JP7096991B2 - 蓄電素子、及び蓄電素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、正極と負極とを有する電極体を備えた蓄電素子、及び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１４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では、初回の充放電が行われたときに、負極電極板５０１に吸蔵されたリチウムイオンの一部が負極電極板５０１に残留するため、充電容量に対して放電容量が少なくなり（即ち、電池５００において不可逆容量が発生し）、電池５００における可逆容量が低下する。

特開２０１４－１０３０８２号公報

そこで、本実施形態は、充放電されたときの不可逆容量の発生が抑えられる蓄電素子、及びこの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、
交互に積層されている負極及び正極、並びに、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含むイオン供給部材、を有する電極体と、
電解液と、
前記電極体及び前記電解液を収容するケースと、を備え、
前記電極体は、前記イオン供給部材を前記負極に導通させる導通部を有し、
前記導通部は、積層状態の負極端縁及び正極端縁に前記イオン供給部材が対向するように曲がっている。

このように、イオン供給部材が負極と導通した状態で電解液に接触することでイオン供給部材と負極との間に電位差が生じ、これにより、該イオン供給部材から金属イオンが電解液中に放出される。そして、イオン供給部材が積層状態の負極端縁及び正極端縁に対向しているため、蓄電素子の充放電が行われたときに、イオン供給部材から放出された金属イオンが電極（負極と正極と）の隙間に侵入し易く、これにより、負極と正極とが交互に積層された状態の電極体における負極に金属イオンが効率よく供給され（即ち、イオン供給部材から放出された金属イオンが負極に吸蔵され）、その結果、不可逆容量の発生が抑えられる。

また、前記蓄電素子では、
前記電極体は、前記負極と前記正極との間に配置されるセパレータを有し、
前記セパレータの一部は、前記積層状態の負極端縁及び正極端縁と前記イオン供給部材との間に位置してもよい。

かかる構成によれば、互いに対向している負極端縁及び正極端縁とイオン供給部材との間にセパレータが位置しているため、正極とイオン供給部材（即ち、負極と導通している部材）とが確実に絶縁される。

前記蓄電素子では、
前記導通部は、前記負極端縁から延びる一対の負極延出片と、前記一対の負極延出片に接続され且つ前記イオン供給部材が取り付けられる導電片と、有し、
前記一対の負極延出片が曲がっていることで、前記イオン供給部材が前記積層状態の負極端縁及び正極端縁と対向してもよい。

このように、導電片が一対の負極延出片に接続されることで、一つの負極延出片のみに接続される場合に比べ、イオン供給部材の位置が安定し（即ち、負極との距離が一定し）、これにより、金属イオンが負極により安定して供給される。

また、前記蓄電素子は、
一対の外部端子を備え、
前記導通部は、
前記負極端縁から延び且つ前記一対の外部端子のうちの一方の外部端子と直接又は間接に接続される負極延出片と、
前記正極端縁の延びる延伸方向に前記負極延出片と間隔をあけて該正極端縁から延び、且つ前記一対の外部端子のうちの他方の外部端子と直接又は間接に接続される正極延出片と、
前記負極延出片と前記正極延出片とに接続され且つ前記イオン供給部材が取り付けられる導電片と、を有し、
前記導電片は、前記イオン供給部材の取付位置より前記延伸方向の一方側に絶縁部を有し、
前記正極延出片は、前記導電片における前記絶縁部又は該絶縁部より前記延伸方向の一方側の部位と接続されると共に、前記負極延出片は、前記イオン供給部材又は前記導電片における前記絶縁部より前記延伸方向の他方側の部位と接続されてもよい。

このように、イオン供給部材と負極との導通を維持しつつ、導電片に接続された負極延出片と正極延出片との間の絶縁を図ることで、負極及び正極における外部端子に接続される部位（負極延出片及び正極延出片）を利用して導電片（イオン供給部材）を支持させることができる。

