JP7459758B2

JP7459758B2 - 蓄電セル

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Publication number: JP7459758B2
Application number: JP2020177978A
Authority: JP
Inventors: 亮太磯村; 真也浅井
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2020-10-23
Filing date: 2020-10-23
Publication date: 2024-04-02
Anticipated expiration: 2040-10-23
Also published as: JP2022069042A

Description

本開示は、蓄電セルに関する。

従来の蓄電セルとして、例えば特許文献１に記載の双極性バッテリに用いられるセルがある。この従来の双極性バッテリは、第１のセル及び第２のセルの積層体を含んで構成されている。第１のセル及び第２のセルは、正極、負極、及びこれらの間に介在するセパレータを有している。第１のセル及び第２のセルにおいて、正極側の金属層の縁部と負極側の金属層の縁部とは、例えば樹脂製の封止材によって接合されている。

特表２０１８－５１９６４６号公報

正極及び負極の集電体が金属箔で構成される場合、集電体の表面に皺や歪みが生じることがある。集電体の皺や歪みは、集電体の未塗工部分（活物質層が形成されない部分）において生じ易く、蓄電セルのハンドリングや積層の際に皺や歪みに応力が集中すると、集電体に傷や破れが生じるおそれがある。集電体に傷や破れが生じた場合、蓄電セルの封止性が低下してしまうことが考えられる。特に、複数の蓄電セルを積層して構成される蓄電装置の高出力化及び低背化の両立を目的として蓄電セルを大面積化した場合には、上記の課題が顕著になり易く、集電体の皺や歪みを抑えるための工夫が必要になると考えられる。

本開示は、上記課題の解決のためになされたものであり、集電体の皺や歪みを抑えることができる蓄電セルを提供することを目的とする。

本開示の一側面に係る蓄電セルは、金属箔によって構成された集電体の一方面に活物質層を有し、活物質層同士が互いに対向するように配置された正極及び負極と、正極と前記負極との間に配置され、活物質層間に介在するセパレータと、正極と負極との間に配置され、活物質層を囲むように集電体の縁部間を封止して電解液が収容される収容空間を形成するスペーサと、集電体において活物質層が位置しない未塗工部分を補強する補強部材と、を備え、集電体は、正極及び負極における活物質層の対向方向から見た場合に、スペーサと活物質層との間に前記未塗工部分を有しており、補強部材は、対向方向から見た場合に、活物質層と未塗工部分との境界と、スペーサと未塗工部分との境界とに跨るように、未塗工部分に沿って配置されている。

この蓄電セルでは、集電体の未塗工部分に沿って補強部材が設けられている。補強部材は、正極及び負極における活物質層の対向方向から見た場合に、活物質層と未塗工部分との境界と、スペーサと未塗工部分との境界とに跨って配置されている。集電体において、活物質層が位置する部分及びスペーサが位置する部分は、一定の剛性が保たれる部分である。このため、活物質層と未塗工部分との境界と、スペーサと未塗工部分との境界とに跨って補強部材が配置されることで、未塗工部分の効果的な補強が可能となる。したがって、この蓄電セルでは、金属箔である集電体の皺や歪みを抑えることができ、皺や歪みに起因する集電体の傷や破れの発生を抑制できる。

対向方向から見た場合に、正極における活物質層の形成領域は、負極における活物質層の形成領域内に位置しており、負極の集電体における補強部材は、正極における活物質層と重なっていなくてもよい。

この場合、蓄電セルを積層したセルスタックにおいて、積層方向から見た場合の正極における補強部材と活物質層とが重なる部分の厚さの増大を抑制できる。正極における補強部材と活物質層とが重なる部分の厚さが増大すると、セルスタックにおいて積層方向に拘束荷重が付加される場合に、当該部分に荷重が集中することが考えられる。荷重の集中部分では、蓄電セル内の正極と負極との間の距離が縮まり、抵抗が減少して電流が集中し易くなるため、反応ムラが生じてしまうおそれがある。したがって、積層方向から見た場合の正極における補強部材と活物質層とが重なる部分の厚さの増大を抑制することで、セルスタックにおける蓄電セルの反応ムラの発生を抑えることができる。

正極の集電体における補強部材では、対向方向から見て正極における活物質層の縁に重なる部分の対向方向の厚さが、他の部分の対向方向の厚さよりも小さくなっていてもよい。このような構成によっても、積層方向から見た場合の正極における活物質層の厚さの増大を抑制でき、セルスタックにおける蓄電セルの反応ムラの発生を抑えることができる。

活物質層の形成領域は、矩形状をなしており、スペーサは、矩形枠状をなしており、スペーサの一の辺部には、収容空間の内部から収容空間の外部に貫通する貫通口と、貫通口を閉塞する閉塞部と、が設けられており、補強部材は、少なくともスペーサの一の辺部と活物質層との間の未塗工部分に対応して配置されていてもよい。貫通口が配置される部分は、注液管の挿抜などで集電体に応力が付与され易い。したがって、当該部分に対応して補強部材を配置することで、集電体の皺や歪みを一層好適に抑えることができる。

補強部材は、スペーサの全ての辺部と活物質層との間の未塗工部分に対応して配置されていてもよい。この場合、活物質層の周囲の全ての未塗工部分に対応して補強部材が配置されるので、集電体の皺や歪みをより確実に抑えることができる。

