(57)【要約】【課題】充放電の繰り返しによる電極体のシワの発生を抑えることで容量低下を抑制できる蓄電素子の提供を目的とする。【解決手段】本発明の蓄電素子は、第一方向及び第二方向に延びる電極体と、前記電極体の第一方向における両端部にそれぞれ接続される第一集電部材及び第二集電部材と、を備え、前記第一集電部材と前記電極体とは２以上の第一接続部で接続され、前記第二集電部材と前記電極体とは２以上の第二接続部で接続され、前記第一接続部のうち少なくとも１つの第一接続部は、前記第二接続部の前記第二方向の中心を通り前記第一方向に延びる仮想線からずれている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一方向及び第二方向に延びる電極体と、
前記電極体の第一方向における両端部にそれぞれ接続される第一集電部材及び第二集電部材と
を備え、
前記第一集電部材と前記電極体とは２以上の第一接続部で接続され、
前記第二集電部材と前記電極体とは２以上の第二接続部で接続され、
前記第一接続部のうち少なくとも１つの第一接続部は、前記第二接続部の前記第二方向の中心を通り前記第一方向に延びる仮想線からずれている
蓄電素子。
【請求項２】
前記電極体は、正極と負極とをセパレータを介して巻回した巻回型電極体であり、
前記第一方向は、前記電極体の巻回軸方向である
請求項１に記載の蓄電素子。
【請求項３】
全ての前記第一接続部は、前記仮想線からずれている
請求項１又は請求項２に記載の蓄電素子。
【請求項４】
前記少なくとも１つの第一接続部は、一対の側縁が第二接続部の第二方向両側先端を通り、前記第一方向に延びる帯状の仮想領域からずれている
請求項１、請求項２又は請求項３に記載の蓄電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池に代表される二次電池は、エネルギー密度の高さから、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器、自動車等に多用されている。
【０００３】
前記二次電池として、負極板と正極板とをセパレータを介して巻回又は積層したエレメント（電極体）の対向する両端部に集電部材（リードエレメント）を結合したものが普及している。このような二次電池において、電流集電効率を向上させるためにリードエレメントと電極体（電極群）との接触面積を大きくすることが記載されている（特開２００６−０１２８３０号公報参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０１２８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の二次電池においては、集電部材（リードエレメント）と電極体（電極群）との溶接ポイントが左右対称（特許文献１におけるＹ軸方向視において対称）に設けられている。この場合、特に対称に設けられた対となる溶接ポイント同士の間に、充放電によって極板の膨張及び収縮に起因する電極体の撓みが局所的に集中し、集電部材との結合部分においてシワが発生し易い。そのため、充放電の繰り返しによって容量が低下し易い。
【０００６】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、充放電の繰り返しによる電極体のシワの発生を抑えることで容量低下を抑制できる蓄電素子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するためになされた発明は、第一方向及び第二方向に延びる電極体と、前記電極体の第一方向における両端部にそれぞれ接続される第一集電部材及び第二集電部材と、を備え、前記第一集電部材と前記電極体とは２以上の第一接続部で接続され、前記第二集電部材と前記電極体とは２以上の第二接続部で接続され、前記第一接続部のうち少なくとも１つの第一接続部は、前記第二接続部の前記第二方向の中心を通り前記第一方向に延びる仮想線からずれている、蓄電素子である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の蓄電素子は、充放電の繰り返しによる電極体のシワの発生を抑えることで容量低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態における蓄電素子を示す模式的分解斜視図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線での模式的断面図である。
