池］
図１に示すように、電池１は、平面視円形をなしている。図２を併せて参照し、電池１は、積層体２と、積層体２に含浸される不図示の電解質溶液と、積層体２を収容する外装体１０と、を備えている。

［積層体］
図３に示すように、積層体２は、つづら折り形状に折り畳まれた負極電極３と、負極電極３と互い違いに積層するように負極電極３と交差する方向につづら折り形状に折り畳まれた正極構造体４（構造体）と、を備えている。

［負極電極］
負極電極３は、帯状をなしている。負極電極３は、後述する正極電極５と同様、複数のくびれ部３ａと、複数の張出し部３ｂと、を備えている。

図２に示すように、負極電極３は、負極集電体２０と、負極集電体２０の両面に形成された負極活物質層２２と、を備えている。なお、図示はしないが、負極集電体２０は帯状をなしている。図３に示すように、負極電極３の一端部には、負極集電体２０の延出部２１が形成されている。延出部２１は、負極集電体２０のうち、負極電極３の長手方向において張出し部３ｂよりも外側に延びている部分である。

例えば、負極集電体２０は、銅、ニッケル及びステンレス等の金属材料で形成されている。負極活物質層２２は、負極活物質、導電助剤、結着剤及び増粘剤等を含む。例えば、負極活物質層２２は、黒鉛等の炭素材料で形成されている。例えば、導電助剤としては、カーボンブラック類、炭素材料及び金属微粉等が挙げられる。例えば、結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂材料が挙げられる。例えば、増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の樹脂材料が挙げられる。

［正極構造体］
図４に示すように、正極構造体４は、正極電極５と、正極電極５を覆うセパレータ６と、を備えている。正極構造体４は、正極電極５とセパレータ６とを一体化したものである。正極構造体４の外形は、負極電極３の外形と実質的に同じ大きさである。

［正極電極］
正極電極５は、帯状をなしている。具体的に、正極電極５は、複数のくびれ部５ａと、複数の張出し部５ｂと、を備えている。以下、正極電極５の長手方向と直交する方向を「正極電極５の幅方向」という。くびれ部５ａは、正極電極５の幅方向内側に窪んでいる。図５の平面視で、張出し部５ｂは、正極電極５の長手方向でくびれ部５ａと隣り合う位置に配置されている。張出し部５ｂは、正極電極５の幅方向でくびれ部５ａよりも外側に張り出している。張出し部５ｂは、円板状をなしている。

図４に示すように、正極構造体４のつづら折り状態において、各張出し部５ｂは互いに実質的に平行に配置されている。くびれ部５ａは、正極電極５の長手方向において各張出し部５ｂの端縁に連なっている。すなわち、くびれ部５ａは、隣り合う２つの張出し部５ｂ同士を直列に接続している。

図３及び図４を併せて参照し、正極電極５の外形は、負極電極３の外形よりも小さい。すなわち、正極電極５におけるくびれ部５ａ及び張出し部５ｂの外形は、負極電極３におけるくびれ部３ａ及び張出し部３ｂの外形よりも小さい。

図２に示すように、正極電極５は、帯状の正極集電体３０と、正極集電体３０の両面に形成された正極活物質層３２と、を備えている。図４に示すように、正極電極５の一端部には、正極集電体３０の延出部３１が形成されている。延出部３１は、正極集電体３０のうち、正極電極５の長手方向において張出し部５ｂよりも外側に延びている部分である。

例えば、正極集電体３０は、アルミニウム及びステンレス等の金属材料で形成されている。正極活物質層３２は、正極活物質、導電助剤、結着剤及び増粘剤等を含む。例えば、正極活物質層３２は、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム等の複合金属酸化物で形成されている。例えば、導電助剤としては、カーボンブラック類、炭素材料及び金属微粉等が挙げられる。例えば、結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂材料が挙げられる。例えば、増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の樹脂材料が挙げられる。

［セパレータ］
図４に示すように、セパレータ６は、帯状をなしている。セパレータ６は、上述した正極電極５と同様、複数のくびれ部６ａと、複数の張出し部６ｂと、を備えている。セパレータ６におけるくびれ部６ａ及び張出し部６ｂの外形は、負極電極３におけるくびれ部３ａ及び張出し部３ｂと実質的に同じ大きさである。

