JP6951684B2 - 蓄電素子の製造方法、及び蓄電素子 - Google Patents

Description

本発明は、折り返された第一の電極の内側に第二の電極が配置された電極体を備える蓄電素子に関する。

従来から、負極電極板及び正極電極板の一方の電極板がつづら折り状に積層されているリチウムイオン二次電池（以下、単に「電池」と称する）が知られている（特許文献１参照）。具体的に、この電池は、図１７に示すように、負極電極板１０１と、正極電極板１０５と、両電極板１０１、１０５間に挿入されたセパレータ１０８とが、交互に積層されて構成された電極積層体である。

負極電極板１０１は、両面でセパレータ１０８と密着しており、長手方向に所定間隔で交互に折り畳まれてつづら折り状に積層された長尺の可撓性材料からなる電極板（長尺電極板と称する）である。

また、負極の長尺電極板１０１は、図１８に示すように、銅箔１０２の両面に形成された負極活物質層１０３と、銅箔１０２における負極活物質層１０３からつづら折りの折り目の延伸方向に沿った両方向のうち一方側へ突出した部分だけで構成される負極端子部１０４とをもつ。

図１７に戻り、セパレータ１０８は、長尺の絶縁膜からなり、その厚さ方向に電荷の移動が可能な電池用セパレータである。このセパレータ１０８は、負極の長尺電極板１０１の両面に接して折り畳まれている。具体的に、セパレータ１０８は、長尺電極板１０１の銅箔１０２のうち、負極活物質層１０３の形成されている部分を両面から包み込んでいる。即ち、長尺電極板１０１とその両面を包むセパレータ１０８とは一体化して一体長尺物１０９を形成している。

正極電極板１０５は、両面でセパレータ１０８に密着しており、多数の互いに独立した短冊形状の電極板（短冊状電極板と称する）１０５である。正極の各短冊状電極板１０５は、アルミニウム箔１０６の両面に形成された正極活物質層１０７をもつ。

そして、長尺電極板１０１とセパレータ１０８とからなる一体長尺物１０９に対し、その両側から多数の短冊状電極板１０５が交互に積層されて電池１００が構成されている。即ち、一枚の一体長尺物１０９と多数の短冊状電極板１０４との積層に際し、一体長尺物１０９はつづら折りに折り畳まれ、その間に短冊状電極板１０４が両側から挿入されて一体長尺物１０９に挟持された構造を電池１００は持っている。

ところで、上記構成の電池１００では、長尺電極板１０１全体、すなわち、負極活物質層１０３と負極端子部１０４とが圧延された後、該長尺電極板１０１が前記長手方向における所定間隔で交互に折り畳まれている。

しかしながら、長尺電極板１０１では、負極活物質層１０３が形成されている部分の厚みが銅箔１０２だけの負極端子部１０４の厚みよりも大きくなっているため、長尺電極板１０１全体が圧延されると、負極活物質層１０３が外側に膨らむようにして湾曲する。

このように、前記長手方向に直交する直交方向で並ぶ各端辺のそれぞれの長さが異なる長尺電極板１０１が前記長手方向に直交する方向に延びる折線に沿って折り畳まれると、折線を基準とする一方側の部分と他方側の部分とで重なり合わない部分が生じる（いわゆる、積層ずれが生じる）ため、電析が発生し易くなる。

特開２０１４−１０３０８２号公報

そこで、本実施形態は、折り返した電極の積層ずれを抑制できる蓄電素子の製造方法、及び蓄電素子を提供することを目的とする。

本発明の蓄電素子の製造方法は、
シート状の電極であって、第一の辺と該第一の辺よりも長尺な第二の辺とが間隔をあけて並ぶ電極をターンさせることによって、前記第一の辺から前記第二の辺に亘って延びるターン部と、該ターン部によって接続され且つ互いに対向する一対の平坦部とを形成することを備え、
前記ターン部と前記平坦部を形成するときに、前記第一の辺で構成される前記各平坦部の第一の端縁よりも前記第二の辺で構成される前記各平坦部の第二の端縁の方が長尺となり、且つ前記一対の平坦部が前記ターン部を中心として対称又は略対称な形状となるように前記第一電極をターンさせる。

上記構成の蓄電素子の製造方法では、間隔をあけて並ぶ第一の辺と第二の辺の長さが異なる電極を、各平坦部の第一の端縁よりも第二の端縁の方が長尺となり、且つ一対の平坦部がターン部を中心として対称な形状となるようにしてターンさせるため、第二の辺が直線でない電極であっても、一対の平坦部の位置ずれ、すなわち、第一電極の積層ずれを抑えることができる。

