(57)【要約】【課題】電極体に熱収縮や破断などが発生しても、内部短絡を防止することができる蓄電素子を提供する。【解決手段】正極４１０と負極４２０とを有する電極体４００を備える蓄電素子１０であって、電極体４００は、正極４１０と負極４２０との間に配置されるセパレータ４３０と、正極４１０と負極４２０との間であってセパレータ４３０と分離可能な状態でセパレータ４３０と積層配置されたセパレータ４４０とを含む。【選択図】図４
2015046325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とを有する電極体を備える蓄電素子であって、
前記電極体は、
前記正極と前記負極との間に配置される第１のセパレータと、
前記正極と前記負極との間であって前記第１のセパレータと分離可能な状態で前記第１のセパレータと積層配置された第２のセパレータとを含む
蓄電素子。
【請求項２】
前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとは、配向方向が異なる
請求項１に記載の蓄電素子。
【請求項３】
前記第１のセパレータの第１の方向への引張強度は、前記第２のセパレータの前記第１の方向への引張強度よりも高く、
前記第２のセパレータの前記第１の方向と交差する第２の方向への引張強度は、前記第１のセパレータの前記第２の方向への引張強度よりも高い
請求項１または２に記載の蓄電素子。
【請求項４】
前記第１のセパレータの第１の方向の熱収縮率は、前記第２のセパレータの前記第１の方向の熱収縮率よりも高く、
前記第２のセパレータの前記第１の方向と交差する第２の方向の熱収縮率は、前記第１のセパレータの前記第２の方向の熱収縮率よりも高い
請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
【請求項５】
前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとは、配向方向が直交するように配置されている
請求項２に記載の蓄電素子。
【請求項６】
前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとは、独立して膨張または収縮可能に形成されている
請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電素子。
【請求項７】
前記第１のセパレータは樹脂で構成され、前記第２のセパレータはセルロース繊維で構成される
請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄電素子。
【請求項８】
前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとは、配向性の異なるセルロース繊維で構成される
請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄電素子。
【請求項９】
正極と負極とがセパレータを介して積層された電極体を備えた蓄電素子の製造方法であって、
前記正極と前記負極との間に第１のセパレータを配置し、
前記正極と前記負極との間であって前記第１のセパレータと重なるように、前記第１のセパレータと異なる第２のセパレータを、前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとが分離可能な状態で積層する
蓄電素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極と負極とセパレータとが積層されて形成される電極体を備える蓄電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界的な環境問題への取り組みとして、ガソリン自動車から電気自動車への転換が重要になってきている。このため、非水電解質二次電池などの蓄電素子を電気自動車の電源として使用することが検討されている。
【０００３】
ここで、従来において、正極及び負極の間に、一方向に配向した一軸延伸フィルムが複数積層されてなる多層構造のセパレータを有する蓄電素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この蓄電素子において、多層構造を構成する複数の一軸延伸フィルムのうち隣接する一軸延伸フィルムの配向方向を交差させることにより、針状結晶の成長による電極間ショートを防止できるとともに良好なイオン伝導性が確保されるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２１６３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の蓄電素子に係るセパレータの多層構造は、複数の一軸延伸フィルムが接着剤などにより互いに拘束された状態で積層されているので、電池内部が高温状態となった場合、セパレータには一様に熱収縮が発生する。このため、一の一軸延伸フィルムが所定方向に収縮すると、他の一軸延伸フィルムが当該所定方向に収縮しにくい構造を有していたとしても、当該他の一軸延伸フィルムは、上記一の一軸延伸フィルムの収縮力に影響され、結果的にはセパレータ全体が上記所定方向に収縮してしまい、正極と負極とが端部にて短絡するという問題を有している。