セパレータ６は、リチウムイオン導電性を有する細孔構造の薄膜である。例えば、セパレータ６は、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリエチレン（ＰＥ）等のポリオレフィン並びにポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂材料で形成されている。セパレータ６は、図７に示す一対の第一セパレータ４１及び第二セパレータ４２同士が熱融着により一体化されることで形成されている。なお、図４においては、図７に示す一対の第一セパレータ４１及び第二セパレータ４２を切り出して負極電極３の外形と実質的に同じ大きさとされた状態の第一セパレータ４１及び第二セパレータ４２を示している。

［規制部］
図５に示すように、セパレータ６には、正極電極５の移動を規制する規制部７が設けられている。規制部７は、少なくとも帯状の正極電極５の長手方向における正極電極５の移動を規制する。規制部７は、正極電極５のくびれ部５ａに沿う位置に配置されたくびれ部側規制部７ａと、正極電極５の張出し部５ｂに沿う位置に配置された張出し部側規制部７ｂと、を備えている。なお、図４においては、便宜上、規制部７の図示を省略している。

図４及び図５を併せて参照し、くびれ部側規制部７ａは、セパレータ６のうち、正極電極５のくびれ部５ａに隣り合う部分の第一セパレータ４１及び第二セパレータ４２同士を結合（具体的には、熱融着により一体化）した部分である。図５の平面視で、くびれ部側規制部７ａは、正極電極５の幅方向におけるくびれ部５ａの両側に配置されている。図５の平面視で、くびれ部側規制部７ａは、正極電極５のくびれ部５ａの側縁に沿うように直線状をなしている。

図４及び図５を併せて参照し、張出し部側規制部７ｂは、セパレータ６のうち、張出し部５ｂに隣り合う部分の第一セパレータ４１及び第二セパレータ４２同士を結合（具体的には、熱融着により一体化）した部分である。図５の平面視で、張出し部側規制部７ｂは、正極電極５の幅方向における張出し部５ｂの両側に配置されている。図５の平面視で、張出し部側規制部７ｂは、張出し部５ｂの側縁に沿うように円弧状をなしている。なお、正極電極５において延出部３１とは反対側では、張出し部側規制部７ｂは、図５の平面視でくびれ部５ａ側を開放するＣ字状をなして張出し部５ｂの周方向に沿うように連なっている。

くびれ部側規制部７ａと張出し部側規制部７ｂとの間には、隙間７ｓが形成されている。隙間７ｓは、セパレータ６のうち、第一セパレータ４１及び第二セパレータ４２同士を結合（具体的には、熱融着により一体化）していない部分である。図５の平面視で、隙間７ｓは、正極電極５の幅方向におけるくびれ部５ａと張出し部５ｂとの境界部分の両側に配置されている。

［外装体］
図１及び図２を併せて参照し、外装体１０は、正極缶体１１と、負極缶体１２と、正極缶体１１と負極缶体１２との間を電気的に絶縁するガスケット１３と、を備えている。
正極缶体１１及び負極缶体１２は、有底円筒状をなしている。正極缶体１１の内径は、負極缶体１２の外径よりも大きい。負極缶体１２の筒状部が正極缶体１１に挿入された状態で、積層体２は、負極缶体１２の底面と正極缶体１１の底面との間に挟まれている。

ガスケット１３は、負極缶体１２の筒状部の外周面と正極缶体１１の筒状部の内周面との間に配置されている。これにより、積層体２が外装体１０に封止されている。図２及び図３を併せて参照し、正極缶体１１は、正極集電体３０の延出部３１と接続されており、正極端子として機能する。一方、負極缶体１２は、負極集電体２０の延出部２１と接続されており、負極端子として機能する。なお、図２においては、延出部３１の図示を一部省略している。

［電池の製造方法］
次に、上述した電池１の製造方法の一例について説明する。
図６に示すように、電池１の製造方法は、正極電極５を所定形状に加工する電極加工工程Ｓ１と、正極電極５をセパレータ６で覆う電極被覆工程Ｓ２と、セパレータ６に正極電極５の移動を規制する規制部７を形成する規制部形成工程Ｓ３と、正極構造体４と負極電極３とをつづら折り形状に折り畳むつづら折り工程Ｓ４と、を含む。

