JP7108052B2

JP7108052B2 - 蓄電素子及び蓄電素子の製造方法

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Publication number: JP7108052B2
Application number: JP2020565508A
Authority: JP
Inventors: 友章西野
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2020-09-24
Publication date: 2022-07-27
Anticipated expiration: 2040-09-24
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Description

本発明は、蓄電素子及び蓄電素子の製造方法に関する。

蓄電素子として、例えば特開２０１２－３８７０２号公報で提案されているように、正極と負極とを交互に積層してなる電極体を有する、積層型電池や巻回型電池が広く普及している。このような蓄電素子では、外装体の内部に電極体及び電解液が収容されている。電極体の正極及び負極と電解液とが接触していることで、電解液を介して正極と負極との間をリチウムイオン等のイオンが移動することができる。このイオンの移動によって、蓄電素子を充電及び放電することができる。

ところで、蓄電素子を長期間にわたって使用していると、外装体の内部に収容された電解液が分解されて、電解液の量が減少してしまう。電解液の減少により電解液が正極と負極との間を満たしていない部分が生じると、その部分では正極と負極との間をイオンが移動できず、蓄電素子を充電及び放電することができない。すなわち、正極と負極との間を満たす量以上の量の電解液が外装体の内部に収容されていないと、蓄電素子の使用を続けるにつれて、蓄電素子の容量が低下してしまう。

しかしながら、過剰な量の電解液が外装体の内部に収容されていると、電解液によって電極体と外装体との間の距離が拡がってしまう。電極体と外装体との間の距離が拡がると、蓄電素子の体積エネルギー密度が低下してしまう。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、蓄電素子の体積エネルギー密度の悪化を抑制しながら、容量の低下を抑制することを目的とする。

本発明の蓄電素子は、
第１外装材及び第２外装材を含む外装体と、
前記第１外装材と前記第２外装材との間に形成される収容空間に収容された電極体及び電解液と、を備え、
前記電極体は、第１方向に積層された複数の第１電極及び複数の第２電極と、前記第１方向に隣り合う前記第１電極と前記第２電極との間に配置され且つ空隙を含む絶縁シートと、を有し、
前記第１電極は、第１電極集電体と、前記第１電極集電体の少なくとも一方の面上に設けられ且つ空隙を含む第１電極活物質を含む第１電極活物質層と、を有し、
前記第２電極は、第２電極集電体と、前記第２電極集電体の少なくとも一方の面上に設けられ且つ空隙を含む第２電極活物質を含む第２電極活物質層と、を有し、
前記収容空間に収容された前記電解液の総体積は、前記絶縁シートに含まれる空隙、前記第１電極活物質層に含まれる空隙、及び前記第２電極活物質層に含まれる空隙の総容積の１０５％以上１６０％以下である。

本発明の蓄電素子において、前記第１電極活物質層に含まれる空隙と前記第２電極活物質層に含まれる空隙との総容積の、前記絶縁シートに含まれる空隙の総容積に対する比は、１以上１０以下であってもよい。

本発明の蓄電素子において、
前記第１外装材と前記第２外装材とは、接合部において接合されており、
平面視における前記接合部と前記電極体との間の前記第１方向に直交する方向に沿った距離は、３ｍｍ以上１５ｍｍ以下であってもよい。

本発明の蓄電素子において、平面視における前記収容空間の面積の、平面視における前記電極体の面積に対する比が、１．０１以上２．０以下であってもよい。

本発明の蓄電素子において、前記第１電極集電体と前記第２電極集電体との間に存在する前記電解液の体積は、前記収容空間に収容された前記電解液の総体積の４０％以上９５％以下であってもよい。

本発明の蓄電素子において、
前記第１電極は、第１電極集電体と、前記第１電極集電体の少なくとも一方の面上に設けられ第１電極活物質を含む第１電極活物質層と、を有し、
前記第１電極活物質層は、リン酸鉄リチウムを含んでもよい。

本発明の蓄電素子において、前記電極体の前記第１方向を法線方向とする面の面積は、８０ｃｍ^２以上４７００ｃｍ^２以下であってもよい。

本発明の蓄電素子において、前記電極体の前記第１方向に沿った厚さは、０．２５ｍｍ以上９．５ｍｍ以下であってもよい。

本発明の蓄電素子において、前記第１外装材及び前記第２外装材は、周縁の接合部において接合していてもよい。

本発明の蓄電素子の製造方法は、上述したいずれかの蓄電素子の製造方法であって、
前記収容空間に前記電極体を配置する工程と、
前記収容空間に前記電解液を注入する工程と、を備え、
前記電解液を注入する工程において、前記電解液は、前記絶縁シートに含まれる空隙、前記第１電極活物質層に含まれる空隙、及び前記第２電極活物質層に含まれる空隙の総容積の１０５％以上１６０％以下の量を前記収容空間に注入される。

本発明によれば、蓄電素子の体積エネルギー密度の悪化を抑制しながら、容量の低下を抑制することができる。

図１は、蓄電素子を示す斜視図である。図２は、蓄電素子を示す平面図である。図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。図４は、電極体を示す平面図である。図５は、絶縁シートを省いた電極体を示す平面図である。図６は、電極体の一部を拡大して示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺及び縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張していることがある。

また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件ならびにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。

図１乃至図６は、本発明による蓄電素子の一実施の形態を説明するための図である。図１は、蓄電素子１の一具体例を示す斜視図である。また、図２は、平面視における蓄電素子１を示している。なお、本明細書において、平面視とは、平板状や偏平状の部材をその部材のシート面の法線方向から観察することをいう。具体的には、本実施の形態では、対象となる部材を厚さ方向である第１方向ｄ１から観察することを意味している。図１及び図２に示すように、蓄電素子１は、外装体７と、外装体７によって形成された収容空間７ａに収容された電極体５及び電解液と、電極体５に接続されて外装体７の内部から外部へと延び出したタブ６と、を有している。図３は、図１の蓄電素子１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。図３に示すように、電極体５は、第１方向ｄ１に積層された複数の第１電極１０及び複数の第２電極２０を有している。

図１及び図２に示された例において、蓄電素子１は、全体的に厚さ方向である第１方向ｄ１に薄い偏平形状を有しており、長手方向となる第２方向ｄ２と短手方向となる第３方向ｄ３に広がっている。第１方向ｄ１、第２方向ｄ２及び第３方向ｄ３は、互いに非平行であり、図示された例では、互いに直交している。図２に示された蓄電素子１における平面視とは、後に参照する図４及び図５における電極体５における平面視と同様に、第１方向ｄ１に沿った方向からの観察を意味している。

図２に示す蓄電素子１の平面図において、蓄電素子１の大きさ、より詳しくは蓄電素子１の外装体７の大きさ、すなわち平面視における蓄電素子１の面積を、例えば１００ｃｍ^２以上５０００ｃｍ^２以下とすることができる。また、蓄電素子１の外周の長さを、例えば４０ｃｍ以上３００ｃｍ以下とすることができる。蓄電素子１の厚さ、すなわち第１方向ｄ１に沿った長さを、０．３ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。蓄電素子１の重さを、例えば０．０６ｋｇ以上４．００ｋｇ以下とすることができる。図示された外装体７は、平面視において矩形形状を有している。外装体７の第２方向ｄ２と平行な長辺に沿った長さを１０ｃｍ以上１００ｃｍ以下とすることができる。外装体７の第３方向ｄ３と平行な長辺に沿った長さを１０ｃｍ以上５０ｃｍ以下とすることができる。

このように大型で偏平形状となっている蓄電素子１は、高さに制限のある狭いスペースにも設置することができる。また、偏平形状の蓄電素子１を撓ませて湾曲させることもできる。さらに、大型で偏平形状となっている蓄電素子１は、容易に積層させることができる。複数の蓄電素子１を積層させてユニットとすることで、容易に大容量の蓄電素子ユニットを形成することができる。加えて、蓄電素子ユニットの放熱性も優れたものとすることができる。

