(57)【要約】【課題】角型蓄電デバイスの製造工程および製造設備を簡易なものにする。【解決手段】正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在されるセパレータとを含み、上面、下面および４つの側面を有する角柱状の電極群と、電解質と、開口部を有し、前記電極群および前記電解質を収容するケースと、前記ケースの前記開口部を封口する封口板と、前記電極群と前記ケースとの間に介在され、前記電極群と前記ケースとを絶縁する絶縁シートと、を備え、前記絶縁シートが、前記電極群の前記下面および前記４つの側面を包囲するように折りたたまれている、角型蓄電デバイス。【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、前記正極と前記負極との間に介在されるセパレータとを含み、上面、下面および４つの側面を有する角柱状の電極群と、
電解質と、
開口部を有し、前記電極群および前記電解質を収容するケースと、
前記ケースの前記開口部を封口する封口板と、
前記電極群と前記ケースとの間に介在され、前記電極群と前記ケースとを電気的に絶縁する絶縁シートと、を備え、
前記絶縁シートが、前記電極群の前記下面および前記４つの側面を包囲するように折りたたまれている、角型蓄電デバイス。
【請求項２】
前記絶縁シートが、前記絶縁シートの一部分と他の一部分とを接合する溶着部を有していない、請求項１記載の角型蓄電デバイス。
【請求項３】
前記絶縁シートは、展開された状態で長方形であり、かつ
前記長方形の中央部を含むとともに前記下面を覆う第１領域と、
前記下面の対向する２つの辺でそれぞれ折り返され、前記４つの側面のうちの２つを覆う第２領域と、
前記下面の他の対向する２つの辺および前記４つの側面の境界で折り返され、前記４つの側面のうちの他の２つを覆う第３領域と、を含む、請求項１または２に記載の角型蓄電デバイス。
【請求項４】
相互に電気的に絶縁された状態で前記封口板に配設された正極外部端子および負極外部端子と、
前記正極と前記正極外部端子とを電気的に接続する正極リード片と、
前記負極と前記負極外部端子とを電気的に接続する負極リード片と、
前記電極群と前記封口板との間に配設される絶縁性の隔壁部材とを備え、
前記隔壁部材は、前記電極群と対向するように配置される底板と、前記底板の周縁部に連設された少なくとも１つの縦板とを有し、
前記底板が、前記正極リード片が挿通される第１孔と、前記負極リード片が挿通される第２孔とを含み、
前記少なくとも１つの縦板が、前記正極リード片および／または前記負極リード片と、前記電池ケースとの間に介在している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の角型蓄電デバイス。
【請求項５】
（ａ）正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在されるセパレータとを含み、上面、下面および４つの側面を有する角柱状の電極群を準備する工程と、
（ｂ）電解質を準備する工程と、
（ｃ）開口部を有し、前記電極群および前記電解質を収容するケースを準備する工程と、
（ｄ）前記ケースの前記開口部を封口する封口板を準備する工程と、
（ｅ）前記電極群と前記ケースとの間に介在され、前記電極群と前記ケースとを電気的に絶縁する絶縁シートを準備する工程と、
（ｆ）前記絶縁シートを、前記電極群の前記下面および前記４つの側面を包囲するように折りたたむ工程と、
（ｇ）前記電極群および前記折りたたまれた絶縁シートを、前記ケースの内部に、前記絶縁シートが前記電極群と前記ケースとの間に介在された状態で設置する工程と、を含む角型蓄電デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記絶縁シートが、第１の辺および前記第１の辺と直交する第２の辺を有する長方形であり、
前記電極群の前記下面が、長辺と短辺とを有する長方形であり、
前記絶縁シートの前記第１の辺が、前記下面の前記長辺よりも長く、
前記工程（ｆ）が、
前記下面の前記長辺と前記絶縁シートの前記第２の辺とが直交し、かつ前記下面の中心が前記絶縁シートの中心に位置するように、前記下面と前記絶縁シートとを接触させることと、
前記絶縁シートを前記下面の２つの長辺でそれぞれ折り返すことと、
前記絶縁シートを前記下面の２つの短辺でそれぞれ折り返すことと、
前記絶縁シートを前記４つの側面の境界で折り返すことと、を含む、請求項５記載の角型蓄電デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極群が、シート状の正極と負極とを交互に積層した積層体、またはシート状の正極と負極とを重ね合わせて巻回した巻回体である角型蓄電デバイス、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の角型蓄電デバイスは、例えば、シート状の正極と負極とを交互に、それらの間にセパレータを挟んで積層した積層体や、正極と負極とを、それらの間にセパレータを挟んで重ね合わせて巻回した巻回体から成る電極群を有している。ここで、「角型蓄電デバイス」とは、形状が直方体に近い角柱状である蓄電デバイスと、両側部や角部に丸みを帯びた扁平な角柱状である蓄電デバイスとを含む。
【０００３】
角型蓄電デバイスのケースの形状は一般的に電極群の形状に対応している。電極群が積層体であれば、電極群の形状は直方体に近い角柱状である。そのため、角型蓄電デバイスの外形も直方体に近くなる。電極群が巻回体であれば、電極群の形状は、両側部に湾曲した面を有する角柱状である。このため、角型蓄電デバイスの外形も両側部に湾曲した面を有する形状になる。
【０００４】
電極群は、角型で開口部を有するケースの内部に挿入される。電極群をケースの内部に挿入した後、ケースの開口部には封口板が装着される。その後、封口板に設けた孔からケースの内部に電解質が注液される。その後、脱気などの処理を経て、封口板の孔が閉塞され、角型蓄電デバイスが密閉される。
【０００５】