また、前記蓄電素子では、
前記イオン供給部材は、前記積層状態の負極端縁及び正極端縁と反対の側から前記ケースに支持されてもよい。

このように、イオン供給部材がケースに支持されることで、イオン供給部材の位置がより安定し（即ち、負極との距離がより一定し）、これにより、金属イオンが負極により安定して供給される。

他の実施形態の蓄電素子の製造方法では、
交互に積層されている負極及び正極、並びに、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含むイオン供給部材、を有する電極体における前記イオン供給部材を前記負極に導通させる導通部を、積層状態の負極端縁及び正極端縁に前記イオン供給部材が対向するように曲げた状態で、該電極体をケースに収容することと、
前記ケース内に電解液を注入することと、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、イオン供給部材が負極と導通した状態で電解液に接触することでイオン供給部材と負極との間に電位差が生じ、これにより、該イオン供給部材から金属イオンが電解液中に放出される。そして、イオン供給部材が積層状態の負極端縁及び正極端縁に対向しているため、蓄電素子の充放電が行われたときに、イオン供給部材から放出された金属イオンが電極（負極と正極と）の隙間に侵入し易く、これにより、負極と正極とが交互に積層された状態の電極体における負極に金属イオンが効率よく供給され（即ち、イオン供給部材から放出された金属イオンが負極に吸蔵され）、その結果、不可逆容量の発生が抑えられる。

以上より、本実施形態によれば、充放電されたときの不可逆容量の発生が抑えられる蓄電素子、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、前記蓄電素子の電極体を説明するための図である。 図６は、イオン供給部材と導電片とを説明するための断面図である。 図７は、他実施形態に係る電極体を説明するための図である。 図８は、他実施形態に係る電極体を説明するための図である。 図９は、他実施形態に係る電極体を説明するための図である。 図１０は、前記電極体がケース本体に収容された状態を示す図である。 図１１は、他実施形態に係る電極体を説明するための図である。 図１２は、他実施形態に係る電極体を説明するための図である。 図１３は、本実施形態に係る蓄電素子を備える蓄電装置の模式図である。 図１４は、従来の電池の積層構成を模式的に示す断面図である。

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６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５に示すように、交互に積層されている負極２１及び正極２２とアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含むイオン供給部材２６とを有する電極体２と、電解液と、電極体２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した状態でケース３に取り付けられる一対の外部端子４を備える。また、蓄電素子１は、電極体２と外部端子４とを接続する集電体５と、電極体２とケース３との間に配置される絶縁部材６と、を備える。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（負極、正極）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。また、図２及び図５に示す電極体２は、集電体５に接続される前の状態（負極タブ２１４及び正極タブ２２４が真っ直ぐに延びた状態）である。

本実施形態の電極体２は、複数の負極２１と、複数の正極２２と、を有する。これら複数の負極２１及び複数の正極２２は、セパレータ２５を介して交互に積層されている。即ち、電極体２は、セパレータ２５も有する。この電極体２は、イオン供給部材２６を負極２１に導通させる導通部２０を有する。この導通部２０は、積層状態の負極端縁２１３Ａ及び正極端縁２２３Ａ（換言すると、負極２１と正極２２との積層方向に交互に並ぶ負極端縁２１３Ａと正極端縁２２３Ａ）にイオン供給部材２６が対向するように曲がっている。本実施形態の導通部２０は、負極２１の一部（後述する負極タブ）２１４Ａと、正極２２の一部（後述する正極タブ）２２４Ａと、負極２１の一部２１４Ａと正極２２の一部２２４Ａとに接続される導電片２７と、を有する。

以下では、負極２１と正極２２との積層方向を直交座標系におけるＸ軸とし、導電片２７が接続される負極タブ２１４Ａと正極タブ２２４Ａとが並ぶ方向を直交座標系におけるＹ軸とする。

複数の負極２１のそれぞれは、金属箔２１１と、金属箔２１１に重ねられる負極活物質層２１２と、を有する（図５参照）。本実施形態の負極活物質層２１２は、金属箔２１１の両面のそれぞれに重ねられる。即ち、この負極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。本実施形態の金属箔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、非晶質炭素、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、非晶質炭素、好ましくは、難黒鉛化炭素である。

