JP6955693B2

JP6955693B2 - 蓄電素子、及び蓄電素子の製造方法

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Publication number: JP6955693B2
Application number: JP2017175036A
Authority: JP
Inventors: 佐々木　丈; 丈佐々木
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2021-10-27
Anticipated expiration: 2037-09-12
Also published as: JP2019053821A

Description

本発明は、折り返された第一の電極の間に第二の電極が配置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、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１８に示すように、負極電極板５０１と、正極電極板５０４と、両電極板５０１、５０４間に挿入されたセパレータ５０７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５０１は、両面でセパレータ５０７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。負極の長尺電極板５０１は、銅箔５０２の両面に形成された負極活物質層５０３をもつ。

セパレータ５０７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５０７は、負極の長尺電極板５０１の両面に接して折り畳まれている。具体的に、セパレータ５０７は、長尺電極板５０１の銅箔５０２のうち、負極活物質層５０３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５０１とその両面を包むセパレータ５０７とは一体化して一体長尺物５０８を形成している。

正極電極板５０４は、両面でセパレータ５０７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）である。正極の各短冊状電極板５０４は、アルミニウム箔５０５の両面に形成された正極活物質層５０６をもつ。

そして、長尺電極板５０１とセパレータ５０７とからなる一体長尺物５０８に対し、その両側から多数の短冊状電極板５０４が交互に積層されて電池５００が構成されている。即ち、一枚の一体長尺物５０８と多数の短冊状電極板５０４との積層に際し、一体長尺物５０８はつづら折りに折り畳まれ、その間に短冊状電極板５０４が両側から挿入されて一体長尺物５０８に挟持された構造を電池５００は持っている。

以上の電池５００において、負極電極板５０１を製造する際には、長尺帯状の銅箔５０２に、その幅方向の一端部を残して負極活物質が塗布された後、プレスされることで負極活物質層５０３が形成される。この負極活物質が塗布されていない部位（未塗工部）は、負極電極板５０１が折り畳まれて電極積層体が形成された後に外部端子等の外部に対して入出力を行う部位（集電部位）として利用される。

この負極電極板５０１の製造時において、負極活物質が塗布された部位（塗工部）と塗布されていない部位（未塗工部）とでは厚さが異なるため、プレスの際に塗工部と未塗工部とで圧力差が生じ、この圧力差から未塗工部側の部位より塗工部（負極活物質が塗布されている部位）側の部位が長手方向に伸びる。これにより、プレス後の負極電極板５０１は、図１９に示すように全体的に湾曲した形状となり、折目が揃うようにつづら折り状に折り畳み難い。

このため、近年、電極体を製造する際に用いられる電極（電極板）として、未塗工部のない、即ち、金属箔の幅方向（短手方向）の全域に活物質層が重ねられた電極（電極板）を用いる要請がある。

特開２０１４−１０３０８２号公報

そこで、本実施形態は、ターン軸の延びる方向の全域に活物質層を有する電極に適した集電構造を備えた蓄電素子、及び前記蓄電素子の製造方法を提供することを目的とする。

本実施形態の蓄電素子は、
ターン部で折り返されている折り返し部を有する第一の電極と、前記折り返し部の内側に配置され且つ前記第一の電極と極性の異なる第二の電極と、を有する電極体を備え、
前記第一の電極は、前記折り返し部に沿って延びる金属箔と、少なくとも該金属箔における前記第二の電極に対向する面において前記ターン部のターン軸の延びる方向の全域に重ねられる活物質層と、を有し、
前記電極体は、前記第一の電極に取り付けられ且つ該第一の電極から前記ターン軸の延びる方向に突出する集電片も有する。

ターン軸の延びる方向の全域に活物質層を有する電極の場合、電流をどのように取り出すかが課題となる。本実施形態では、集電片を第一の電極に取り付けるという簡単な構成で、第一の電極から電流を取り出すことができる。即ち、ターン軸の延びる方向の全域に活物質層を有する電極に適した集電構造が得られる。