また、一部の一軸延伸フィルムに破断が発生した場合、互いに拘束された隣接フィルムを通じて当該破断がセパレータ全体に拡がり、当該破断箇所にて短絡するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、電極体に熱収縮や破断などが発生しても、内部短絡を防止することができる蓄電素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電素子は、正極と負極とを有する電極体を備える蓄電素子であって、前記電極体は、前記正極と前記負極との間に配置される第１のセパレータと、前記正極と前記負極との間であって前記第１のセパレータと分離可能な状態で前記第１のセパレータと積層配置された第２のセパレータとを含む。
【０００８】
これによれば、第１のセパレータと第２のセパレータとは分離可能な状態で積層されているので、互いに拘束されることなく、一方に熱収縮や破断などが発生しても、他方がその影響を受けない。よって、セパレータの一部が破損することによる内部短絡を防止できる。また、外部応力や熱収縮などの複数の圧壊要因に対して、要因ごとに対応するセパレータを独立に選定して組み合わせることができるので、材料設計の自由度が向上する。
【０００９】
また、前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとは、配向方向が異なることにしてもよい。
【００１０】
これによれば、第１または第２のセパレータの一方において、所定の方向に熱収縮や破断などが発生した場合であっても、第１または第２のセパレータの他方は、当該一方とは配向方向が異なるので、セパレータ全体としての上記方向での熱収縮や破断などが抑制される。
【００１１】
また、前記第１のセパレータの第１の方向への引張強度は、前記第２のセパレータの前記第１の方向への引張強度よりも高く、前記第２のセパレータの前記第１の方向と交差する第２の方向への引張強度は、前記第１のセパレータの前記第２の方向への引張強度よりも高いことにしてもよい。
【００１２】
これによれば、第１の方向に外力が働いた場合であっても、第１の方向への引張強度が高い第１のセパレータにより第１の方向へのセパレータ全体の破断が抑制される。また、第２の方向に外力が働いた場合であっても、第２の方向への引張強度が高い第２のセパレータにより第２の方向へのセパレータ全体の破断が抑制される。
【００１３】
また、前記第１のセパレータの第１の方向の熱収縮率は、前記第２のセパレータの前記第１の方向の熱収縮率よりも高く、前記第２のセパレータの前記第１の方向と交差する第２の方向の熱収縮率は、前記第１のセパレータの前記第２の方向の熱収縮率よりも高いことにしてもよい。
【００１４】
これによれば、第１の方向に熱収縮が発生した場合であっても、第１の方向の熱収縮率が低い第２のセパレータにより第１の方向のセパレータ全体としての熱収縮が抑制される。また、第２の方向に熱収縮が発生した場合であっても、第２の方向の熱収縮率が低い第１のセパレータにより第２の方向のセパレータ全体としての熱収縮が抑制される。
【００１５】
また、前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとは、配向方向が直交するように配置されていることにしてもよい。
【００１６】
これによれば、第１のセパレータの配向方向と第２のセパレータの配向方向とが直交しているので、任意の方向からの熱収縮や破断などを最も広範に抑制できる。
【００１７】
また、前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとは、独立して膨張または収縮可能に形成されていることにしてもよい。
【００１８】
これによれば、第１のセパレータと第２のセパレータとが、熱収縮が発生した場合であっても、独立して膨張または収縮するので、第１のセパレータ及び第２のセパレータの一方に熱収縮や破断などが発生しても、他方がその影響を受けない。よって、セパレータの一部が破損することによる内部短絡を防止できる。
【００１９】
また、前記第１のセパレータは樹脂で構成され、前記第２のセパレータはセルロース繊維で構成されることにしてもよい。
【００２０】
これによれば、樹脂製のセパレータは、短絡防止機能及びイオン透過機能を有し、また、高温でのシャットダウン機能に優れている。一方、セルロース繊維は耐熱性に優れている。これらの組み合わせにより、熱収縮や破断などが効率的に抑制される。
【００２１】
また、前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとは、配向性の異なるセルロース繊維で構成されることにしてもよい。
【００２２】
これによれば、耐熱性を向上できる。
【００２３】