正極及び負極の少なくとも一方の活物質層は、集電体の面内方向において第１の部分と第２の部分とに分割されており、当該集電体において、第１の部分と第２の部分との間には、中間未塗工部分が位置しており、対向方向から見た場合に、第１の部分と中間未塗工部分との境界と、第２の部分と中間未塗工部分との境界とに跨るように、中間未塗工部分に沿って配置された中間補強部材を更に備えていてもよい。活物質層を分割構成とすることにより、蓄電セルを大面積化した場合であっても、活物質層の割れや集電体からの剥離を抑制できる。また、分割された活物質層間の中間未塗工部分に対応して補強部材を配置することで、集電体の皺や歪みを一層確実に抑えることができる。

本開示によれば、集電体の皺や歪みを抑えることができる。

本開示の一側面に係る蓄電セルを用いて構成した蓄電装置の構成を示す概略的な断面図である。図１に示した蓄電セルを単セルの状態で正極側から示す概略的な平面図である。図１に示した蓄電セルを単セルの状態で負極側から示す概略的な平面図である。未塗工部分を補強する補強部材の構成を示す概略的な要部拡大断面図である。中間未塗工部分を補強する補強部材の構成を示す概略的な要部拡大断面図である。変形例に係る蓄電セルの内部構成を示す概略的な要部拡大断面図である。別の変形例に係る蓄電セルの内部構成を示す概略的な要部拡大断面図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の一側面に係る蓄電セルの好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本開示の一側面に係る蓄電セルを用いて構成した蓄電装置の構成を示す概略的な断面図である。図１に示す蓄電装置１は、例えば、フォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の各種車両のバッテリに用いられる装置である。蓄電装置１は、例えばニッケル水素二次電池又はリチウムイオン二次電池等の二次電池である。本実施形態では、蓄電装置１がリチウムイオン二次電池である場合を例示する。

蓄電装置１は、複数の蓄電セル２が積層方向に積層されてなるセルスタック５を含んで構成されている。蓄電装置１は、車両の床下などへの配置を考慮し、全体として扁平な直方体形状をなしている。蓄電装置１は、高容量化及び低背化の両立のため、積層方向から見た場合に、蓄電セル２の一辺の長さが１ｍを超えるような大面積の装置となっている。各蓄電セル２は、正極１１と、負極１２と、セパレータ１３と、スペーサ１４とを備えている。正極１１は、集電体２１と、集電体２１の一方面２１ａに設けられた正極活物質層２２とを有している。負極１２は、集電体２１と、集電体２１の一方面２１ａに設けられた負極活物質層２３とを有している。同一の蓄電セル２においては、正極１１及び負極１２は、正極活物質層２２と負極活物質層２３とが互いに対向するように配置されている。

集電体２１は、一方面２１ａとは反対側の他方面２１ｂを有している。正極１１及び負極１２のいずれにおいても、集電体２１の他方面２１ｂは、活物質層が形成されない面となっている。セルスタック５では、一の蓄電セル２の正極１１における集電体２１の他方面２１ｂと、一の蓄電セル２と積層方向に隣り合う蓄電セル２の負極１２における集電体２１の他方面２１ｂとが互いに接するように蓄電セル２が積層されている。これにより、複数の蓄電セル２が電気的に直列に接続されている。

セルスタック５では、積層方向に隣り合う蓄電セル２，２により、互いに接する正極１１の集電体２１及び負極１２の集電体２１を一つの電極体とする疑似的なバイポーラ電極１０が形成されている。バイポーラ電極１０は、互いに隣接する２つの集電体２１，２１、正極活物質層２２、及び負極活物質層２３を含んで構成されている。セルスタック５において、積層方向の一端には、終端電極としての正極１１の集電体２１が配置されている。積層方向の他端には、終端電極としての負極１２の集電体２１が配置されている。

集電体２１は、蓄電装置１の放電又は充電の間、正極活物質層２２及び負極活物質層２３に電流を供給するための化学的に不活性な電気伝導体である。集電体２１を構成する材料としては、例えば金属材料が挙げられる。

集電体２１は、前述した金属材料を含む１以上の層を含む複数層を備えていてもよい。集電体２１の表面には、メッキ処理又はスプレーコート等の公知の方法により被覆層が形成されていてもよい。集電体２１は、例えば板状、箔状、シート状、フィルム状、メッシュ状等の形態であってもよい。ここでは、集電体２１は、金属箔である。集電体２１を金属箔とする場合、例えばアルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔、チタン箔、ステンレス鋼箔等を用いることができる。

集電体２１として、銅箔、アルミ箔、ステンレス鋼箔（例えばＪＩＳＧ４３０５：２０１５にて規定されるＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４等）を用いた場合、集電体２１の機械的強度を容易に確保できる。集電体２１は、上記金属の合金箔又はクラッド箔であってもよい。本実施形態では、正極１１の集電体２１は、アルミニウム箔であり、負極１２の集電体２１は、銅箔である。箔状の集電体２１を用いる場合、集電体２１の厚みは、例えば１μｍ～１００μｍとすることができる。