まず（すなわち、電極加工工程Ｓ１の前）、正極活物質層３２及び負極活物質層２２を形成するための構成材料を含む塗布液（スラリー）を調整する。以下、正極活物質層３２を形成するための構成材料を含む塗布液を「正極用スラリー」、負極活物質層２２を形成するための構成材料を含む塗布液を「負極用スラリー」という。正極用スラリーは、上述の正極活物質、導電助剤、結着剤及び増粘剤等を含む。負極用スラリーは、上述の負極活物質、導電助剤、結着剤及び増粘剤等を含む。なお、スラリーの溶媒としては、結着剤及び増粘剤を溶解し、かつ活物質及び導電助剤を分散するものであればよい。

次に、正極集電体３０及び負極集電体２０を用意する。
そして、正極集電体３０の両面に正極用スラリーを塗布する。その後、正極用スラリーを乾燥させる。これにより、正極集電体３０の両面に正極活物質層３２を形成して正極用シートを得る。そして、正極用シートをスリッター等で上述した帯状に切り出して正極電極５を得る（電極加工工程Ｓ１）。
一方、負極集電体２０の両面に負極用スラリーを塗布する。その後、負極用スラリーを乾燥させる。これにより、負極集電体２０の両面に負極活物質層２２を形成して負極用シートを得る。そして、負極用シートをスリッター等で上述した帯状に切り出して負極電極３を得る。
なお、電極加工工程Ｓ１では（すなわち、電極被覆工程Ｓ２の前）、正極電極５の外形を、負極電極３の外形よりも小さくする。

次に、図７に示すように、正極電極５を、セパレータ６を構成する第一セパレータ４１と第二セパレータ４２とで挟んで覆う（電極被覆工程Ｓ２）。以下、正極電極５を第一セパレータ４１と第二セパレータ４２とで挟んで覆ったものを「正極被覆体」という。第一セパレータ４１及び第二セパレータ４２は、展開状態（図７の平面視）において、正極電極５の長手方向に延びる長方形状をなしている。なお、第一セパレータ４１及び第二セパレータ４２の外形は、正極電極５におけるくびれ部５ａ及び張出し部５ｂを覆い、かつ延出部３１を露出させる程度の大きさであればよい。

次に、第一セパレータ４１及び第二セパレータ４２同士を熱融着して規制部７（図５参照）を形成する（規制部形成工程Ｓ３）。規制部形成工程Ｓ３では、正極電極５を、セパレータ６と一体化した正極構造体４とする。

例えば、規制部形成工程Ｓ３では、正極被覆体を、第一セパレータ４１の側又は第二セパレータ４２の側からアイロン等を押し当てる。すなわち、正極被覆体を、その厚み方向に圧縮させつつ加熱する。これにより、樹脂製の第一セパレータ４１及び第二セパレータ４２同士を熱融着させるとともに、樹脂製の第一セパレータ４１及び第二セパレータ４２と正極電極５の結着剤とを熱融着させて図８に示す正極構造体シート４Ａを得る。そして、正極構造体シート４Ａをスリッター等で上述した帯状に切り出して図９に示す正極構造体４を得る。このとき、展開状態において、正極構造体４の外形を、負極電極３の外形と実質的に同じ大きさにする。

なお、規制部形成工程Ｓ３では、正極被覆体を第一セパレータ４１の側又は第二セパレータ４２の側からヒートカッター若しくは超音波カッターで切り出したり、又は正極被覆体にレーザーを照射したりする等の熱による切り出し方法で、図９に示す正極構造体４を直接得ることもできる。上記熱による切り出し方法であれば、正極被覆体の切り出しと同時に第一セパレータ４１及び第二セパレータ４２の切断部分を熱融着させることができるため、作業の効率化を図る点で好適である。

図５に示すように、規制部形成工程Ｓ３では、少なくとも正極電極５の長手方向における正極電極５の移動を規制するように規制部７を配置する。具体的に、規制部形成工程Ｓ３では、正極電極５のくびれ部５ａに沿う位置にくびれ規制部７を形成するとともに、張出し部５ｂに沿う位置に張出し部側規制部７ｂを形成する。なお、図８〜図１０においては、便宜上、規制部７の図示を省略している。

また、規制部形成工程Ｓ３では、くびれ部側規制部７ａと張出し部側規制部７ｂとの間に隙間７ｓを形成する。例えば、規制部形成工程Ｓ３において、平面視で正極電極５の幅方向におけるくびれ部５ａと張出し部５ｂとの境界部分の両側に断熱部材（例えば、断熱性のマスク）を配置した状態で、正極被覆体を加熱することにより隙間７ｓを形成する。