【図３】図３は、図２のＢ−Ｂ線での模式的断面図である。
【図４】図４は、図２とは異なる第一接続部及び第二接続部の構成を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る蓄電素子について図面を参照しつつ詳説する。
【００１１】
［蓄電素子］
図１及び図２は、本発明の一実施形態の蓄電素子を示す。当該蓄電素子は、図１及び図２に示すように第一方向（図中Ｚ方向）及び第二方向（図中Ｘ方向）に延びる板状の電極体１と、電極体１の第一方向における両端部にそれぞれ接続される第一集電部材２ａ及び第二集電部材２ｂと、電極体１、第一集電部材２ａ及び第二集電部材２ｂを収納する外装体３とを備える。蓄電素子は、例えば、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く、充放電が可能な二次電池であってもよく、キャパシタであってもよい。具体的には、蓄電素子は、例えば、非水電解質二次電池であってもよい。より具体的には、蓄電素子は、リチウムイオン二次電池であってもよい。
【００１２】
＜電極体＞
電極体１は、正極板と負極板とこれらを絶縁するセパレータとを有し、正極板と負極板とがセパレータを介して交互に積層されたものである。電極体１は、極板及びセパレータを備えるシート体を扁平状に巻回した巻回型電極体である。すなわち、電極体１は、巻回軸方向視で、短軸及び長軸を有する楕円形状を有する。また、前記第一方向は電極体１の巻回軸方向であり、前記第二方向は電極体１の長軸方向である。
【００１３】
（極板）
正極板は、正極集電基材と、正極集電基材の外面に積層され、正極活物質を含有する正極合剤層とを含む。正極集電基材は、例えば金属箔であってもよく、金属のメッシュであってもよい。具体的には、正極集電基材は、例えばアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔である。正極活物質は、特に限定されるものではなく、種々の正極活物質が用いられる。正極合剤層の空隙率は特に限定されないが、正極合剤層の空隙率が小さいほど、電池を使用した場合に、膨張率が大きく電極体に撓みが生じやすいため、本実施形態の構成による効果が顕著に奏される。具体的には、正極合剤層の空隙率は、３０％以下が好ましく、２５％以下がより好ましい。
【００１４】
負極板は、負極集電基材と、負極集電基材の外面に積層され、負極活物質を含有する負極合剤層とを含む。負極集電基材は、例えば金属箔であってもよく、金属のメッシュであってもよい。具体的には、負極集電基材は、例えば銅箔又は銅合金箔である。負極活物質は、特に限定されるものではなく、種々の負極活物質が用いられる。負極活物質としては、例えば、グラファイト（鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛）、ハードカーボン、ソフトカーボン、アセチレンブラック、カーボンブラック、コークス類、活性炭、フラーレン、カーボンナノチューブ等の炭素材料、アルミニウム、ケイ素、鉛、錫、亜鉛、カドミウム等とリチウムとの合金、Ｌｉ５（Ｌｉ３Ｎ）等の窒化リチウム、金属リチウム、ＬｉＦｅ２Ｏ３、ＷＯ２、ＭｏＯ２、ＳｉＯ、ＣｕＯ等の金属酸化物等を、単独で又は２種類以上混合して用いることができる。電極体１における撓みが比較的生じやすいという点で、負極活物質として、アルミニウム、ケイ素、鉛、錫、亜鉛、カドミウム等とリチウムとの合金を用いた場合に、本実施形態の構成による効果が顕著に奏される。また、前述の炭素材料は、例えば、Ｘ線としてＣｕＫα線を用いた粉末エックス線回折法により測定した（００２）面の平均面間距離が、０．３７０ｎｍ以下であってもよく、０．３３６ｎｍ以下であってもよい。このような炭素材料は、蓄電素子を使用した場合に、膨張率が大きく電極体に撓みが生じやすいため、本実施形態の構成による効果が顕著に奏される。