正極活物質層２２は、電荷担体を吸蔵及び放出可能である正極活物質を含んで構成されている。正極活物質としては、例えば層状岩塩構造を有するリチウム複合金属酸化物、スピネル構造の金属酸化物、ポリアニオン系化合物などが挙げられる。２種以上の正極活物質を併用してもよい。本実施形態では、正極活物質層２２は、複合酸化物としてのオリビン型リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）を含んで構成されている。

負極活物質層２３は、電荷担体を吸蔵及び放出可能である負極活物質を含んで構成されている。負極活物質は、単体、合金、化合物のいずれであってもよい。負極活物質としては、例えば炭素、金属化合物、リチウムと合金化可能な元素、若しくはその化合物などが挙げられる。炭素としては、天然黒鉛、人造黒鉛が挙げられる。人造黒鉛としては、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ等が挙げられる。リチウムと合金化可能な元素の例としては、シリコン（ケイ素）及びスズが挙げられる。本実施形態では、負極活物質層２３は、炭素系材料としての黒鉛を含んで構成されている。

正極活物質層２２及び負極活物質層２３のそれぞれには、必要に応じて電気伝導性を高めるための導電助剤、結着剤、電解質（ポリマーマトリクス、イオン伝導性ポリマー、電解液等）、イオン伝導性を高めるための電解質支持塩（リチウム塩）等が含まれていてもよい。活物質層に含まれる成分、当該成分の配合比、及び活物質層の厚さに特に限定はなく、リチウムイオン二次電池についての従来公知の知見が適宜参照され得る。

正極活物質層２２及び負極活物質層２３の厚さは、例えば２μｍ～５００μｍである。集電体２１の表面に活物質層を形成させるには、ロールコート法等の従来から公知の方法を用いることができる。正極１１又は負極１２の熱安定性を向上させるために、集電体２１の片面又は両面、或いは活物質層の表面に耐熱層を設けてもよい。耐熱層は、例えば無機粒子と結着剤とを含んで構成され、その他に増粘剤等の添加剤を含んでいてもよい。

導電助剤は、正極１１又は負極１２の導電性を高めるために添加され得る。導電助剤は、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等である。結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂、ポリ（メタ）アクリル酸等のアクリル系樹脂、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸アンモニウム等のアルギン酸塩、水溶性セルロースエステル架橋体、デンプン－アクリル酸グラフト重合体などが挙げられる。これらの結着剤は、単独で又は複数で用いられ得る。溶媒には、例えば、水、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）等が用いられる。

セパレータ１３は、正極１１と負極１２とを隔離することで、両極の接触による短絡を防止しつつ、リチウムイオン等の電荷担体を通過させる部材である。セパレータ１３は、正極１１の正極活物質層２２と負極１２の負極活物質層２３との間に配置されている。これにより、セパレータ１３は、蓄電セル２をスタックした際に隣り合うバイポーラ電極１０，１０間の短絡を防止する。セパレータ１３の縁部１３ａは、負極１２側の集電体２１に接した状態でスペーサ１４の内壁部分に埋設されている。これにより、セパレータ１３は、スペーサ１４によって保持された状態となっている。

セパレータ１３の基材層は、例えば電解質を吸収保持するポリマーを含む多孔性シート又は不織布によって構成されている。基材層を構成する材料としては、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリエステルなどが挙げられる。基材層は、単層構造或いは多層構造のいずれであってもよい。基材層が多層構造をなす場合、例えば接着層、耐熱層としてのセラミック層等を有してもよい。本実施形態では、このセパレータ１３の基材層に電解質が含浸されている。

電解質としては、例えば非水溶媒と非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む液体電解質（電解液）などが挙げられる。電解塩としては、例えばＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＦＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２等の公知のリチウム塩を使用できる。また、非水溶媒として、環状カーボネート類、環状エステル類、鎖状カーボネート類、鎖状エステル類、エーテル類等の公知の溶媒を使用できる。なお、これら公知の溶媒材料を二種以上組み合わせて用いてもよい。

スペーサ１４は、正極１１の集電体２１と負極１２の集電体２１との間に配置され、正極１１の集電体２１及び負極１２の集電体２１に接合されている。スペーサ１４は、絶縁材料を含み、正極１１の集電体２１と負極１２の集電体２１との間を絶縁することによって、集電体２１間の短絡を防止する。スペーサ１４を構成する材料としては、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、変性ポリプロピレン（変性ＰＰ）、アクリロニトリルスチレン（ＡＳ）樹脂といった種々の樹脂材料が挙げられる。

本実施形態では、各蓄電セル２に配置されるスペーサ１４は、一対の集電体２１間に位置する部分と、集電体２１の縁部２１ｅよりも外側に位置する部分とを有している。セルスタック５の積層方向に隣り合うスペーサ１４，１４において、集電体２１の縁部２１ｅよりも外側に位置する部分同士は、互いに接合されて一体化している。これにより、複数のスペーサ１４が一体化されて封止体Ｂが形成されている。封止体Ｂは、セルスタック５の積層方向の一端に配置された集電体２１から積層方向の他端に配置された集電体２１まで積層方向に延在する筒状部分を構成している。隣り合うスペーサ１４，１４同士を接合する方法としては、例えば、熱溶着、超音波溶着又は赤外線溶着など、公知の溶着方法が用いられる。