なお、本発明は、このような特徴的な構成を備える蓄電素子として実現することができるだけでなく、蓄電素子の製造方法として実現することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る蓄電素子によれば、第１のセパレータと第２のセパレータとは分離可能な状態で積層されているので、互いに拘束されることなく、一方に熱収縮や破断などが発生しても、他方がその影響を受けない。よって、セパレータの一部が破損することによる内部短絡を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係る蓄電素子の外観を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る蓄電素子の容器内方に配置されている構成要素を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る電極体の容器内収容状態を表す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る電極体の構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る電極体の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る電極体端部の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る２枚のセパレータの配置状態を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る蓄電素子について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。
【００２７】
（実施の形態）
まず、蓄電素子１０の構成について、説明する。
【００２８】
図１は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０の外観を模式的に示す斜視図である。また、図２は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０の容器内方に配置されている構成要素を示す斜視図である。また、図３は、本発明の実施の形態に係る電極体の容器内収容状態を表す斜視図である。また、図４は、本発明の実施の形態に係る電極体の構成を示す斜視図である。なお、図４は、図３に示した電極体４００の巻回状態を一部展開した図である。
【００２９】
蓄電素子１０は、電気を充電し、また、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。例えば、蓄電素子１０は、高レートサイクルの充放電を行うハイブリッド電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）に使用される二次電池である。
【００３０】
図１に示すように、蓄電素子１０は、容器１００と、正極端子２００と、負極端子３００とを備えている。また、図２に示すように、容器１００内方には、正極集電体１２０と、負極集電体１３０と、電極体４００とが収容されている。
【００３１】
なお、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。また、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。
【００３２】
容器１００は、金属からなる矩形筒状で底を備える本体１１１と、本体１１１の開口を閉塞する金属製の板状部材である蓋体１１０とで構成されている。また、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、内部を密封することができるものとなっている。容器１００の材料としては、例えば、アルミニウム、ステンレス、アルミニウム及びステンレスの積層体、及び、ポリプロピレン樹脂が挙げられる。
【００３３】
電極体４００は、図３及び図４に示すように、正極４１０と負極４２０とセパレータ４３０及び４４０とを備え、電気を蓄えることができる部材である。具体的には、電極体４００は、正極４１０と負極４２０との間に、互いに分離可能な状態に配置されたセパレータ４３０及び４４０が層状に配置されたものを、全体が長円形状となるように巻回されて形成されている。つまり、電極体４００は、当該長円形状の円弧部分である一対の円弧状部（Ｙ軸方向の両端部）と、当該一対の円弧状部の間に配置される平坦部（Ｚ軸方向の両側面部）とを有する扁平形状に巻回された巻回型の電極体である。
【００３４】
なお、正極４１０と負極４２０との間に配置された一対のセパレータ４３０及び４４０が「分離可能な状態」に配置されているとは、セパレータ４３０と４４０とが、互いに接着剤等により強制的に接合されておらず、また、電極体４００以外のものにより強制的に挟み込まれていない状態である。さらに、換言すれば、電極体４００の解体時に、セパレータ４３０とセパレータ４４０とを容易に分離することができる状態である。なお、図４では、電極体４００の巻回状態を一部展開した部分では、負極４２０の下方にもセパレータ４３０及び４４０が配置されている。これは、電極体４００が巻回された状態で、各層において正極４１０と負極４２０との間にセパレータ４３０及び４４０が配置されているようにするためである。
【００３５】