次に、正極構造体４と負極電極３とを互い違いに積層するように互いに交差する方向につづら折り形状に折り畳む（つづら折り工程Ｓ４）。図１０において、正極構造体４の折り曲げ部を符号Ｔ１〜Ｔ３（一点鎖線）、負極電極３の折り曲げ部を符号Ｕ１〜Ｕ３（一点鎖線）で示す。

図１０に示すように、まず、正極構造体４の長手方向において延出部３１とは反対側の張出し部（すなわち、セパレータ６の張出し部６ｂ）と、負極電極３の長手方向において延出部２１とは反対側の張出し部３ｂとを、正極構造体４と負極電極３とが直交するように重ね合わせる。

次に、正極構造体４のくびれ部（すなわち、セパレータ６のくびれ部６ａ）を、折り曲げ部Ｔ１に沿って矢印の方向Ｖ１に折り曲げる。次に、負極電極３のくびれ部３ａを折り曲げ部Ｕ１に沿って矢印の方向Ｖ２に折り曲げる。
次に、正極構造体４のくびれ部を折り曲げ部Ｔ２に沿って矢印の方向Ｖ１とは反対方向（不図示）に折り曲げる。次に、負極電極３のくびれ部３ａを折り曲げ部Ｕ２に沿って矢印の方向Ｖ２とは反対方向（不図示）に折り曲げる。
次に、正極構造体４のくびれ部を、折り曲げ部Ｔ３に沿って矢印の方向Ｖ１に折り曲げる。次に、負極電極３のくびれ部３ａを折り曲げ部Ｕ３に沿って矢印の方向Ｖ２に折り曲げる。
このように、正極構造体４のくびれ部と、負極電極３のくびれ部３ａとを、互い違いに交互に折り曲げていく。このようにつづら折りすることにより、上述した積層体２（図３参照）を得る。

そして、積層体２に不図示の電解質溶液を含浸させた後、電解質溶液を含浸した積層体２を外装体１０内に封入することにより、本実施形態の電池１（図２参照）が完成する。

以上説明したように、本実施形態に係る電池１は、正極電極５と、正極電極５を覆うセパレータ６と、セパレータ６に設けられるとともに、正極電極５の移動を規制する規制部７と、を備えている。また、本実施形態に係る電池１の製造方法は、正極電極５と、正極電極５を覆うセパレータ６と、を備えた電池１の製造方法であって、正極電極５を、セパレータ６で覆う電極被覆工程Ｓ２と、電極被覆工程Ｓ２の後、セパレータ６に正極電極５の移動を規制する規制部７を形成する規制部形成工程Ｓ３と、を含む。

本実施形態によれば、セパレータ６に設けられた規制部７によって正極電極５の移動が規制されるため、正極電極５がセパレータ６で単に覆われている構成と比較して、正極電極５の位置がずれることを抑制することができる。加えて、正極電極５がセパレータ６に覆われているため、短絡等を回避して電池１の信頼性を高めることができる。

また、本実施形態では、正極電極５は帯状であり、規制部７は少なくとも正極電極５の長手方向における正極電極５の移動を規制している。

一般に、帯状の電極は、電極の長手方向にずれやすい。しかし、この構成によれば、規制部７によって少なくとも正極電極５の長手方向における正極電極５の移動が規制されるため、正極電極５の長手方向において正極電極５の位置がずれることをより効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、正極電極５は、正極電極５の幅方向で内側に窪むくびれ部５ａと、正極電極５の長手方向でくびれ部５ａと隣り合う位置に配置されるとともに、正極電極５の幅方向でくびれ部５ａよりも外側に張り出す張出し部５ｂと、を備え、規制部７は、くびれ部５ａに沿う位置に配置されたくびれ部側規制部７ａを備えている。

本実施形態によれば、くびれ部側規制部７ａによって、正極電極５の長手方向における張出し部５ｂの移動が規制されるとともに、正極電極５の幅方向におけるくびれ部５ａの移動が規制される。そのため、正極電極５の長手方向及び幅方向のそれぞれにおいて正極電極５の位置がずれることを抑制することができる。