【００１５】
電極体１は、正極板及び負極板の一方向の端部にそれぞれ合剤層（活物質層）が形成されていない集電基材（本実施形態においては集電箔）が露出した領域を有する。これらの領域には、それぞれ第一集電部材２ａ及び第二集電部材２ｂがクリップによる挟持や溶接等によって電気的及び機械的に接続された第一接続部１０ａ及び第二接続部１０ｂが形成されている。さらに、これらの第一集電部材２ａ及び第二集電部材２ｂはそれぞれ第一端子４ａ及び第二端子４ｂに接続される。
【００１６】
これらの端子は、電極体１に対し、電極体１の巻回軸と垂直な断面における長軸方向（図中Ｘ方向）に配置される。
【００１７】
（セパレータ）
セパレータとしては、例えば織布、不織布、樹脂を主成分とする樹脂フィルム等が用いられる。これらの中でも多孔質樹脂フィルムが好ましい。この多孔質樹脂フィルムの主成分としては、強度の観点から例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンが好ましい。なお、「主成分」とは、最も含有量の多い成分を意味し、例えば５０質量％以上含まれる成分をいう。
【００１８】
セパレータとして、片面又は両面に多孔質の絶縁層が形成された多孔質樹脂フィルムを用いてもよい。前記絶縁層としては、例えば無機酸化物を含有する多孔質層、樹脂ビーズを含有する多孔質層、アラミド樹脂等の耐熱性樹脂を含有する多孔質層等を採用することができる。これらの中でも、無機酸化物を含有する多孔質層が好ましい。また、絶縁層は、必要に応じてバインダーや増粘剤等を含んでいてもよい。絶縁層に含有されるバインダーや増粘剤としては、それぞれ特に制限されず、例えば正極又は負極の活物質層に用いられるものと同様のものを用いることができる。
【００１９】
＜集電部材＞
第一集電部材２ａ及び第二集電部材２ｂは、電極体１の前記第一方向の両端側に対となるよう配設され、それぞれ前記第二方向に延びる帯板状の導電部材である。第一集電部材２ａと電極体１とは、２以上の第一接続部１０ａで接続される。また、第二集電部材２ｂと電極体１とは、２以上の第二接続部１０ｂで接続される。これらの第一接続部１０ａ及び第二接続部１０ｂは、上述のように極板の集電箔露出領域が溶接やクリップ等で集電部材に固定された部分である。なお、第一集電部材２ａ及び第二集電部材２ｂの形状は、電極体１と接続できれば、特に限られない。
【００２０】
このように集電箔露出領域を集電部材に部分的に（一部のみで）固定することで、集電箔露出領域全体を集電部材に固定する場合に比べ、電極体のシワの発生を抑えることができる。なお、極板の集電箔露出領域は、第一接続部１０ａ及び第二接続部１０ｂ以外の部分で集電部材に固定されない状態で当接していてもよい。
【００２１】
当該蓄電素子では、図２に示すように、２以上の第一接続部１０ａのうち少なくとも１つの第一接続部１０ａは、略同じＸＺ平面上に設けられる第二接続部１０ｂの前記第二方向の中心を通り前記第一方向に延びる仮想線Ｐからずれている。ここで、「第一接続部が仮想線からずれている」とは、仮想線が第一接続部の第二方向の中心近傍を通らないことを意味し、「中心近傍」とは、中心からの距離が１ｍｍ以下の領域を意味する
【００２２】
より詳しくは、図２に示すような第一方向及び第二方向に伸びる断面において、少なくとも１つの第一接続部１０ａの第二方向の中心位置が、全ての第２接続部１０ｂの第二方向の中心位置と異なる。換言すると、第一接続部１０ａは、第一方向視で第二接続部１０ｂとずらして配置するとよい。
【００２３】
なお、当該蓄電素子では、図３に示すように、電極体１の複数の集電基材をＹ方向に複数の群（典型的には巻回軸の一方側と）に分割し、集電基材の群毎に第一接続部１０ａ及び第二接続部１０ｂを設けて第一集電部材２ａ及び第二集電部材２ｂに接続してもよい。この場合、集電基材の群毎に第一接続部１０ａ及び第二接続部１０ｂの第二方向の位置が異なってもよく、各群においてそれぞれ第一接続部１０ａが第二接続部１０ｂの前記第二方向の中心を通り前記第一方向に延びる仮想線Ｐからずれていればよい。