また、図３では、電極体４００の形状（同図のＹＺ平面で切断した場合の断面形状）としては長円形状を示したが、円形状または楕円形状でもよい。また、電極体４００の形状は巻回型に限らず、平板状極板を積層した形状でもよい。電極体４００の詳細な構成については、後述する。
【００３６】
図２に戻り、正極端子２００は、電極体４００の正極に電気的に接続された電極端子であり、負極端子３００は、電極体４００の負極に電気的に接続された電極端子である。つまり、正極端子２００及び負極端子３００は、電極体４００に蓄えられている電気を蓄電素子１０の外部空間に導出し、また、電極体４００に電気を蓄えるために蓄電素子１０の内部空間に電気を導入するための金属製の電極端子である。また、正極端子２００及び負極端子３００は、電極体４００の上方に配置された蓋体１１０に取り付けられている。
【００３７】
正極集電体１２０は、電極体４００の正極と容器１００の本体１１１の側壁との間に配置され、正極端子２００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。なお、正極集電体１２０は、電極体４００の正極基材層と同様、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されている。
【００３８】
負極集電体１３０は、電極体４００の負極と容器１００の本体１１１の側壁との間に配置され、負極端子３００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。なお、負極集電体１３０は、電極体４００の負極基材層と同様、銅又は銅合金で形成されている。
【００３９】
具体的には、正極集電体１２０及び負極集電体１３０は、本体１１１の側壁から蓋体１１０に亘って当該側壁及び蓋体１１０に沿って屈曲状態で配置される金属製の板状部材である。また、正極集電体１２０及び負極集電体１３０は、蓋体１１０に固定的に接続されており、電極体４００の正極及び負極にそれぞれ溶接などによって固定的に接続されている。これにより、電極体４００は、容器１００の内部において、正極集電体１２０及び負極集電体１３０により、蓋体１１０から吊り下げられた状態で保持される。
【００４０】
次に、電極体４００の構成について、詳細に説明する。
【００４１】
図５は、本発明の実施の形態に係る電極体中央部の構成を示す断面図である。具体的には、同図は、図４に示された電極体４００の巻回状態が展開された部分をＡ−Ａ断面で切断した場合の中央部断面を示す図である。
【００４２】
まず、図５に示すように、電極体４００は、正極４１０と負極４２０と２つのセパレータ４３０及び４４０とが積層されて形成されている。具体的には、セパレータ４４０、セパレータ４３０、負極４２０、セパレータ４４０、セパレータ４３０、正極４１０の順に積層されて配置されている。上述したように、正極４１０と負極４２０との間に配置された一対のセパレータ４３０及び４４０は、互いに分離可能な状態で積層配置されている。
【００４３】
図６は、本発明の実施の形態に係る電極体端部の構成を示す断面図である。同図に示すように、電極体４００は、負極４２０、セパレータ４４０、セパレータ４３０、正極４１０、セパレータ４４０、セパレータ４３０がこの順で積層された積層部４００Ａと、負極４２０ならびにセパレータ４３０及び４４０が積層されず正極４１０のみが積層された正極積層部４００Ｃと、正極４１０ならびにセパレータ４３０及び４４０が積層されず負極４２０のみが積層された負極積層部４００Ｂとで構成されている。そして図３に示すように、正極４１０と負極４２０とは、セパレータ４３０及び４４０を介して、巻回軸（本実施の形態ではＸ軸方向に平行な仮想軸）の方向に互いにずらして巻回されている。言い換えれば、電極体４００は、正極４１０及び負極４２０がずらされた方向の端縁部に、正極積層部４００Ｃ及び負極積層部４００Ｂを有している。
【００４４】
以下、電極体４００の上記構成要素について詳細に説明する。
【００４５】
［正極］
正極４１０は、正極基材層と、正極活物質層とを有している。
【００４６】
正極基材層は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる長尺帯状の導電性の集電箔である。なお、上記集電箔として、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Ａｌ−Ｃｄ合金など、適宜公知の材料を用いることもできる。
【００４７】
正極活物質層は、正極基材層の外側及び内側の両面に配置される、正極４１０に形成された活物質層である。正極活物質層は、正極活物質、正極結着剤及び正極導電剤を含む。
【００４８】