前記蓄電素子では、
前記第一の電極は、前記ターン部の内側の少なくとも一部において、前記第二の電極と対向しておらず、
前記集電片は、少なくともその一部が前記第二の電極と対向しない状態で、前記ターン部の内側に取り付けられてもよい。

このように、少なくともその一部が第二の電極と対向しない状態で集電片がターン部の内側に取り付けられることで、折り返し部の間に配置された第二の電極が集電片と重ならない、又は、第二の電極が集電片と重なったとしても、第二の電極のターン部側の端部のみが重なるため、第一の電極と第二の電極との対向面積の減少が抑えられ、これにより、第二の電極と集電片との重なりに起因する蓄電素子の電池容量の低下が抑えられる。

前記蓄電素子では、
前記集電片は、前記活物質層に重ねられた状態で前記ターン部に取り付けられてもよい。

かかる構成によれば、第一の電極に取り付けられた集電片の周囲に金属箔（第一の電極を構成する金属箔）が露出する領域がないため、折り返し部の間に配置される第二の電極の位置ずれや膨張によって該第二の電極がターン部に接近したときの該第二の電極と前記金属箔との間の電流集中の発生を防ぐことができる。具体的には、以下の通りである。

第一の電極における集電片の被取付領域が活物質層を有しない構成（金属箔によって構成される）の場合、この被取付領域は、集電片を取り付ける際のマージンを含むため、集電片の取り付け部位より大きい。このため、第一の電極に取り付けられた集電片と活物質層との間に隙間（前記マージンに相当する隙間）が生じ、該隙間から金属箔が露出する（例えば、図１３参照）。この状態で、折り返し部の間に配置される第二の電極の位置ずれや膨張によって該第二の電極がターン部（前記露出した金属箔）に接近すると、該第二の電極と集電片の周囲で露出する金属箔との間において電流集中が発生する。

しかし、上記構成の第一の電極によれば、第一の電極の被取付領域に活物質層があるため、第一の電極に取り付けられた状態の集電片の周囲に金属箔の露出する領域（前記マージンに相当する領域）が生じず、これにより、第二の電極のずれや膨張による該第二の電極と前記集電片の周囲に露出する金属箔との間の電流集中が生じない。

この場合、
前記集電片は、前記折り返し部において、前記ターン軸の延びる方向における該集電片の突出側の第一端縁から該第一端縁と反対の第二端縁側に間隔をあけた部位に取り付けられてもよい。

かかる構成によれば、集電片の先端（第一の電極からの突出方向の先端）から第一の電極との取付位置までの部位の長さ寸法が、集電片が第一の電極における集電片の突出側の端縁から延びている（前記端縁に固定されている）場合に比べて長いため、電極体に対して集電片の先端側が突出方向と交差する方向に動いたときの該集電片に生じる前記先端側の移動に起因する応力が抑えられる。

また、前記蓄電素子では、
前記集電片は、前記ターン部の内側に取り付けられ、
前記折り返し部は、前記集電片の端縁に沿って折り返されていてもよい。

かかる構成によれば、集電片の端縁がターン部に沿っているため、集電片のターン部側への移動がターン部によって規制され、これにより、集電片がずれ難くなる。

また、本実施形態の蓄電素子の製造方法は、
第一方向に延びる第一の電極に、前記第一方向と直交する第二方向に延びる集電片をその一部が前記第一の電極から突出した状態で取り付けることと、
前記第一の電極を前記集電片の前記第一方向における一方の端縁に沿って折り返すことと、を備える。

