(57)【要約】【課題】積層型電極体が電池ケース蓋体に取り付けられた電極組立体であって、電池ケース本体に挿入する際に積層ずれが生じ難い電極組立体を提供する。【解決手段】ここに開示される電極組立体は、正極と負極とが、当該正負極間にセパレータが介在しつつ交互に積層されている積層型電極体と、前記積層型電極体が正負極の集電端子を介して取り付けられているケース蓋体と、を備える。前記積層型電極体には、前記ケース蓋体に対向する面の少なくとも一部において、前記負極の端部および前記セパレータの端部の位置が、前記対向する面に沿って揃うように配置されている受圧部が設けられている。前記電極組立体は、前記ケース蓋体と前記積層型電極体の受圧部とに当接する樹脂部材をさらに備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とが、当該正負極間にセパレータが介在しつつ交互に積層されている積層型電極体と、
前記積層型電極体が正負極の集電端子を介して取り付けられているケース蓋体と、
を備える電極組立体であって、
前記積層型電極体には、前記ケース蓋体に対向する面の少なくとも一部において、前記負極の端部および前記セパレータの端部の位置が、前記対向する面に沿って揃うように配置されている受圧部が設けられており、
前記電極組立体は、前記ケース蓋体と前記積層型電極体の受圧部とに当接する樹脂部材をさらに備える、
ことを特徴とする電極組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極体組立体に関する。詳しくは、本発明は、リチウムイオン二次電池等の蓄電池の作製に用いられる、積層型電極体が電池ケース蓋体に取り付けられた電極組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン二次電池は、パソコン、携帯端末等のポータブル電源や、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等の車両駆動用電源などに好適に用いられている。
【０００３】
一般的なリチウムイオン二次電池は、電極体と、非水電解質とが電池ケースに収容されている構成を有する。電極体には、大きく分けて積層型電極体と捲回型電極体とがある。積層型電極体は、複数の正極と複数の負極とが、セパレータを介在させつつ積層された構造を有している。積層型電極体を用いてリチウムイオン二次電池を作製する際には、典型的には、積層型電極体に、正極集電端子および負極集電端子が取り付けられ、さらに、電池ケースの蓋体が取り付けられる。そして、積層型電極体は、電池ケース本体に収容される。
【０００４】
積層型電極体の、正極、負極、およびセパレータが積層された構造を保持するために、保持テープを積層型電極体に貼付する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。さらには、積層型電極体の、正極、負極、およびセパレータが積層された構造を保持するために、保護部材を積層型電極体の側面等に配置して、固定テープで固定する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１２２５３３号公報
【特許文献２】特開２０１６−０９１６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
積層型電極体は、複数のシート状の正極、負極、およびセパレータの積層体であるために、剛性が捲回電極体よりも低い。そのため、本発明者らの検討によれば、上記従来技術のように積層型電極体をテープで固定していても、電池ケース蓋体に取り付けられた積層型電極体を電池ケース本体に挿入する際に、積層型電極体に押し込み荷重が掛かることによって積層ずれが生じる場合があることを見出した。
【０００７】
そこで本発明の目的は、積層型電極体が電池ケース蓋体に取り付けられた電極組立体であって、電池ケース本体に挿入する際に積層ずれが生じ難い電極組立体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここに開示される電極組立体は、正極と負極とが、当該正負極間にセパレータが介在しつつ交互に積層されている積層型電極体と、前記積層型電極体が正負極の集電端子を介して取り付けられているケース蓋体と、を備える。前記積層型電極体には、前記ケース蓋体に対向する面の少なくとも一部において、前記負極の端部および前記セパレータの端部の位置が、前記対向する面に沿って揃うように配置されている受圧部が設けられている。前記電極組立体は、前記ケース蓋体と前記積層型電極体の受圧部とに当接する樹脂部材をさらに備える。
【０００９】