また、本実施形態では、規制部７は、張出し部５ｂに沿う位置に配置された張出し部側規制部７ｂを更に備えている。

本実施形態によれば、更に張出し部側規制部７ｂによって正極電極５の幅方向における張出し部５ｂの移動が規制されるため、正極電極５の幅方向において正極電極５の位置がずれることをより確実に抑制することができる。加えて、張出し部５ｂがめくれることを回避することができるため、正極電極５がセパレータ６の外部に露出することを抑制することもできる。

また、本実施形態では、くびれ部側規制部７ａと張出し部側規制部７ｂとの間には、隙間７ｓが形成されている。

本実施形態によれば、くびれ部側規制部７ａと張出し部側規制部７ｂとを連ねた場合と比較して、セパレータ６における皺の逃げ道を隙間７ｓで確保することができるため、セパレータ６における皺の発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、正極電極５は、セパレータ６と一体化した正極構造体４とされている。

この構成によれば、正極電極５がセパレータ６と別体にされている場合と比較して、正極電極５の位置がずれることをより効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、正極構造体４は、つづら折り形状に折り畳まれている。

特に、電極がセパレータに単に覆われた状態でつづら折り形状に折り畳まれている場合には、電極の位置がずれる可能性が高くなる。しかし、この構成によれば、規制部７によって正極電極５の移動が規制され、かつ、正極電極５がセパレータ６と一体化されているため、前記つづら折り形状とした場合であっても、正極電極５の位置がずれることをより効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、正極構造体４と互い違いに積層するように正極構造体４と交差する方向につづら折り形状に折り畳まれた負極電極３を更に備えている。

ところで、リチウムイオン二次電池の充電時においては、正極電極から負極電極に向けてリチウムイオンが移動している状態にある。このとき、正極電極が対向する部分に負極電極の端部が存在すると、正極電極から移動してきたリチウムイオンがエッジ効果によって負極電極の端部に集中する。そのため、本来であれば負極活物質に吸収されるリチウムイオンが負極電極の端部にリチウムデンドライトとして析出する可能性がある。このリチウムデンドライトは、セパレータを突き抜けて負極電極と正極電極とを短絡させる可能性がある。また、リチウムデンドライトが欠落して負極電極から電気接続が切れることにより、電池容量を低下させる可能性がある。その結果、電池の信頼性を低下させる可能性がある。ここで、帯状の電極（正極電極）をセパレータ袋体に収容する構成では、正極電極と負極電極との重ね合わせ作業時においてセパレータ袋体の側で位置決めする必要がある。そのため、セパレータ袋体の中の正極電極がずれてしまうと、前記重ね合わせ作業時において正極電極が対向する部分に負極電極の端部が存在する可能性が高くなる。
これに対し、本実施形態によれば、前記規制部７によって正極電極５の移動が規制され、かつ、正極電極５がセパレータ６と一体化されているため、負極電極３が正極構造体４と互い違いに積層するように正極構造体４と交差する方向につづら折り形状に折り畳まれた場合であっても、正極電極５の位置がずれることをより効果的に抑制することができる。これにより、充電時において正極電極５が対向する部分に負極電極３の端部が存在することを回避することができる。したがって、短絡及び電池容量の低下を回避して電池１の信頼性を高めることができる。加えて、積層体２をコンパクト化することができるため、積層体２を薄型の外装体１０に収容することが容易となる。

また、本実施形態では、正極電極５の外形は、負極電極３の外形よりも小さくされている。

仮に、負極電極の外形が正極電極の外形よりも小さいと、正極電極が対向する部分に負極電極の端部が存在することになる。これに対し、本実施形態によれば、正極電極５の外形が負極電極３の外形よりも小さいため、正極電極５が対向する部分に負極電極３の端部が存在することをより確実に回避することができる。したがって、短絡及び電池容量の低下を回避して電池１の信頼性をより一層高めることができる。

また、本実施形態では、正極構造体４の外形は、負極電極３の外形と同じ大きさとされている。

本実施形態によれば、正極構造体の外形が負極電極の外形と異なる大きさである場合と比較して、正極構造体４と負極電極３との位置合わせがし易くなるため、正極電極５が対向する部分に負極電極３の端部が存在することをより確実に回避することができる。加えて、正極構造体４と負極電極３とのつづら折りも容易となる。