スペーサ１４は、当該スペーサ１４、正極１１の集電体２１、及び負極１２の集電体２１によって囲まれた収容空間Ｓを形成する。収容空間Ｓには、セパレータ１３、正極活物質層２２、及び負極活物質層２３が、電解液に含浸された状態で収容されている。本実施形態において、スペーサ１４は、収容空間Ｓを封止する封止部としても機能し、収容空間Ｓに収容された電解液が外部に漏出することを防止する。スペーサ１４は、蓄電装置１の外部から収容空間Ｓ内への水分の侵入を防止し得る。また、スペーサ１４は、例えば充放電反応等によって正極１１又は負極１２から発生したガスが蓄電装置１の外部に漏出することを防止する。

蓄電装置１は、積層方向においてセルスタック５を挟むように配置された一対の通電体（正極通電板４０及び負極通電板５０）を備えている。正極通電板４０及び負極通電板５０は、導電性材料によって構成されている。正極通電板４０及び負極通電板５０の構成材料としては、例えば集電体２１の構成材料と同じ材料が用いられる。正極通電板４０及び負極通電板５０の厚さは、セルスタック５に用いられた集電体２１の厚さより大きくてもよい。正極通電板４０は、積層方向の一端において最も外側に配置された正極１１の集電体２１に電気的に接続されている。負極通電板５０は、積層方向の他端において最も外側に配置された負極１２の集電体２１に電気的に接続されている。正極通電板４０及び負極通電板５０のそれぞれに設けられた端子を通じて蓄電装置１の充放電が行われる。

セルスタック５の積層方向において最も外側に配置された集電体２１と正極通電板４０及び負極通電板５０との間には、両部材間の導電接触を良好にする目的で、導電層３０が更に配置されている。導電層３０は、集電体２１の他方面２１ｂに密着していてもよい。導電層３０は、例えば集電体２１の硬度よりも低い硬度を有している。導電層３０は、アセチレンブラック又はグラファイト等のカーボンを含む層であってもよく、Ａｕを含むメッキ層であってもよい。

続いて、上述した蓄電セル２の構成について更に詳細に説明する。

図２は、図１に示した蓄電セルを単セルの状態で正極側から示す概略的な平面図であり、図３は、負極側から示す概略的な平面図である。図２及び図３に示すように、蓄電セル２では、正極１１及び負極１２を構成する集電体２１は、蓄電セル２の積層方向から見て矩形状をなしている。ここでは、集電体２１の形状は長方形状となっており、集電体２１は、一対の長辺２１ｆ，２１ｆと、一対の短辺２１ｇ，２１ｇとを有している。

正極活物質層２２及び負極活物質層２３は、正極１１及び負極１２における正極活物質層２２と負極活物質層２３との対向方向（セルスタック５における蓄電セル２の積層方向と一致）から見て、いずれも矩形状に形成されている。正極活物質層２２の形成領域Ｒ１は、図２に示すように、集電体２１の中央において長方形状をなしている。正極１１の集電体２１において、正極活物質層２２が形成されない未塗工部分Ｖ１は、正極活物質層２２の形成領域Ｒ１の周囲を囲うように集電体２１の縁部２１ｅに位置している。

本実施形態では、正極活物質層２２の形成領域Ｒ１内において、正極活物質層２２は、集電体２１の面内方向に第１の部分２２Ａと第２の部分２２Ｂとに分割されている。第１の部分２２Ａ及び第２の部分２２Ｂは、いずれも長方形状をなし、集電体２１の長辺２１ｆ，２１ｆ同士を結ぶ方向に配列されている。第１の部分２２Ａと第２の部分２２Ｂとの間には、正極活物質層２２が形成されない未塗工部分（以下、「中間未塗工部分Ｖ２」と称す）が位置している。中間未塗工部分Ｖ２は、集電体２１の短辺２１ｇ，２１ｇ同士を結ぶ方向に帯状に延在している。

負極活物質層２３の形成領域Ｒ２は、図３に示すように、集電体２１の中央において長方形状をなしている。負極１２の集電体２１において、負極活物質層２３が形成されない未塗工部分Ｖ１は、負極活物質層２３の形成領域Ｒ２の周囲を囲うように集電体２１の縁部２１ｅに位置している。本実施形態では、負極活物質層２３の形成領域Ｒ２は、正極活物質層２２の形成領域Ｒ１（第１の部分２２Ａ、第２の部分２２Ｂ、及び中間未塗工部分Ｖ２を合わせた領域）よりも一回り大きく形成されている。正極活物質層２２と負極活物質層２３との対向方向から見た場合に、正極活物質層２２の形成領域Ｒ１の全体は、負極活物質層２３の形成領域Ｒ２内に位置している。

本実施形態において、スペーサ１４は、矩形の枠状に形成されている。ここでは、スペーサ１４の形状は、集電体２１と相似の長方形の枠状となっており、スペーサ１４は、集電体２１の長辺２１ｆ，２１ｆに対応する一対の長辺１４ａ，１４ａと、一対の短辺１４ｂ，１４ｂとを有している。スペーサ１４は、正極活物質層２２及び負極活物質層２３の周囲を取り囲むように集電体２１の縁部２１ｅに沿って延在している。したがって、集電体２１を正極活物質層２２と負極活物質層２３との対向方向から見た場合に、スペーサ１４と正極活物質層２２及び負極活物質層２３との間には、上述した未塗工部分Ｖ１が矩形の枠状に位置している。