【００２４】
なお、当該蓄電素子では、図４に示すように、２以上の第一接続部１０ａのうち、一部の第一接続部１０ａの第二方向の中心が前記仮想線Ｐと一致してもよい。ただし、電極体１のシワの発生を抑える効果を促進する観点からは、図２に示すように全ての第一接続部１０ａが前記仮想線Ｐからずれていることが好ましい。
【００２５】
また、当該蓄電素子では、図４に示すように、前記少なくとも１つの第一接続部１０ａは、一対の側縁が第二接続部１０ｂの第二方向両側先端を通り、第一方向に延びる帯状の仮想領域Ａ（細かくハッチングした領域）からずれていることがより好ましい。つまり、第一接続部１０ａの第二方向の中心位置が第二接続部１０ｂの第二方向の存在範囲外に存在するとよい。このように、第一接続部１０ａの第二方向の位置を第二接続部１０ｂに対して大きくずらすことによって、電極体１のシワの発生をより効果的に抑えることができる。同様に、第二接続部１０ｂも、一対の側縁が第一接続部１０ａの第二方向両側先端を通り、第一方向に延びる帯状の仮想領域からずれていることが好ましい。
【００２６】
さらに、前記少なくとも１つの第一接続部１０ａの全体が前記仮想領域Ａと重複しないことが特に好ましい。つまり、第一接続部１０ａの第二方向の存在範囲が第二接続部１０ｂの第二方向の存在範囲外に存在するとよい。このように、第一接続部１０ａの第二方向の位置を第二接続部１０ｂに対してより大きくずらすことによって、電極体１のシワの発生をさらに効果的に抑えることができる。
【００２７】
さらに、複数の第一接続部１０ａ及び第二接続部１０ｂのうち、少なくとも１つの接続部が電極体１の第二方向端部に位置することが好ましい。すなわち、少なくとも１つの接続部が、電極体１の折返し部分（電極体１のＸ軸方向における両端部）近傍に位置することが好ましい。この場合電極体の折返し部分近傍とは、電極体１のＸ軸方向端部からＸ軸方向に、電極体１のＸ軸方向の長さの１０分の１の範囲の領域を意味する。これにより、電極体１のシワの発生をより確実に抑えることができる。
【００２８】
第二接続部１０ｂの前記仮想線Ｐからずれている第一接続部１０ａと、第二方向で最も近い第二接続部１０ｂとを結ぶ直線を第二仮想線Ｑとしたとき、前記仮想線Ｐと前記第二仮想線Ｑとの挟角θの下限としては、３°が好ましく、５°がより好ましく、１０°がさらに好ましい。一方、前記挟角の上限としては、３０°が好ましく、２５°がより好ましく、２０°がさらに好ましい。前記挟角をこのような範囲とすることで、電極体１のシワの発生を抑えつつ接続部の数を確保することができるので、電極体１と集電部材との接続強度を維持することができる。なお、第二仮想線Ｑは、第一接続部１０ａ、第二接続部１０ｂそれぞれにおける、第二方向の中心に位置し且つ第一方向で最も電極体１の内側に位置する点同士を結ぶ直線である。
【００２９】
１つの第一接続部１０ａ及び第二接続部１０ｂの第二方向の長さの下限としては、１ｍｍが好ましく、３ｍｍがより好ましい。一方、前記長さの上限としては、５０ｍｍ、４０ｍｍ、２０ｍｍが好ましく、１０ｍｍがより好ましい。前記長さをこのような範囲とすることで、電極体１のシワの発生を抑えつつ、電極体１と集電部材との接続強度を維持することができる。
【００３０】
電極体１の集電箔露出領域（第一方向端部）の第二方向の長さに対する１つの第一接続部１０ａ及び第二接続部１０ｂの第二方向の長さの比の下限としては、１％が好ましく、３％がより好ましく、５％がさらに好ましい。一方、前記長さの比の上限は、１００％であり、５０％が好ましく、３０％がより好ましく、２０％がさらに好ましく、１５％が特に好ましい。前記長さの比をこのような範囲とすることで、電極体１のシワの発生を抑えつつ、電極体１と集電部材との接続強度を維持することができる。
【００３１】
第一接続部１０ａの数と、第二接続部１０ｂの数とは、同じでもよいし、異なっていてもよいが、集電体と電極体との接続抵抗のバランスを維持するという点から、これらを近い数とすることが好ましい。第一接続部１０ａの数と第二接続部１０ｂの数との差（絶対値）の上限としては、２が好ましく、１がより好ましく、０がさらに好ましい。