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。

具体的に、複数の負極２１のそれぞれは、枚葉状の負極本体２１３と、負極本体２１３の周縁から延びる負極タブ（負極延出片）２１４と、を有する。詳しくは、負極２１は、矩形状の負極本体２１３と、負極本体２１３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（負極端縁）２１３ＡからＺ軸方向に延びる）負極タブ２１４と、を有する。本実施形態の負極本体２１３は、Ｙ軸方向に長い矩形状である。負極本体２１３では、金属箔２１１の両面全域が負極活物質層２１２に覆われている。また、負極タブ２１４では、金属箔２１１が露出している。即ち、負極タブ２１４は、負極活物質層２１２を有しない。

電極体２において、各負極２１の負極タブ２１４は、Ｘ軸方向から見て重なっている。本実施形態の各負極２１では、負極タブ２１４は、負極本体２１３のＺ軸方向の一方（図５における上側）の端縁２１３ＡにおけるＹ軸方向の一方（図５における左側）の端部からＺ軸方向に延びている。この複数の負極本体２１３のそれぞれから延びている負極タブ２１４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。この束ねられた負極タブ２１４のうちの最も外側（図２及び図５における最も後方側）の負極タブ２１４Ａは、導通部２０を構成する。即ち、上述の導電片２７に接続される負極２１の一部は、この最も外側の負極タブ２１４Ａである。本実施形態の負極タブ２１４の束は、溶接によって集電体５と接続されている（図３参照）。この負極タブ２１４の束が集電体５に接続された状態では、最も外側の負極タブ２１４Ａ（詳しくは、負極タブ２１４Ａの基部側の部位）は、負極タブ２１４の束において該負極タブ２１４Ａとは反対側の最も外側（図２及び図５における最も前方側）の負極タブ２１４Ｂに向かって折れ曲がっている（図３参照）。

複数の正極２２のそれぞれは、金属箔２２１と、金属箔２２１に重ねられる正極活物質層２２２と、を有する（図５参照）。本実施形態の正極活物質層２２２は、金属箔２２１の両面のそれぞれに重ねられる。即ち、この正極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。

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。

具体的に、複数の正極２２のそれぞれは、枚葉状の正極本体２２３と、正極本体２２３の周縁から延びる正極タブ（正極延出片）２２４と、を有する。詳しくは、正極２２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（正極端縁）２２３Ａ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り、負極本体２１３より僅かに小さい。正極本体２２３では、金属箔２２１の両面全域が正極活物質層２２２に覆われている。また、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より小さい。即ち、正極活物質層２２２の全域が負極活物質層２１２と対向し、負極活物質層２１２は、周縁部を除いて正極活物質層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。本実施形態の各正極２２では、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２２３ＡにおけるＹ軸方向の他方（負極タブ２１４の位置とは反対側：図５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。この束ねられた正極タブ２２４のうちの最も外側（図２及び図５における最も後方側）の正極タブ２２４Ａには、上述の導電片２７が接続される。本実施形態の正極タブ２２４の束は、負極タブ２１４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）。この正極タブ２２４の束が集電体５に接続された状態では、最も外側の正極タブ２２４Ａ（詳しくは、正極タブ２２４Ａの基部側の部位）は、最も外側の負極タブ２１４Ａと同様に、正極タブ２２４の束において該正極タブ２２４Ａとは反対側の最も外側（図２及び図５における最も前方側）の正極タブ２２４Ｂに向かって折れ曲がっている。

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、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、例えば、ポリエチレンによって形成され、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（耐熱部材）を含む。セパレータ２５が耐熱部材を含むことで、セパレータ２５の強度が向上する。また、イオン供給部材２６から金属イオンが放出されるときの熱によってセパレータ２５が収縮等することが抑えられ、これにより、前記収縮等に起因する短絡が抑えられる。