かかる構成によれば、第一の電極を集電片の端縁に沿って折り返すため、折目位置の位置決めが容易になる。

以上より、本実施形態によれば、ターン軸の延びる方向の全域に活物質層を有する電極に適した集電構造を備えた蓄電素子、及び前記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位置の断面図である。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ位置の断面図である。図５は、電極体を説明するための斜視図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ位置における断面模式図である。図７は、負極及び集電片を説明するための図である。図８は、つづら折り状態の負極及び集電片の構成を説明するための図である。図９は、折り返し部を説明するための斜視図である。図１０は、電極体のターン部及びその周囲の構成を説明するための断面模式図である。図１１は、正極及びセパレータを含む枚葉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枚葉状部材の構成を説明するための図である。図１３は、被取付領域に負極活物質層がない負極に集電片が取り付けられた状態を示す模式図である。図１４は、他実施形態に係る電極体のターン部及びその周囲の構成を説明するための断面模式図である。図１５は、他実施形態に係る電極体のターン部及びその周囲の構成を説明するための断面模式図である。図１６は、他実施形態に係る電極体の構成を示す模式図である。図１７は、前記蓄電素子を備える蓄電装置の斜視図である。図１８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１９は、プレスによって湾曲した負極電極板を示す模式図である。

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１３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、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、少なくとも一部が外部に露出した状態でケース３に取り付けられる外部端子４と、電極体２と外部端子４とを接続する集電体５と、を備える。また、蓄電素子１は、電極体２とケース３との間に配置される絶縁部材６等も備える。尚、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。

電極体２は、図５及び図６にも示すように、ターン部２３４で折り返されている折り返し部２３を有する第一の電極２１と、折り返し部２３の間に配置され且つ第一の電極２１と極性が異なる第二の電極２２と、第一の電極２１に取り付けられ且つ第一の電極２１から折り返し部２３の短手方向に突出する集電片２７と、を有する。この電極体２は、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も有する。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。また、本実施形態の電極体２では、正極（第二の電極）２２とセパレータ２５とによって枚葉状部材２６を構成している。

負極２１は、折り返し部２３に沿って延びる金属箔２１１と、少なくとも金属箔２１１における折り返し部２３の内側を向いた面において短手方向（図５の上下方向）の全域に重ねられる負極活物質層（活物質層）２１２と、を有する。

具体的に、負極２１は、図７にも示すように、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。即ち、負極２１は、一つの金属箔２１１と一対の負極活物質層２１２とを有する。この負極２１の厚さは、１００〜６００μｍ程度である。本実施形態の金属箔２１１は、例えば、銅箔である。この金属箔２１１の厚さは、５〜５０μｍ程度である。また、本実施形態の負極２１では、帯状の金属箔２１１の短手方向の全域において負極活物質層２１２が重ねられている。即ち、帯状の金属箔２１１の両面のそれぞれが、全域において負極活物質層２１２に覆われている。この負極２１は、ターン部２３４で折り返されている少なくとも一つの折り返し部２３を有する。詳しくは、以下の通りである。

負極活物質層２１２は、負極活物質と、バインダーと、を有する。この負極活物質層２１２の厚さは、５０〜３００μｍ程度である。

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。

折り返し部２３は、図８及び図９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。

換言すると、負極２１は、所定方向（図８の左右方向）の一方側が開放されるように折り返された折り返し部（第一折り返し部）２３Ａと、前記所定方向の他方側が開放されるように折り返された折り返し部（第二折り返し部）２３Ｂとが交互に配置されたつづら折り状態である。そして、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８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８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、図８に示すように、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７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。

以下では、平坦部２３３が並ぶ方向を直交座標系におけるＸ軸方向とし、平坦部２３３に対してターン部２３４が配置されている方向（図８における左右方向）を直交座標系におけるＹ軸方向とし、ターン部２３４の旋回軸Ｓの延びる方向（短手方向：図８参照）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、矩形状の部位である。本実施形態の平坦部２３３は、Ｙ軸方向に長い矩形状である。

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、Ｚ軸方向に延びる軸を旋回軸Ｓ（図８参照）として帯状の負極２１が旋回（方向転換）している（換言すると、旋回軸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。

集電片２７は、Ｚ軸方向（折り返し部２３の短手方向）に沿って延び且つターン部２３４の内側に取り付けられている。この集電片２７は、導電性を有する。本実施形態の集電片２７は、Ｚ軸方向に長尺な帯状である。具体的に、集電片２７は、Ｚ軸方向の一端（図８における下端）を負極２１のＺ軸方向（短手方向）の一方の端縁（第二端縁）２１５に一致させたときに他端（図８における上端）が負極２１のＺ軸方向の他方の端縁（第一端縁）２１６から突出する長さ寸法（Ｚ軸方向の寸法）を有する。また、集電片２７のＹ軸方向の寸法は、ターン部２３４のＹ軸方向における寸法以下である（図１０参照）。また、集電片２７のＹ軸方向の寸法は、枚葉状部材２６における接合部位２５１（図５及び図１０参照）の寸法よりも小さい。本実施形態の集電片２７は、銅又は銅合金等の銅系金属材料製であり、厚さは、５０〜２００μｍ程度である。