このような構成によれば、積層型電極体のケース蓋体に対向する面において、負極の端部およびセパレータの端部の位置が揃うように配置された受圧部を設けることにより、積層型電極体１０の押し込み荷重が掛かる部位の剛性を高めることができる。そしてこの剛性が高められている積層型電極体の受圧部とケース蓋体との間に樹脂部材が配置されているため、ケース蓋体の特定の箇所に掛けられた押し込み荷重を、樹脂部材によって分散することができる。したがって、このような構成によれば、ケース本体に挿入する際の積層ずれが生じ難くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る電極組立体の構成の一例を示す模式断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電極組立体が備える積層型電極体の一部の分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電極組立体を用いて製造される、リチウムイオン二次電池の外形の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る電極組立体の構成の変形例を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、本発明を特徴付けない電極組立体の一般的な構成および製造プロセス）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。
【００１２】
図１に、本実施形態に係る電極組立体の構成の一例の模式断面図を示す。図２に、本実施形態に係る電極組立体が備える積層型電極体の一部の分解斜視図を示す。図３に、本実施形態に係る電極組立体を用いて製造される、リチウムイオン二次電池の外形の一例の斜視図を示す。図面中の符号Ｗは積層型電極体（およびリチウムイオン二次電池）の幅方向を示し、符号Ｄは積層型電極体（およびリチウムイオン二次電池）の厚み方向を示し、符号Ｈは積層型電極体（およびリチウムイオン二次電池）の高さ方向を示している。
なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、いわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。また、本明細書において「リチウムイオン二次電池」とは、電荷担体としてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態に係る電極組立体６０は、積層型電極体１０を備える。図２ではその一部しか示していないが、積層型電極体１０は、複数の正極２０と複数の負極３０とが、正極２０と負極３０との間にセパレータ４０が介在しつつ交互に積層されている構造を有している。
【００１４】
図２に示すように、正極２０は、正極集電体２２と、その表面に形成された正極活物質層２４とを備えている。正極集電体２２には、例えば、アルミニウム箔等の金属箔が好適に使用される。図示例では、正極活物質層２４は、正極集電体２２の両面に設けられている。また、幅方向Ｗにおいて、正極活物質層２４は正極集電体２２の全幅と同じ幅で形成されている。
【００１５】
正極活物質層２４は、正極活物質を含有する。正極活物質には、従来からリチウムイオン二次電池に正極活物質として用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。その例としては、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（例、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２等）、リチウムニッケル複合酸化物（例、ＬｉＮｉＯ２等）、リチウムコバルト複合酸化物（例、ＬｉＣｏＯ２等）、リチウムニッケルマンガン複合酸化物（例、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４等）などのリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。正極活物質層２４は、上述した正極活物質の他に、アセチレンブラック（ＡＢ）等の導電材や、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）等のバインダを含有していてもよい。
【００１６】
正極２０は、正極活物質層２４が形成されておらず、正極活物質層２４が形成されている部分よりも上向きに突出した突出部分２６を有している。この突出部分２６では、正極活物質層２４が形成されていないため、正極集電体２２が露出している。この突出部分２６により、正極集電タブ２６が形成されている。
なお、正極集電タブ２６の形状は図示したものに限られない。
【００１７】
負極３０は、負極集電体３２と、その表面に形成された負極活物質層３４とを備えている。負極集電体３２には、例えば、銅箔等の金属箔が好適に使用される。図示例では、負極活物質層３４は、負極集電体３２の両面に設けられている。また、幅方向Ｗにおいて、負極活物質層３４は負極集電体３２の全幅と同じ幅で形成されている。
【００１８】