以上のセパレータ２５は、負極２１と正極２２との間のそれぞれに配置される。即ち、電極体２は、複数のセパレータ２５を有する。具体的に、複数のセパレータ２５のそれぞれは、負極本体２１３及び正極本体２２３より大きな矩形状であり、負極２１及び正極２２のＺ軸方向の一方側（負極タブ２１４、正極タブ２２４が延びている側）の端縁２１３Ａ、２２３Ａより外側に延びている。このセパレータ２５における負極端縁２１３Ａ及び正極端縁２２３Ａより外側に延びている部位（延出部位）２５０の寸法は、イオン供給部材２６及び導電片２７が正極端縁２２３Ａに接触しないように、各セパレータ２５の延出部位２５０によって、積層状態の負極端縁２１３Ａ及び正極端縁２２３Ａが覆われる大きさである（図４参照）。詳しくは、一つのセパレータ２５の延出部位２５０が各端縁２１３Ａ、２２３Ａに沿って折れ曲がることで、積層状態の負極端縁２１３Ａ及び正極端縁２２３Ａの全てが覆われてもよく、複数の延出部位２５０のそれぞれが各端縁２１３Ａ、２２３Ａに沿って折れ曲がることで、積層状態の負極端縁２１３Ａ及び正極端縁２２３Ａの全てが覆われてもよい。

イオン供給部材２６は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含み且つ導電片２７に取り付けられている。具体的に、イオン供給部材２６は、図６にも示すように、導電片２７に導通可能に重ねられる金属箔又は金属層である。本実施形態のイオン供給部材２６は、リチウム箔である。尚、イオン供給部材２６の素材は、リチウムに限定されず、蓄電素子１が充放電したときに、負極２１に金属イオンとして吸蔵されるアルカリ金属又はアルカリ土類金属であればよい。負極活物質に、グラファイト、非晶質炭素、難黒鉛化炭素、及び易黒鉛化炭素などの炭素材が用いられる場合、イオン供給部材２６には、通常、リチウム、ナトリウム、及び、マグネシウムの少なくともいずれか一つの金属イオンを放出できるものが使用される。

このイオン供給部材２６は、蓄電素子１の製造時（完成時）には導電片２７に重ねられた状態であるが、蓄電素子１の充放電の際に金属イオンを放出することで体積を減少させる。このように体積を減少させることで、最終的に、イオン供給部材２６が導電片２７上からなくなる場合もある。

導電片２７は、負極タブ２１４Ａと正極タブ２２４Ａとに接続され且つイオン供給部材２６が取り付けられる。この導電片２７は、イオン供給部材２６の取付位置よりＹ軸方向の他方側（正極タブ２２４Ａ側：図２の右側）に絶縁部２７２を有する。本実施形態の導電片２７は、Ｙ軸方向に延びる矩形状の部材である。この導電片２７は、イオン供給部材２６が取り付けられ且つ導電性を有する導電片本体２７１と、正極タブ２２４Ａとイオン供給部材２６及び負極タブ２１４Ａとの間を絶縁する絶縁部２７２と、を有する。導電片本体２７１及び絶縁部２７２のそれぞれは、矩形状であり、導電片本体２７１と絶縁部２７２とは、Ｙ軸方向に連接されている。例えば、導電片本体２７１は、銅又は銅合金等の銅系金属材料、ステンレス鋼等の鉄系金属材料、ニッケル又はニッケル合金等のニッケル系金属材料のいずれかによって構成され、絶縁部２７２は、ポリエチレン又はポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂製の樹脂テープ又は樹脂フィルムによって構成される。

以上のように構成される導電片２７では、導電片本体２７１におけるＹ軸方向の一方側の端部（絶縁部２７２と連接している側と反対側の端部）が負極タブ２１４Ａに接続され、絶縁部２７２におけるＹ軸方向の他方側の端部（導電片本体２７１と連接している側と反対側の端部）が正極タブ２２４Ａに接続されている。