この集電片２７は、負極活物質層２１２に重ねられた状態でターン部２３４にカシメ接合されている。詳しくは、集電片２７は、電極体２のＹ軸方向の一方（図８における右側）の端部においてＸ軸方向に並ぶ複数のターン部２３４のそれぞれにカシメ接合されている。尚、負極２１と集電片２７とがカシメ接合されている部位を、図８及び図１０において符号２０により示している。

本実施形態の集電片２７は、例えば、ＴＯＸ（登録商標）等のクリンチカシメによって接合されている。具体的に、集電片２７は、ターン部２３４において、Ｚ軸方向における第一端縁２１６より第二端縁２１５側の部位、即ち、第一端縁２１６とＺ軸方向に間隔をあけた位置にカシメ接合されている（図８の符号２０参照）。本実施形態の集電片２７は、Ｚ軸方向に間隔をあけて並ぶ複数個所においてカシメ接合されている。このカシメ接合（本実施形態の例ではＴＯＸ（登録商標））によって生じる接合部位の凸部（図１０に示す例では、ターン部２３４の内側において突出する部位）２０１の突出方向の寸法αは、正極２２の厚さ寸法以下である。

本実施形態の電極体２では、折り返し部２３が、集電片２７のＹ軸方向の一方の端縁２７１に沿って折り返されている。即ち、集電片２７のＹ軸方向の一方の端縁２７１は、折り返し部２３のターン部２３４に沿っている。

電極体２において、各集電片２７の負極２１（ターン部２３４）から突出している部位は、Ｘ軸方向から見て重なっている。このつづら折り状態の負極２１の第一端縁２１６から突出している複数の集電片２７は、束ねられ、外部端子４と集電体５を介して接続されている（図３参照）。本実施形態の集電片２７の束は、溶接によって集電体５に接続されている。

正極２２は、図５、図６、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。この正極２２の厚さは、１００〜６００μｍ程度である。本実施形態の金属箔２２１は、例えば、アルミニウム箔である。この金属箔２２１の厚さは、５〜５０μｍ程度である。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。

正極活物質層２２２は、正極活物質と、バインダーと、を有する。この正極活物質層２２２の厚さは、５０〜３００μｍ程度である。

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。

具体的に、複数の正極２２のそれぞれは、正極本体（電極本体）２２３と、正極本体２２３の周縁から延びる正極タブ２２４と、を有する。詳しくは、複数の正極２２のそれぞれは、矩形状の正極本体（電極本体）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）負極２１の負極活物質層２１２よりＺ軸方向の寸法が小さい。

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５における上側）の端縁におけるＹ軸方向の他方（集電片２７の取り付けられた位置とは反対側：図５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、外部端子４と集電体５を介して接続されている。本実施形態の正極タブ２２４の束は、集電片２７の束と同様に、溶接によって集電体５と接続されている（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５、図１０〜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、四辺（各縁部の接合代同士）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５参照）、前記接合は、正極タブ２２４を避けて行われている。これにより、正極２２の周縁とセパレータ２５の周縁との間に、接合部位（正極２２が挟まれていない部位）２５１が形成される。

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Ｚ軸方向の寸法より大きく、Ｙ軸方向の寸法は、平坦部２３３の寸法より大きい。上述のように、本実施形態の電極体２では、正極２２と、この正極２２を挟み込んだ状態のセパレータ２５とが、枚葉状部材２６を構成している。

複数の枚葉状部材２６のそれぞれは、上述のように、Ｙ軸方向の一方の端縁（ターン部２３４側の端縁）がターン部２３４の内側（Ｙ軸方向の奥）に当接若しくは近接するように、各折り返し部２３の間に配置されている（図１０参照）。