本実施形態の蓄電素子は、
シート状の電極を有する電極体を備え、
前記電極は、互いに対向する一対の平坦部と、該一対の平坦部の端部同士を接続するターン部とを有し、
前記平坦部は、前記ターン部のターン軸が延びる方向で並ぶ第一の端縁と第二の端縁とを有し、
前記電極は、前記一対の平坦部が対向する方向から見て前記第一の端縁よりも前記第二の端縁が長尺であり、且つ展開された状態で前記ターン部を中心として対称又は略対称な形状となるように構成されている。

上記構成の蓄電素子によれば、シート状の電極が、前記一対の平坦部が対向する方向から見て前記第一の端縁よりも前記第二の端縁が長尺であり、且つ展開された状態で前記ターン部を中心として対称又は略対称な形状となるように構成されているため、第二の辺が直線状でない電極によって電極体が構成されていても、対向する一対の平坦部の位置ずれ、すなわち、第一電極の積層ずれが抑えられる。

また、前記蓄電素子は、
電解液及び前記電極体を収容する有底形状のケースを備え、
前記平坦部の前記第二の端縁が前記第一の端縁よりも前記ケースの底壁部側に配置されていてもよい。

以上より、本実施形態の蓄電素子の製造方法、及び蓄電素子によれば、折り返した電極の積層ずれを抑制できる。

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、電極体を説明するための斜視図である。 図５は、図４のＶ−Ｖ位置における断面模式図である。 図６は、負極の構成を説明するための図である。 図７は、折線に沿って折り返される前の負極の部分拡大図である。 図８は、折線に沿って折り返した状態の負極の部分拡大図である。 図９は、つづら折り状態の負極の構成を説明するための斜視図である。 図１０は、折り返し部を説明するための斜視図である。 図１１は、正極及びセパレータを含む短冊状部材の構成を説明するための図である。 図１２は、正極及びセパレータを含む短冊状部材の構成を説明するための図である。 図１３は、電池ケース内に収容された状態の電極体の説明図である。 図１４は、電極体と被覆部材との位置関係を示す断面図である。 図１５は、他実施形態に係る電極体の構成を示す断面図である。 図１６は、前記蓄電素子を備える蓄電装置の斜視図である。 図１７は、従来の電池の積層構成を模式的に示す断面図である。 図１８は、従来の電池の長尺電極板を模式的に示した斜視図である。

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１４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３に示すように、電極体２と、電極体２の少なくとも一部を覆う被覆部材６と、電解液と、電極体２、被覆部材６及び電解液を収容するケース３と、を備える。また、蓄電素子１は、少なくとも一部が外部に露出する外部端子４と、電極体２と外部端子４とを接続する集電体５等も、備える。本実施形態の蓄電素子１では、電極体２とケース３との間に配置される絶縁部材が被覆部材６を兼ねている。以下では、被覆部材６と称する。また、各図においては、構造を示すために、電極体２を構成する電極等の厚さを誇張して表す等、電極体２の構成を模式的に表している。

電解液は、非水溶液系電解液である。この電解液は、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、エチレンカーボネート、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、エ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＝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。

電極体２は、図４及び図５にも示すように、第一の電極２１と、第一の電極２１と極性の異なる第二の電極２２と、第一の電極２１と第二の電極２２との間に配置されるセパレータ２５と、を有する。本実施形態の電極体２では、第一の電極２１は、負極であり、第二の電極２２は、正極である。

負極２１は、長尺な帯状の金属箔２１１と、金属箔２１１の両面のそれぞれに重ねられる負極活物質層２１２と、を有する。そのため、負極２１は、長尺な帯状（シート状）であり、さらに、金属箔２１１に負極活物質層２１２が重ねられた塗工部２１３を有する（図６参照）。

金属箔２１１は、例えば、銅箔である。

負極活物質層２１２は、負極活物質と、バインダーと、を有する。

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、グラファイトである。

負極活物質層２１２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。

負極活物質層２１２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２１２は、導電助剤を有していない。

図６に示すように、塗工部２１３には、輪郭を構成する一辺である第一の辺２１３０と、該第一の辺の反対側の一辺（すなわち、第一の辺２１３０に対して間隔をあけて並ぶ一辺）であり且つ該第一の辺２１３０よりも長尺な第二の辺２１３１とが含まれている。なお、以下の説明においては、第一の辺２１３０と第二の辺２１３１とが並ぶ方向を第一方向と称する場合がある。

第一の辺２１３０は、第一方向において内側に凹状となるように曲がっている。具体的に、第一の辺２１３０は、負極２１の長手方向における両端側から中央側になるにつれて徐々に前記第一方向における内側に向かうように湾曲している。

一方、第二の辺２１３１は、前記第一方向において外側に膨らむように曲がっている。具体的に、第二の辺２１３１は、負極２１の長手方向における両端側から中央側になるにつれて徐々に前記第一方向における外側に向かうように湾曲している。