以下において、蓄電素子１が積層型のリチウムイオン二次電池である例について説明する。この例において、第１電極１０は正極１０Ｘを構成し、第２電極２０は負極２０Ｙを構成するものとする。ただし、以下に説明する作用効果の記載からも理解され得るように、ここで説明する一実施の形態は、リチウムイオン二次電池に限定されることなく、第１電極１０及び第２電極２０を第１方向ｄ１に交互に積層してなる蓄電素子１に広く適用され得る。また、蓄電素子１は積層型電池に限らず、例えば巻回型電池であってもよい。蓄電素子１が巻回型電池である場合でも、第１電極１０及び第２電極２０が第１方向ｄ１に積層される。

以下、蓄電素子１の各構成要素について説明する。

まず、電極体５について説明する。図３に示すように、電極体５は、第１方向ｄ１に沿って交互に積層された正極１０Ｘ（第１電極１０）及び負極２０Ｙ（第２電極２０）と、正極１０Ｘと負極２０Ｙとの間に配置された絶縁シート３０と、を有している。図示された例において、絶縁シート３０は、電極体５の最も一側及び最も他側にも配置されている。電極体５は、例えば板状の正極１０Ｘ及び負極２０Ｙを合計で２０枚以上含んでいる。電極体５は、全体的に偏平形状を有し、第１方向ｄ１への厚さが薄く、第１方向ｄ１に非平行な第２方向ｄ２及び第３方向ｄ３に広がっている。電極体５の大きさ、すなわち平面視における面積を、例えば８０ｃｍ^２以上４７００ｃｍ^２以下とすることができる。また、電極体５の厚さ、すなわち第１方向ｄ１に沿った電極体５の長さを、例えば０．２５ｍｍ以上９．５ｍｍ以下とすることができる。

図４は、電極体５の平面図である。図５は、絶縁シート３０を除いた状態で、図４に示された電極体５を示した平面図である。図４及び図５に示された非限定的な例において、正極１０Ｘ及び負極２０Ｙは、略長方形形状の外輪郭を有している板状の電極である。第１方向ｄ１に非平行な第２方向ｄ２が、正極１０Ｘ及び負極２０Ｙの長手方向であり、第１方向ｄ１及び第２方向ｄ２の両方に非平行な第３方向ｄ３が、正極１０Ｘ及び負極２０Ｙの短手方向（幅方向）である。図３及び図４に示されているように、正極１０Ｘ及び負極２０Ｙは、第２方向ｄ２にずらして配置されている。より具体的には、複数の正極１０Ｘは、第２方向ｄ２における一側に寄って配置され、複数の負極２０Ｙは、第２方向ｄ２における他側に寄って配置されている。図４に示すように、正極１０Ｘ及び負極２０Ｙは、第２方向ｄ２における中央において、第１方向ｄ１に重なり合っている。

図４及び図５に示された例において、負極２０Ｙは、正極１０Ｘより、第３方向ｄ３の一側及び他側に延び出ている。正極１０Ｘ及び負極２０Ｙの厚さ、すなわち第１方向ｄ１に沿った正極１０Ｘ及び負極２０Ｙの長さを、例えば８０μｍ以上２５０μｍ以下とすることができる長手方向、すなわち第２方向ｄ２に沿った正極１０Ｘ及び負極２０Ｙの長さを、例えば９５ｍｍ以上９５０ｍｍ以下とすることができる。短手方向、すなわち第３方向ｄ３に沿った正極１０Ｘ及び負極２０Ｙの長さ（幅）を、例えば９５ｍｍ以上４５０ｍｍ以下とすることができる。

次に、正極１０Ｘ（第１電極１０）について説明する。図３に示されているように、正極１０Ｘ（第１電極１０）は、正極集電体１１Ｘ（第１電極集電体１１）と、正極集電体１１Ｘ上に設けられ正極活物質を含む正極活物質層１２Ｘ（第１電極活物質層１２）と、を有している。リチウムイオン二次電池において、正極１０Ｘは、放電時にリチウムイオンを吸蔵し、充電時にリチウムイオンを放出する。

図３に示すように、正極集電体１１Ｘは、互いに対向する第１面１１ａ及び第２面１１ｂを主面として有している。正極活物質層１２Ｘは、正極集電体１１Ｘの第１面１１ａ及び第２面１１ｂの両側の面上に形成されている。具体的には、正極集電体１１Ｘの第１面１１ａ又は第２面１１ｂが、電極体５に含まれる電極板１０，２０のうちの積層方向である第１方向ｄ１における最外方に位置する場合、正極集電体１１Ｘの最外方側となる面には正極活物質層１２Ｘが設けられない。この正極集電体１１Ｘの位置に依存した正極活物質層１２Ｘの有無を除き、電極体５に含まれる複数の正極１０Ｘは、正極集電体１１Ｘの両側に正極活物質層１２Ｘを有し、互いに同一に構成され得る。

正極集電体１１Ｘ及び正極活物質層１２Ｘは、蓄電素子１（リチウムイオン二次電池）に適用され得る種々の材料を用いて種々の製法により、作製され得る。一例として、正極集電体１１Ｘは、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性を有する金属、とりわけアルミニウム箔によって形成され得る。正極集電体１１Ｘの厚さは、特に限定されないが、１μｍ以上５０μｍ以下が好ましく、５μｍ以上２０μｍ以下がより好ましい。正極集電体１１Ｘの厚さが１μｍ以上５０μｍ以下であると、正極集電体１１Ｘの取り扱いが容易になるとともに、蓄電素子１の体積エネルギー密度の低下を抑制できる。正極活物質層１２Ｘは、例えば、正極活物質、導電助剤、バインダーとなる結着剤を含んでいる。正極活物質層１２Ｘは、正極活物質、導電助剤及び結着剤を溶媒に分散させてなる正極用スラリーを、正極集電体１１Ｘをなす材料上に塗工して固化させることで、作製され得る。このような正極活物質層１２Ｘは、図６に示すように、空隙１５を含んで形成される。

正極活物質として、例えば、一般式ＬｉＭ_ｘＯ_ｙ（ただし、Ｍは金属であり、ｘ及びｙは金属Ｍと酸素Ｏの組成比である）で表される金属酸リチウム化合物が用いられる。金属酸リチウム化合物の具体例として、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム等が例示され得る。または、正極活物質として、一般式ＬｉＭＰＯ_４（ただし、Ｍは金属である）で表されるリン酸金属リチウム化合物が用いられてもよい。リン酸金属リチウム化合物の具体例として、リン酸鉄リチウム、リン酸マンガンリチウム、リン酸コバルトリチウム等が例示され得る。さらに、正極活物質として、リチウム以外の金属を複数使用したものを使用してもよく、三元系と呼ばれるＮＣＭ（ニッケルコバルトマンガン）系酸化物、ＮＣＡ（ニッケルコバルトアルミニウム）系酸化物等を使用してもよい。正極活物質として、これらの物質を１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよいが、リン酸鉄リチウムが好ましい。正極活物質層１２Ｘが含む正極活物質がリン酸鉄リチウムである場合、サイクル特性に優れた長寿命な蓄電素子とすることができる。すなわち、蓄電素子１を長期間にわたって使用することができる。正極活物質は、特に限定されないが、その平均粒子径が０．５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上３０μｍ以下であることがより好ましい。なお、平均粒子径は、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布において、体積積算が５０％での粒径（Ｄ５０）を意味する。正極活物質層における正極活物質の含有量は、正極活物質層全量基準で、５０質量％以上９８．５質量％以下が好ましく、６０質量％以上９８質量％以下がより好ましい。

正極用バインダーとなる結着剤の具体例としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリフッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶｄＦ－ＨＦＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素含有樹脂、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のアクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリ（メタ）アクリル酸、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ヒドロキシエチルセルロース、及びポリビニルアルコール等が挙げられる。これらバインダーは、１種単独で使用されてもよいし、２種以上が併用されてもよい。また、カルボキシメチルセルロース等は、ナトリウム塩等の塩の態様にて使用されていてもよい。これらのなかでは、フッ素含有樹脂が好ましく、中でもポリフッ化ビニリデンがより好ましい。正極活物質層１２Ｘにおけるバインダーの含有量は、正極活物質層１２Ｘの全量基準で、０．５質量％以上であることが好ましく、０．５質量％以上２０質量％以下であることがより好ましく、１．０質量％以上１０質量％以下がさらに好ましい。