蓄電素子１０に用いる正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。例えば、ＬｉｘＭＯｙ（Ｍは少なくとも一種の遷移金属を表す）で表される複合酸化物（ＬｉｘＣｏＯ２、ＬｉｘＮｉＯ２、ＬｉｘＭｎ２Ｏ４、ＬｉｘＭｎＯ３、ＬｉｘＮｉｙＣｏ（１−ｙ）Ｏ２、ＬｉｘＮｉｙＭｎｚＣｏ（１−ｙ−ｚ）Ｏ２、ＬｉｘＮｉｙＭｎ（２−ｙ）Ｏ４など）、あるいは、ＬｉｗＭｅｘ（ＸＯｙ）ｚ（Ｍｅは少なくとも一種の遷移金属を表し、Ｘは例えばＰ、Ｓｉ、Ｂ、Ｖ）で表されるポリアニオン化合物（ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＮｉＰＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４、Ｌｉ３Ｖ２（ＰＯ４）３、Ｌｉ２ＭｎＳｉＯ４、Ｌｉ２ＣｏＰＯ４Ｆなど）から選択することができる。また、これらの化合物中の元素又はポリアニオンは一部他の元素又はアニオン種で置換されていてもよく、表面にＺｒＯ２、ＷＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３などの金属酸化物や炭素を被覆されていてもよい。さらに、ジスルフィド、ポリピロール、ポリアニリン、ポリパラスチレン、ポリアセチレン、ポリアセン系材料などの導電性高分子化合物、擬グラファイト構造炭素質材料などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらの化合物は単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００４９】
特に好ましい正極活物質としては、ポリアニオン化合物のリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）が挙げられる。コバルト酸リチウム（ＬｉｘＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉｘＮｉＯ２）、及びマンガン酸リチウム（ＬｉｘＭｎ２Ｏ４）が、高温で酸素を放出し易いのに対して、ポリアニオン化合物は、リンと酸素とが共有結合しているので、高温における酸素放出を抑制する性質を有する。よって、ポリアニオン化合物のリン酸鉄リチウムを正極活物質として使用することにより、高温において、正極、負極及びセパレータからなる電極体４００自体から発火することを防止でき、安全性が向上する。
【００５０】
また、本実施の形態に係る蓄電素子１０において、セパレータ４３０及び４４０の双方又はいずれかをセルロース繊維で形成する場合、正極活物質としてリン酸鉄リチウムを用いることは、さらに好適である。セルロース繊維で形成されたセパレータは、高耐熱性を有するため、高温で変形または溶融しない特性を有する。このため、ポリオレフィン系樹脂を用いたセパレータが８０℃付近で収縮し１２０℃前後で溶融することで発火を防止する、いわゆるシャットダウン機能を有するのに対して、セルロース繊維で形成されたセパレータは、上記シャットダウン機能を有さない。しかしながら、正極活物質としてリン酸鉄リチウムを用いることにより、セパレータ自体にシャットダウン機能がなくとも、電極体４００自体から発火することを防止できる。
【００５１】
なお、本実施の形態及び実施例において、高温とは８０℃以上の温度範囲を示している。
【００５２】
正極導電剤としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、コークス、炭素繊維、黒鉛、等が挙げられる。
【００５３】
また、正極結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、等が挙げられる。
【００５４】
正極４１０は、例えば、リン酸鉄リチウムの粉末（活物質）、アセチレンブラック（導電剤）、及びポリフッ化ビニリデン（結着剤）溶液を混合したのち、正極活物質層となる当該混合物を正極基材層となるアルミ箔上に塗布し、乾燥して作製される。
【００５５】
［負極］
負極４２０は、負極基材層と、負極活物質層とを有している。
【００５６】
負極基材層は、銅または銅合金からなる長尺帯状の導電性の集電箔である。なお、上記集電箔として、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Ａｌ−Ｃｄ合金など、適宜公知の材料を用いることもできる。
【００５７】
負極活物質層は、負極基材層の外側及び内側の両面に配置される、負極４２０に形成された活物質層である。負極活物質層は、負極活物質、負極結着剤及び負極導電剤を含む。
【００５８】
蓄電素子１０に用いる負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。例えば、リチウム金属、リチウム合金（リチウム−アルミニウム、リチウム−鉛、リチウム−錫、リチウム−アルミニウム−錫、リチウム−ガリウム、及びウッド合金などのリチウム金属含有合金）の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料（例えば黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、非晶質カーボンなど）、金属酸化物、リチウム金属酸化物（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２など）、ポリリン酸化合物などが挙げられる。この中でも、特に黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素が好ましい。
【００５９】
負極導電剤としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、コークス、炭素繊維、黒鉛、等が挙げられる。