このように、第一の辺２１３０と第二の辺２１３１とは、何れも曲線状である。

負極２１は、図９にも示すように、折り返し部２３を有する。折り返し部２３は、図１０に示すように、谷折り側の面である第一の面２３１及び山折り側の面（即ち、第一の面２３１と反対側の面）である第二の面２３２をそれぞれ有し且つ第一の面２３１同士を対向させた一対の平坦部２３３と、一対の平坦部２３３の端部同士を接続するターン部２３４と、を含む。本実施形態の負極２１は、ターン部２３４を反対に向けた状態で隣り合う折り返し部２３同士がその一部（平坦部２３３）を共通させた状態で連続するつづら折り状態（蛇腹状）である。即ち、図９において、一つの折り返し部（第一折り返し部）２３Ａに着目したときに、第一折り返し部２３Ａと、その隣（図９における後ろ側）の折り返し部（第二折り返し部）２３Ｂとでは、第一折り返し部２３Ａのターン部２３４Ａと、第二折り返し部２３Ｂのターン部２３４Ｂとの間の平坦部２３３Ａ、２３３Ｂを共通させている。

この場合、図９に示すように、第一折り返し部２３Ａに着目したときの平坦部２３３Ａでは、第一折り返し部２３Ａにおける谷折り面側の面が第一の面２３１Ａであり、その反対側の面（山折り側の面）が第二の面２３２Ａである。一方、第二折り返し部２３Ｂに着目したときの平坦部２３３Ｂ（第一折り返し部２３Ａの平坦部２３３Ａと共通させた平坦部２３３Ｂ）では、第二折り返し部２３Ｂにおける谷折り面側の面が第一の面２３１Ｂであり、その反対側の面（山折り側の面）が第二の面２３２Ｂである。即ち、第一折り返し部２３Ａと第二折り返し部２３Ｂとで共通させている平坦部２３３Ａ、２３３Ｂでは、第一折り返し部２３Ａに着目したときと、第二折り返し部２３Ｂに着目したときとで、第一の面（折り返し部２３において向かい合う面）２３１と第二の面（折り返し部において反対方向を向く面）２３２とが逆になる。

具体的には、負極２１では、帯状の負極２１が長尺方向において所定間隔で交互に折り返されることによって、平坦部２３３とターン部２３４とが交互に形成されている。即ち、長尺な負極２１が、図６に示す長手方向に所定間隔で交互に設定された山折り線２１Ａの位置と谷折り線２１Ｂの位置とで山折りと谷折りとが交互に繰り返されることによって、つづら折り状態となる。これにより、負極２１は、複数の平坦部２３３と複数のターン部２３４とを有し、複数の平坦部２３３のそれぞれは、平行若しくは略平行に並び、複数のターン部２３４のそれぞれは、隣り合う平坦部２３３の前記長尺方向の一端側の端部同士と他端側の端部同士とを交互に接続している。

本実施形態の負極２１では、上述のように第二の辺２１３１が長手方向における両端側から中央側になるにつれて徐々に前記第一方向における外側に向かうように湾曲する曲線であるため、山折り線２１Ａ、谷折り線２１Ｂは、それぞれ塗工部２１３の第二の辺２１３１の形状に合わせて設定された折線Ｌ１に基づいて決定されている。

具体的に、折線Ｌ１は、図７、図８に示すように、第二の辺２１３１の接線Ｌ２に直交する方向に延びるように設定されており、この折線Ｌ１を山折り線２１Ａ、又は谷折り線２１Ｂとして負極２１が折り返されている。

本実施形態では、負極２１が第二の辺２１３１の接線Ｌ２に直交する直交方向に延びる折線Ｌ１に沿って折り返されているため、該折線Ｌ１を境として一方側の部分（すなわち、負極２１の折り返される部分）と、該折線Ｌ１を境として他方側の部分（すなわち、折り返された負極２１が重ねられる部分）とは、前記折線Ｌ１を中心として対称又は略対称となっている。そのため、折り返し部２３は、ターン部２３４が展開されている状態においては、折線Ｌ１を中心とする両側の形状が対称であり、ターン部２３４に連続する一対の平坦部２３３もまた互いに対称な形状である。

折り返し部２３では、図１３に示すように、第一の辺２１３０で構成される第一の端縁２３５が、前記第一方向において内側に凹状となるように曲がっており、第二の辺２１３０で構成され且つ前記第一方向で第一の端縁２３５の反対側に位置する第二の端縁２３６が、前記第一方向において内側に凹状となるように曲がっている。

なお、第一の端縁２３５は、前記第一方向及び一対の平坦部２３３が並ぶ第二方向のそれぞれの方向に対して直交する第三方向における両端側から中央側になるにつれて前記第一方向において徐々に内側に向かうように湾曲した曲線状であり、第二の端縁２３６は、前記第三方向における両端側から中央側になるにつれて前記第一方向において徐々に外側に向かうように湾曲した曲線状である。

