JP7264161B2 - 蓄電素子 - Google Patents

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Description

本発明は、巻回された極板及びセパレータを有する電極体を備える蓄電素子に関する。
特許文献１では、箔状正極板及び箔状負極板が、それらの間にセパレータを挟んだ状態で巻芯に捲回されると共に、扁平形状に形成された発電要素を有する電池が開示されている。この電池では、巻芯が多孔性の部材にて構成され、捲回の最内周において、箔状正極板と箔状負極板とが、夫々における活物質層を形成した面が前記巻芯を挟んで対向する状態で配置されている。この構成により、発電要素の最内周でも箔状正極板及び箔状負極板が電池として機能する。
国際公開第２０１１／１４８８６６号
上記従来の電池における発電要素が備える芯材は、柔軟性を有する。そのため、極板の端縁とセパレータとの間に隙間が生じる可能性があり、この隙間に、例えば金属片または金属粉などの導電性の異物（コンタミネーション）が侵入した場合、微短絡等の不具合が生じる可能性がある。
本発明は、上記従来の課題を考慮し、巻回された極板及びセパレータを有する電極体を備える蓄電素子であって、信頼性の高い蓄電素子を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る蓄電素子は、筒状の芯材と、前記芯材に巻回された極板及びセパレータとを有する電極体を備える蓄電素子であって、前記芯材は、前記電極体の巻回軸の方向から見た場合、前記蓄電素子の容器の長側面に平行な第一仮想線及び第二仮想線にそれぞれ沿って延びる第一線部及び第二線部を有し、前記第一線部及び前記第二線部の少なくとも一方は、前記第一仮想線または前記第二仮想線を越えて他方に向けて突出する湾曲部を有し、前記極板の、巻回開始位置における内周端縁は、前記第一線部及び前記第二線部の少なくとも一方における、前記湾曲部以外の箇所に位置する。
本発明によれば、巻回された極板及びセパレータを有する電極体を備える蓄電素子であって、信頼性の高い蓄電素子を提供できる。
図１は、実施の形態に係る蓄電素子の外観を示す斜視図である。 図２は、実施の形態に係る蓄電素子の容器内に配置されている構成要素を示す斜視図である。 図３は、実施の形態に係る集電体の外観を示す斜視図である。 図４は、実施の形態に係る電極体の構成概要を示す斜視図である。 図５は、実施の形態に係る電極体を巻回軸の方向から見た場合の構成概要を示す図である。 図６は、実施の形態に係る電極体の製造方法を簡易的に示す図である。 図７は、実施の形態に係る電極体の芯材及びその周囲の構成概要を示す図である。 図８は、比較例に係る電極体の構成概要を示す図である。 図９は、実施の形態の変形例１に係る電極体の芯材及びその周囲の構成概要を示す図である。 図１０は、実施の形態の変形例２に係る電極体の芯材及びその周囲の構成概要を示す図である。
本願発明者らは、特許文献１における電池に関し、以下の問題が生じることを見出した。特許文献１における発電要素のように、芯材に巻回された極板及びセパレータを有する電極体では、芯材は、例えば樹脂フィルムなどの柔軟性が高い素材で筒状に形成されている。そのため、電極体を、巻回軸と直交する方向から圧迫することで扁平形状に形成する場合に、例えば、芯材が極板及びセパレータを損傷させるようなことがない。しかし、芯材は、柔軟性を有するが故に、セパレータ及び極板からの締め付け力を受けて、一部が内側に湾曲した状態になりやすい。このように芯材の一部が内側に湾曲した場合、その湾曲した部分の外側では、例えば、極板の内周側の端縁が、隣接するセパレータから浮く（内側に持ち上がる）可能性がある。つまり、極板の端縁とセパレータとの間に隙間が生じる可能性があり、この隙間に、例えば金属片または金属粉などの導電性の異物（コンタミネーション）が侵入した場合、微短絡等の不具合が生じる可能性がある。
本発明の一態様に係る蓄電素子は、筒状の芯材と、前記芯材に巻回された極板及びセパレータとを有する電極体を備える蓄電素子であって、前記芯材は、前記電極体の巻回軸の方向から見た場合、前記蓄電素子の容器の長側面に平行な第一仮想線及び第二仮想線にそれぞれ沿って延びる第一線部及び第二線部を有し、前記第一線部及び前記第二線部の少なくとも一方は、前記第一仮想線または前記第二仮想線を越えて他方に向けて突出する湾曲部を有し、前記極板の、巻回開始位置における内周端縁は、前記第一線部及び前記第二線部の少なくとも一方における、前記湾曲部以外の箇所に位置する。
このように、本態様に係る蓄電素子では、筒状の芯材に巻回された極板及びセパレータを有する電極体において、芯材の湾曲部以外の箇所に、極板の内周端縁（巻き始めの端縁）が位置している。これにより、極板の内周端縁は、内側（芯材側）のセパレータによって外側に押さえられ、その結果、内周端縁の浮き上がりが抑制される。従って、電極体の端部から侵入するコンタミネーションに起因する微短絡等の不具合が生じ難い。このように、本態様に係る蓄電素子は、信頼性の高い蓄電素子である。