負極活物質層３４は、負極活物質を含有する。負極活物質としては、従来からリチウムイオン二次電池に負極活物質として用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。その例としては、グラファイトカーボン、アモルファスカーボンなどの炭素系材料、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属窒化物などが挙げられる。負極活物質層３４は、上述した負極活物質の他に、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）等のバインダや、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の増粘剤を含有していてもよい。
【００１９】
負極３０は、負極活物質層３４が形成されておらず、負極活物質層３４が形成されている部分よりも上向きに突出した突出部分３６を有している。この突出部分３６では、負極活物質層３４が形成されていないため、負極集電体３２が露出している。この突出部分３６により、負極集電タブ３６が形成されている。
なお、負極集電タブ３６の形状は図示したものに限られない。
【００２０】
セパレータ４０は、正極２０と負極３０とを隔てる絶縁性の部材である。この例では、セパレータ４０は、微小な孔を複数有する所定幅のシート材で構成されている。セパレータ４０には、例えば、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成された単層構造のセパレータ或いは積層構造のセパレータを用いることができる。セパレータ４０は、耐熱層（ＨＲＬ）を有していてもよい。
【００２１】
正極集電タブ２６には、例えばレーザ溶接等によって、正極集電端子２８が取り付けられている。同様に、負極集電タブ３６には、例えばレーザ溶接等によって、負極集電端子３８が取り付けられている。正極集電端子２８および負極集電端子３８は、それぞれケース蓋体８４に固定されている。
このようにして、積層型電極体１０は、その正極２０が正極集電端子２８を介して、またその負極３０が負極集電端子３８を介して、ケース蓋体８４に取り付けられている。
【００２２】
本実施形態では、図３に示すように、ケース蓋体８４には、電池ケース８０の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように設定された薄肉のガス排出弁９２が設けられている。また、ケース蓋体８４には、非水電解液を注入するための注液口９４が設けられている。
【００２３】
本実施形態では、図１に示すように、積層型電極体１０には、（正極集電タブ２６および負極集電タブ２６を省略して考えた場合に）ケース蓋体８４に対向する面（すなわち、リチウムイオン二次電池１００の通常の使用状態における積層型電極体１０の上面）１２の少なくとも一部において、負極３０の端部およびセパレータ４０の端部の位置が、上記対向する面１２に沿って揃うように配置されている受圧部１４が設けられている。すなわち、図示例では、積層型電極体１０の高さ方向Ｈについて、複数の負極３０の上端と複数のセパレータ４０との上端が揃うように配置されている受圧部１４が設けられている。この受圧部１４は、電極組立体６０の積層型電極体１０をケース本体８２に挿入する際に、押し込み荷重の掛かる部位となる。
そして、電極組立体６０は、ケース蓋体８４と積層型電極体１０の受圧部１４とに当接する樹脂部材５０をさらに備える。樹脂部材５０は、好ましくは、積層型電極体１０の幅方向Ｗにおいて、正極集電タブ２６と負極集電タブ３６との間の寸法の５０％以上の長さを有し、より好ましくは７０％以上の長さを有するが、これに限られない。ガス排出弁９２や注液口９４等の他の部材との干渉等を考慮して樹脂部材５０の形状および寸法を適宜決定すればよい。樹脂部材５０の数は一つに限られず、複数の樹脂部材５０が配置されていてもよい。
【００２４】
一般に、負極（負極活物質層）は、金属リチウムの析出を防止するために、正極（正極活物質層）よりも面積が大きい。また、セパレータも正極と負極とを絶縁するために、十分な面積を有している必要がある。そのため、従来の積層型電極体においては通常、面積が、セパレータ≧負極活物質層＞正極活物質層となるように設定されている。このため、通常は、積層型電極体の上面からはセパレータがはみ出すような形態になる。このような形態では、積層型電極体の上面の剛性は低い。
【００２５】
しかしながら、本実施形態においては、積層型電極体１０の上面において、負極３０の端部およびセパレータ４０の端部の位置が、上記対向する面１２に沿って揃うように配置された受圧部１４が設けられている。負極３０はセパレータ４０よりも剛性が高いため、これにより積層型電極体１０の上面１２の押し込み荷重が掛かる部位の剛性を高めることができる。
そして、この剛性が高くめられている積層型電極体１０の受圧部１４とケース蓋体８４との間に、樹脂部材５０がこれらに接触しつつ配置されている。このため、ケース蓋体８４に取り付けられた積層型電極体１０をケース本体８２に挿入する際に、ケース蓋体８４の特定の箇所に掛けられた押し込み荷重を、樹脂部材５０により分散することができる。
その結果、本実施形態に係る電極組立体６０によれば、ケース本体８２に挿入する際に積層ずれが生じ難くなる。