そのため、電極体２がケース３内に挿入された状態においては、第二の端縁２３６の前記中央部（すなわち、平坦部２３３のＹ軸方向における中央部）がケース３の後述する閉塞部３１１に隣接する位置に配置され、第二の端縁２３６の前記両端部（すなわち、ターン部２３４の一端部）が第二の端縁２３６の前記中央部よりも後述する閉塞部３１１から離れた位置に配置される。

そして、折り返し部２３では、Ｙ軸方向における第二の端縁２３６の寸法がＹ軸方向における第一の端縁２３５の寸法よりも長くなっている。

以下では、前記第二方向を直交座標系におけるＸ軸方向とし、前記第三方向（図９における左右方向）を直交座標系におけるＹ軸方向とし、前記第一方向を直交座標系のＺ軸方向とする。

複数の平坦部２３３のそれぞれは、台形状の平坦部本体２３３１と、平坦部本体２３３１の矩形状の輪郭を構成する一辺から突出する（本実施形態の例では、Ｚ軸方向の端縁からＺ軸方向に延びる）負極タブ２３３２と、を有する。本実施形態の平坦部本体２３３１は、Ｙ軸方向に長い矩形状である。平坦部本体２３３１では、金属箔２１１の両面が負極タブ２３３２側の端部を残して負極活物質層２１２に覆われ、負極タブ２３３２では、金属箔２１１が露出している。即ち、負極タブ２３３２は、負極活物質層２１２を有しない。

つづら折り状態の負極２１において、各平坦部２３３の負極タブ２３３２は、Ｘ軸方向から見て重なっている。本実施形態の負極２１では、各負極タブ２３３２は、平坦部本体２３３１のＺ軸方向の一方（図９における上側）の端縁におけるＹ軸方向の一方（図９における右側）の端部からＺ軸方向に延びている。この複数の平坦部本体２３３１のそれぞれから延びている負極タブ２３３２は、束ねられ、集電体５を介して外部端子４と接続されている（図３参照）。本実施形態の負極タブ２３３２の束は、集電体５に溶接されている。

複数のターン部２３４のそれぞれは、つづら折り状態の負極２１において、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対して傾斜する方向に延びる軸をターン軸Ｓ（図９参照）として帯状の負極２１が旋回している（換言すると、ターン軸Ｓに沿った折目が形成されるように折り返されている）部位である。

そのため、ターン部２３４のそれぞれは、図１３に示すように、第一の端縁２３５側から第二の端縁２３６側になるにつれて、Ｙ軸方向における外方側に向かうように傾斜している。なお、このターン部２３４においても、金属箔２１１の両面が負極活物質層２１２に覆われている。

正極２２は、矩形の平板状であり、また、図４、図５、図１１、及び図１２にも示すように、金属箔２２１と、金属箔２２１の両面のそれぞれに重ねられる正極活物質層２２２と、を有する。即ち、正極２２は、一つの金属箔２２１と一対の正極活物質層２２２とを有する。本実施形態の金属箔２２１は、例えば、アルミニウム箔である。この正極２２は、つづら折り状態の負極２１において、Ｘ軸方向に隣り合う平坦部２３３間のそれぞれに配置されている。このため、本実施形態の電極体２は、複数の正極２２を有している。

なお、本実施形態では、図１３に示すように、Ｙ軸方向において、折り返し部２３の第一の端縁２３５の寸法が第二の端縁２３６の寸法よりも小さくなっているが、該第一の端縁２３５の寸法が正極本体２２３の寸法よりも大きくなっている。そのため、正極本体２２３全体が一対の平坦部２３３の間に収容されている。

また、Ｙ軸方向における第二の端縁２３６の寸法（Ｙ軸方向における寸法）が第一の端縁２３５の寸法よりも大きくなっているため、平坦部２３３の間に正極２２が挿入されている状態においては、折り返し部２３の第一の端縁２３５側の角部２３７と、正極２２の正極タブ２２４が突出している一辺側の角部２２５との間隔よりも、折り返し部２３の第二の端縁２３６側の角部２３８と、正極２２の前記一辺とは反対側に位置する角部２２６との間隔が広くなっている。

正極活物質層２２２は、正極活物質と、バインダーと、を有する。

本実施形態の正極活物質は、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、ＬｉａＭｅｂＯｃ（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（ＬｉａＣｏｙＯ_２、ＬｉａＮｉｘＯ_２、ＬｉａＭｎｚＯ_４、ＬｉａＮｉｘＣｏｙＭｎｚＯ_２等）、ＬｉａＭｅｂ（ＸＯｃ）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（ＬｉａＦｅｂＰＯ_４、ＬｉａＭｎｂＰＯ_４、ＬｉａＭｎｂＳｉＯ_４、ＬｉａＣｏｂＰＯ_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２２２に用いられるバインダーは、負極活物質層２１２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。