また、本実施形態に係る電池１の製造方法では、電極被覆工程Ｓ２において、正極電極５を、セパレータ６を構成する樹脂製の第一セパレータ４１と樹脂製の第二セパレータ４２とで挟んで覆い、規制部形成工程Ｓ３において、第一セパレータ４１及び第二セパレータ４２同士を熱融着して規制部７を形成している。

この方法によれば、第一セパレータ４１及び第二セパレータ４２同士を熱融着することで一体形成した規制部７によって正極電極５の移動が規制されるため、正極電極５の位置がずれることをより効果的に抑制することができる。

＜第２実施形態＞
［正極構造体］
図１１は、第２実施形態に係る正極構造体２０４の展開状態を示す平面図であり、図５に相当する図である。
第２実施形態では、くびれ部５ａにおいて正極電極２０５の法線方向に開口する貫通孔２０５ｈが形成されている。また、規制部２０７は、貫通孔２０５ｈに配置された貫通孔側規制部２０７ｃを更に備えている。これらの点で、第２実施形態は第１実施形態と異なる。

以下、第２実施形態に係る正極構造体２０４（規制部２０７）について説明する。なお、第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付しその説明を省略し、異なる点について説明する。

図１１に示すように、規制部２０７は、貫通孔２０５ｈに配置された貫通孔側規制部２０７ｃを更に備えている。貫通孔側規制部２０７ｃは、セパレータ６のうち、平面視で貫通孔２０５ｈに重なる部分の第一セパレータ４１及び第二セパレータ４２同士を結合（具体的んは、熱融着により一体化）した部分である。図１１の平面視で、貫通孔２０５ｈは、正極電極２０５の幅方向に延びる長方形状をなしている。図１１の平面視で、貫通孔側規制部２０７ｃは、貫通孔２０５ｈの平面形状と同様、正極電極２０５の幅方向に延びる長方形状をなしている。

なお、貫通孔２０５ｈの平面形状は、長方形状に限らず、正方形状、円形状等、長方形状以外の形状としてもよい。貫通孔側規制部２０７ｃの平面形状も、長方形状に限らず、正方形状、円形状等、長方形状以外の形状としてもよい。すなわち、貫通孔側規制部２０７ｃの平面形状は、貫通孔２０５ｈの平面形状と実質的に同じ形状であればよい。

［電池の製造方法］
図１２〜図１４は、第２実施形態に係る電池の製造方法を示す工程図であり、それぞれ図７〜９に相当する図である。
第２実施形態では、電極被覆工程Ｓ２の前、正極電極２０５のくびれ部５ａに正極電極２０５の法線方向に開口する貫通孔２０５ｈを形成する。この点で、第２実施形態は第１実施形態と異なる。

以下、第２実施形態に係る電池の製造方法の一例について説明する。なお、第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付しその説明を省略し、異なる点について説明する。

図１２に示すように、電極被覆工程Ｓ２の前、正極電極２０５のくびれ部５ａに正極電極２０５の法線方向に開口する貫通孔２０５ｈを形成する。例えば、電極加工工程Ｓ１において、正極用シートをスリッター等で上述した帯状に切り出して図７に示す正極電極５（すなわち、第１実施形態に係る正極電極５）を得る。そして、正極電極５のくびれ部５ａに貫通孔２０５ｈを形成して図１２に示す正極電極２０５を得る。次に、電極被覆工程Ｓ２において、貫通孔２０５ｈを形成した正極電極２０５を、セパレータ６を構成する第一セパレータ４１と第二セパレータ４２とで挟んで覆い、正極被覆体を得る。

次に、規制部形成工程Ｓ３において、第一セパレータ４１及び第二セパレータ４２同士を熱融着して規制部２０７（図１１参照）を形成する。例えば、規制部形成工程Ｓ３では、正極被覆体を、その厚み方向に圧縮させつつ加熱する。これにより、樹脂製の第一セパレータ４１及び第二セパレータ４２同士を熱融着させるとともに、樹脂製の第一セパレータ４１及び第二セパレータ４２と正極電極２０５の結着剤とを熱融着させて図１３に示す正極構造体シート２０４Ａを得る。そして、正極構造体シート２０４Ａを上述した帯状に切り出して図１４に示す正極構造体２０４を得る。

図１１に示すように、規制部形成工程Ｓ３では、くびれ部側規制部７ａ及び張出し部側規制部７ｂを形成することに加え、貫通孔２０５ｈに貫通孔側規制部２０７ｃを形成する。なお、図１２〜図１４においては、便宜上、規制部２０７の図示を省略している。