図１〜図４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。

ケース３は、上記の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。

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。

以上のように構成されるケース３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、絶縁部材６に覆われた状態の電極体２が収容される（図２〜図４参照）。

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。

絶縁部材６は、絶縁性を有する樹脂によって形成されている。具体的に、絶縁部材６は、図２〜図４に示すように、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。本実施形態の絶縁部材６は、ケース３に沿った形の袋状である。

次に、蓄電素子１の製造方法について説明する。

先ず、電極体２が形成される。具体的には、集電片２７が、その一部を負極２１の第一端縁２１６から突出させた状態で、負極２１の所定位置（折り返されたときにターン部２３４となる位置）にカシメ接合によって取り付けられる。複数の集電片２７のそれぞれが負極２１の所定位置に取り付けられると、負極２１が集電片２７のＹ軸方向の一方の端縁２７１（図８及び図１０参照）を基点に（例えば、図７の山折り線２１Ａの上に位置する集電片２７の端縁２７１に沿って）折り返され、これにより、一つの折り返し部２３が形成される。本実施形態の製造方法では、枚葉状部材２６を挟み込むように、負極が集電片２７の前記一方の端縁２７１を基点に折り返される。続いて、枚葉状部材２６を挟み込むように、Ｙ軸方向の他方側の所定位置（例えば、図７の谷折り線２１Ｂの位置）において負極２１が折り返される。この折り返しが繰り返され、負極２１がつづら折り状態に折り畳まれると共に、各折り返し部２３の間に枚葉状部材２６が挟み込まれることで、電極体２が完成する。

次に、外部端子４、集電体５等が蓋板３２に組み付けられる。続いて、電極体２の集電片２７の束と、正極タブ２２４の束とが、蓋板３２に組付けられている集電体５に溶接される。

電極体２、外部端子４、及び集電体５等が蓋板３２に取り付けられると、絶縁部材６が電極体２に被せられ、蓋板３２がケース本体３１の開口周縁部３１０に当接するまで、該蓋板３２に組付けられた電極体２がケース本体３１の開口部から挿入される。蓋板３２がケース本体３１の開口周縁部３１０に当接すると、蓋板３２とケース本体３１の開口周縁部３１０との境界部が溶接(レーザ溶接等)される。

蓋板３２とケース本体３１とが溶接されると、電解液が蓋板３２の注液孔からケース３の内部に注入（注液）され、注液の完了後に、注液孔が封止される。これにより、蓄電素子１が完成する。

以上の蓄電素子１によれば、集電片２７を負極２１に取り付けるという簡単な構成で、負極２１から電流を取り出すことができる。即ち、本実施形態の蓄電素子１によれば、Ｚ軸方向の全域に負極活物質層２１２を有する負極２１に適した集電構造が得られる。

本実施形態の蓄電素子１では、集電片２７は、少なくともその一部が正極２２と対向しない状態で、ターン部２３４の内側に取り付けられている。このため、Ｘ軸方向（負極２１の平坦部２３３と正極２２との対向方向）から見て、折り返し部２３の間に配置された正極２２が集電片２７と重ならない、又は、正極２２が集電片２７と重なったとしても、正極２２のターン部２３４側の端部のみが重なるため、負極２１と正極２２との対向面積の減少が抑えられる。これにより、正極２２と集電片２７との重なりに起因（換言すると、負極２１と正極２２との対向面積の減少に起因）する蓄電素子１の電池容量の低下が抑えられる。

本実施形態の蓄電素子１では、前記集電片２７は、負極活物質層２１２に重ねられた状態でターン部２３４に取り付けられている。

かかる構成によれば、負極２１に取り付けられた集電片２７の周囲に金属箔２１１が露出する領域がないため、折り返し部２３の間に配置される正極２２の位置ずれや膨張によって該正極２２がターン部２３４に接近したときの該負極２１と金属箔２１１との間の電流集中の発生を防ぐことができる。具体的には、以下の通りである。