前記芯材は、巻回軸の方向から見た場合、前記セパレータが固定された部分である固定部を前記第一線部に有し、前記湾曲部は、前記第一線部において前記固定部に隣接して形成されている、としてもよい。
芯材における固定部は、セパレータ及び極板を芯材に巻回する巻回工程において、セパレータによって直接的に巻回方向に引っ張られる部分である。そのため、芯材には、固定部に隣接する位置に湾曲部が形成されやすい。例えば、固定部の、極板及びセパレータの巻回方向における側方に比較的に大きな湾曲部が形成されやすい。湾曲部以外の部分は外側に張り出した状態となりやすい。従って、極板の内周端縁を、この湾曲部の外側領域を避ける位置に配置することで、内周端縁の浮きの抑制がより確実化される。セパレータ及び極板を芯材に巻回する前の時点において、その後に形成される湾曲部の位置を、固定部を基準として特定しやすい。従って、第一線部における湾曲部以外の箇所に極板の内周端縁が配置された電極体の製造が容易である。
前記電極体において、前記内周端縁は、前記第二線部に位置する、としてもよい。
この構成によれば、固定部が第一線部に配置され、極板の内周端縁が第二線部に配置される。言い換えると、固定部が、長軸線によって２つに区分される領域の一方に配置され、極板の内周端縁が、当該２つに区分される領域の他方に配置される。従って、極板の内周端縁は、固定部の側方に位置する湾曲部の影響を受けにくい。これにより、内周端縁の浮き上がりがより確実に抑制される。
前記電極体において、前記固定部及び前記内周端縁は、前記巻回軸を挟んで互いに対向する位置に配置されている、としてもよい。
この構成によれば、極板の内周端縁は、芯材の周方向において、固定部から最も遠い位置またはその近傍に存在するため、固定部の側方に位置する湾曲部の影響を受けにくい。これにより、内周端縁の浮き上がりがより確実に抑制される。
前記芯材は、前記巻回軸の方向から見た場合、所定の方向に長尺状で、かつ、前記所定の方向で対向する一対のカーブ部を有する形状であり、前記固定部は、前記一対のカーブ部の一方に配置され、前記内周端縁は、前記一対のカーブ部の他方の外側に配置される、としてもよい。
芯材のカーブ部の外側は、巻回の際に、極板及びセパレータ（積層要素）の張力が掛かりやすく、すなわち、積層要素の密度が高い部分である。この部分に、極板の内周端縁が位置することで、内周端縁は、外側のセパレータにより内側にしっかりと押さえられ、かつ、固定部からも遠い位置であることで、固定部の側方の湾曲部の影響も受け難い。これにより、内周端縁の浮き上がりがより確実に抑制される。
前記芯材の内部空間は、前記巻回軸の方向から見た場合において前記内部空間を横切る仕切壁部によって２つの空間に区分されており、前記固定部は、前記２つの空間の一方の外側に位置し、前記内周端縁は、前記２つの空間の他方の外側に位置する、としてもよい。
固定部が巻回方向に引っ張られることに起因して形成される湾曲部は、仕切壁部が突っ張ることで、仕切壁部を挟んで固定部とは反対側の部分には形成され難い。従って、本態様に係る蓄電素子によれば、極板の内周端縁は、その内側のセパレータが浮きがたい位置に配置され、これにより、内周端縁の浮き上がりがより確実に抑制される。
前記芯材は、前記セパレータの一部が巻かれることで形成されている、としてもよい。このように、セパレータの一部が巻かれることで芯材が形成されている場合、芯材は柔軟性が比較的に高いため、湾曲部が形成される。従って、極板の内周端縁を、湾曲部以外の箇所に配置することで、内周端縁の浮き上がりが抑制される。これにより、コンタミネーションに起因する微短絡等の不具合の発生が抑制される。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態及び変形例に係る蓄電素子について説明する。各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。
以下で説明する実施の形態及び変形例のそれぞれは、本発明の一具体例を示している。以下の実施の形態及び変形例で示される形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、製造工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態及び変形例における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
以下の実施の形態、変形例、及び請求の範囲において、平行及び直交などの、相対的な方向または姿勢を示す表現が用いられる場合がある。これらの表現は、厳密には、その方向または姿勢ではない場合も含む。例えば、２つの方向が平行である、とは、当該２つの方向が完全に平行であることを意味するだけでなく、実質的に平行であること、すなわち、例えば数％程度の差異を含むことも意味する。
（実施の形態）
［１．蓄電素子の全般的な説明］
まず、図１～図３を用いて、実施の形態に係る蓄電素子１０の全般的な説明を行う。図１は、実施の形態に係る蓄電素子１０の外観を示す斜視図である。図２は、実施の形態に係る蓄電素子１０の容器１００内に配置されている構成要素を示す斜視図である。図３は、実施の形態に係る集電体１２０の外観を示す斜視図である。