次に、つづら折り工程Ｓ４において、正極構造体２０４と負極電極３とを互い違いに積層するように互いに交差する方向につづら折り形状に折り畳み、積層体を得る。そして、積層体に不図示の電解質溶液を含浸させた後、電解質溶液を含浸した積層体を外装体１０内に封入することにより、本実施形態の電池が完成する。

以上説明したように、本実施形態は、くびれ部５ａには、正極電極２０５の法線方向に開口する貫通孔２０５ｈが形成され、規制部２０７は、貫通孔２０５ｈに配置された貫通孔側規制部２０７ｃを更に備えたものである。

本実施形態によれば、更に貫通孔側規制部２０７ｃによって、正極電極２０５の長手方向及び幅方向におけるくびれ部５ａの移動が規制されるため、正極電極２０５の長手方向及び幅方向のそれぞれにおいて正極電極２０５の位置がずれることをより確実に抑制することができる。

なお、本発明の技術範囲は上述した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、上記実施形態では、電気化学セルの一例として、二次電池を例に挙げて説明したが、これに限らず、電気二重層キャパシタ及び一次電池等に上述した構成を適用してもよい。また、電池としてリチウムイオン二次電池を例に挙げて説明したが、これに限らず、金属リチウム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。

また、上記実施形態では、正極電極がセパレータで覆われている例を挙げて説明したが、これに限らず、負極電極がセパレータで覆われていてもよい。

また、上記実施形態では、積層体を外装体に封入してコイン型の電池とした例を挙げて説明したが、これに限らず、積層体をラミネートパックに封入し、積層体と電気的に接続したリード線をラミネートパックから外部に突出させた構成であってもよい。

また、上記実施形態では、正極電極及び負極電極が張出し部を４つずつ備えている例を挙げて説明したが、これに限らず、張出し部を５つ以上ずつ備えていてもよい。すなわち、正極電極及び負極電極は、張出し部を複数かつ同数ずつ備えていればよい。

また、上記実施形態では、張出し部の形状を円板状とした例を挙げて説明したが、これに限らず、張出し部の形状を、正方形板状、長方形板状、楕円板状等、任意の形状としてもよい。

また、上記実施形態では、正極電極、負極電極及びセパレータがくびれ部及び張出し部を備えている例を挙げて説明したが、これに限らず、前記くびれ部及び張出し部を備えていなくてもよい。すなわち、正極電極、負極電極及びセパレータが平面視長方形状の帯状をなしていてもよい。

また、上記実施形態では、規制部がくびれ部側規制部及び張出し部側規制部を備えている例を挙げて説明したが、これに限らず、規制部として正極電極とセパレータとの間に凹凸部が設けられていてもよい。例えば、規制部として、正極電極の表面又はセパレータの表面の何れか一方に凹部が設けられ、かつ他方に凸部が設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、正極構造体と負極電極とをつづら折りする例を挙げて説明したが、これに限らず、正極構造体と負極電極とを巻回、積層等してもよい。

また、上記実施形態では、電極被覆工程において、正極電極を、第一セパレータ及び第二セパレータとで挟んで覆う例を挙げて説明したが、これに限らず、袋状のセパレータで正極電極を覆ってもよい。

また、上記実施形態では、正極電極の結着剤の材料をポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等とし、セパレータの材料をポリプロピレン（ＰＰ）及びポリエチレン（ＰＥ）等のポリオレフィン並びにポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等とした例を挙げて説明したが、これに限らず、正極活物質層とセパレータとを熱融着することが可能な材料であればよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１…電池（電気化学セル） ３…負極電極 ４，２０４…正極構造体（構造体） ５，２０５…正極電極（電極） ５ａ…くびれ部 ５ｂ…張出し部 ６…セパレータ ７，２０７…規制部 ７ａ…くびれ部側規制部 ７ｂ…張出し部側規制部 ７ｓ…隙間 ４１…第一セパレータ ４２…第二セパレータ ２０５ｈ…貫通孔 ２０７ｃ…貫通孔側規制部 Ｓ１…電極加工工程 Ｓ２…電極被覆工程 Ｓ３…規制部形成工程 Ｓ４…つづら折り工程

Claims (15)