図１３に示すように、負極２１における集電片２７の被取付領域２１７が活物質層を有しない構成（金属箔２１１によって構成されている）の場合、この被取付領域は、集電片２７を取り付ける際のマージンを含むため、集電片２７の取り付け部位（負極２１と重なる部位）より大きい。このため、負極２１に取り付けられた集電片２７と負極活物質層２１２との間に隙間（前記マージンに相当する隙間）２１８が生じ、該隙間２１８から金属箔２１１が露出する。この状態で、折り返し部２３の間に配置される正極２２の位置ずれや膨張によって該正極２２がターン部２３４（前記露出した金属箔２１１）に接近すると（図１３の矢印参照）、該正極２２と集電片２７の周囲で（隙間２１８から）露出する金属箔２１１との間において電流集中が発生する。

しかし、本実施形態の負極２１によれば、負極２１の被取付領域（ターン部２３４）に負極活物質層２１２があるため、負極２１に取り付けられた状態の集電片２７の周囲に金属箔２１１の露出する領域（前記マージンに相当する領域）が生じない。これにより、正極２２のずれや膨張による該正極２２と金属箔２１１（集電片２７の周囲に露出する金属箔２１１）との間の電流集中の発生を防ぐことができる。即ち、隙間２１８が生じていて金属箔２１１が露出していた場合にこの露出した金属箔２１１と正極２２との間において電流集中が生じる位置まで正極２２がターン部２３４側（集電片２７側）に移動又は膨張したとしても、本実施形態の負極２１では金属箔２１１の全域が負極活物質層２１２に覆われている（露出していない）ため、該正極２２と負極２１の金属箔２１１との間に電流集中が生じない。

また、本実施形態の蓄電素子１において、集電片２７は、ターン部２３４において、Ｚ軸方向における第一端縁２１６より第二端縁２１５側の部位に取り付けられている。かかる構成では、集電片２７の先端（負極２１からの突出方向の先端）から負極２１との接合位置（最も第一端縁２１６側の接合部位２０）までの部位の長さ寸法が、集電片２７が負極２１の第一端縁２１６から延びている（前記端縁に固定されている）場合に比べて長い。このため、電極体２に対して集電片２７の先端側が突出方向と交差する方向に動いたときの該集電片２７に生じる前記先端側の移動に起因する応力が抑えられる。

このとき、集電片２７のうちターン部２３４の内側に位置している部位は、Ｘ軸方向において、最大で正極２２の厚み分、ターン部２３４の内側を移動し得る。この移動に起因する応力を効果的に抑えるため、Ｚ軸方向において、第一端縁２１６から集電片２７が取り付けられる部位までの間隔は、正極２２の厚み以上であるとよい。

尚、集電片２７がターン部２３４の第一端縁２１６より第二端縁２１５側の部位に取り付けられる場合、負極２１がつづら折り状態であり、Ｘ軸方向に隣り合う集電片２７同士が接合されている構成が好ましい。かかる構成によれば、隣り合う集電片２７に引っ張られることに伴う応力が抑制される。

また、本実施形態の蓄電素子１では、折り返し部２３は、集電片２７の端縁２７１に沿って折り返されている。このように、集電片２７の端縁２７１がターン部２３４に沿っているため、集電片２７のターン部２３４側への移動がターン部２３４によって規制され、これにより、集電片２７がずれ難い。

また、本実施形態の蓄電素子１の製造方法によれば、負極２１を集電片２７の端縁２７１に沿って折り返すため、負極２１を折り返す際の折目位置の位置決めが容易になる。

尚、本発明の蓄電素子１及び蓄電素子１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。

集電片と負極との接合部位(カシメ接合による接合部位)の具体的な形状は、限定されない。本実施形態の凸部２０１は、ターン部２３４の内側に向けてＸ軸方向に突出しているが、この構成に限定されない。凸部２０１は、ターン部２３４の外側に向けてＸ軸方向に突出してもよい。また、本実施形態の凸部２０１の突出方向の寸法αは、正極２２の厚さ寸法以下であるが、この構成に限定されない。凸部２０１の突出方向の寸法αは、正極２２の厚さ寸法より大きくてもよい。