【００６０】
また、負極結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、等が挙げられる。
【００６１】
負極４２０は、例えば、黒鉛粉末（活物質及び導電剤）及びポリフッ化ビニリデン（結着剤）溶液を混合したのち、負極活物質層となる当該混合物を負極基材層となる銅箔上に塗布し、乾燥して作製される。
【００６２】
［セパレータ］
セパレータ４３０及び４４０は、正極４１０と負極４２０との間に、互いに分離可能な状態で積層配置された長尺帯状のセパレータである。このセパレータ４３０及び４４０が、正極４１０及び負極４２０とともに長手方向（Ｙ軸方向）に巻回され複数層積層されることで、電極体４００が形成される。
【００６３】
セパレータ４３０及び４４０は、例えば、樹脂からなる微多孔性のシートであり、有機溶媒と電解質塩とを含む非水電解液に含浸されていてもよい。ここで、セパレータ４３０及び４４０としては、有機溶剤に不溶な織布、不織布、ポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂からなる合成樹脂微多孔膜が用いられ、材料、重量平均分子量や空孔率の異なる複数の微多孔膜が積層してなるものや、これらの微多孔膜に各種の可塑剤、酸化防止剤、難燃剤などの添加剤を適量含有しているものや片面及び両面にシリカなどの無機酸化物を塗布したものであってもよい。特に、合成樹脂微多孔膜を好適に用いることができる。中でもポリエチレン及びポリプロピレン製微多孔膜、アラミドやポリイミドと複合化させたポリエチレン及びポリプロピレン製微多孔膜、又は、これらを複合した微多孔膜などのポリオレフィン系微多孔膜が、厚さ、膜強度、膜抵抗などの面で好適に用いられる。
【００６４】
また、セパレータ４３０及び４４０は、例えば、セルロース繊維で形成された多孔質体であってもよい。上記セルロース繊維で構成される多孔質体は、例えば、不織布または紙の状態で実現される。上記多孔質体がセルロース繊維で形成されることにより、セパレータ４３０及び４４０の耐熱性を向上させることができる。セルロース繊維で形成されたセパレータ４３０及び４４０は、上述したポリオレフィン系樹脂を用いたセパレータと比較して空孔率が高いため、イオン透過性に優れセル内部抵抗を低減できる。よって、二次電池としての出力性能が向上する。さらに、セルロース繊維は、毛細管現象を促進する繊維構造であるため、含浸性及び注液性に優れ、電解液を容器１００内部に注液する工程を短縮化できる。
【００６５】
ここで、高温での発火現象を防止する目的で難燃性の高い電解液を用いることが好ましいが、当該難燃性の電解液は粘性度が高い。上記粘性度の高い難燃性の電解液を用いた場合でも、セルロース繊維をセパレータ４３０及び４４０として用いることにより、注液効率が低下することがない。さらに、ポリオレフィン膜に比べ、紙または不織布としてのセルロース繊維は安価であるので、製造コストを低減できる。
【００６６】
図７は、本発明の実施の形態に係る２枚のセパレータの配置状態を表す図である。同図には、正極４１０と負極４２０との間に配置された一対のセパレータ４３０及び４４０の配向方向、引張強度及び熱収縮率の相対的な関係が示されている。
【００６７】
例えば、セパレータ４３０とセパレータ４４０とは、配向方向が異なる。具体的には、例えば、セパレータ４３０は、セパレータの巻回方向（Ｙ軸方向）に配向しており、セパレータ４４０は、セパレータの幅方向（Ｘ軸方向）に配向している。ここで、配向方向とは、セパレータが有する多孔が配向している方向であり、または、セパレータを構成する分子鎖が延伸している方向である。
【００６８】
セパレータ４３０とセパレータ４４０との上記配向方向の差異によれば、例えば、セパレータ４３０のＸ方向に熱収縮や破断などが発生した場合であっても、セパレータ４３０と配向方向が異なるセパレータ４４０により、セパレータ全体としてのＸ方向での熱収縮や破断などが抑制される。
【００６９】
なお、セパレータ４３０とセパレータ４４０とは、配向方向が直交するように配置されていることが好ましい。この場合、任意の方向からの熱収縮や破断などを最も広範に抑制することが可能となる。
【００７０】
また、例えば、セパレータ４３０のＹ方向への引張強度は、セパレータ４４０のＹ方向への引張強度よりも高く、セパレータ４４０のＸ方向への引張強度は、セパレータ４３０のＸ方向への引張強度よりも高い。
【００７１】
セパレータ４３０とセパレータ４４０との上記引張強度の差異によれば、例えば、Ｙ方向に外力が働いた場合であっても、Ｙ方向への引張強度が高いセパレータ４３０によりＹ方向へのセパレータ全体の破断が抑制される。また、Ｘ方向に外力が働いた場合であっても、Ｘ方向への引張強度が高いセパレータ４４０によりＸ方向へのセパレータ全体の破断が抑制される。
【００７２】
また、例えば、セパレータ４３０のＹ方向の熱収縮率は、セパレータ４４０のＹ方向の熱収縮率よりも高く、セパレータ４４０のＸ方向の熱収縮率は、セパレータ４３０のＸ方向の熱収縮率よりも高い。
【００７３】