また、図２及び図３に示すように、スペーサ１４の一の辺部には、収容空間Ｓへの電解液を注液するための注液口（貫通口）Ｐと、当該注液口Ｐを閉塞する閉塞部Ｐｆとが設けられている。注液口Ｐは、収容空間Ｓの内部から収容空間Ｓの外部に貫通する開口である。閉塞部Ｐｆは、注液口Ｐの外部側を閉塞し、収容空間Ｓを封止している。収容空間Ｓへの電解液の注液は、閉塞部Ｐｆを設ける前の製造段階において、スペーサ１４に設けられた注液口Ｐに挿入された注液管Ｐａ（図４参照）を用いて行われる。ここでは、注液口Ｐは、スペーサ１４の一方の短辺１４ｂの中央部分に設けられている。正極活物質層２２と負極活物質層２３との対向方向から見た場合、注液口Ｐにおける収容空間Ｓ側の開口端は、中間未塗工部分Ｖ２と対向している。中間未塗工部分Ｖ２は、注液口Ｐの延長線上に延在している。

蓄電セル２には、図２及び図３に示すように、集電体２１において活物質層が位置しない未塗工部分Ｖ１を補強する補強部材３１が設けられている。補強部材３１としては、例えば電気絶縁性及び電解液に対する耐腐食性を有する接着テープを用いることができる。接着剤としては、例えばアクリル系の接着剤を用いることができる。接着テープの基材には、例えばスペーサ１４を構成する材料と同一の材料を用いることができる。この場合、接着テープの基材には、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン、ポリイミド（ＰＩ）、ＡＢＳ樹脂、変性ポリプロピレン（変性ＰＰ）、アクリロニトリルスチレン（ＡＳ）樹脂などを用いることができる。補強部材３１は、スペーサ１４と同一の材料を集電体２１に溶着することによって構成されていてもよい。

補強部材３１は、正極１１の集電体２１の他方面２１ｂ側及び負極１２の集電体２１の他方面２１ｂ側にそれぞれ配置され、収容空間Ｓの外部から集電体２１を補強している。正極１１の集電体２１を補強する補強部材３１は、図２に示すように、正極活物質層２２と負極活物質層２３との対向方向から見て、未塗工部分Ｖ１に沿う補強部材３１Ａと、中間未塗工部分Ｖ２に沿う中間補強部材３１Ｂとを有している。負極１２の集電体２１を補強する補強部材３１は、図３に示すように、正極活物質層２２と負極活物質層２３との対向方向から見て、未塗工部分Ｖ１に沿う補強部材３１Ｃを有している。本実施形態では、補強部材３１Ａ，３１Ｃ及び中間補強部材３１Ｂの厚さは、互いに等しくなっている。

補強部材３１Ａ，３１Ｃは、少なくとも注液口Ｐが設けられたスペーサ１４の一方の短辺１４ｂと正極活物質層２２との間の未塗工部分Ｖ１に対応して配置されている。本実施形態では、補強部材３１Ａ，３１Ｃは、未塗工部分Ｖ１に沿った矩形の枠状をなしており、スペーサ１４の全ての辺部（長辺１４ａ，１４ａ及び短辺１４ｂ，１４ｂ）と正極活物質層２２及び負極活物質層２３との間の未塗工部分Ｖ１に対応して配置されている。

未塗工部分Ｖ１を補強する補強部材３１Ａは、図４に示すように、集電体２１を正極活物質層２２と負極活物質層２３との対向方向から見た場合に、正極活物質層２２と未塗工部分Ｖ１との境界Ｍ１と、スペーサ１４と未塗工部分Ｖ１との境界Ｍ２とに跨るように、未塗工部分Ｖ１に沿って連続的に配置されている。具体的には、補強部材３１Ａの内縁（正極活物質層２２側の縁）３１ａは、正極活物質層２２の縁２２ａよりも集電体２１の内側（集電体２１の中心側）に位置しており、補強部材３１Ａの外縁３１ｂは、スペーサ１４の内縁（収容空間Ｓ側の縁）１４ｃよりも集電体２１の外側（集電体２１の縁２１ｈ側）に位置している。補強部材３１Ａの外縁３１ｂは、集電体２１の縁２１ｈよりも集電体２１の内側（集電体２１の中心側）に位置している。

未塗工部分Ｖ１を補強する補強部材３１Ｃは、図４に示すように、集電体２１を正極活物質層２２と負極活物質層２３との対向方向から見た場合に、負極活物質層２３と未塗工部分Ｖ１との境界Ｍ３と、スペーサ１４と未塗工部分Ｖ１との境界Ｍ２とに跨るように、未塗工部分Ｖ１に沿って連続的に配置されている。具体的には、補強部材３１Ｃの内縁（負極活物質層２３側の縁）３１ａは、負極活物質層２３の縁２３ａよりも集電体２１の内側（集電体２１の中心側）に位置しており、補強部材３１Ｃの外縁３１ｂは、スペーサ１４の内縁（収容空間Ｓ側の縁）１４ｃよりも集電体２１の外側（集電体２１の縁２１ｈ側）に位置している。補強部材３１Ｃの外縁３１ｂは、集電体２１の縁２１ｈよりも集電体２１の内側（集電体２１の中心側）に位置している。