尚、凸部２０１がターン部２３４の内側に向けてＸ軸方向に突出し、且つ、該ターン部２３４の内側のＺ軸方向の同じ位置に凸部２０１が一つしかない場合には、凸部２０１の突出方向の寸法αが枚葉状部材２６又は正極２２の厚さ寸法以下が好ましい。これは、電極体２のＸ軸方向の寸法が大きくならないためである。また、図１４に示すように、二つの凸部２０１がターン部２３４の内側において対向するようにＸ軸方向にそれぞれ突出している場合には、各凸部２０１の突出方向の寸法αが、枚葉状部材２６の厚さ寸法又は正極２２の厚さ寸法以下であれば、電極体２のＸ軸方向の寸法が大きくならない。

上記実施形態の蓄電素子１における負極２１と集電片２７との接合は、ＴＯＸ（登録商標）によるカシメ接合であるが、この構成に限定されない。カシメ接合は、例えば、複数の針を刺す（貫通させる）ことによって接合する針カシメ等の他のカシメによる接合でもよい。

上記実施形態の集電片２７の接合部位では、負極２１と集電片２７とがカシメられているが、この構成に限定されない。前記接合部位では、図１５に示すように、負極（第一の電極）２１と、セパレータ２５と、集電片２７とが、カシメられていてもよい。

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。

例えば具体的には、図１６に示すように、電極体２は、それぞれが独立した負極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。この場合、Ｙ軸方向の両端に集電片２７が位置することになるため、正極２２の正極タブ２２４は、前記両端の集電片２７を避けた位置（Ｘ軸方向から見て前記両端の集電片２７と重ならない位置）に配置される。かかる構成によっても、集電片２７がターン部２３４の内側に取り付けられた折り返し部２３において、Ｘ軸方向（負極２１の平坦部２３３と正極２２との対向方向）から見て、折り返し部２３の間に配置された正極２２が集電片２７と重ならない、又は、正極２２が集電片２７と重なったとしても、正極２２のターン部２３４側の端部のみが重なるため、負極２１と正極２２との対向面積の減少が抑えられる。これにより、正極２２と集電片２７との重なりに起因（換言すると、負極２１と正極２２との対向面積の減少に起因）する蓄電素子１の電池容量の低下が抑えられる。

上記実施形態の蓄電素子１では、セパレータ２５は、正極２２と共に枚葉状部材２６を構成しているが、この構成に限定されない。負極２１と同様の長尺なセパレータ２５が、負極２１に固定（貼り付け等）される構成等でもよい。

上記実施形態の蓄電素子１は、第一の電極２１が負極で、第二の電極２２が正極であるが、この構成に限定されない。第一の電極２１が正極で、第二の電極２２が負極でもよい。

上記実施形態の蓄電素子１の集電片２７（詳しくは、集電片２７の負極２１と重なる部位）は、負極２１の全幅を横切るように配置されている、即ち、負極２１の第一端縁２１６から第二端縁２１５までＺ軸方向に延びているが、この構成に限定されない。集電片２７は、第一端縁２１６からＺ軸方向の途中位置まで延びていてもよい。

上記実施形態の負極２１におけるターン部２３４では、金属箔２１１のターン部２３４の内側を向いた面のＺ軸方向の全域に負極活物質層２１２が重ねられているが、この構成に限定されない。負極活物質層２１２は、前記内側を向いた面において、Ｚ軸方向の少なくとも一部に重ねられていればよい。

上記実施形態の蓄電素子１では、集電片２７は、Ｙ軸方向の寸法が枚葉状部材２６における接合部位２５１の寸法よりも小さく、且つＹ軸方向の全域で接合部位２５１と対向しているが、この構成に限定されない。集電片２７は、枚葉状部材２６のターン部２３４側の端部における出代部（セパレータ２５の間に正極２２が挟まれていない部位）の少なくとも一部と対向していればよい。かかる構成によれば、集電片２７のＹ軸方向の全域が枚葉状部材２６に含まれる正極２２と対向する場合に比べ、蓄電素子１の容量低下が抑制される。この場合、前記出代部のＹ軸方向の寸法が、集電片２７のＹ軸方向の寸法より大きく、且つ、集電片２７のＹ軸方向の全域が前記出代部と対向することで、集電片２７による負極２１と正極２２との対向面積の減少がより効果的に抑えられる。これにより、蓄電素子１の容量低下がより効果的に抑制される。