【００３２】
＜外装体＞
外装体３は、電極体１、第一集電部材２ａ及び第二集電部材２ｂを収容し、第二方向（Ｘ方向）に垂直な一面（上面）が開放された直方体状の筐体である。具体的には、外装体３は、底面と、第三方向（Ｙ方向）に対向する一対の長側面と、第一方向（Ｚ方向）に対向する一対の短側面とを有する。また、上面は電池蓋５によって塞がれる。外装体３及び電池蓋５は、金属板から構成される。この金属板の材質としては、例えばアルミニウムが使用できる。
【００３３】
また、電池蓋５には、第一集電部材２ａ又は第二集電部材２ｂと接続され、外部と通電する第一端子４ａ及び第二端子４ｂが設けられている。さらに、当該蓄電素子を非水電解質二次電池に用いる場合、外装体３内には、電池蓋５に設けた注入孔（図示省略）から非水電解質（電解液）が充填される。
【００３４】
＜非水電解質＞
当該蓄電素子が非水電解質二次電池の場合、非水電解質として、非水電解質二次電池に通常用いられる公知の非水電解質が使用できる。例えばエチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）等の環状カーボネート、又はジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等の鎖状カーボネートを含有する非水溶媒に、リチウムヘキサフルオロホスフェート（ＬｉＰＦ６）等の電解質塩を溶解した溶液を非水電解質として用いることができる。なお、非水電解質として固体電解質を用いることもできる。
【００３５】
＜利点＞
当該蓄電素子は、少なくとも１つの第一接続部１０ａが、第二接続部１０ｂの第二方向の中心を通り第一方向に延びる仮想線Ｐからずれているため、充放電による極板の膨張及び収縮による電極体の撓みの発生箇所が分散される。その結果、当該蓄電素子は、充放電時に電極体へのシワの発生を抑えることができ、ひいては容量の低下を抑制できる。
【００３６】
［用途］
当該蓄電素子は、非水電解質二次電池等の蓄電池を構成する素子として好適に用いることができる。また、本発明の蓄電素子を用いた蓄電池（セル）を単数又は複数用いることにより組電池を構成することができ、さらにこの組電池を用いて蓄電装置を構成することができる。このような蓄電装置は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）等の自動車用電源として用いることができる。
【００３７】
［その他の実施形態］
本発明の蓄電素子は、前記実施形態に限定されるものではない。
【００３８】
当該蓄電素子は、巻回型電極体の代わりに、正極板、負極板及びセパレータを備える複数のシート体を重ねた積層体から形成される積層型電極体を備えてもよい。
【００３９】
また、外装体として、少なくとも１層の絶縁層を含む板状体で電極体を収納するもの（パウチタイプ）を使用してもよい。この板状体としては、例えば金属層とこの金属層の外面に積層される樹脂層とを備える金属樹脂複合フィルム（ラミネートフィルム）が好適に使用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明に係る蓄電素子は、充放電の繰り返しによる電極体のシワの発生を抑えることで容量低下を抑制できるため、例えばＨＥＶ用のリチウムイオン二次電池として好適に用いられる。
【符号の説明】
【００４１】
１  電極体
２ａ  第一集電部材
２ｂ  第二集電部材
３  外装体
４ａ  第一端子
４ｂ  第二端子
５  電池蓋
１０ａ  第一接続部
１０ｂ  第二接続部
Ｐ  仮想線
Ｑ  第二仮想線
【図１】
2018055917.tif 000003
【図２】
2018055917.tif 000004
【図３】
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【図４】
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