本実施形態では、上述したように、負極活物質層２３の形成領域Ｒ２は、正極活物質層２２の形成領域Ｒ１よりも一回り大きく形成されている。このため、補強部材３１Ｃの内縁３１ａは、補強部材３１Ａの内縁３１ａ及び正極活物質層２２の縁２２ａよりも集電体２１の外側（集電体２１の縁２１ｈ側）に位置している。したがって、集電体２１を正極活物質層２２と負極活物質層２３との対向方向から見た場合に、補強部材３１Ｃは、正極活物質層２２と重なっておらず、正極活物質層２２と一定の間隔をもって配置されている。また、補強部材３１Ｃの外縁３１ｂは、集電体２１を正極活物質層２２と負極活物質層２３との対向方向から見た場合に、補強部材３１Ａの外縁３１ｂと同じ位置に揃えられている。なお、図４では、注液口Ｐが設けられたスペーサ１４の一方の短辺１４ｂ側の断面構成を拡大して示しているが、スペーサ１４の他の辺部側の断面構成についても同様の構成となっている。

中間未塗工部分Ｖ２を補強する中間補強部材３１Ｂは、図５に示すように、集電体２１を正極活物質層２２と負極活物質層２３との対向方向から見た場合に、正極活物質層２２の第１の部分２２Ａと中間未塗工部分Ｖ２との境界Ｍ４と、正極活物質層２２の第２の部分２２Ｂと中間未塗工部分Ｖ２との境界Ｍ５とに跨るように、中間未塗工部分Ｖ２に沿って連続的に配置されている。中間補強部材３１Ｂの両端は、スペーサ１４の短辺１４ｂ，１４ｂ側で補強部材３１Ａと連続した状態となっている（図２参照）。

以上説明したように、蓄電セル２では、集電体２１の未塗工部分Ｖ１に沿って補強部材３１が設けられている。正極１１の集電体２１を補強する補強部材３１Ａは、正極活物質層２２と負極活物質層２３との対向方向から見た場合に、正極活物質層２２と未塗工部分Ｖ１との境界Ｍ１と、スペーサ１４と未塗工部分Ｖ１との境界Ｍ２とに跨って配置されている。また、負極１２の集電体２１を補強する補強部材３１Ｃは、正極活物質層２２と負極活物質層２３との対向方向から見た場合に、負極活物質層２３と未塗工部分Ｖ１との境界Ｍ３と、スペーサ１４と未塗工部分Ｖ１との境界Ｍ２とに跨って配置されている。

集電体２１において、正極活物質層２２又は負極活物質層２３が位置する部分及びスペーサ１４が位置する部分は、一定の剛性が保たれる部分である。このため、正極活物質層２２及び負極活物質層２３と未塗工部分Ｖ１との境界Ｍ１，Ｍ３と、スペーサ１４と未塗工部分Ｖ１との境界Ｍ２とに跨って補強部材３１が配置されることで、未塗工部分Ｖ１の効果的な補強が可能となる。したがって、蓄電セル２では、金属箔である集電体２１の皺や歪みを抑えることができ、皺や歪みに起因する集電体２１の傷や破れの発生を抑制できる。集電体２１の傷や破れの発生の抑制により、蓄電セル２の封止性が低下してしまうことも防止できる。

蓄電セル２では、正極活物質層２２と負極活物質層２３との対向方向から見た場合に、正極活物質層２２の形成領域Ｒ１が負極活物質層２３の形成領域Ｒ２内に位置している。そして、負極１２の集電体２１における補強部材３１は、正極活物質層２２と負極活物質層２３との対向方向から見た場合に、正極活物質層２２と重ならないように配置されている。

この場合、蓄電セル２を積層したセルスタック５において、積層方向から見た場合の正極１１における補強部材３１と正極活物質層２２とが重なる部分の厚さの増大を抑制できる。正極１１における補強部材３１と正極活物質層２２とが重なる部分の厚さが増大すると、セルスタック５において積層方向に拘束荷重が付加される場合に、当該部分に荷重が集中することが考えられる。荷重の集中部分では、蓄電セル２内の正極１１と負極１２との間の距離が縮まり、抵抗が減少して電流が集中し易くなるため、反応ムラが生じてしまうおそれがある。したがって、積層方向から見た場合の正極１１における補強部材３１と正極活物質層２２とが重なる部分の厚さの増大を抑制することで、セルスタック５における蓄電セル２の反応ムラの発生を抑えることができる。

蓄電セル２では、正極活物質層２２の形成領域Ｒ１及び負極活物質層２３の形成領域Ｒ２がいずれも矩形状をなしており、これに対応してスペーサ１４が矩形枠状をなしている。スペーサ１４の短辺１４ｂ側には、蓄電セル２の外部と収容空間Ｓとを連通する注液口Ｐが設けられており、補強部材３１は、少なくともこのスペーサ１４の短辺１４ｂと正極活物質層２２及び負極活物質層２３との間の未塗工部分Ｖ１に対応して配置されている。注液口Ｐが配置される部分は、注液管Ｐａの挿抜などで集電体２１に応力が付与され易い。したがって、当該部分に対応して補強部材３１を配置することで、集電体２１の皺や歪みを一層好適に抑えることができる。