蓄電素子１０は、電気を充電し、電気を放電することのできる二次電池であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。蓄電素子１０は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）またはプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）等の自動車用（または移動体用）電源、電子機器用電源、または電力貯蔵用電源などに適用される。蓄電素子１０は、ガソリン車及びディーゼル車等の車両に、エンジンの始動用バッテリーとして搭載される場合もある。蓄電素子１０は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。蓄電素子１０は、使用者が充電をしなくても蓄えられている電気を使用できる一次電池であってもよい。
図１に示すように、蓄電素子１０は、容器１００と、負極端子２００と、正極端子３００とを備えている。図２に示すように、容器１００の内部には、負極側の集電体１２０と、正極側の集電体１３０と、電極体４００とが収容されている。
蓄電素子１０は、上記の構成要素の他、集電体１２０及び１３０の側方に配置されるスペーサ、容器１００内の圧力が上昇したときに当該圧力を開放するためのガス排出弁、または、電極体４００等を包み込む絶縁フィルムなどを備えてもよい。蓄電素子１０の容器１００の内部には電解液（非水電解質）などの液体が封入されているが、当該液体の図示は省略する。容器１００に封入される電解液としては、蓄電素子１０の性能を損なうものでなければその種類に特に制限はなく、様々なものを選択できる。
容器１００は、矩形筒状で底を備える本体１１１と、本体１１１の開口を閉塞する板状部材である蓋体１１０とを備える。矩形筒状の本体１１１は、図２に示すように、一対の長側面１１１ａ及び一対の短側面１１１ｂを有している。容器１００は、電極体４００等を内部に収容後、蓋体１１０と本体１１１とが溶接等されることにより、内部を密封する構造を有している。電極体４００は、正極板と負極板とセパレータとを備え、電気を蓄えることができる部材である。電極体４００の詳細な構成については、図４等を用いて後述する。
負極端子２００は、集電体１２０を介して電極体４００の負極と電気的に接続された電極端子である。正極端子３００は、集電体１３０を介して電極体４００の正極と電気的に接続された電極端子である。負極端子２００及び正極端子３００は、電極体４００の上方に配置された蓋体１１０に、絶縁性を有するガスケット（図示せず）を介して取り付けられている。
集電体１２０は、電極体４００の負極と容器１００の本体１１１の壁面との間に配置され、負極端子２００と電極体４００の負極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。
集電体１３０は、電極体４００の正極と容器１００の本体１１１の壁面との間に配置され、正極端子３００と電極体４００の正極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。
具体的には、集電体１２０及び１３０は、蓋体１１０に固定されている。集電体１２０は、電極体４００の負極側端部に接合され、集電体１３０は、電極体４００の正極側端部に接合されている。本実施の形態では、集電体１２０及び１３０のそれぞれは、電極体４００と、超音波接合によって接合されている。本実施の形態では、集電体１２０及び集電体１３０の形状および取り付け構造等は、実質的に同一である。そのため、図３を用いて負極側の集電体１２０の構成について説明し、正極側の集電体１３０の構成についての説明は省略する。
本実施の形態における集電体１２０は、図３に示すように、電極体４００の負極側端部を両側から挟むように配置された一対の脚部１２２を有する。一対の脚部１２２は、集電体１２０が有する端子接続部１２１の端部から延設された長尺状の部分である。端子接続部１２１は、負極端子２００と接続される部分である。例えば、負極端子２００に設けられたリベットが、端子接続部１２１の貫通孔１２１ａを貫通した状態でかしめられることで、負極端子２００と集電体１２０とが接続される。一対の脚部１２２は、電極体４００の負極側端部と、超音波接合によって接合される。これにより、集電体１２０は、電極体４００の負極に電気的に接続される。電極体４００と集電体１２０及び１３０との接合の手法として、超音波接合以外に、抵抗溶接またはクリンチ接合等の手法が採用されてもよい。
［１－１．電極体の基本構成］
次に、以上のように構成された蓄電素子１０が備える電極体４００の基本的な構成について、図４を用いて説明する。図４は、実施の形態に係る電極体４００の構成概要を示す斜視図である。図４では、積層されて巻回された極板等の要素（積層要素）を一部展開して図示している。図４において符号Ｗが付された一点鎖線は、電極体４００の巻回軸を表している。巻回軸Ｗは、極板等を巻回する際の中心軸となる仮想的な軸であり、本実施の形態では、電極体４００の中心を通るＸ軸に平行な直線である。つまり、本実施の形態において、「巻回軸Ｗの方向」は、「Ｘ軸方向」と同義である。