正極活物質層２２２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２２２は、導電助剤としてアセチレンブラックを有する。

図４、図５、図１１、及び図１２に戻り、複数の正極２２のそれぞれは、矩形状の正極本体２２３と、正極本体２２３の矩形状の輪郭を構成する一辺から突出する（本実施形態の例では、Ｚ軸方向の端縁からＺ軸方向に延びる）正極タブ２２４と、を有する。本実施形態の正極本体２２３は、Ｙ軸方向に長い矩形状である。正極本体２２３では、金属箔２２１の両面が正極タブ２２４側の端部を残して正極活物質層２２２に覆われ、正極タブ２２４では、金属箔２２１が露出している。即ち、正極タブ２２４は、正極活物質層２２２を有しない。

正極本体２２３における正極活物質層２２２は、Ｘ軸方向に対向する（詳しくは、セパレータ２５を介して対向する）平坦部２３３の負極活物質層２１２よりＹ−Ｚ面（Ｙ軸とＺ軸とを含む平面）方向において小さい。即ち、正極本体２２３の正極活物質層２２２は、全域において平坦部２３３の負極活物質層２１２と対向し、平坦部２３３の負極活物質層２１２は、周縁部を除いた領域において正極本体２２３の正極活物質層２２２と対向する。

電極体２において、各正極２２の正極タブ２２４は、Ｘ軸方向から見て重なっている。本実施形態の正極２２では、各正極タブ２２４は、正極本体２２３のＺ軸方向の一方（図１１における上側）の端縁におけるＹ軸方向の他方（平坦部本体２３３１に対する負極タブ２３３２の位置とは反対側：図１１における左側）の端部からＺ軸方向に延びている。この複数の正極本体２２３のそれぞれから延びている正極タブ２２４は、束ねられ、集電体５を介して外部端子４と接続されている。本実施形態の正極タブ２２４の束は、負極タブ２３３２の束と同様に、集電体５に溶接されている（図３参照）。

セパレータ２５は、絶縁性を有する部材であり、負極２１と正極２２との間に配置される。これにより、電極体２において、負極２１と正極２２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を挟んで対向する負極２１と正極２２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。

本実施形態のセパレータ２５は、正極２２を覆っている。具体的に、セパレータ２５は、正極本体２２３全体をＸ軸方向に挟み込むように覆っている。このセパレータ２５は、図１１及び図１２に示すように、矩形状のものを、間に正極２２を挟み込むようにして長尺方向の中央部で折り返し、折目方向（Ｚ軸方向）の両端縁（二辺）を接合（接着、溶着等）されている。このとき、正極タブ２２４は、折り返されたセパレータ２５から突出し（図４参照）、前記接合は、正極タブ２２４を避けて行われている。

この正極２２を挟み込んだ状態のセパレータ２５は、Ｘ軸方向から見て矩形状であり、Ｚ軸方向の寸法は、負極２１の平坦部２３３の寸法より大きく、Ｙ軸方向の寸法は、平坦部２３３の寸法と同じ若しくは略同じである。以下では、この正極２２を挟み込んだ状態のセパレータ２５を、短冊状部材２７と称することもある。

短冊状部材２７は、図１４に示すように、Ｘ軸方向に隣り合う平坦部２３３間のそれぞれに配置される。これにより、正極２２が、負極２１の平坦部２３３の各面と対向した状態となる。詳しくは、一つの折り返し部２３（図１４における中央の折り返し部２３）に着目したときに、一方（図１４の上側）の平坦部２３３Ａがその外側に配置されるセパレータ（第一のセパレータ）２５Ａと対向し、他方（図１４の下側）の平坦部２３３Ｂがその外側に配置されるセパレータ（第二のセパレータ）２５Ｂと対向するように、各短冊状部材２７が各折り返し部２３の間等に配置されている。そして、第一のセパレータ２５Ａと第二のセパレータ２５Ｂとは、ターン部２３４に沿って一方の平坦部２３３Ａから他方の平坦部２３３Ｂに向かう方向において間隔をあけて配置されている。

図１〜図３に戻り、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。このケース３では、ケース本体３１と蓋板３２とによって内部空間が画定される。ケース３は、この内部空間に、電極体２と共に電解液を収容する。このため、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。

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（周壁）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の底壁部となる）部位である。本実施形態の閉塞部３１１は、矩形状である。

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。短壁部３１４が一対の長壁部３１３の対応（詳しくは、Ｘ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。このケース本体３１には、負極２１の各平坦部２３３が長壁部３１３と平行（略平行）となる（即ち、各ターン部２３４が短壁部３１４と対向する）ように、電極体２が収容される（図２参照）。