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１７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、２０…接合部位、２０１…凸部、２１…負極（第一の電極）、２１Ａ…山折り線、２１Ｂ…谷折り線、２１１…金属箔、２１２…負極活物質層、２１５…第二端縁、２１６…第一端縁、２１７…被取付領域、２１８…隙間、２２…正極（第二の電極）、２２１…金属箔、２２２…正極活物質層、２２３…正極本体、２２４…正極タブ、２３…折り返し部、２３Ａ…第一折り返し部、２３Ｂ…第二折り返し部、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、２５…セパレータ、２５１…接合部位、２６…枚葉状部材、２７…集電片、２７１…集電片の端縁、３…ケース、３１…ケース本体、３１０…開口周縁部、３１１…閉塞部、３１２…胴部、３１３…長壁部、３１４…短壁部、３２…蓋板、４…外部端子、５…集電体、６…絶縁部材、１１…蓄電装置、１２…バスバ部材、５００…電池、５０１…負極電極板（長尺電極板）、５０２…銅箔、５０３…負極活物質層、５０４…正極電極板（短冊状電極板）、５０５…アルミニウム箔、５０６…正極活物質層、５０７…セパレータ、５０８…一体長尺物、Ｓ…旋回軸、α…凸部の突出方向の寸法

Claims

ターン部で折り返されている折り返し部を有する第一の電極と、前記第一の電極と極性の異なる第二の電極、及び該第二の電極を挟み込んだ状態のセパレータを有し、前記折り返し部の内側に配置される枚葉状部材と、を有する電極体を備え、
前記第一の電極は、前記折り返し部に沿って延びる金属箔と、少なくとも該金属箔における前記第二の電極に対向する面において前記ターン部のターン軸の延びる方向の全域に重ねられる活物質層と、を有し、
前記電極体は、前記第一の電極に取り付けられ且つ該第一の電極から前記ターン軸の延びる方向に突出する集電片も有し、
前記枚葉状部材は、前記ターン部側の端部に出代部を有し、
前記出代部は、前記セパレータにおいて前記第二の電極を挟んでいない部位によって構成され、
前記集電片は、前記ターン部の内側に取り付けられると共に、前記出代部の少なくとも一部と対向している、蓄電素子。
前記第一の電極は、前記ターン部の内側の少なくとも一部において、前記第二の電極と対向しておらず、
前記集電片は、少なくともその一部が前記第二の電極と対向しない状態で、前記ターン部の内側に取り付けられる、請求項１に記載の蓄電素子。
前記集電片は、前記活物質層に重ねられた状態で前記ターン部に取り付けられている、請求項２に記載の蓄電素子。
前記集電片は、前記折り返し部において、前記ターン軸の延びる方向における該集電片の突出側の第一端縁から該第一端縁と反対の第二端縁側に間隔をあけた部位に取り付けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
前記折り返し部は、前記集電片の端縁に沿って折り返されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電素子。
第一方向に延びる第一の電極に、前記第一方向と直交する第二方向に延びる集電片をその一部が前記第一の電極から突出した状態で取り付けることと、
前記第一の電極を前記集電片の前記第一方向における一方の端縁に沿って折り返すことによってターン部で折り返されている折り返し部を形成することと、
前記第一の電極と極性の異なる第二の電極と、該第二の電極を挟み込んだ状態のセパレータとを有する枚葉状部材を、前記折り返し部の内側に配置することと、を備え、
前記枚葉状部材は、前記ターン部側の端部に出代部を有し、
前記出代部は、前記セパレータにおいて前記第二の電極を挟んでいない部位によって構成され、
前記集電片は、前記出代部の少なくとも一部と対向している、蓄電素子の製造方法。