電極体４００は、極板及びセパレータが、後述する芯材に巻回されて形成された電極体の一例である。図４に示すように、電極体４００は、巻回軸Ｗと直交する方向（本実施の形態ではＺ軸方向）に扁平な形状である。つまり、電極体４００は、巻回軸Ｗの方向から見た場合に、全体として長円形状であり、長円形状の直線部分が平坦な形状となり、長円形状の曲線部分が湾曲した形状となる。このため、電極体４００は、対向する一対の湾曲端部（巻回軸Ｗを挟んでＹ軸方向で対向する部分）と、一対の湾曲端部の間の部分である一対の中間部（巻回軸Ｗを挟んでＺ軸方向で対向する部分）とを有している。
本実施の形態において、正極板４１０は、アルミニウムからなる長尺帯状の金属箔（正極基材層４１１）と、当該金属箔の表面に形成された、正極活物質を含む正極合材層４１４とを有する。負極板４２０は、銅からなる長尺帯状の金属箔（負極基材層４２１）と、当該金属箔の表面に形成された、負極活物質を含む負極合材層４２４とを有する。本実施の形態では、セパレータ４３０及び４５０は、樹脂からなる微多孔性のシートを基材として有している。
このように構成された電極体４００において、より具体的には、正極板４１０と負極板４２０とは、セパレータ４３０または４５０を介し、巻回軸Ｗの方向に互いにずらして巻回されている。そして、正極板４１０及び負極板４２０は、それぞれのずらされた方向の端部に、基材層における、合材層が形成されていない部分である合材層非形成部を有する。
具体的には、正極板４１０は、巻回軸Ｗの方向の一端（図４ではＸ軸方向プラス側の端部）に、正極合材層が形成されていない合材層非形成部４１１ａを有している。負極板４２０は、巻回軸Ｗの方向の他端（図４ではＸ軸方向マイナス側の端部）に、負極合材層が形成されていない合材層非形成部４２１ａを有している。
つまり、正極板４１０の露出した金属箔（合材層非形成部４１１ａ）の層によって正極側端部が形成され、負極板４２０の露出した金属箔（合材層非形成部４２１ａ）の層によって負極側端部が形成されている。正極側端部は集電体１３０と接合され、負極側端部は集電体１２０と接合される。
［１－２．芯材及びその周囲の構造］
以上のように構成された電極体４００において、極板の巻き始めの端縁（本実施の形態では負極板４２０内周端縁）が、芯材の湾曲部の外側領域とは異なる位置に配置されており、これにより、内周端縁の浮きが抑制されている。この構造について、以下、図５～図８を用いて説明する。
図５は、実施の形態に係る電極体４００を巻回軸Ｗの方向から見た場合の構成概要を示す図である。図６は、実施の形態に係る電極体４００の製造方法を簡易的に示す図である。図７は、実施の形態に係る電極体４００の芯材５００及びその周囲の構成概要を示す図である。図８は、比較例に係る電極体４９０の構成概要を示す図である。
図６では、芯材５００に最初に巻き付けられるセパレータ４３０及び４５０を図示し、セパレータ４３０及び４５０に挟まれて巻回される負極板４２０及び正極板４１０の図示は省略されている。図７及び図８では、負極板４２０、セパレータ４３０及び４５０それぞれの巻き始めの一部のみを図示し、正極板４１０の図示は省略されている。図６～図８では、セパレータ４３０とセパレータ４５０とを識別しやすいように、セパレータ４３０は実線で表され、セパレータ４５０は点線で表されている。これら図６～図８についての補足事項は、後述する図９及び図１０についても適用される。
本実施の形態に係る電極体４００は、図５に示すように、巻回軸Ｗの方向から見た場合にＺ軸方向に扁平な長円形状である。このような形状は、負極板４２０等の、電極体４００を構成する要素（以下、「積層要素」ともいう。）を巻回した後に、Ｚ軸方向に圧縮されることで形成される。本実施の形態では、電極体４００は芯材５００を有しており、芯材５００も、大まかにはＺ軸方向に扁平な形状を有している。芯材５００は、図７に示すように、第一仮想線ＶＬ１に沿って延びる第一線部５０１と、第二仮想線ＶＬ２に沿って延びる第二線部５０２とを有している。第一仮想線ＶＬ１及び第二仮想線ＶＬ２は、蓄電素子１０の容器１００の長側面１１１ａ（図２参照）に平行な仮想線である。より具体的には、第一仮想線ＶＬ１及び第二仮想線ＶＬ２は、長側面１１１ａに平行で、かつ、巻回軸Ｗの方向から見た場合に、芯材５００の厚み方向（Ｚ軸方向）の両端部を通過する一対の仮想的な直線である。
本実施の形態では、芯材５００として、ポリプロピレンまたはポリエチレン等を素材とする樹脂シート６００を巻くことで筒状に形成されたものが採用されている。つまり、芯材５００は比較的に柔軟性が高い部材である。そのため、上述のように電極体４００がＺ軸方向に圧迫された場合に、芯材５００は、芯材５００の周囲のセパレータ４３０等の積層要素を損傷させることなく、その圧迫力に応じて扁平な形状に変形する。つまり、芯材５００は、巻回軸Ｗの方向から見た場合に、Ｙ軸方向に長尺状で、かつＹ軸方向で対向する一対のカーブ部５３１及び５３２を有する形状に形成される。