蓋板３２は、ケース本体３１の開口を塞ぐ部材である。この蓋板３２の輪郭形状は、ケース本体３１の開口周縁部３１０（図２参照）に対応した形状である。即ち、蓋板３２は、Ｙ軸方向に長い矩形状の板材である。

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。このため、外部端子４は、導電性を有する部材によって形成される。また、外部端子４は、溶接性の高い金属材料によって形成される。例えば、正極の外部端子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によって形成され、負極の外部端子４は、銅又は銅合金等の銅系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、少なくとも一部がケース３の外部に露出した状態で蓋板３２に取り付けられる。

被覆部材６は、ターン部２３４の外側面の少なくとも一部を覆っている。この被覆部材６は、非多孔体である。本実施形態の被覆部材６は、非多孔性のシートであり、絶縁性を有する樹脂によって形成されている。例えば、被覆部材６は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド等によって形成されている。具体的に、被覆部材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蓋板３２側が開口した袋状に形成されている（図２参照）。本実施形態の被覆部材６は、ケース本体３１に沿った形の袋状である。この袋状の被覆部材６には、負極２１の各平坦部２３３が被覆部材６における長壁部３１３と対応する部位（Ｘ軸方向に対向する壁状の部位）と略平行となり、各ターン部２３４が被覆部材６における短壁部３１４と対応する部位（Ｙ軸方向に対向する壁状の部位）と対向するように、電極体２が収容される。

本実施形態の被覆部材６は、蓋板３２側が開口した袋状であるため、電極体２が収容された状態では、ターン部２３４のターン方向と直交する方向（Ｚ軸方向）における電極体２の一方（図２における上側）の端部を開放した状態となっている。

本実施形態に係る蓄電素子１の構成は、以上の通りである。続いて、蓄電素子１の製造方法について説明を行う。

蓄電素子１の製造方法に先立ち、電極体２の製造方法について説明する。電極体２の製造方法は、図６乃至図８に示すように、シート状であり且つ第二の辺２１３１が第一の辺２１３０よりも長尺な負極２１（第一の電極２１）をターンさせることによって、第一の辺２１３０から第二の辺２１３１に亘って延びるターン部２３４と、該ターン部２３４によって接続され且つ互いに対向する一対の平坦部２３３とを形成することを備えている。

本実施形態では、ターン部２３４と平坦部２３３を形成する際、平坦部２３３の第二の端縁２３６が第一の端縁２３５よりも長尺となり、且つ一対の平坦部２３３がターン部２３４を中心として対称又は略対称な形状となるように負極２１をターンさせている。

また、一対の平坦部２３３とターン部２３４とを形成する際においては、負極２１に正極２２を重ねて配置した後、該正極２２上に覆い被せるようにして負極２１をターンさせる。これにより、一対の平坦部２３３の間に正極２２が収容される（図１４参照）。

なお、負極２１をターンさせる場合は、第一の辺２１３０から第二の辺２１３１に亘って延びる折線１を設定し、該折線１に沿って負極２１をターンさせてもよい。また、本実施形態に係る負極２１のように、シートの状態（ターンさせる前の状態）で第二の辺２１３１が前記Ｚ軸方向において外側に膨らむように湾曲している場合は、第二の辺２１３１の接線Ｌ２に直交する直交方向に延びるように折線Ｌ１を設定し、この折線Ｌ１に沿って負極２１を折り返せばよい。

このようにして、電極体２が製造される。

続いて、上記の方法により製造した電極体２を用いて蓄電素子１を製造する場合は、まず、電極体２の負極タブ２３３２と、正極タブ２２４とを、それぞれ異なる外部端子４に電気的に接続する。

外部端子４は、集電体５に接続された状態で蓋板３２に取り付けられているため、本実施形態では、電極体２の負極タブ２３３２と正極タブ２２４とを、それぞれ異なる集電体５に接続する。すなわち、集電体５を介して電極体２の負極タブ２３３２と正極タブ２２４とを、別々の外部端子４に電気的に接続する。

そして、平坦部２３３の第二の端縁側２３６を閉塞部３１１に向けた状態で電極体２をケース本体３１内に配置した後、ケース本体３１の開口縁部全周と、蓋板３２の外周縁部全周とを溶接し、さらに、蓋板３２に形成されている貫通孔（所謂、注液口）からケース本体３１内に電解液を充填する。

このようにして、蓄電素子１が製造される。

以上のように、本実施形態の蓄電素子１の製造方法によれば、間隔をあけて並ぶ第一の辺２１３０と第二の辺２１３１の長さが異なる第一の電極２１を、各平坦部２３３の第一の端縁よりも第二の端縁２３６の方が長尺となり、且つ一対の平坦部２３３がターン部２３４（折線Ｌ１）を中心として対称な形状となるようにしてターンさせるため、第二の辺２１３１が直線でない第一の電極２１であっても、一対の平坦部２３３の位置ずれ、すなわち、第一の電極２１の積層ずれを抑えることができる。