導電助剤は、正極活物質や負極活物質よりも導電性が高い材料が使用され、具体的には、ケッチェンブラック、アセチレンブラック（ＡＢ）等のカーボンブラック、カーボンナノチューブ、棒状カーボン等の炭素材料等が挙げられる。導電助剤は１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。正極活物質層において、導電助剤が含有される場合、導電助剤の含有量は、正極活物質層全量基準で、０．５質量％以上１５質量％以下であることが好ましく、１．０質量％以上９質量％以下であることがより好ましい。

なお、正極活物質層１２Ｘは、本発明の効果を損なわない範囲内において、正極活物質、導電助剤、及びバインダー以外の他の任意成分を含んでもよい。ただし、正極活物質層１２Ｘの総質量のうち、正極活物質、導電助剤、及びバインダーの総含有量は、９０質量％以上であることが好ましく、９５質量％以上であることがより好ましい。正極活物質層１２Ｘの厚さ（正極活物質層１２Ｘが複数ある場合は各々の厚さ）は、特に限定されないが、１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上８０μｍ以下がより好ましい。

図５に示すように、正極集電体１１Ｘ（第１電極集電体１１）は、第１接続領域ａ１及び第１電極領域ｂ１を有している。正極活物質層１２Ｘ（第１電極活物質層１２）は、正極集電体１１Ｘの第１電極領域ｂ１のみに積層されている。第１接続領域ａ１及び第１電極領域ｂ１は、第２方向ｄ２に配列されている。第１接続領域ａ１は、第１電極領域ｂ１よりも第２方向ｄ２における一側（図５における左側）に位置している。すなわち、第１接続領域ａ１は、第２方向ｄ２の端部に位置している。複数の正極集電体１１Ｘは、図５に示すように、第１接続領域ａ１において、抵抗溶接や超音波溶接、テープによる貼着、融着等によって互いに接合され、互いに電気的に接続している。

図示された例では、一つのタブ６が、第１接続領域ａ１において正極集電体１１Ｘに電気的に接続している。タブ６は、電極体５から第２方向ｄ２に延び出している。一方、図５に示すように、第１電極領域ｂ１は、負極２０Ｙの後述する負極活物質層２２Ｙに対面する領域の内側に位置している。そして、第３方向ｄ３に沿った正極１０Ｘの幅は、第３方向ｄ３に沿った負極２０Ｙの幅よりも狭くなっている。このような第１電極領域ｂ１の配置により、負極活物質層２２Ｙからのリチウムの析出を防止することができる。

次に、負極２０Ｙ（第２電極２０）について説明する。負極２０Ｙ（第２電極２０）は、負極集電体２１Ｙ（第２電極集電体２１）と、負極集電体２１Ｙ上に設けられ負極活物質を含む負極活物質層２２Ｙ（第２電極活物質層２２）と、を有している。リチウムイオン二次電池において、負極２０Ｙは、放電時にリチウムイオンを放出し、充電時にリチウムイオンを吸蔵する。

図３に示すように、負極集電体２１Ｙは、互いに対向する第１面２１ａ及び第２面２１ｂを主面として有している。負極活物質層２２Ｙは、負極集電体２１Ｙの第１面２１ａ及び第２面２１ｂの少なくとも一方の面上に形成される。具体的には、負極集電体２１Ｙの第１面２１ａ又は第２面２１ｂが、電極体５に含まれる電極板１０，２０のうちの積層方向である第１方向ｄ１における最外方に位置する場合、負極集電体２１Ｙの最外方側となる面には負極活物質層２２Ｙが設けられない。この負極集電体２１Ｙの位置に依存した負極活物質層２２Ｙの有無を除き、電極体５に含まれる複数の負極２０Ｙは、負極集電体２１Ｙの両側に設けられた一対の負極活物質層２２Ｙを有し、互いに同一に構成され得る。

負極集電体２１Ｙ及び負極活物質層２２Ｙは、蓄電素子１（リチウムイオン二次電池）に適用され得る種々の材料を用いて種々の製法により、作製され得る。一例として、負極集電体２１Ｙは、例えば銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性を有する金属、とりわけ銅箔によって形成される。負極集電体２１Ｙの厚さは、特に限定されないが、１μｍ以上５０μｍ以下が好ましく、５μｍ以上２０μｍ以下がより好ましい。負極集電体２１Ｙの厚さが１μｍ以上５０μｍ以下であると、負極集電体２１Ｙの取り扱いが容易になるとともに、蓄電素子１の体積エネルギー密度の低下を抑制できる。負極活物質層２２Ｙは、例えば、炭素材料からなる負極活物質、及び、バインダーとして機能する結着剤を含んでいる。負極活物質層２２Ｙは、例えば、炭素粉末や黒鉛粉末、スズ化合物とシリコンと炭素の複合体、リチウム等からなる負極活物質とポリフッ化ビニリデンのような結着剤とを溶媒に分散させてなる負極用スラリーを、負極集電体２１Ｙをなす材料上に塗工して固化することで、作製され得る。このような負極活物質層２２Ｙは、図６に示すように、空隙２５を含んで形成される。

負極活物質としては、炭素材料が好ましく、中でもグラファイトがより好ましい。負極活物質として、これらの物質を１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。負極活物質は、特に限定されないが、その平均粒子径が０．５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上３０μｍ以下であることがより好ましい。負極活物質層２２Ｙにおける負極活物質の含有量は、負極活物質層２２Ｙの全量基準で、５０質量％以上９８．５質量％以下が好ましく、６０質量％以上９８質量％以下がより好ましい。

負極用バインダーとなる結着剤の具体例としては、正極用バインダーの具体例と同様であり、これらバインダーは、１種単独で使用されてもよいし、２種以上が併用されてもよい。また、カルボキシメチルセルロース等は、ナトリウム塩等の塩の態様にて使用されていてもよい。これらのなかでは、フッ素含有樹脂が好ましく、中でもポリフッ化ビニリデンがより好ましい。負極活物質層２２Ｙにおけるバインダーの含有量は、負極活物質層２２Ｙの全量基準で、０．５質量％以上であることが好ましく、０．５質量％以上２０質量％以下であることがより好ましく、１．０質量％以上１０質量％以下がさらに好ましい。

負極活物質層２２Ｙは、導電助剤を含有してもよい。導電助剤の具体例は、正極活物質層１２Ｘの場合と同じものが挙げられる。導電助剤は１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。負極活物質層において、導電助剤が含有される場合、導電助剤の含有量は、負極活物質層全量基準で、１質量％以上３０質量％以下であることが好ましく、２質量％以上２５質量％以下であることがより好ましい。

なお、負極活物質層２２Ｙにおいて、本発明の効果を損なわない範囲内において、負極活物質、導電助剤、及びバインダー以外の他の任意成分を含んでもよいことは、正極活物質層１２Ｘの場合と同じであり、その含有量も同様である。負極活物質層２２Ｙの厚さ（負極活物質層２２Ｙが複数ある場合は各々の厚さ）は、特に限定されないが、１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上８０μｍ以下がより好ましい。

図５に示すように、負極集電体２１Ｙ（第２電極集電体２１）は、第２接続領域ａ２及び第２電極領域ｂ２を有している。負極活物質層２２Ｙ（第２電極活物質層２２）は、負極集電体２１Ｙの第２電極領域ｂ２のみに積層されている。第２接続領域ａ２及び第２電極領域ｂ２は、第２方向ｄ２に配列されている。第２接続領域ａ２は、第２電極領域ｂ２よりも第２方向ｄ２における他側（図５における右側）に位置している。すなわち、第２接続領域ａ２は、第２方向ｄ２の端部に位置している。複数の負極集電体２１Ｙは、図５に示すように、第２接続領域ａ２において、抵抗溶接や超音波溶接、テープによる貼着、融着等によって互いに接合され、互いに電気的に接続している。図示された例では、正極集電体１１Ｘに接続したタブとは別のタブ６が、第２接続領域ａ２において負極集電体２１Ｙに電気的に接続している。タブ６は、電極体５から第２方向ｄ２の他側に延び出している。