より具体的には、本実施の形態に係る芯材５００を作製する場合、樹脂シート６００の巻き始め部分をＳ字状にして、図５に示すように、例えばＰ１及びＰ２の２か所を溶着する。さらにそのＳ字状の部分を中心として樹脂シート６００を巻き付ける。これにより、芯材５００には、巻回軸Ｗの方向から見た場合に内部空間を横切る仕切壁部５２０が形成される。つまり、筒状の芯材５００の内部空間は、図５に示すように、仕切壁部５２０によって第一中空部５２１と第二中空部５２２とに区分される。
図５以降の図では、芯材５００は、樹脂シート６００が１周半程度巻かれることで形成されているが、芯材５００を形成する樹脂シート６００の巻き数に特に限定はない。例えば、樹脂シート６００が、Ｓ字状の部分を中心として１周以上巻かれることで、芯材５００が形成されてもよい。樹脂シート６００を１周以上巻くことで芯材５００が形成されることは必須ではなく、例えば、金型を用いた樹脂成型によって筒体を作製し、その筒体が芯材５００として採用されてもよい。
このように形成された芯材５００を中心として、セパレータ４３０等の積層要素を巻回した場合、柔軟性が高い芯材５００の一部は、積層要素の張力によって内側に湾曲する。その結果、芯材５００には、図５に示すように湾曲部５１０が形成される。
具体的には、芯材５００を中心としてセパレータ４３０等の積層要素を巻回する工程（巻回工程）では、芯材５００を回転させる巻回装置７００が用いられる。巻回装置７００は、図６に示すように、芯材５００を回転させる一対の支持部材７１０を有する。つまり、芯材５００は、第一中空部５２１に挿入された支持部材７１０と、第二中空部５２２に挿入された支持部材７１０とで支持され、その状態で巻回軸Ｗ周りに回転される。芯材５００には、図６に示すように、セパレータ４３０及び４５０の端部が、例えば溶着等の所定の手法により固定されており、この状態で芯材５００の回転が開始される。その後、セパレータ４３０の外側かつセパレータ４５０の内側に負極板４２０が挟み込まれ、セパレータ４５０の外側かつセパレータ４３０の内側に正極板４１０が挟み込まれる。これにより、芯材５００を中心として、セパレータ４３０、負極板４２０、セパレータ４５０及び正極板４１０が巻回された電極体４００が得られる。
図７では、負極板４２０の内側（芯材５００に近い側）に、セパレータ４３０が一層のみ配置されているが、負極板４２０の内側に、芯材５００に巻かれた複数層のセパレータ４３０が配置されていてもよい。負極板４２０の内側において、セパレータ４３０及び４５０が重ねられた状態で、芯材５００に巻回されていてもよい。
上記の巻回工程では、芯材５００は、長手方向（図６における横方向）の両端のそれぞれが支持部材７１０で支持されており、この時点では、芯材５００に湾曲部５１０は明確には存在しない。しかし、その後に、セパレータ４３０等が巻き付けられた芯材５００から一対の支持部材７１０が取り外された場合、芯材５００は、セパレータ４３０等の積層要素から受ける力によって一部が内側に湾曲し、その結果、湾曲部５１０が形成される。
より詳細には、図７に示すように、芯材５００は、セパレータ４３０及び４５０が固定された固定部５６０を有し、巻回工程では、固定部５６０が巻回方向（図７では右方向）に引っ張られる状態となる。その状態で芯材５００から一対の支持部材７１０が取り外された場合、固定部５６０に作用するセパレータ４３０及び４５０の張力により固定部５６０の巻回方向の側方が湾曲しやすい状態となる。さらに、芯材５００に巻回されたセパレータ４３０等の積層要素による締め付け力が芯材５００に作用し、その結果、固定部５６０の巻回方向の側方に湾曲部５１０が形成される。本実施の形態では、芯材５００の第一線部５０１に、第一仮想線ＶＬ１を越えて第二仮想線ＶＬ２に向けて突出する湾曲部５１０が形成されている。湾曲部５１０は、第一線部５０１において固定部５６０に隣接して形成されている。湾曲部５１０が形成された電極体４００がＺ軸方向に圧迫された場合であっても、湾曲部５１０は平坦に矯正されず、芯材５００に湾曲部５１０が残存した状態で、電極体４００に集電体１２０及び１３０（図１及び図２参照）が接合され、容器１００に収容される（図２参照）。
このように、芯材５００に湾曲部５１０が存在した場合、そのすぐ外側の領域（外側領域５５０）において、セパレータ４３０及び４５０は内側への移動が可能となり、これにより、セパレータ４３０及び４５０の間に隙間が形成されやすい。
従って、図８に示す比較例に係る電極体４９０のように、外側領域５５０に、負極板４２０の内周端縁４２０ａを配置した場合、内周端縁４２０ａが隣接するセパレータ４５０から浮きやすい。内周端縁４２０ａと隣接するセパレータ４３０との間にも隙間も生じやすい。この場合、例えば以下のような不具合が生じる可能性が高くなる。すなわち、例えば集電体１２０と電極体４００との接合時において生じた微細な金属粉（コンタミネーション）が、電極体４００の端部から侵入してイオン化し、負極板４２０に接触する。その結果、負極板４２０にデンドライトが形成され、このデンドライトが、セパレータ４５０を貫いて正極板４１０と負極板４２０との間の微短絡を発生させる。