これら負極タブ２１４Ａ及び正極タブ２２４Ａにおける該導電片２７が接続されている部位は、積層状態の負極端縁２１３Ａ及び正極端縁２２３Ａに沿うように折り曲げられている。これにより、イオン供給部材２６は、各セパレータ２５の延出部位２５０を介して、積層状態の負極端縁２１３Ａ及び正極端縁２２３Ａと対向する。即ち、イオン供給部材２６と、積層状態の負極端縁２１３Ａ及び正極端縁２２３Ａと、の間に、複数のセパレータ２５の延出部位２５０が挟まれている。

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、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、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、積層される複数の負極２１及び複数の正極２２のそれぞれが長壁部３１３と平行（略平行）となるように、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）。このとき、ケース３は、電極体２の全体をＸ軸方向に圧迫（押圧）した状態で該電極体２を収容する。

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。

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、図１～図６を参照しつつ説明する。

先ず、外部端子４と集電体５とが蓋板３２に組付けられる。続いて、電極体２の電極タブ（負極タブ２１４Ａの束及び正極タブ２２４Ａの束）が、蓋板３２に組付けられた状態の集電体５に接合される。このとき、電極体２の負極タブ２１４Ａ及び正極タブ２２４Ａには、イオン供給部材２６が取り付けられており、イオン供給部材２６の表面は、無機塩、溶解性樹脂、膨潤性樹脂、負極性樹脂等の水分透過抑制剤による層（膜）で覆われている。これは、イオン供給部材２６に含まれるリチウムが空気中の水分と反応し易いため、前記水分透過抑制剤の層によってイオン供給部材２６を覆うことで、イオン供給部材２６と前記空気中の水分との接触を防ぎ、これにより、イオン供給部材２６と前記水分との反応を抑制することができるからである。

尚、イオン供給部材２６が前記水分透過抑制剤によって覆われた状態であっても、イオン供給部材２６がケース３内で電解液に浸かった状態で負極２１との間に電位差が生じていれば、金属イオンが水分透過抑制剤の層を透過して負極２１に向けて放出される。また、空気中に水分の少ない雰囲気下で蓄電素子１が製造される場合や、空気中の水分と反応し難いイオン供給部材２６（アルカリ金属又はアルカリ土類金属）の場合には、水分透過抑制剤の層は、なくてもよい。

電極体２、集電体５、及び外部端子４等が蓋板３２に組付けられると、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に組付けられた状態の電極体２がケース本体３１に挿入される。このとき、積層状態の負極端縁２１３Ａ及び正極端縁２２３Ａにイオン供給部材２６が対向するように、負極タブ２１４Ａ及び正極タブ２２４Ａ（導通部２０）が曲げられた状態で、電極体２がケース本体３１に挿入（収容）される。また、電極体２は、袋状の絶縁部材６に収容された（覆われた）状態でケース本体３１に挿入される。

続いて、蓋板３２とケース本体３１の開口周縁部３４との境界部が溶接(レーザ溶接等)される。その後、電解液がケース３に設けられた注液孔から注入（注液）され、注液後に前記注液孔が封止されることで、蓄電素子１が完成する。

以上の蓄電素子１のように、イオン供給部材２６が負極２１と導通した状態で電解液に接触（本実施形態の例では浸かる）ことでイオン供給部材２６と負極２１との間に電位差が生じ、これにより、該イオン供給部材２６から金属イオンが電解液中に放出される。積層状態の負極端縁２１３Ａ及び正極端縁２２３Ａにイオン供給部材２６が対向しているため、蓄電素子１の充放電が行われたときに、イオン供給部材２６から放出された金属イオンが電極（負極２１と正極２２と）の隙間に侵入し易い。これにより、負極２１と正極２２とが交互に積層された状態の電極体２における負極２１に効率よく金属イオンが供給される（即ち、イオン供給部材２６から放出された金属イオンが負極２１に吸蔵される）。その結果、蓄電素子１における不可逆容量の発生が抑えられ、クーロン効率の低下も抑制される。

しかも、本実施形態の負極２１のように、負極活物質に、非晶質炭素、好ましくは、難黒鉛化炭素が用いられることで、負極２１に吸蔵された金属イオンの負極活物質層２１２内での拡散性が向上する。