既に説明したように、正極１０Ｘの第１電極領域ｂ１は、負極２０Ｙの第２電極領域ｂ２に対面する領域の内側に位置している（図５参照）。すなわち、第２電極領域ｂ２は、正極１０Ｘの正極活物質層１２Ｘに対面する領域を内包する領域に広がっている。第３方向ｄ３に沿った負極２０Ｙの幅は、第３方向ｄ３に沿った正極１０Ｘの幅よりも広くなっている。とりわけ、負極２０Ｙの第３方向ｄ３における一側端部２０ａは、正極１０Ｘの第３方向ｄ３における一側端部１０ａよりも、第３方向ｄ３における一側に位置し、且つ、負極２０Ｙの第３方向ｄ３における他側端部２０ｂは、正極１０Ｘの第３方向ｄ３における他側端部１０ｂよりも、第３方向ｄ３における他側に位置している。

次に、絶縁シート３０について説明する。図６は、電極体５の一部を拡大して示している。図６に示すように、絶縁シート３０は、例えば第１方向ｄ１に隣り合う任意の二つの電極１０，２０の間に位置している。正極１０Ｘ（第１電極１０）及び負極２０Ｙ（第２電極２０）の間に位置する絶縁シート３０は、正極１０Ｘ及び負極２０Ｙが接触しないように離間させている。電極体５の第１方向ｄ１の最も一側及び最も他側に配置されている絶縁シート３０は、電極体５の表面の一部を形成しており、電極１０，２０が外部の部材と接触しないように離間させている。絶縁シート３０は、絶縁性を有しており、正極１０Ｘ及び負極２０Ｙの接触による短絡を防止する。このような絶縁シート３０の第１方向ｄ１における長さ、すなわち厚さは、例えば０．０１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下である。なお、絶縁シート３０の第１方向ｄ１における長さは、絶縁シート３０に含まれる後述する空隙３５に電解液を含浸させた状態での長さである。

図４及び図５に示されている例では、絶縁シート３０は、第２方向ｄ２及び第３方向ｄ３に延びる矩形形状である。また、絶縁シート３０は、平面視において、正極１０Ｘの正極活物質層１２Ｘの全領域及び負極２０Ｙの負極活物質層２２Ｙの全領域を覆うように広がっている。

絶縁シート３０は、大きなイオン透過度(透気度)、所定の機械的強度、および、電解液、正極活物質、負極活物質等に対する耐久性を有していることが好ましい。このような絶縁シート３０として、例えば、絶縁性の材料によって形成された多孔質体や不織布等を用いることができる。すなわち、絶縁シート３０は、図６に示すように、その内部に空隙３５を含んでいる。より具体的には、絶縁シート３０として、融点が８０～１４０℃程度の熱可塑性樹脂からなる多孔フィルムを用いることができる。熱可塑性樹脂として、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン系ポリマー、またはポリエチレンテレフタレートを採用することができる。外装体７の収容空間７ａには、電極体５とともに電解液が封入される。電解液が、多孔質体や不織布からなる絶縁シート３０に含浸することで、絶縁シート３０を間に配置した電極１０，２０の電極活物質層１２，２２が電解液に接触した状態に維持される。電解液を介してイオンが移動することで、電極１０，２０において電極活物質層１２，２２と電解液とが反応して、蓄電素子１が電力を供給することができる。

一例として、絶縁シート３０は、絶縁性微粒子と絶縁シート用バインダーとを含み、絶縁性微粒子が絶縁シート用バインダーによって結着されて構成されている。絶縁性微粒子は、絶縁性であれば特に限定されず、有機粒子、無機粒子の何れであってもよい。具体的な有機粒子としては、例えば、架橋ポリメタクリル酸メチル、架橋スチレン－アクリル酸共重合体、架橋アクリロニトリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリ（２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸リチウム）、ポリアセタール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂等の有機化合物から構成される粒子が挙げられる。無機粒子としては二酸化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、ベーマイト、チタニア、ジルコニア、窒化ホウ素、酸化亜鉛、二酸化スズ、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、フッ化カリウム、フッ化リチウム、クレイ、ゼオライト、炭酸カルシウム等の無機化合物から構成される粒子が挙げられる。また、無機粒子は、ニオブ－タンタル複合酸化物、マグネシウム－タンタル複合酸化物等の公知の複合酸化物から構成される粒子であってもよい。絶縁性微粒子は１種を単独で用いてもよいし、複数種を併用してもよい。絶縁性微粒子の平均粒子径は、絶縁シート３０の厚さよりも小さければ特に限定されず、例えば０．００１μｍ以上１μｍ以下、好ましくは０．０５μｍ以上０．８μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以上０．６μｍ以下である。絶縁シート３０に含有される絶縁性微粒子の含有量は、絶縁シート３０の全量基準で、好ましくは１５質量％以上９５質量％以下、より好ましくは４０質量％以上９０質量％以下、更に好ましくは６０質量％以上８５質量％以下である。絶縁性微粒子の含有量が上記範囲内であると、絶縁シート３０は、均一な多孔質構造が形成でき、かつ適切な絶縁性が付与される。絶縁シート用バインダーとしては、上記した正極用バインダーと同種のものが使用できる。絶縁シート３０における絶縁シート用バインダーの含有量は、絶縁シート３０の全量基準で、５質量％以上５０質量％以下であることが好ましく、１０質量％以上４５質量％以下がより好ましく、１５質量％以上４０質量％以下が更に好ましい。

蓄電素子１の収容空間７ａに電解液が収容されていることで、絶縁シート３０に含まれる空隙３５、正極活物質層１２Ｘ（第１電極活物質層１２）に含まれる空隙１５、および負極活物質層２２Ｙ（第２電極活物質層２２）に含まれる空隙２５に電解液が含浸して、電極集電体１１，２１の間に電解液が存在している。充電及び放電のサイクルに伴い、電解液は正極活物質層１２Ｘ（第１電極活物質層１２）に含まれる空隙１５内および負極活物質層２２Ｙ（第２電極活物質層２２）に含まれる空隙２５内で分解されてしまう。電解液が分解されてしまうと、正極活物質層１２Ｘ（第１電極活物質層１２）に含まれる空隙１５および負極活物質層２２Ｙ（第２電極活物質層２２）に含まれる空隙２５に、絶縁シート３０に含まれる空隙３５に含浸した電解液が移動して補給される。なお、絶縁シート３０に含まれる空隙３５には、蓄電素子１の電極体５外の収容空間７ａから電解液が移動して補給される。従って、正極活物質層１２Ｘ（第１電極活物質層１２）に含まれる空隙１５と負極活物質層２２Ｙ（第２電極活物質層２２）に含まれる空隙２５との総容積の、絶縁シート３０に含まれる空隙３５の総容積に対する比は、適切な値となっていることが望まれる。具体的には、正極活物質層１２Ｘ（第１電極活物質層１２）の空隙１５と負極活物質層２２Ｙ（第２電極活物質層２２）の空隙２５との総容積の、絶縁シート３０に含まれる空隙３５の総容積に対する比は、１以上１０以下となることが好ましく、２以上８以下となることがより好ましい。

次に、タブ６について説明する。タブ６は、蓄電素子１における端子として機能する。図３乃至図５に示すように、電極体５の正極１０Ｘ（第１電極１０）に一方（第２方向ｄ２の一側）のタブ６が電気的に接続している。同様に、電極体５の負極２０Ｙ（第２電極２０）に他方（第２方向ｄ２の他側）のタブ６が電気的に接続している。図１及び図３に示すように、一対のタブ６は、外装体７の内部である収容空間７ａから、外装体７の外部へと第２方向ｄ２に延び出している。タブ６の外装体７の外部に延びている部分の第２方向ｄ２に沿った長さは、例えば１０ｍｍ以上２５ｍｍ以下である。