【００２６】
また、本実施形態では、好ましくは、積層型電極体１０の積層方向（当該方向は、図２の方向Ｄでもある）に沿った側面１６においても、負極３０の端部およびセパレータ４０の端部の位置が、側面１６に沿って揃うように配置される。これにより、積層型電極体１０の側面１６においても剛性を高めることができる。したがって、ケース蓋体８４に取り付けられた積層型電極体１０をケース本体８２に挿入する際に、ケース本体８２を固定するべくケース本体８２の側面から荷重を加えた場合であっても、積層型電極体１０の積層ずれが生じ難くなる。
【００２７】
本実施形態に係る電極組立体６０を用いて、公知方法に従い、リチウムイオン二次電池１００を作製することができる。
具体的には、本実施形態に係る電極組立体６０をケース本体８２に挿入し、ケース本体８２およびケース蓋体８４を封止する。なお、図３では、ケース蓋体８４には、正極外部端子２９および負極外部端子３９が設けられている。これらは、本実施形態に係る電極組立体６０をケース本体８２に挿入する前に取り付けられていることが好ましいが、挿入した後に取り付けられていてもよい。
【００２８】
そして、非水電解液を注液口９４から注入し、注液口９４を封止する。非水電解液としては、従来のリチウムイオン二次電池と同様のもの（例えば、カーボネート類等の非水溶媒に、リチウム塩等の支持塩を溶解させた非水電解液等）を使用することができる。
このようにして、積層型電極体１０と非水電解液とが電池ケース８０に収容されたリチウムイオン二次電池１００を構築することができる。
【００２９】
リチウムイオン二次電池１００は各種用途に利用可能であり、大型の電池として構成することが有利である。したがって、リチウムイオン二次電池１００は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等の車両駆動用電源などとして特に好適に利用することができる。
【００３０】
なお、本実施形態に係る電極組立体６０は、リチウムイオン二次電池のみならず、同様の構成を有する他の蓄電池（特に二次電池）にも使用可能である。
【００３１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００３２】
例えば、上記説明した例では、正極集電タブおよび負極集電タブが、積層型電極体の上面から突出した構成を有しているが、積層型電極体の側面から突出した構成を有していてもよい。その具体例を変形例として図４に示す。
【００３３】
図４に示す変形例の電極組立体１６０は、正極１２０と負極１３０とが、当該正負極間にセパレータ（図示せず）が介在しつつ交互に積層されている積層型電極体１１０と、ケース蓋体１８４とを備える。セパレータは、負極１３０の負極活物質層と同じまたはやや広い面積を有している。
積層型電極体１１０の正極集電タブ１２６および負極集電タブ１３６は、積層型電極体１１０の側面から突出して形成され、積層型電極体１１０の側面を構成する辺部のすべてを占めている。このような正極集電タブ１２６および負極集電タブ１３６は、活物質層未塗工部を設けることによって容易に形成可能である。
正極集電タブ１２６には、例えばレーザ溶接等によって、正極集電端子１２８が取り付けられている。同様に、負極集電タブ１３６には、例えばレーザ溶接等によって、負極集電端子１３８が取り付けられている。正極集電端子１２８および負極集電端子１３８は、それぞれケース蓋体１８４に固定されている。
このようにして、積層型電極体は、その正極１２０が正極集電端子１２８を介して、またその負極１３０が負極集電端子１３８を介して、ケース蓋体１８４に取り付けられている。
積層型電極体１１０には、ケース蓋体１８４に対向する面１１２の少なくとも一部において、負極１３０の端部およびセパレータの端部の位置が、対向する面１１２に沿って揃うように配置されている受圧部１１４が設けられている。
電極組立体１６０は、ケース蓋体８４と積層型電極体１１０の受圧部１１４とに当接する樹脂部材１５０をさらに備えている。
このような構成の電極組立体１６０によっても、積層型電極体１１０をケース本体１８２に挿入する際の積層ずれが生じ難いという効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１０    積層型電極体
２０    正極
２２    正極集電体
２４    正極活物質層
２６    正極集電タブ
２８    正極集電端子
２９    正極外部端子
３０    負極
３２    負極集電体
３４    負極活物質層
３６    負極集電タブ
３８    負極集電端子
３９    負極外部端子
４０    セパレータ
５０    樹脂部材
６０    電極組立体
８０    電池ケース
８２    ケース本体
８４    ケース蓋体
１００  リチウムイオン二次電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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