また、本実施形態の蓄電素子１では、絶縁性を有するセパレータ２５の一部（延出部位）２５０が、積層状態の負極端縁２１３Ａ及び正極端縁２２３Ａとイオン供給部材２６との間に位置している。このため、正極２２とイオン供給部材２６（即ち、負極２１と導通している部材）とが確実に絶縁される。

また、本実施形態の蓄電素子１では、導電片２７が、イオン供給部材２６の取付位置より正極タブ２２４Ａ側に絶縁部２７２を有している。このように、イオン供給部材２６と負極２１との導通を維持しつつ、導電片２７に接続された負極タブ２１４Ａと正極タブ２２４Ａとの間の絶縁が図られることで、負極２１及び正極２２における外部端子４に接続される部位（負極タブ２１４Ａ及び正極タブ２２４Ａ）を利用して導電片２７（イオン供給部材２６）を支持させることができる。即ち、電極体２において、イオン供給部材２６を支持させるための部位又は部材を別途設ける必要がない。

本実施形態の電極体２では、導電片２７の両端部が支持されている。このように、導電片２７の両端部が負極タブ２１４Ａと正極タブ２２４Ａとに支持（接続）されることで、導電片２７が一つの負極タブ２１４Ａのみに接続される場合に比べ、イオン供給部材２６の位置が安定する（即ち、負極２１との距離が一定する）。これにより、蓄電素子１では、金属イオンが負極２１へより安定して供給される。

また、本実施形態の蓄電素子１では、導電片２７が負極タブ２１４Ａと一緒に折り曲げられている。このような構成により、該蓄電素子１の製造工程において、導電片２７を折り曲げる際の余分な工程が発生することを抑えられる。

また、本実施形態の蓄電素子１では、セパレータ２５が負極端縁２１３Ａ及び正極端縁２２３Ａに沿って折れ曲がった状態で、セパレータ２５の一部が積層状態の負極端縁２１３Ａ及び正極端縁２２３Ａとイオン供給部材２６及び導電片２７との間に位置している。このような構成により、イオン供給部材２６及び導電片２７が正極端縁２２３Ａに接触することを抑えられる。

また、本実施形態の蓄電素子１では、セパレータ２５には、耐熱部材である無機粒子が含まれている。このような構成により、イオン供給部材２６又は導電片２７がセパレータ２５と接触することによるセパレータ２５の損傷を抑えられる。この場合、セパレータ２５において、無機粒子を含む層が多孔質膜の表面に沿って形成されているとよい。

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。

イオン供給部材２６を負極２１に導通させる導通部２０の具体的な構成は、限定されない。上記実施形態の導通部２０は、負極２１の一部（上記実施形態の例では負極タブ）２１４Ａと導電片２７との複数の部材や部位によって構成されているが、例えば図７に示すように、負極２１の負極タブ２１４Ｃのみ（即ち、負極２１のみ等の単一の部材又は部位）によって構成されていてもよい。この負極タブ２１４Ｃは、幅（負極端縁２１３Ａの延びる方向（延伸方向）の寸法）を他の負極タブ２１４より大きくしたものである。

また、導通部２０は、外部端子４と接続される部材（又は部位）以外の部材（又は部位）を含み、又は該部材（又は部位）によって構成されてもよい。例えば、図８及び図９に示すように、導通部２０は、負極本体２１３から延びる導電タブ（負極タブ２１４以外のタブ）２１５を含んでもよく、又は導電タブ２１５のみによって構成されてもよい。尚、この導電タブ２１５は、矩形状の負極本体２１３の四つの辺（端縁）のいずれの辺から延びていてもよい。また、導電片２７は、導電タブ２１５のみに接続されてもよく、負極タブ２１４Ａと導電タブ２１５とに接続されてもよい。

例えば具体的に、導電片２７は、負極タブ２１４Ａと、該負極タブ２１４Ａに対して負極端縁２１３Ａの延びる延伸方向に間隔をあけた導電タブ２１５とに接続されてもよい（図８参照）。また、導電片２７は、間隔をあけて配置された一対の導電タブ２１５に接続されてもよい（図９参照）。