なお、図３に示すように、タブ６は、後述する外装体７が有する第１外装材４０と第２外装材５０との間、より詳しくは第１外装材４０の第１シーラント層４２と第２外装材５０の第２シーラント層５２との間を通過する。

タブ６は、アルミニウム、銅、ニッケル、ニッケルメッキ銅等を用いて板状または短冊状に形成され得る。タブ６の厚みは、例えば０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。また、タブ６の幅、すなわち第３方向ｄ３に沿ったタブ６の長さは、一定となっている。

タブ６上には、シール部４が設けられている。シール部４は、タブ６の第２方向ｄ２における中間部において、タブ６を周囲から取り囲んでいる。シール部４は、外装体７に溶着しており、タブ６と外装体７との間を封止している。シール部４は、タブ６と外装体７との間の接触、特にタブ６と外装体７における後述の金属層４１，５１との接触を効果的に防止する。シール部４の材料としては、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、低密度ポリエチレン、アイオノマー、エチレン・酢酸ビニル共重合体等を挙げることができる。シール部４の厚みを、例えば０．０５ｍｍ以上０．４ｍｍ以下とすることができる。

次に、外装体７について説明する。外装体７は、電極体５及び電解液を封止するための包装体である。図３に示すように、外装体７は、電極体５を収容するための収容空間７ａを形成している。外装体７は、電極体５及び電解液をその内部の収容空間７ａに収容して密閉する。

収容空間７ａは、電極体５を収容することができるよう、電極体５の寸法以上の寸法となっている。一方、蓄電素子１の体積エネルギー密度を高くするため、収容空間７ａは、小さくなっていることが好ましい。ここで、体積エネルギー密度とは、蓄電素子が占める体積あたりの当該蓄電素子が供給可能な電力量（容量）のことを意味する。このため、外装体７は、少なくとも第１方向ｄ１においては収容している電極体５に接していることが好ましい。収容空間７ａは、収容される電極体５の形状に合わせた形状となるよう、形成されている。図示された例では、収容空間７ａは、略直方体形状となっている。収容空間７ａは、例えば、第１方向ｄ１に沿った長さが０．２５ｍｍ以上９．５ｍｍ以下であり、第２方向ｄ２に沿った長さが９５ｍｍ以上９９０ｍｍ以下であり、第３方向ｄ３に沿った長さが９５ｍｍ以上４９０ｍｍ以下である。

収容空間７ａは、収容される電極体５の形状に合わせた形状であることが好ましいが、電極１０，２０の間に存在する電解液以外の余剰の電解液を収容可能にするように、電極体５よりわずかに大きいことが好ましい。電極１０，２０の間に存在する電解液の量は、平面視における電極体５の面積に応じて変動し得る。適切な量の電解液を収容し得るようにする観点から、平面視における収容空間７ａの面積の、平面視における電極体５の面積に対する比は、１．０１以上２．０以下であることが好ましく、１．０１以上１．５以下であることがより好ましい。

収容空間７ａは、電極１０，２０の間の絶縁シート３０に電解液が含浸されて電極１０，２０の電極活物質層１２，２２が電解液に接触した状態に維持されるよう、十分な量の電解液を収容可能となっている。具体的には、適切な量の電解液を収容し得るようにする観点から、収容空間７ａに収容された電解液の総体積は、絶縁シート３０に含まれる空隙３５の総容積の１０５％以上１６０％以下となっており、好ましくは１０５％以上１５０％以下となっている。また、第１電極集電体１１と第２電極集電体２１との間に存在する電解液の体積は、収容空間７ａに収容された電解液の総体積の４０％以上９５％以下となっていることが好ましく、５５％以上９２％以下となっていることがより好ましい。なお、第１電極集電体１１と第２電極集電体２１との間に存在する電解液とは、第１電極活物質層１２に含まれる空隙と、第２電極活物質層２２に含まれる空隙と、絶縁シート３０に含まれる空隙と、に含浸している電解液の合計をさす。また、第１電極集電体１１と第２電極集電体２１との間に存在する電解液の量は、例えば、放電状態にて蓄電素子１の外装材を切開して電極体５を取り出し、電極体５の表面に付着した電解液を拭き取った後、電極体５から遠心分離により電解液を分離することで、測定することができる。

また、外装体７は、第１外装材４０と、第２外装材５０と、を有している。図２によく示されているように、第１外装材４０と第２外装材５０とがそれぞれの周縁の接合部６０において接合されていることで、収容空間７ａが形成されている。とりわけ、図２に示された例では、第１外装材４０及び第２外装材５０は、互いに対向して配置され、接合部６０において接合されている。第１外装材４０と第２外装材５０とは、例えば接着性を有する接着層によって接合されていてもよいし、溶着されることによって接合されていてもよい。接着層によって接合される場合、接着層は、接着性に加え、絶縁性、耐薬品性、熱可塑性等を有していることが好ましく、例えば、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、低密度ポリエチレン、アイオノマー、エチレン・酢酸ビニル共重合体等を用いることができる。このような第１外装材４０及び第２外装材５０の厚さを、例えば０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下とすることができる。

図２から理解されるように、接合部６０と電極体５とは、離間している。接合部６０と電極体５とが離間していることで、収容空間７ａに電極１０，２０の間に存在する電解液以外の余剰の電解液を収容するための隙間を形成することができる。図２に示された平面視における接合部６０と電極体５との間の第１方向ｄ１に直交する方向に沿った距離Ｌは、３ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることがより好ましい。なお、平面視における接合部６０と電極体５との間の距離Ｌとは、平面視における外装体７の周縁の各位置から外装体の接合部６０までの第１方向に直交する方向に沿った最小長さの最大値のことである。

なお、第１外装材４０と第２外装材５０とは、それぞれ別の部材であってもよいが、一体化している部材であってもよい。すなわち、第１外装材４０及び第２外装材５０は、１つのシート状の部材の一部及び他の一部であってもよい。この場合、第１外装材４０と第２外装材５０とが接続されている部分以外の部分（縁部）において第１外装材４０と第２外装材５０とが接合されることで、収容空間７ａが形成される。

図３によく示されているように、第１外装材４０は、電極体５を収容可能な十分な大きさの収容空間７ａを形成するため、第１外装材４０の周縁から膨出した膨出部４７を含んでいる。膨出部４７は、第１外装材４０の周縁によって取り囲まれて、第２外装材５０から離間する向きに膨出している。膨出部４７は、第１外装材４０の中央部に位置している。一方、図示された例では、第２外装材５０は、膨出部を含んでおらず、平坦になっている。

しかしながら、図示された例に限らず、第１外装材４０は膨出部を含んでおらず、第２外装材５０が収容空間７ａを形成するための膨出部を含んでいてもよい。さらには、第１外装材４０及び第２外装材５０の両方が、収容空間７ａを形成するための膨出部を含んでいてもよい。

図３に示された例において、第１外装材４０は、第１金属層４１及び第１金属層４１に積層された第１シーラント層４２を含んでいる。同様に、第２外装材５０は、第２金属層５１及び第２金属層５１に積層された第２シーラント層５２を含んでいる。第１シーラント層４２は、第１外装材４０において第２外装材５０に対面する側に設けられている。第２シーラント層５２は、第２外装材５０において第１外装材４０に対面する側に設けられている。すなわち、第１外装材４０と第２外装材５０とは、第１外装材４０の第１シーラント層４２と第２外装材５０の第２シーラント層５２とが向かい合うように配置されている。

また、図示された例では、第１外装材４０は、第１金属層４１の表面をなす、すなわち第１金属層４１の第１シーラント層４２が積層された面とは逆側の面に設けられた、絶縁性を有する第１絶縁層４３をさらに含んでいる。さらに、図示された例では、第２外装材５０は、第２金属層５１の表面をなす、すなわち第２金属層５１の第２シーラント層５２が積層された面とは逆側の面に設けられた、絶縁性を有する第２絶縁層５３をさらに含んでいる。図３に示すように、第２方向ｄ２において、第１外装材４０の第１シーラント層４２と第２外装材５０の第２シーラント層５２との間を、タブ６が通過している。タブ６のシール部４と第１シーラント層４２及び第２シーラント層５２とが溶着されることで、タブ６と外装体７との間を封止している。