本実施形態では、補強部材３１がスペーサ１４の全ての辺部と正極活物質層２２及び負極活物質層２３との間の未塗工部分Ｖ１に対応して配置されている。正極活物質層２２及び負極活物質層２３の周囲の全ての未塗工部分Ｖ１に対応して補強部材３１が配置されることで、集電体２１の皺や歪みをより確実に抑えることができる。

蓄電セル２では、正極活物質層２２は、集電体２１の面内方向において第１の部分２２Ａと第２の部分２２Ｂとに分割されており、当該集電体２１において、第１の部分２２Ａと第２の部分２２Ｂとの間には、中間未塗工部分Ｖ２が位置している。そして、補強部材３１は、対向方向から見た場合に、第１の部分２２Ａと中間未塗工部分Ｖ２との境界Ｍ４と、第２の部分２２Ｂと中間未塗工部分Ｖ２との境界Ｍ５とに跨るように、中間未塗工部分Ｖ２に沿って配置されている。正極活物質層２２を分割構成とすることにより、蓄電セル２を大面積化した場合であっても、正極活物質層２２の割れや集電体２１からの剥離を抑制できる。また、分割された正極活物質層２２間の中間未塗工部分Ｖ２に対応して補強部材３１を配置することで、集電体２１の皺や歪みを一層確実に抑えることができる。

本開示は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、正極１１の集電体２１における補強部材３１Ａの正極活物質層２２と負極活物質層２３との対向方向の厚さが当該補強部材３１Ａの幅方向に一様となっているが、図６に示すように、当該補強部材３１Ａにおいて、正極活物質層２２と負極活物質層２３との対向方向から見て正極活物質層２２に重なる部分３１ｃの対向方向の厚さが、補強部材３１Ａの他の部分の対向方向の厚さよりも小さくなっていてもよい。このような構成によっても、積層方向から見た場合の正極１１における補強部材３１と正極活物質層２２とが重なる部分の対向方向の厚さの増大を抑制でき、セルスタック５における蓄電セル２の反応ムラの発生を抑えることができる。

同様に、正極活物質層２２と負極活物質層２３との対向方向から見て、補強部材３１におけるスペーサ１４に重なる部分の対向方向の厚さが、補強部材３１における他の部分の対向方向の厚さよりも小さくなっていてもよい。また、スペーサ１４の対向方向の厚さは、正極活物質層２２、負極活物質層２３、及びセパレータ１３における対向方向の厚さの和よりも小さくなっていてもよい。このような構成によれば、例えばスペーサ１４と補強部材３１とが重なる部分まで積層方向に拘束荷重が付与される場合においても、スペーサ１４と補強部材３１とが重なる部分の対向方向の厚さの増大が抑制され、正極活物質層２２及び負極活物質層２３に拘束荷重を十分に付与できる。

図６の例では、補強部材３１Ａにおいて、正極活物質層２２と負極活物質層２３との対向方向から見て正極活物質層２２に重なる部分３１ｃのみが薄化されており、負極１２側の補強部材３１Ｃに重なる部分の厚さが補強部材３１Ｃと等しい厚さとなっているが、補強部材３１Ａの全体の厚さが補強部材３１Ｃの厚さに比べて小さくなっていてもよい。厚さの差は、補強部材３１を構成する接着テープにおいて基材層の厚さが異なるものを用いて形成してもよく、補強部材３１Ｃにおける接着テープの重ね貼りによって形成してもよい。

図７に示すように、正極活物質層２２の縁２２ａの角部Ｋに丸みが生じている場合には、正極活物質層２２と負極活物質層２３との対向方向から見て、補強部材３１Ａの内縁３１ａを角部Ｋに重なるように位置させてもよい。このような構成によっても、積層方向から見た場合の正極活物質層２２の縁部分の厚さの増大を抑制でき、セルスタック５における蓄電セル２の反応ムラの発生を抑えることができる。正極活物質層２２の縁２２ａの角部Ｋの丸みは、例えば集電体２１にロールプレスなどによって正極活物質層２２のペーストを塗工する場合に形成され得る。

上記実施形態では、補強部材３１Ａ及び補強部材３１Ｃの外縁３１ｂは、集電体２１の縁２１ｈよりも集電体２１の内側に位置しているが、補強部材３１Ａ及び補強部材３１Ｃの外縁３１ｂは、集電体２１の縁２１ｈよりも外側に張り出していてもよい。この場合、補強部材３１Ａ，３１Ｃの張出部分によって積層方向に隣り合う蓄電セル２，２間の短絡を抑制することが可能となる。

上記実施形態では、補強部材３１が未塗工部分Ｖ１及び中間未塗工部分Ｖ２に沿って連続的に配置されているが、補強部材３１は、未塗工部分Ｖ１及び中間未塗工部分Ｖ２に沿って破線状或いは点線状のように非連続に配置されていてもよい。また、補強部材３１は、帯状に限られず、波線状、ジグザグ状、湾曲状などの他の形状を有していてもよい。

上記実施形態では、正極活物質層２２が第１の部分２２Ａと第２の部分２２Ｂとに分割されているが、活物質層の構成はこれに限られるものではない。負極活物質層２３が第１の部分及び第２の部分に分割されていてもよく、正極活物質層２２及び負極活物質層２３の双方が第１の部分及び第２の部分に分割されていてもよい。正極活物質層２２及び負極活物質層２３の双方が分割されない態様であってもよい。活物質層は、３つ以上の部分に分割されていてもよい。