また、本実施形態に係る蓄電素子１では、負極２１が、前記Ｘ軸方向（一対の平坦部２３３が対向する方向）から見て第一の端縁２３５よりも第二の端縁２３６が長尺であり、且つ展開された状態でターン部２３４を中心として対称又は略対称な形状となるように構成されているため、シートの状態で第二の辺２１３１が直線状でない負極２１によって電極体２が構成されていても、対向する一対の平坦部２３３の位置ずれ、すなわち、負極２１の積層ずれが抑えられる。

なお、本実施形態では、負極２１における塗工部２１３の第二の辺２１３１が前記第一方向において外側に膨らむように湾曲しているため、該第二の辺２１３１の接線Ｌ２に直交する直交方向に延びるように折線Ｌ１が設定され、さらに、この折線Ｌ１に沿って負極２１が折り返されている。これにより、前記蓄電素子１では、負極２１の折線Ｌ１を基準とする一方側の部分の全体又は略全体が、負極２１の折線Ｌ１を基準とする他方側の部分に重なる結果、負極２１同士の積層ずれが抑えられている。

また、本実施形態の蓄電素子１では、毛細管現象によってターン部２３４での電解液の保持量が、平坦部２３３での電解液の保持量よりも増え易くなるが、折り返し部２３では、第二の端縁２３６が前記第三方向における両端側から中央側になるにつれて前記第一方向において徐々に内側に向かうように湾曲した曲線状となっている。

そのため、前記蓄電素子１では、平坦部２３３がターン部２３４よりも閉塞部３１１側に近い場所に位置しているため、平坦部２３３での電解液の保持量が増え易くなる結果、ターン部２３４と平坦部２３３との電解液の保持量の差が抑えられる。なお、平坦部２３３の一部が電解液に浸かる場所に位置し、且つターン部２３４が電解液の液面上に位置するようにケース３内での電解液の液位が設定されていれば、平坦部２３３の電解液の保持量をより高めることも可能である。

さらに、蓄電素子１の折り返し部２３では、第二の端縁２３６が第一の端縁２３５に対してＹ軸方向において外側に広がっているため、正極２２に対しても第二の端縁２３６側の方が第一の端縁２３５側よりもＹ軸方向における外側に広がっている。その一方で、第二の端縁２３６は、前記中央部よりも前記両端の方が閉塞部３１１から離間するように曲がっているため、第二の端縁２３６全体が閉塞部３１１に隣接する位置で真っ直ぐに延びている場合に比べて折り返し部２３の第一の端縁２３５側と正極２２との未対向部分が小さくなる。

従って、折り返し部２３における正極２２と対向していない未対向部分での電荷担体の保持量が過剰になることを避けることができ、これにより、未対向部分で保持している電荷担体の中に正極２２に戻らなくなるものが発生することが抑えられる。

また、本実施形態では、Ｙ軸方向において、平坦部２３３の寸法が塗工部２１３の寸法よりも小さくなっているが、平坦部２３３の寸法が正極２２の寸法と同一以上であるため、正極２２全体が負極２１の外側に露出しないように一対の平坦部２３３の間に収容されている。

さらに、蓄電素子１では、正極２２の外部端子４に接続される第二のタブ２２４側の角部２２５の周囲よりも、正極２２の第二のタブ２２４側とは反対側の角部２２６の周囲に電析が発生し易いが、折り返し部２３の第二の端縁２３６側の角部２３８が正極２２の第二のタブ２２４側とは反対側の角部２２６に対して遠ざけられているため、折り返し部２３での電析の発生が抑えられる。

尚、本発明の蓄電素子は、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。

上記実施形態では、塗工部２１３の第二の辺２１３１が曲線状であったが、この構成に限定されない。例えば、塗工部２１３の第二の辺２１３１は、前記第一方向において外側に膨らむように曲がっていれば、折れ線状であってもよい。

上記実施形態では、折り返し部２３の第一の端縁２３５及び第二の端縁２３６は、曲線状であったが、この構成に限定されない。例えば、折り返し部２３の第一の端縁２３５及び第二の端縁２３６は、直線状、具体的には、Ｙ軸方向に沿って延びる直線状であってもよい。

また、折り返し部２３の第一の端縁２３５は、Ｘ軸方向において内側に凹状となる折線状であってもよいし、第二の端縁２３６は、Ｘ軸方向において外側に膨らむように曲がる折線状であってもよい。

上記実施形態において、Ｙ軸方向における第一の端縁２３５の寸法が正極本体２２３の寸法よりも大きくなっていたが、この構成に限定されない。例えば、Ｙ軸方向における第一の端縁２３５の寸法は、正極本体２２３と同一であってもよい。