第１金属層４１及び第２金属層５１は、高ガスバリア性と成形加工性を有することが好ましく、例えばアルミニウム箔やステンレス箔等を用いることができる。第１シーラント層４２及び第２シーラント層５２は、収容空間７ａに収容された電極体５と第１金属層４１及び第２金属層５１とが電気的に接続されることを防止する。第１シーラント層４２及び第２シーラント層５２は、熱可塑性を有する。熱可塑性を有する第１シーラント層４２及び第２シーラント層５２によって、第１外装材４０と第２外装材５０とを溶着によって接合することができる。第１シーラント層４２及び第２シーラント層５２としては、例えばポリプロピレン等を用いることができる。第１絶縁層４３及び第２絶縁層５３は、外部の導体と第１金属層４１及び第２金属層５１とが電気的に接続されることを防止する。第１絶縁層４３及び第２絶縁層５３は、例えば薄膜状のナイロン層である。

次に、上述した構成からなる蓄電素子１の製造方法の一例について、説明する。

まず、第１電極１０として正極１０Ｘを作製する。正極１０Ｘの正極活物質層１２Ｘを形成するために、まず、正極活物質と、正極用バインダーと、溶媒とを含む正極活物質層用組成物を用意する。正極活物質層用組成物は、必要に応じて配合される導電助剤などのその他成分を含んでもよい。正極活物質、正極用バインダー、導電助剤などは上記で説明したとおりである。正極活物質層用組成物は、スラリーとなる。

正極活物質層組成物における溶媒は、水または有機溶剤を使用する。有機溶剤の具体例としては、Ｎ－メチルピロリドン、Ｎ－エチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、及びジメチルホルムアミドから選択される１種又は２種以上が挙げられる。これらの中では、Ｎ－メチルピロリドンが好ましい。正極活物質層用組成物の固形分濃度は、好ましくは５質量％以上７５質量％以下、より好ましくは２０質量％以上６５質量％以下である。

正極活物質層１２Ｘは、上記正極活物質層用組成物を使用して公知の方法で形成すればよく、例えば、上記正極活物質層用組成物を正極集電体１１Ｘの上に塗布し、乾燥することによって形成することができる。また、正極活物質層１２Ｘは、正極活物質層用組成物を、正極集電体１１Ｘ以外の基材上に塗布し、乾燥することにより形成してもよい。正極集電体１１Ｘ以外の基材としては、公知の剥離シートが挙げられる。基材の上に形成した正極活物質層１２Ｘは、好ましくは絶縁シート３０を正極活物質層１２Ｘ上に形成した後、基材から正極活物質層１２Ｘを剥がして正極集電体１１Ｘの上に転写すればよい。正極集電体１１Ｘ又は基材の上に形成した正極活物質層１２Ｘは、好ましくは加圧プレスする。加圧プレスすることで、電極密度を高めることが可能になる。加圧プレスは、ロールプレスなどにより行えばよい。

次に、第２電極２０としての負極２０Ｙを作製する。負極２０Ｙの負極活物質層２２Ｙを形成するために、まず、負極活物質と、負極用バインダーと、溶媒とを含む負極活物質層用組成物を用意する。負極活物質層用組成物は、必要に応じて配合される導電助剤などのその他成分を含んでもよい。負極活物質、負極用バインダー、導電助剤などは上記で説明したとおりである。負極活物質層用組成物は、スラリーとなる。

負極活物質層組成物における溶媒は、正極活物質層組成物における溶媒と同様のものを用いることができ、その固形分濃度も同様である。

負極活物質層２２Ｙは、上記負極活物質層用組成物を使用して公知の方法で形成すればよく、例えば、上記負極活物質層用組成物を負極集電体２１Ｙの上に塗布し、乾燥することによって形成することができる。また、負極活物質層２２Ｙは、負極活物質層用組成物を、負極集電体２１Ｙ以外の基材上に塗布し、乾燥することにより形成してもよい。負極集電体２１Ｙ以外の基材としては、公知の剥離シートが挙げられる。基材の上に形成した負極活物質層２２Ｙは、好ましくは絶縁シート３０を負極活物質層２２Ｙ上に形成した後、基材から負極活物質層２２Ｙを剥がして負極集電体２１Ｙの上に転写すればよい。負極集電体２１Ｙ又は基材の上に形成した負極活物質層２２Ｙは、好ましくは加圧プレスする。加圧プレスすることで、電極密度を高めることが可能になる。加圧プレスは、ロールプレスなどにより行えばよい。

また、絶縁シート３０を作製する。絶縁シート３０の絶縁シート用組成物は、無機粒子と、絶縁シート用バインダーと、溶媒とを含む。絶縁シート用組成物は、必要に応じて配合されるその他の任意成分を含んでいてもよい。無機粒子、絶縁層用バインダーなどの詳細は上記で説明したとおりである。絶縁シート用組成物はスラリーとなる。溶媒としては、水又は有機溶剤を使用すればよく、有機溶剤の詳細は、正極活物質層組成物における有機溶剤と同様のものが挙げられる。絶縁シート用組成物の固形分濃度は、好ましくは５質量％以上７５質量％以下、より好ましくは１５質量％以上５０質量％以下である。

絶縁シート３０は、絶縁シート用組成物を、正極活物質層１２Ｘ若しくは負極活物質層２２Ｙの上に塗布して乾燥することによって形成することができる。絶縁シート用組成物を正極活物質層１２Ｘ若しくは負極活物質層２２Ｙの表面に塗布する方法は特に限定されず、例えば、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、バーコート法、グラビアコート法、スクリーン印刷法等が挙げられる。また、乾燥温度は、上記溶媒を除去できれば特に限定されないが、例えば４０℃以上１２０℃以下、好ましくは５０℃以上９０℃以下である。また、乾燥時間は、特に限定されないが、例えば、３０秒以上２０分以下である。

以上のようにして作製された第１電極１０（正極１０Ｘ）、絶縁シート３０、第２電極２０（負極２０Ｙ）、絶縁シート３０をこの順で繰り返し積層する。これにより、複数の第１電極１０及び第２電極２０が交互に積層され、第１電極１０及び第２電極２０の間に絶縁シート３０が配置される。電極体５が第１電極１０及び第２電極２０を合計で２０以上含むよう、第１電極１０、絶縁シート３０及び第２電極２０を積層するようにしてもよい。

積層された第１電極１０、絶縁シート３０及び第２電極２０が圧着されることで、電極体５が作製される。第１電極１０、絶縁シート３０及び第２電極２０を圧着させる具体的な方法は、プレス機などによりプレスすることで行うとよい。プレス条件は、正極活物質層１２Ｘ及び負極活物質層２２Ｙが必要以上に圧縮されない程度の条件で行うとよい。具体的には、プレス温度は、５０℃以上１３０℃以下、好ましくは６０℃以上１００℃以下であり、プレス圧力は、例えば、０．２ＭＰａ以上３ＭＰａ以下、好ましくは０．４ＭＰａ以上１．５ＭＰａ以下である。また、プレス時間は、例えば、１５秒以上１５分以下、好ましくは３０秒以上１０分以下である。

電極体５の第２方向ｄ２における一側において、第２方向ｄ２に延びるタブ６が超音波溶着等の手段によって第１電極１０と電気的に接続され、第２方向ｄ２における他側において、第２方向ｄ２に延びる別のタブ６が第２電極２０と電気的に接続される。

また、第１外装材４０及び第２外装材５０を作製する。外装材４０，５０は、例えばアルミニウム箔からなる金属層４１，５１に、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、またはポリエチレンテレフタレートからなるシーラント層４２，５２をラミネートすることで作製される。第１外装材４０及び第２外装材５０は、平板状に形成される。第１外装材４０には、例えばエンボス加工によって、膨出部４７が設けられる。