そこで、本実施の形態では、図７に示すように、負極板４２０の巻回開始位置における内周端縁４２０ａを、芯材５００の湾曲部５１０以外の箇所に配置する構成が採用されている。具体的には、内周端縁４２０ａを、芯材５００における湾曲部５１０の外側領域５５０に配置しない構成が採用されている。
つまり、本実施の形態に係る蓄電素子１０は、筒状の芯材５００と、芯材５００に巻回された極板及びセパレータを有する電極体４００を備える。芯材５００は、電極体４００の巻回軸Ｗの方向から見た場合、容器１００の長側面１１１ａに平行な第一仮想線ＶＬ１及び第二仮想線ＶＬ２にそれぞれ沿って延びる第一線部５０１及び第二線部５０２を有している。第一線部５０１及び第二線部５０２の少なくとも一方は、第一仮想線ＶＬ１または第二仮想線ＶＬ２を越えて他方に向けて突出する湾曲部５１０を有する。負極板４２０の、巻回開始位置における内周端縁４２０ａは、第一線部５０１及び第二線部５０２の少なくとも一方における、湾曲部５１０以外の箇所に位置する。本実施の形態では、第一線部５０１は、第一仮想線ＶＬ１を越えて第二仮想線ＶＬ２に向けて突出する湾曲部５１０を有している。内周端縁４２０ａは、第一線部５０１における、湾曲部５１０以外の箇所に配置されている。
具体的には、本実施の形態に係る電極体４００では、図７に例示されるように、負極板４２０及びセパレータ４３０が、セパレータ４３０が内側の状態で筒状の芯材５００に巻回されている。この電極体４００において、芯材５００の湾曲部５１０の外側領域５５０に、負極板４２０の内周端縁４２０ａが位置していない。つまり、湾曲部５１０以外の箇所に内周端縁４２０ａが配置されている、これにより、負極板４２０の内周端縁４２０ａは、内側（芯材５００側）のセパレータ４３０によって外側に押さえられ、その結果、内周端縁４２０ａの浮き上がりが抑制される。つまり、内周端縁４２０ａを含む負極板４２０の端部は、両側からセパレータ４３０及び４５０に挟まれた状態となり、電極体４００の端部から侵入するコンタミネーションに起因する微短絡等の不具合が生じ難い。従って、本実施の形態に係る蓄電素子１０は、信頼性の高い蓄電素子である。
本実施の形態では、芯材５００は、巻回軸Ｗの方向から見た場合、セパレータ４３０が固定された部分である固定部５６０を第一線部５０１に有する。湾曲部５１０は、第一線部５０１において固定部５６０に隣接して形成されている。本実施の形態では、固定部５６０には、セパレータ４３０及び４５０の端部が、熱溶着等によって固定されている。
上述のように、芯材５００における固定部５６０は、巻回工程においてセパレータ４３０及び４５０によって直接的に巻回方向に引っ張られる部分である。そのため、芯材５００には、固定部５６０に隣接する位置に湾曲部５１０が形成されやすい。例えば、固定部５６０の、負極板４２０及びセパレータ４３０の巻回方向における側方に比較的に大きな湾曲部５１０が形成されやすい。湾曲部５１０以外の部分は外側に張り出した状態となりやすい。従って、負極板４２０の内周端縁４２０ａを、この湾曲部５１０の外側領域５５０を避ける位置に配置することで、内周端縁４２０ａの浮き上がりの抑制がより確実化される。例えば、巻回工程を開始する前の時点において、その後に形成される湾曲部５１０の位置を、固定部５６０を基準として特定しやすい。従って、湾曲部５１０以外の箇所に負極板４２０の内周端縁４２０ａが配置された電極体４００の製造が容易である。
本実施の形態に係る蓄電素子１０において、内周端縁４２０ａは、第二線部５０２に位置する。
このように、本実施の形態では、固定部５６０が、第一線部５０１に配置され、負極板４２０の内周端縁４２０ａが第二線部５０２に配置される。言い換えると、固定部５６０が、長軸線Ｌによって２つに区分される領域の一方に配置され、負極板４２０の内周端縁４２０ａが、当該２つに区分される領域の他方に配置される（図７参照）。従って、負極板４２０の内周端縁４２０ａは、固定部５６０の側方に位置する湾曲部５１０の影響を受けにくい。これにより、内周端縁４２０ａの浮き上がりがより確実に抑制される。
本実施の形態に係る蓄電素子１０では、電極体４００において、固定部５６０及び内周端縁４２０ａは、巻回軸Ｗを挟んで互いに対向する位置に配置されている。つまり、電極体４００を巻回軸Ｗの方向から見た場合、固定部５６０と巻回軸Ｗとを通る直線上またはその近傍に、負極板４２０の内周端縁４２０ａが位置している。
すなわち、本実施の形態では、負極板４２０の内周端縁４２０ａは、芯材５００の周方向において、固定部５６０から最も遠い位置またはその近傍に存在するため、固定部５６０の側方に位置する湾曲部５１０の影響を受けにくい。これにより、内周端縁４２０ａの浮き上がりがより確実に抑制される。
本実施の形態に係る蓄電素子１０において、芯材５００の内部空間は、巻回軸Ｗの方向から見た場合において内部空間を横切る仕切壁部５２０によって２つの空間に区分されている。固定部５６０は、当該２つの空間の一方の外側に位置し、内周端縁４２０ａは、当該２つの空間の他方の外側に位置している。より具体的には、芯材５００の内部空間は、例えば図７に示すように、仕切壁部５２０によって第一中空部５２１と第二中空部５２２とに区分されている。固定部５６０は第一中空部５２１の外側に位置し、内周端縁４２０ａは、第二中空部５２２の外側に位置している。