２…蓄電セル、１１…正極、１２…負極、１３…セパレータ、１４…スペーサ、１４ｂ…短辺（一の辺部）、２１…集電体、２１ｅ…縁部、２２…正極活物質層（活物質層）、２２Ａ…第１の部分、２２Ｂ…第２の部分、２３…負極活物質層（活物質層）、３１（３１Ａ，３１Ｃ）…補強部材、３１Ｂ…中間補強部材、３１ａ…内縁、３１ｂ…外縁、３１ｃ…正極活物質層の縁に重なる部分、Ｒ１…正極活物質層の形成領域、Ｒ２…負極活物質層の形成領域、Ｓ…収容空間、Ｐ…注液口（貫通口）、Ｐｆ…閉塞部、Ｖ１…未塗工部分、Ｖ２…中間未塗工部分、Ｍ１～Ｍ５…境界。

Claims

金属箔によって構成された集電体の一方面に活物質層を有し、前記活物質層同士が互いに対向するように配置された正極及び負極と、
前記正極と前記負極との間に配置され、前記活物質層間に介在するセパレータと、
前記正極と前記負極との間に配置され、前記活物質層を囲むように前記集電体の縁部間を封止して電解液が収容される収容空間を形成するスペーサと、
前記集電体において前記活物質層が位置しない未塗工部分を補強する補強部材と、を備え、
前記集電体は、前記正極及び前記負極における前記活物質層の対向方向から見た場合に、前記スペーサと前記活物質層との間に前記未塗工部分を矩形枠状に有しており、
前記補強部材は、前記対向方向から見た場合に、前記活物質層と前記未塗工部分との境界と、前記スペーサと前記未塗工部分との境界とに跨るように、前記未塗工部分に沿って矩形枠状に配置されている蓄電セル。
金属箔によって構成された集電体の一方面に活物質層を有し、前記活物質層同士が互いに対向するように配置された正極及び負極と、
前記正極と前記負極との間に配置され、前記活物質層間に介在するセパレータと、
前記正極と前記負極との間に配置され、前記活物質層を囲むように前記集電体の縁部間を封止して電解液が収容される収容空間を形成するスペーサと、
前記集電体において前記活物質層が位置しない未塗工部分を補強する補強部材と、を備え、
前記集電体は、前記正極及び前記負極における前記活物質層の対向方向から見た場合に、前記スペーサと前記活物質層との間に前記未塗工部分を有しており、
前記補強部材は、前記対向方向から見た場合に、前記活物質層と前記未塗工部分との境界と、前記スペーサと前記未塗工部分との境界とに跨るように、前記未塗工部分に沿って配置され、
前記対向方向から見た場合に、
前記正極における前記活物質層の形成領域は、前記負極における前記活物質層の形成領域内に位置しており、
前記負極の集電体における前記補強部材は、前記正極における前記活物質層と重なっていない蓄電セル。
金属箔によって構成された集電体の一方面に活物質層を有し、前記活物質層同士が互いに対向するように配置された正極及び負極と、
前記正極と前記負極との間に配置され、前記活物質層間に介在するセパレータと、
前記正極と前記負極との間に配置され、前記活物質層を囲むように前記集電体の縁部間を封止して電解液が収容される収容空間を形成するスペーサと、
前記集電体において前記活物質層が位置しない未塗工部分を補強する補強部材と、を備え、
前記集電体は、前記正極及び前記負極における前記活物質層の対向方向から見た場合に、前記スペーサと前記活物質層との間に前記未塗工部分を有しており、
前記補強部材は、前記対向方向から見た場合に、前記活物質層と前記未塗工部分との境界と、前記スペーサと前記未塗工部分との境界とに跨るように、前記未塗工部分に沿って配置され、
前記正極の集電体における前記補強部材では、前記対向方向から見て前記正極における前記活物質層に重なる部分の前記対向方向の厚さが、他の部分の前記対向方向の厚さよりも小さくなっている蓄電セル。
前記活物質層の形成領域は、矩形状をなしており、
前記スペーサは、矩形枠状をなしており、
前記スペーサの一の辺部には、前記収容空間の内部から前記収容空間の外部に貫通する貫通口と、前記貫通口を閉塞する閉塞部と、が設けられており、
前記補強部材は、少なくとも前記スペーサの前記一の辺部と前記活物質層との間の未塗工部分に対応して配置されている請求項１～３のいずれか一項記載の蓄電セル。
前記補強部材は、前記スペーサの全ての辺部と前記活物質層との間の未塗工部分に対応して配置されている請求項１～４のいずれか一項記載の蓄電セル。
前記正極及び前記負極の少なくとも一方の活物質層は、前記集電体の面内方向において第１の部分と第２の部分とに分割されており、
当該集電体において、前記第１の部分と前記第２の部分との間には、中間未塗工部分が位置しており、
前記対向方向から見た場合に、前記第１の部分と前記中間未塗工部分との境界と、前記第２の部分と前記中間未塗工部分との境界とに跨るように、前記中間未塗工部分に沿って配置された中間補強部材を更に備える請求項１～５のいずれか一項記載の蓄電セル。