その後、電極体５を第１外装材４０及び第２外装材５０の間に配置する。第１外装材４０及び第２外装材５０は、第１シーラント層４２及び第２シーラント層５２の側が向かい合うように配置される。このとき、一方のタブ６は、第２方向ｄ２の一側において第１外装材４０及び第２外装材５０の間から外方に延び出しており、他方のタブ６は第２方向ｄ２の他方において第１外装材４０及び第２外装材５０の間から外方に延び出している。その後、第１外装材４０及び第２外装材５０を周縁において接合する。例えば第１シーラント層４２及び第２シーラント層５２の溶着によって、第１外装材４０及び第２外装材５０を接合することができる。第１シーラント層４２及び第２シーラント層５２の溶着は、例えば、第１外装材４０及び第２外装材５０を加熱加圧にすることによって、実現され得る。第１外装材４０と第２外装材５０とが縁部に位置する（周縁）の接合部６０において接合されることで、収容空間７ａが形成される。収容空間７ａには、電解液が注入される。電解液が注入される量は、電極１０，２０の間の絶縁シート３０に電解液が含浸されて電極１０，２０の電極活物質層１２，２２が電解液に接触した状態に維持される十分な量である。具体的には、電解液は、第１電極活物質層１２に含まれる空隙１５、第２電極活物質層２２に含まれる空隙２５、及び絶縁シート３０に含まれる空隙３５の総容積の１０５％以上１６０％以下、好ましくは１０５％以上１５０％以下の量を収容空間７ａに注入される。

以上の工程により、膨出部４７によって形成された収容空間７ａに、電極体５及び電解液が収容されて、図１に示すような蓄電素子１が製造される。

ところで、従来の蓄電素子では、長期間にわたって使用していると、収容空間に収容された電解液が分解されて、電解液の量が減少してしまう。その結果、正極と負極との間の絶縁シートに十分な量の電解液が含浸しなくなる。すなわち、絶縁シートに含まれる空隙が電解液で満たされなくなる部分ができる。正極と負極との間の絶縁シートが電解液で満たされていない部分では正極と負極との間をイオンが移動できないため、蓄電素子を効率的に充電及び放電することができない。言い換えると、蓄電素子の容量が低下してしまう。そこで、電解液が分解されても絶縁シートに含まれる空隙が電解液で満たされることができるよう、十分な量の電解液を収容空間に収容しておくことが望まれる。

しかしながら、過剰な量の電解液が収容空間に収容されていると、電解液によって電極体と外装体との間の距離が拡がってしまう。電極体と外装体との間の距離が拡がると、蓄電素子の容量が低下してしまう。

本実施の形態の蓄電素子１では、収容空間７ａに収容された電解液の総体積は、第１電極活物質層１２に含まれる空隙１５、第２電極活物質層２２に含まれる空隙２５、及び絶縁シート３０に含まれる空隙３５の総容積の１０５％以上１６０％以下、好ましくは１０５％以上１５０％以下となっている。収容空間７ａに第１電極活物質層１２に含まれる空隙１５、第２電極活物質層２２に含まれる空隙２５、及び絶縁シート３０の空隙３５を満たす十分な量の電解液が収容されているため、蓄電素子１を長期間にわたって使用して電解液の量が減少しても、絶縁シート３０の空隙３５、第１電極活物質層１２の空隙１５、および第２電極活物質層２２の空隙２５を、電解液で満たすことができる。すなわち、長期間にわたって蓄電素子１を使用しても、蓄電素子１の容量が低下しにくい。加えて、収容空間７ａに多すぎない量の電解液が収容されているため、電極体５と外装体７（第１外装材４０および第２外装材５０）との間の距離が電解液によって拡がることは抑制されている。したがって、体積エネルギー密度の悪化を抑制される。

また、蓄電素子１が電力を効率よく供給可能となるよう、第１電極活物質層１２に含まれる空隙１５および第２電極活物質層２２に含まれる空隙２５にて電解液が分解されても、第１電極活物質層１２と第２電極活物質層２２とに隣接する絶縁シート３０から十分な量の電解液が移動して補給されることが望まれる。したがって、正極活物質層１２Ｘ（第１電極活物質層１２）の空隙１５と負極活物質層２２Ｙ（第２電極活物質層２２）の空隙２５との総容積の、絶縁シート３０内の空隙３５の総容積に対する比は、十分小さいことが望まれ、具体的には、１０以下となることが好ましく、８以下となることがより好ましい。しかしながら、正極活物質層１２Ｘ（第１電極活物質層１２）の空隙１５と負極活物質層２２Ｙ（第２電極活物質層２２）の空隙２５との総容積の、絶縁シート３０内の空隙３５との総容積に対する比が減るほど、絶縁シート３０内の実質体積が減少し、蓄電素子１の絶縁性が低下してしまう。したがって、正極活物質層１２Ｘ（第１電極活物質層１２）の空隙１５と負極活物質層２２Ｙ（第２電極活物質層２２）の空隙２５との総容積の、絶縁シート３０内の空隙３５の総容積に対する比が小さすぎないことが望まれ、具体的には、１以上となることが好ましく、２以上となることがより好ましい。

さらに、平面視における接合部６０と電極体５との間の第１方向ｄ１に直交する方向に沿った距離Ｌは、３ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることがより好ましい。接合部６０と電極体５とが離間していることで、収容空間７ａに電極１０，２０の間に存在する電解液以外の余剰の電解液を収容することができる。また、接合部６０と電極体５とが離間しすぎていないことで、収容空間７ａが大きくなりすぎて蓄電素子１の体積エネルギー密度が悪化してしまうことを、抑制することができる。

第１電極活物質層１２は、正極活物質としてリン酸鉄リチウムを含んでいる。この場合、蓄電素子１を長期間にわたって使用することが可能となる。長期間にわたって蓄電素子１を使用すると、使用期間に応じて電解液が分解されてしまう。また、平面視における電極体５の面積が、８０ｃｍ^２以上４７００ｃｍ^２以下となっている。このような平面視における面積が十分に大きい電極体５は、電解液と電極とが接触する面積が大きいため、反応が促進されやすく、したがって電解液が分解されやすい。すなわち、第１電極活物質層１２が正極活物質としてリン酸鉄リチウムを含んでいる蓄電素子１に対し、電解液の分解による蓄電素子の容量低下を抑制する効果を有した本実施の形態は、特に好適である。

以上のように、本実施の形態の蓄電素子１は、第１外装材４０及び第２外装材５０を含む外装体７と、第１外装材４０と第２外装材５０との間に形成される収容空間７ａに収容された電極体５及び電解液と、を備え、電極体５は、第１方向ｄ１に積層された複数の第１電極１０及び複数の第２電極２０と、第１方向ｄ１に隣り合う第１電極１０と第２電極２０との間に配置され且つ空隙３５を含む絶縁シート３０と、を有し、第１電極１０は、第１電極集電体１１と、第１電極集電体１１の少なくとも一方の面上に設けられ且つ空隙１５を含む第１電極活物質を含む第１電極活物質層１２と、を有し、第２電極２０は、第２電極集電体２１と、第２電極集電体２１の少なくとも一方の面上に設けられ且つ空隙２５を含む第２電極活物質を含む第２電極活物質層２２と、を有し、収容空間７ａに収容された電解液の総体積は、絶縁シート３０に含まれる空隙３５、第１電極活物質層１２に含まれる空隙１５、及び第２電極活物質層２２に含まれる空隙２５の総容積の１０５％以上１６０％以下である。このような蓄電素子１によれば、蓄電素子１を長期間にわたって使用して電解液の量が減少しても絶縁シート３０の空隙３５を電解液で満たすことができ、且つ、電極体５と外装体７（第１外装材４０および第２外装材５０）との間の距離が電解液によって拡がることが抑制される。したがって、蓄電素子１の体積エネルギー密度の悪化を抑制しながら、容量の低下を抑制することができる。