上記実施形態のイオン供給部材２６は、積層状態の負極本体２１３及び正極本体２２３と反対の側から他の部材等によって支持等されていないが、この構成に限定されない。例えば図１０に示すように、イオン供給部材２６が、積層状態の負極本体２１３及び正極本体２２３と反対の側からケース３（図１０に示す例ではケース本体３１の閉塞部３１１）に直接又は間接に支持されてもよい。このように、イオン供給部材２６がケース３に支持されることで、イオン供給部材２６の位置がより安定する（即ち、負極２１との距離が一定する）。これにより、イオン供給部材２６から放出される金属イオンが負極２１により安定して供給される。尚、図１０に示す例では、イオン供給部材２６は、絶縁部材６を介してケース３に支持されている。

上記実施形態の導通部２０では、導電片２７の両端部が支持されている（即ち、複数個所で支持されている）が、この構成に限定されない。図１１に示すように、導電片２７の一つの端部のみが支持される（即ち、一箇所のみで支持される）構成でもよい。

上記実施形態の蓄電素子１では、イオン供給部材２６が、矩形状の負極本体２１３及び正極本体２２３の四辺のうちの一辺（負極端縁２１３Ａ、正極端縁２２３Ａ）に沿って配置されているが、この構成に限定されない。イオン供給部材２６は、負極本体２１３及び正極本体２２３の複数の辺のうちの少なくとも一辺に沿って配置されていればよい。即ち、イオン供給部材２６は、負極本体２１３及び正極本体２２３の複数の辺に沿って配置されてもよい。

上記実施形態の電極体２は、枚葉状の電極（負極２１、正極２２）が積層された、いわゆるスタック型であるが、この構成に限定されない。電極体２Ａは、例えば図１２に示すように、長尺な負極と長尺な正極とが重ねられた状態で捲回された、いわゆる捲回型であってもよい。この場合、電極体２Ａの捲回軸Ｃ方向の端部において、交互に積層される負極の端縁及び正極の端縁と、イオン供給部材２６と、が対向するように、導通部２０が曲がっていればよい。

また、電極体は、長尺な第一の電極が長尺方向に交互に折り畳まれることで複数の折り返し部が形成され、短冊状の第二の電極（第一の電極と極性の異なる電極）が第一の電極の各折り返し部の内側に配置された、いわゆるつづら折り型であってもよい。この場合であっても、積層された第一の電極の端縁及び第二の電極の端縁と、イオン供給部材と、が対向するように、導通部が曲がっていればよい。

また、イオン供給部材２６の具体的な構成は限定されない。例えば、上記実施形態のイオン供給部材２６は、矩形状のリチウム箔であるが、矩形状でなくてもよく、厚みが大きくてもよい。即ち、イオン供給部材２６の形状は、種々選択可能である。

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１３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、２Ａ、２Ｂ…電極体、２０…導通部、２１…負極、２１１…金属箔、２１２…負極活物質層、２１３…負極本体、２１３Ａ…負極本体の端縁（負極端縁）、２１４、２１４Ａ、２１４Ｂ、２１４Ｃ…負極タブ（負極延出片）、２１５…導電タブ（負極延出片）、２２…正極、２２１…金属箔、２２２…正極活物質層、２２３…正極本体、２２３Ａ…正極本体の端縁（正極端縁）、２２４、２２４Ａ…正極タブ（正極延出片）、２５…セパレータ、２５０…延出部位、２６…イオン供給部材、２７…導電片、２７１…導電片本体、２７２…絶縁部、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、３４…開口周縁部、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、Ｃ…捲回軸

Claims (6)