固定部５６０が巻回方向（図７参照）に引っ張られることに起因して形成される湾曲部５１０は、仕切壁部５２０が突っ張ることで、仕切壁部５２０を挟んで固定部５６０とは反対側の部分には形成され難い。従って、本実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、負極板４２０の内周端縁４２０ａは、その内側のセパレータ４３０が浮き難い位置に配置される。これにより、内周端縁４２０ａの浮き上がりがより確実に抑制される。
以上、実施の形態に係る蓄電素子１０について説明したが、蓄電素子１０が備える電極体４００の構成は、図５～図７に示される構成とは異なっていてもよい。そこで、以下に、電極体４００の構成についての変形例を、上記実施の形態との差分を中心に説明する。
（変形例１）
図９は、実施の形態の変形例１に係る電極体４００ａの芯材５００及びその周囲の構成概要を示す図である。図９に示す電極体４００ａでは、巻回軸Ｗの方向から見た場合において、芯材５００の長手方向（Ｙ軸方向）で互いに対向する位置に、固定部５６０と、負極板４２０の内周端縁４２０ａとが配置されている。
つまり、本変形例に係る蓄電素子１０において、芯材５００は、巻回軸Ｗの方向から見た場合、所定の方向（本変形例ではＹ軸方向）に長尺状で、かつ、Ｙ軸方向で対向する一対のカーブ部５３１及び５３２を有する形状である。固定部５６０は、一対のカーブ部５３１及び５３２の一方に配置され、内周端縁４２０ａは、一対のカーブ部５３１及び５３２の他方の外側に配置されている。図９に示す例では、固定部５６０は、芯材５００のカーブ部５３１に配置されており、内周端縁４２０ａは、カーブ部５３２の外側に配置されている。
巻回軸Ｗの方向から見た場合に長円状に形成された芯材５００において、カーブ部５３１及び５３２それぞれの外側は、巻回の際に、セパレータ４３０等の積層要素の張力が掛かりやすい部分である。つまり、カーブ部５３１及び５３２それぞれの外側は、積層要素の密度が高い部分である。従って、この部分に負極板４２０の内周端縁４２０ａが位置することで、内周端縁４２０ａは、外側のセパレータ４５０により内側にしっかりと押さえられ、かつ、固定部５６０からも遠い位置であることで、固定部５６０の側方の湾曲部５１０の影響も受け難い。これにより、内周端縁４２０ａの浮き上がりがより確実に抑制される。これにより、コンタミネーションに起因する微短絡等の不具合の発生が抑制される。
（変形例２）
図１０は、実施の形態の変形例２に係る電極体４００ｂの構成概要を示す図である。本変形例に係る電極体４００ｂでは、上記実施の形態に係る電極体４００とは異なり、芯材５８０は、積層要素の一部によって形成されている。具体的には、図１０に示すように、セパレータ４３０の一部が巻かれることで芯材５８０が形成されている。つまり、セパレータ４３０の一部によって形成された芯材５８０の外周に、負極板４２０、セパレータ４５０、正極板４１０、及びセパレータ４３０の残りの部分が巻かれることで、電極体４００ｂが形成されている。
セパレータの一部によって芯材が形成される場合、例えば、セパレータの巻き始めの端縁から、内周端縁の側方の位置（極板開始位置）までを「芯材」と定義してもよい。つまり、本変形例の場合、図１０に示すように、セパレータ４３０が巻かれた部分であって、最内周の端縁Ｐａから極板開始位置Ｐｂまでの部分を、芯材５８０として扱うことができる。
このように、セパレータ４３０が巻かれることで芯材５８０が形成されている場合であっても、芯材５８０は柔軟性が比較的に高いため、湾曲部５１０が形成される。つまり、巻回装置７００を用いた巻回工程（図６参照）の後に、芯材５８０から一対の支持部材７１０が取り外された場合、芯材５８０は、積層要素から受ける力によって一部が内側に湾曲し、その結果、湾曲部５１０が形成される。従って、負極板４２０の内周端縁４２０ａを、湾曲部５１０以外の箇所（図１０では、芯材５８０の径方向における湾曲部５１０の外側領域５５０とは異なる位置）に配置することで、内周端縁４２０ａの浮き上がりが抑制される。これにより、コンタミネーションに起因する微短絡等の不具合の発生が抑制される。
図１０に示す例では、セパレータ４３０のみによって芯材５８０が形成されているが、例えば、セパレータ４３０及び４５０を重ねて巻くことで、芯材５８０が形成されてもよい。セパレータ４５０の巻き始めの端部が、その内側の一層以上のセパレータ４３０で形成される芯材５８０に、溶着等によって固定されていてもよい。この場合、芯材５８０におけるセパレータ４５０が固定された部分が、芯材５８０が有する固定部であり、固定部に隣接して湾曲部５１０が形成される。
（他の実施の形態）
以上、本発明に係る蓄電素子について、実施の形態及び変形例に基づいて説明した。しかしながら、本発明は、上記実施の形態及び変形例に限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記実施の形態または変形例に施したものも、あるいは、上記説明された複数の構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