本発明の態様は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１～１３及び比較例１～５として、絶縁シートに含まれる空隙、第１電極活物質層に含まれる空隙、及び第２電極活物質層に含まれる空隙の総容積に対する収容空間に収容された前記電解液の総体積の比率、第１電極活物質層に含まれる空隙と第２電極活物質層に含まれる空隙との総容積の絶縁シートに含まれる空隙の総容積に対する比率、及び、収容空間に収容された電解液の総体積に対する第１電極集電体と第２電極集電体との間に存在する電解液の体積の比率の組み合わせがそれぞれ異なるリチウムイオン二次電池（シート型のラミネート電池）を作製した。実施例１０，１１のリチウムイオン二次電池では、平面視における接合部と電極体との間の距離Ｌを変化させた。これに伴って、実施例１０，１１のリチウムイオン二次電池では、平面視における電極体の面積が変化している。これに伴って、実施例１０，１１のリチウムイオン二次電池では、平面視における収容空間の面積の、平面視における電極体の面積に対する比が変化している。

これらの実施例１～１３及び比較例１～５のリチウムイオン二次電池の製造方法について、具体的に説明する。

まず、正極活物質を含む固形成分１００質量部と、導電助剤としてカーボンブラックを５質量部と、結着材としてポリフッ化ビニリデンを５質量部と、溶媒としてＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）を混合して、固形分４５質量％のスラリーを調整した。正極活物質は、リン酸鉄リチウムを含んでいる。その後、このスラリーをアルミニウム箔に塗布し、予備乾燥後、１２０℃で真空乾燥した。電極を４ｋＮで加圧プレスし、さらに電極の寸法に打ち抜くことで、正極を作製した。

また、負極活物質を含む固形成分１００質量部と、結着材としてスチレンブタジエンゴム１．５質量部と、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースナトリウムを１．５質量部と、水溶媒を混合し、固形分５０質量％のスラリーを調整した。その後、このスラリーを銅箔に塗布し、１００℃で乾燥した。電極を２ｋＮで加圧プレスし、さらに電極の寸法に打ち抜くことで、負極を作製した。

正極、負極、セパレータを積層し、電解液を注入した後、封止することでシート状にラミネートされたリチウムイオン二次電池を作製した。なお、実施例及び比較例におけるリチウムイオン二次電池は、ドライボックス内又はドライルーム内にて作製された。

作製された実施例１～１３及び比較例１～５のリチウムイオン二次電池それぞれについて、初期の容量を測定した。また、実施例１～１３及び比較例１～５のリチウムイオン二次電池それぞれについて、２５℃において電流値１Ｃで３．６Ｖまで充電した後、電流値１Ｃで２．５Ｖまで放電した。この充放電サイクルを繰り返し行い、１０００サイクル繰り返した後、リチウムイオン二次電池の容量を測定した。実施例１～１３及び比較例１～５のリチウムイオン二次電池について、初期の容量に対して充放電サイクルを繰り返した後の容量の変化率を評価した。すなわち、各リチウムイオン二次電池について、１－（サイクル後の容量／初期の容量）の値を評価した。充放電サイクルを繰り返した後に容量の変化率が小さいリチウムイオン電池が、充放電の繰り返しに強く、したがってサイクル特性が高いと評価される。具体的には、初期の容量に対する充放電サイクルを繰り返した後の容量の変化率が０．０２未満をＡ、０．０２以上０．０５未満をＢ、０．０５以上０．１０未満をＣ、０．１０以上をＤと評価した。

実施例１～１３及び比較例１～５について、絶縁シートに含まれる空隙、第１電極活物質層に含まれる空隙、及び第２電極活物質層に含まれる空隙の総容積に対する収容空間に収容された前記電解液の総体積の比率（電解液の体積比率）、第１電極活物質層に含まれる空隙と第２電極活物質層に含まれる空隙との総容積の絶縁シートに含まれる空隙の総容積に対する比率（絶縁シート中の空隙比率）、平面視における接合部と電極体との間の距離Ｌ、平面視における収容空間の面積の、平面視における電極体の面積に対する比（負極塗工部面積／収容空間面積）、収容空間に収容された電解液の総体積に対する第１電極集電体と第２電極集電体との間に存在する電解液の体積の比率（ＶＡ＋ＶＣ／ＶＥＬ）、平面視における電極体の面積、及び、容量の変化率の評価結果について、以下の表１に示す。

表１に示された実施例１～１３及び比較例１～５との比較から、絶縁シートに含まれる空隙、第１電極活物質層に含まれる空隙、及び第２電極活物質層に含まれる空隙の総容積に対する収容空間に収容された前記電解液の総体積の比率（電解液の体積比率）が１０５％以上１６０％以下であることで、容量の変化率のサイクル特性が向上し、１０５％以上１５０％以下であることで、容量の変化率のサイクル特性がより向上することが理解される。また、平面視における接合部と電極体との間の距離Ｌが５ｍｍ以上であることで、容量の変化率のサイクル特性がより向上することが理解される。

１蓄電素子
５電極体
６タブ
７外装体
７ａ収容空間
１０第１電極
１１第１電極集電体
１２第１電極活物質層
２０第２電極
２１第２電極集電体
２２第２電極活物質層
３０絶縁シート
４０第１外装材
５０第２外装材
６０接合部

Claims

第１外装材及び第２外装材を含む外装体と、
前記第１外装材と前記第２外装材との間に形成される収容空間に収容された電極体及び電解液と、を備え、
前記電極体は、第１方向に積層された複数の第１電極及び複数の第２電極と、前記第１方向に隣り合う前記第１電極と前記第２電極との間に配置され且つ空隙を含む絶縁シートと、を有し、
前記第１電極は、第１電極集電体と、前記第１電極集電体の少なくとも一方の面上に設けられ且つ空隙を含む第１電極活物質を含む第１電極活物質層と、を有し、
前記第２電極は、第２電極集電体と、前記第２電極集電体の少なくとも一方の面上に設けられ且つ空隙を含む第２電極活物質を含む第２電極活物質層と、を有し、
前記収容空間に収容された前記電解液の総体積は、前記絶縁シートに含まれる空隙、前記第１電極活物質層に含まれる空隙、及び前記第２電極活物質層に含まれる空隙の総容積の１０５％以上１６０％以下であり、
前記第１外装材と前記第２外装材とは、接合部において接合されており、
平面視における前記接合部と前記電極体との間の前記第１方向に直交する方向に沿った距離は、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、
平面視における前記収容空間の面積の、平面視における前記電極体の面積に対する比が、１．０１以上２．０以下であり、
前記第１電極活物質層に含まれる空隙と前記第２電極活物質層に含まれる空隙との総容積の、前記絶縁シートに含まれる空隙の総容積に対する比は、１以上１０以下であり、
前記第１電極集電体と前記第２電極集電体との間に存在する前記電解液の体積は、前記収容空間に収容された前記電解液の総体積の４０％以上９５％以下であり、
前記電極体の前記第１方向を法線方向とする面の面積は、８０ｃｍ ^２以上４７００ｃｍ ^２以下であり、
前記電極体の前記第１方向に沿った厚さは、０．２５ｍｍ以上９．５ｍｍ以下である、蓄電素子。
前記第１電極は、第１電極集電体と、前記第１電極集電体の少なくとも一方の面上に設けられ第１電極活物質を含む第１電極活物質層と、を有し、
前記第１電極活物質層は、リン酸鉄リチウムを含む、請求項１に記載の蓄電素子。
前記第１外装材及び前記第２外装材は、周縁の接合部において接合している、請求項１または２に記載の蓄電素子。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蓄電素子の製造方法であって、
前記収容空間に前記電極体を配置する工程と、
前記収容空間に前記電解液を注入する工程と、を備え、
前記電解液を注入する工程において、前記電解液は、前記絶縁シートに含まれる空隙、前記第１電極活物質層に含まれる空隙、及び前記第２電極活物質層に含まれる空隙の総容積の１０５％以上１６０％以下の量を前記収容空間に注入される、蓄電素子の製造方法。