1. 交互に積層されている負極及び正極、並びに、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含むイオン供給部材、を有する電極体と、
   電解液と、
   前記電極体及び前記電解液を収容するケースと、を備え、
   前記電極体は、前記イオン供給部材を前記負極に導通させる導通部を有し、
   前記導通部は、積層状態の負極端縁及び正極端縁に前記イオン供給部材が対向するように曲がっており、前記負極端縁から延びる一対の負極延出片と、前記一対の負極延出片に接続され且つ前記イオン供給部材が取り付けられる導電片と、有し、
   前記イオン供給部材の表面は、水分透過抑制剤による層で覆われており、
   前記一対の負極延出片が曲がっていることで、前記イオン供給部材が前記積層状態の負極端縁及び正極端縁と対向している、蓄電素子。
2. 交互に積層されている負極及び正極、並びに、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含むイオン供給部材、を有する電極体と、
   電解液と、
   前記電極体及び前記電解液を収容するケースと、
   一対の外部端子と、を備え、
   前記電極体は、前記イオン供給部材を前記負極に導通させる導通部を有し、
   前記導通部は、積層状態の負極端縁及び正極端縁に前記イオン供給部材が対向するように曲がっており、
   前記負極端縁から延び且つ前記一対の外部端子のうちの一方の外部端子と直接又は間接に接続される負極延出片と、
   前記正極端縁の延びる延伸方向に前記負極延出片と間隔をあけて該正極端縁から延び、且つ前記一対の外部端子のうちの他方の外部端子と直接又は間接に接続される正極延出片と、
   前記負極延出片と前記正極延出片とに接続され且つ前記イオン供給部材が取り付けられる導電片と、を有し、
   前記導電片は、前記イオン供給部材の取付位置より前記延伸方向の一方側に絶縁部を有し、
   前記正極延出片は、前記導電片における前記絶縁部又は該絶縁部より前記延伸方向の一方側の部位と接続されると共に、前記負極延出片は、前記イオン供給部材又は前記導電片における前記絶縁部より前記延伸方向の他方側の部位と接続され、
   前記イオン供給部材の表面は、水分透過抑制剤による層で覆われている、蓄電素子。
3. 前記電極体は、前記負極と前記正極との間に配置されるセパレータを有し、
   前記セパレータの一部は、前記積層状態の負極端縁及び正極端縁と前記イオン供給部材との間に位置する、請求項１又は２に記載の蓄電素子。
4. 前記イオン供給部材は、前記積層状態の負極端縁及び正極端縁と反対の側から前記ケースに支持されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
5. 交互に積層されている負極及び正極、並びに、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含むイオン供給部材、を有する電極体と、
   電解液と、
   前記電極体及び前記電解液を収容するケースと、を備え、
   前記電極体は、前記イオン供給部材を前記負極に導通させる導通部を有し、
   前記導通部は、負極端縁から延びる一対の負極延出片と、前記一対の負極延出片に接続され且つ前記イオン供給部材が取り付けられる導電片と、有し、
   前記一対の負極延出片が曲がっていることで、前記イオン供給部材が積層状態の前記負極端縁及び正極端縁と対向している、
   蓄電素子。
6. 交互に積層されている負極及び正極、並びに、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含むイオン供給部材、を有する電極体と、
   電解液と、
   前記電極体及び前記電解液を収容するケースと、
   一対の外部端子と、を備え、
   前記電極体は、前記イオン供給部材を前記負極に導通させる導通部を有し、
   前記導通部は、積層状態の負極端縁及び正極端縁に前記イオン供給部材が対向するように曲がっており、
   前記負極端縁から延び且つ前記一対の外部端子のうちの一方の外部端子と直接又は間接に接続される負極延出片と、
   前記正極端縁の延びる延伸方向に前記負極延出片と間隔をあけて該正極端縁から延び、且つ前記一対の外部端子のうちの他方の外部端子と直接又は間接に接続される正極延出片と、
   前記負極延出片と前記正極延出片とに接続され且つ前記イオン供給部材が取り付けられる導電片と、を有し、
   前記導電片は、前記イオン供給部材の取付位置より前記延伸方向の一方側に絶縁部を有し、
   前記正極延出片は、前記導電片における前記絶縁部又は該絶縁部より前記延伸方向の一方側の部位と接続されると共に、前記負極延出片は、前記イオン供給部材又は前記導電片における前記絶縁部より前記延伸方向の他方側の部位と接続される、蓄電素子。

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