例えば、実施の形態及び変形例では、負極板４２０及び正極板４１０のうち、内周側に配置される負極板４２０に着目し、負極板４２０の内周端縁４２０ａが湾曲部５１０以外の箇所（例えば外側領域５５０とは異なる位置、以下同じ）に配置されること、及び、その効果を説明した。しかし、負極板４２０の内周端縁４２０ａに加えてまたは替えて、正極板４１０の内周端縁を湾曲部５１０以外の箇所に配置してもよい。これにより、正極板４１０の内周端縁の近傍における隙間が生じ難く、その結果、コンタミネーションに起因する微短絡等の不具合の発生が抑制される。
実施の形態に係る芯材５００において、仕切壁部５２０は必須ではない。例えば、樹脂シート６００を単純に巻くことで、内部空間を横切る壁を持たない筒状の芯材５００が形成されてもよい。
例えば、芯材５００における固定部５６０の位置が、図７に示される位置である場合において、負極板４２０の内周端縁４２０ａの位置は、図７に示す位置である必要はない。例えば、芯材５００において、固定部５６０の位置と内周端縁４２０ａの位置とが、長軸線Ｌを基準した場合における同じ側の領域（例えば図７における長軸線Ｌよりも下の領域）に存在してもよい。この場合であっても、内周端縁４２０ａが、湾曲部５１０以外の箇所に配置されていることで、内周端縁４２０ａの浮き上がりが抑制される。
本実施の形態では、蓄電素子１０は、電極体４００を１つのみ備えているが、蓄電素子１０が備える電極体４００の数は２以上であってもよい。例えば、蓄電素子１０が電極体４００を２つ備える場合、集電体１２０は、２つの電極体４００と接合される４つの脚部１２２を有してもよい。
上記実施の形態に記載された構成を任意に組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
本発明は、上記説明された蓄電素子として実現できるだけでなく、当該蓄電素子が備える電極体４００としても実現できる。本発明は、当該蓄電素子を複数備える蓄電装置としても実現できる。
本発明は、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子等に適用できる。
１０ 蓄電素子
１００ 容器
１１１ａ 長側面
４００、４００ａ、４００ｂ 電極体
４１０ 正極板
４２０ 負極板
４２０ａ 内周端縁
４３０、４５０ セパレータ
５００、５８０ 芯材
５０１ 第一線部
５０２ 第二線部
５１０ 湾曲部
５２０ 仕切壁部
５２１ 第一中空部
５２２ 第二中空部
５３１、５３２ カーブ部
５５０ 外側領域
５６０ 固定部

Claims (5)

  1. 筒状の芯材と、前記芯材に巻回された極板及びセパレータとを有する電極体を備える蓄電素子であって、
    前記芯材は、前記電極体の巻回軸の方向から見た場合、前記蓄電素子の容器の長側面に平行な第一仮想線及び第二仮想線にそれぞれ沿って延びる第一線部及び第二線部を有し、
    前記第一線部及び前記第二線部の少なくとも一方は、前記第一仮想線または前記第二仮想線を越えて他方に向けて突出する湾曲部を有し、
    前記極板の、巻回開始位置における内周端縁は、前記第一線部及び前記第二線部の少なくとも一方における、前記湾曲部以外の箇所に位置し、
    前記芯材は、前記巻回軸の方向から見た場合、前記セパレータが固定された部分である固定部を前記第一線部に有し、
    前記湾曲部は、前記第一線部において前記固定部に隣接して形成されている
    蓄電素子。
  2. 前記電極体において、前記内周端縁は、前記第二線部に位置する
    請求項１記載の蓄電素子。
  3. 前記電極体において、前記固定部及び前記内周端縁は、前記巻回軸を挟んで互いに対向する位置に配置されている
    請求項１または２記載の蓄電素子。
  4. 前記芯材の内部空間は、前記巻回軸の方向から見た場合において前記内部空間を横切る仕切壁部によって２つの空間に区分されており、
    前記固定部は、前記２つの空間の一方の外側に位置し、
    前記内周端縁は、前記２つの空間の他方の外側に位置する
    請求項１～３のいずれか一項に記載の蓄電素子。
  5. 筒状の芯材と、前記芯材に巻回された極板及びセパレータとを有する電極体を備える蓄電素子であって、
    前記芯材は、前記電極体の巻回軸の方向から見た場合、前記蓄電素子の容器の長側面に平行な第一仮想線及び第二仮想線にそれぞれ沿って延びる第一線部及び第二線部を有し、
    前記第一線部及び前記第二線部の少なくとも一方は、前記第一仮想線または前記第二仮想線を越えて他方に向けて突出する湾曲部を有し、
    前記極板の、巻回開始位置における内周端縁は、前記第一線部及び前記第二線部の少なくとも一方における、前記湾曲部以外の箇所に位置し、
    前記芯材は、前記セパレータの一部が巻かれることで形成されている
    蓄電素子。
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