また、上記実施形態の蓄電素子１では、一方の電極（上記実施形態の例では負極２１）がつづら折り状態であるが、この構成に限定されない。電極体２において、一方の電極が少なくとも一つの折り返し部２３を有していればよい。この場合、折り返し部２３の一対の平坦部２３３の各面２３１、２３２が、セパレータ２５を介して他方の電極（一方の電極が負極２１である場合には正極）と対向し、セパレータ２５がターン部２３４の外側面を覆わない構成となっている。

例えば具体的には、図１５に示すように、電極体２は、それぞれが負極２１によって構成される複数の折り返し部２３を有していてもよい。かかる構成によっても、セパレータ２５が各ターン部２３４の外側面を覆わない構成とすることで、ターン部２３４の外側面もセパレータ２５に覆われている構成に比べ、前記外側面からの電解液の供給が抑えられる。これにより、蓄電素子１の充放電が繰り返されても、負極２１において、電解液が十分に供給されないターン部２３４と、セパレータ２５によって電解液が十分に供給される平坦部２３３と、の間の電荷担体の移動が抑えられ、その結果、負極２１における電荷担体の分布の偏り、即ち、蓄電素子１の充放電に寄与しない電荷担体が増加することが抑えられる。

上記実施形態の蓄電素子１では、負極２１が少なくとも一つの折り返し部２３を有し（上記実施形態では、つづら折り状態であり）、正極２２が短冊状であるが、互いが逆の構成、即ち、正極２２が少なくとも一つの折り返し部２３を有し、負極２１が短冊状でもよい。

上記実施形態の蓄電素子１では、ターン部２３４の外側面の全域がセパレータ２５の無い状態であるが、この構成に限定されない。平坦部２３３から延びているセパレータ２５がターン部２３４の外側面の一部を覆っていてもよい。

また、上記実施形態においては、蓄電素子１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１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１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１６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、３…ケース、４…外部端子、５…集電体、６…被覆部材、１１…蓄電装置、１２…バスバ部材、２１…負極（第一の電極、電極）、２１Ａ…山折り線、２１Ｂ…谷折り線、２２…正極（第二の電極、電極）、２３…折り返し部、２３Ａ…第一折り返し部、２３Ｂ…第二折り返し部、２５…セパレータ、２５Ａ…第一のセパレータ、２５Ｂ…第二のセパレータ、２７…短冊状部材、３１…ケース本体、３２…蓋板、２１１…金属箔、２１２…負極活物質層、２１３…塗工部、２２１…金属箔、２２２…正極活物質層、２２３…正極本体、２２４…正極タブ、２２５、２２６…正極の角部、２３１、２３１Ａ、２３１Ｂ…第一の面、２３２、２３２Ａ、２３２Ｂ…第二の面、２３３、２３３Ａ、２３３Ｂ…平坦部、２３４、２３４Ａ、２３４Ｂ…ターン部、２３５…第一の端縁、２３６…第二の端縁、２３７、２３８…負極の角部、３１０…開口周縁部、３１１…閉塞部、３１２…胴部、３１３…長壁部、３１４…短壁部、２１３０…第一の辺、２１３１…第二の辺、２３３１…平坦部本体、２３３２…負極タブ、Ｌ１…折線、Ｌ２…接線、Ｓ…ターン軸

Claims (3)

1. シート状の電極であって、第一の辺と該第一の辺よりも長尺な第二の辺とが間隔をあけて並ぶ電極をターンさせることによって、前記第一の辺から前記第二の辺に亘って延びるターン部と、該ターン部によって接続され且つ互いに対向する一対の平坦部とを形成することを備え、
   前記ターン部と前記平坦部を形成するときに、前記第一の辺で構成される前記各平坦部の第一の端縁よりも前記第二の辺で構成される前記各平坦部の第二の端縁の方が長尺となり、且つ前記一対の平坦部が前記ターン部を中心として対称又は略対称な形状となるように前記電極をターンさせる蓄電素子の製造方法。
2. シート状の電極を有する電極体を備え、
   前記電極は、互いに対向する一対の平坦部と、該一対の平坦部の端部同士を接続するターン部とを有し、
   前記平坦部は、前記ターン部のターン軸が延びる方向で並ぶ第一の端縁と第二の端縁とを有し、
   前記電極体は、前記一対の平坦部が対向する方向から見て前記第一の端縁よりも前記第二の端縁が長尺であり、且つ前記電極が展開された状態で前記ターン部を中心として対称又は略対称な形状となるように構成されている蓄電素子。
3. 電解液及び前記電極体を収容する有底形状のケースを備え、
   前記平坦部の前記第二の端縁が前記第一の端縁よりも前記ケースの底壁部側に配置されている、請求項２記載の蓄電素子。

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