1. 帯状の電極と、
   前記電極を覆うセパレータと、
   前記セパレータに設けられるとともに、少なくとも前記電極の長手方向における前記電極の移動を規制する規制部と、
   を備え、
   前記電極は、
   前記電極の長手方向と直交する幅方向で内側に窪むくびれ部と、
   前記電極の長手方向で前記くびれ部と隣り合う位置に配置されるとともに、前記電極の長手方向と直交する幅方向で前記くびれ部よりも外側に張り出す張出し部と、を備え、
   前記規制部は、
   前記くびれ部に沿う位置に配置されたくびれ部側規制部と、
   前記張出し部に沿う位置に配置された張出し部側規制部と、を備え、
   前記くびれ部側規制部と前記張出し部側規制部との間には、隙間が形成されていることを特徴とする電気化学セル。
2. 前記くびれ部には、前記電極の法線方向に開口する貫通孔が形成され、
   前記規制部は、前記貫通孔に配置された貫通孔側規制部を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
3. 前記電極は、前記セパレータと一体化した構造体とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の電気化学セル。
4. 前記構造体は、つづら折り形状に折り畳まれていることを特徴とする請求項３に記載の電気化学セル。
5. 前記構造体は、前記電極を正極電極とした正極構造体であり、
   前記正極構造体と互い違いに積層するように前記正極構造体と交差する方向につづら折り形状に折り畳まれた負極電極を更に備えていることを特徴とする請求項４に記載の電気化学セル。
6. 前記正極電極の外形は、前記負極電極の外形よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の電気化学セル。
7. 前記正極構造体の外形は、前記負極電極の外形と同じ大きさであることを特徴とする請求項６に記載の電気化学セル。
8. 帯状の電極と、前記電極を覆うセパレータと、を備えた電気化学セルの製造方法であって、
   前記電極を、前記セパレータで覆う電極被覆工程と、
   前記電極被覆工程の後、前記セパレータに、少なくとも前記電極の長手方向における前記電極の移動を規制するように前記電極の移動を規制する規制部を形成する規制部形成工程と、
   を含み、
   前記電極被覆工程の前、前記電極の長手方向と直交する幅方向で内側に窪むくびれ部と、前記電極の長手方向で前記くびれ部と隣り合う位置に配置されるとともに、前記電極の長手方向と直交する幅方向で前記くびれ部よりも外側に張り出す張出し部と、を形成する電極加工工程を更に含み、
   前記規制部形成工程では、前記くびれ部に沿う位置にくびれ部側規制部と、前記張出し部に沿う位置に張出し部側規制部と、を形成するとともに、前記くびれ部側規制部と前記張出し部側規制部との間に隙間を形成することを特徴とする電気化学セルの製造方法。
9. 前記電極被覆工程では、前記電極を、前記セパレータを構成する樹脂製の第一セパレータと樹脂製の第二セパレータとで挟んで覆い、
   前記規制部形成工程では、前記第一セパレータ及び前記第二セパレータ同士を熱融着して前記規制部を形成することを特徴とする請求項８に記載の電気化学セルの製造方法。
10. 前記電極被覆工程の前、前記くびれ部に前記電極の法線方向に開口する貫通孔を形成し、
    前記規制部形成工程では、前記貫通孔に貫通孔側規制部を形成することを特徴とする請求項８または９に記載の電気化学セルの製造方法。
11. 前記規制部形成工程では、前記電極を、前記セパレータと一体化した構造体とすることを特徴とする請求項８から１０の何れか一項に記載の電気化学セルの製造方法。
12. 前記規制部形成工程の後、前記構造体を、つづら折り形状に折り畳むつづら折り工程を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の電気化学セルの製造方法。
13. 前記構造体は、前記電極を正極電極とした正極構造体であり、
    前記つづら折り工程では、前記正極構造体と、負極電極とを、互い違いに積層するように互いに交差する方向につづら折り形状に折り畳むことを特徴とする請求項１２に記載の電気化学セルの製造方法。
14. 前記電極被覆工程の前、前記正極電極の外形を、前記負極電極の外形よりも小さくすることを特徴とする請求項１３に記載の電気化学セルの製造方法。
15. 前記電極被覆工程の後、前記正極構造体の外形を、前記負極電極の外形と同じ大きさにすることを特徴とする請求項１４に記載の電気化学セルの製造方法。

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