セパレータ４３０とセパレータ４４０との上記熱収縮率の差異によれば、例えば、Ｙ方向に熱収縮が発生した場合であっても、Ｙ方向の熱収縮率が低いセパレータ４４０によりＹ方向のセパレータ全体としての熱収縮が抑制される。また、Ｘ方向に熱収縮が発生した場合であっても、Ｘ方向の熱収縮率が低いセパレータ４３０によりＸ方向のセパレータ全体としての熱収縮が抑制される。
【００７４】
また、上述したセパレータ４３０及び４４０の配向方向、引張強度及び熱収縮率の相対的関係を実現するにあたり、例えば、セパレータ４３０は樹脂で構成され、セパレータ４４０はセルロース繊維で構成されてもよい。上述したように、樹脂製のセパレータは、空孔の延伸方向、つまり配向方向に熱収縮し易いが、短絡防止機能及びイオン透過機能に優れ、また、高温でのシャットダウン機能に優れている。一方、セルロース繊維は、樹脂に比べて熱収縮しにくく、耐熱性に優れている。これらの組み合わせにより、熱収縮や破断などが効率的に抑制される。
【００７５】
また、上述したセパレータ４３０及び４４０の配向方向、引張強度及び熱収縮率の相対的関係を実現するにあたり、例えば、セパレータ４３０とセパレータ４４０とは、配向性の異なるセルロース繊維で構成されてもよい。これによれば、熱収縮や破断などが抑制され、かつ、耐熱性を向上できる。
【００７６】
また、上述したセパレータ４３０及び４４０の配向方向、引張強度及び熱収縮率の相対的関係を実現するにあたり、例えば、セパレータ４３０とセパレータ４４０とは、同一材料を用いることも可能である。この場合には、所定方向に配向性が強い、所定方向に引張強度が高い、または、所定方向に熱収縮率の大きい特性を有する材料から、当該所定方向がＹ方向となるようにセパレータ４３０を形成（型抜き、裁断など）する。一方、当該所定方向がＸ方向となるようにセパレータ４４０を形成（型抜き、裁断など）すればよい。これによれば、熱収縮や破断などが抑制され、かつ、耐熱性を向上できる。
【００７７】
上述したように、本実施の形態に係る蓄電素子において、互いに分離可能な状態に配置されたセパレータ４３０及び４４０の配向方向、引張強度及び熱収縮率の少なくともいずれかに差異を設けることにより、セパレータ４３０とセパレータ４４０とは、独立して膨張または収縮可能となる。これにより、一方に熱収縮や破断などが発生しても、他方がその影響を受けない。よって、セパレータの一部が破損することによる内部短絡を防止できる。さらに、外部応力や熱収縮などの複数の圧壊要因に対して、要因ごとに対応するセパレータを独立に選定して組み合わせることができるので、材料設計の自由度が向上する。
【００７８】
なお、上述したセパレータ４３０と４４０とは、配向方向、引張強度及び熱収縮率の相対関係が、上述した関係と逆の関係であっても構わない。
【００７９】
以上、本発明の実施の形態に係る蓄電素子について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
【００８０】
つまり、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００８１】
なお、上記実施の形態では、正極４１０と負極４２０との間に配置されるのは一対のセパレータ４３０及び４４０であるとしたが、正極４１０と負極４２０との間に、互いに分離可能な状態の３枚以上のセパレータが配置されてもよい。
【００８２】
また、上記実施の形態において、セパレータ４３０の配向方向とセパレータ４４０の配向方向とが直交していることが好ましいと説明したが、セパレータ４３０の配向方向とセパレータ４４０の配向方向とが交差していればよい。この場合であっても、一対のセパレータは、互いに配向方向が異なるので、セパレータ全体としての熱収縮や破断などを抑制できる。
【００８３】
なお、本発明は、上述した特徴的な構成を備える蓄電素子として実現することができるだけでなく、当該蓄電素子の製造方法として実現することができる。
【００８４】
つまり、本発明に係る蓄電素子の製造方法は、正極と負極との間に第１のセパレータを配置し、正極と負極との間であって第１のセパレータと重なるように、第２のセパレータを、第１のセパレータと第２のセパレータとが分離可能な状態で積層する。
【００８５】
これにより、第１のセパレータと第２のセパレータとは互いに拘束されることないので、一方に熱収縮や破断などが発生しても、他方がその影響を受けない。よって、セパレータの一部が破損することによる内部短絡を防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、圧壊安全性の向上が必要なリチウムイオン二次電池などの蓄電素子に適用できる。
【符号の説明】
【００８７】
１０    蓄電素子
１００    容器
１１０    蓋体
１１１    本体
１２０    正極集電体
１３０    負極集電体
２００    正極端子
３００    負極端子
４００    電極体
４００Ａ    積層部
４００Ｂ    負極積層部
４００Ｃ    正極積層部
４１０    正極
４２０    負極
４３０、４４０    セパレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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