ケースは、通常、金属から形成されており、導電性を有している。導電性を有するケースは、正極および負極のいずれかの極性を有する場合と、いずれの極性も有さない場合とがある。
【０００６】
前者の形態では、ケースが反対の極性の電極と接触すると、蓄電デバイスが内部ショートする。後者の形態でも、正極と負極の両方がケースに接触すると、蓄電デバイスが内部ショートする。したがって、一般に、電極群とケースとの間に絶縁シートなどが配設される（特許文献１参照）。
【０００７】
絶縁シートは、特許文献１に示されているように、電極群を収容するように袋状に形成することができる。このとき、例えば１枚の絶縁シートを二つ折りにし、重なった部分の周縁部同士を熱溶着により接合することで、袋状にする。あるいは、２枚の絶縁シートを重ね合わせ、その周縁部同士を熱溶着により接合することで、袋状にする。ただし、接合方法は、熱溶着に限られない。
【０００８】
あるいは、熱収縮チューブにより角柱状の電極群の４つの側面を覆うとともに、電極群の下面（底面）とケースの底部との間に底部絶縁板を配置する。これにより、蓄電デバイスの内部ショートを防止することも一般的に行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−２６７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、従来、熱溶着により絶縁シートから袋を形成し、それに電極群を収容することで、電極群とケースとを絶縁することが行われている。あるいは、熱収縮チューブと底部絶縁板とを使用して、電極群とケースとを絶縁することが行われている。
【００１１】
ところが、絶縁シートから袋を形成するためには、蓄電デバイスの組立ラインとは別のラインで、例えば熱溶着装置を使用して、絶縁シートの袋を形成する必要がある。これにより、蓄電デバイスの製造施設が大規模化するとともに、蓄電デバイスの製造工程が複雑になり、製造コスト増大の要因となる。
【００１２】
また、熱収縮チューブと底部絶縁板とを使用する場合にも、底部絶縁板をケース内部に配置する工程、電極群に熱収縮チューブを装着する工程、さらに、熱収縮チューブを収縮させる工程などが必要になる。よって、蓄電デバイスの製造工程が複雑になる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一局面は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在されるセパレータとを含み、上面、下面および４つの側面を有する角柱状の電極群と、
電解質と、
開口部を有し、前記電極群および前記電解質を収容するケースと、
前記ケースの前記開口部を封口する封口板と、
前記電極群と前記ケースとの間に介在され、前記電極群と前記ケースとを電気的に絶縁する絶縁シートと、を備え、
前記絶縁シートが、前記電極群の前記下面および前記４つの側面を包囲するように折りたたまれている、角型蓄電デバイスに関する。
【００１４】
本発明の他の局面は、（ａ）正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在されるセパレータとを含み、上面、下面および４つの側面を有する角柱状の電極群を準備する工程と、
（ｂ）電解質を準備する工程と、
（ｃ）開口部を有し、前記電極群および前記電解質を収容するケースを準備する工程と、
（ｄ）前記ケースの前記開口部を封口する封口板を準備する工程と、
（ｅ）前記電極群と前記ケースとの間に介在され、前記電極群と前記ケースとを電気的に絶縁する絶縁シートを準備する工程と、
（ｆ）前記絶縁シートを、前記電極群の前記下面および前記４つの側面を包囲するように折りたたむ工程と、
（ｇ）前記電極群および前記折りたたまれた絶縁シートを、前記ケースの内部に、前記絶縁シートが前記電極群と前記ケースとの間に介在された状態で設置する工程と、を含む角型蓄電デバイスの製造方法に関する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、角型蓄電デバイスの製造工程および製造設備を簡易なものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る角型蓄電デバイスの概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】図１のＩ１−Ｉ１線による電極群のサブグループの矢視断面図である。
【図３】絶縁シートを展開した状態の平面図である。
【図４Ａ】絶縁シートにより電極群の下面および４つの側面を包囲するように絶縁シートを折りたたむ処理の第１工程を示す斜視図である。
【図４Ｂ】絶縁シートにより電極群の下面および４つの側面を包囲するように絶縁シートを折りたたむ処理の第２工程を示す斜視図である。
【図４Ｃ】絶縁シートにより電極群の下面および４つの側面を包囲するように絶縁シートを折りたたむ処理の第３工程を示す斜視図である。
【図４Ｄ】絶縁シートにより電極群の下面および４つの側面を包囲するように絶縁シートを折りたたむ処理の第４工程を示す斜視図である。
【図４Ｅ】絶縁シートにより電極群の下面および４つの側面を包囲するように絶縁シートを折りたたむ処理の第５工程を示す斜視図である。
【図５】電極群の下面および４つの側面が絶縁シートにより包囲された中間品をケースに挿入する工程を示す斜視図である。
【図６】電極群の下面および４つの側面が絶縁シートにより包囲された中間品がケースに挿入された状態を示す斜視図である。
【図７】正極および負極を、それらの間にセパレータを挟んで巻回した巻回体の外形を示す斜視図である。
【図８】横長である角型蓄電デバイスの一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施形態に係る角型蓄電デバイスは、正極と、負極と、正極と負極との間に介在されるセパレータとを含み、上面、下面および４つの側面を有する角柱状の電極群と、電解質と、開口部を有し、電極群および電解質を収容するケースと、そのケースの開口部を封口する封口板と、電極群とケースとの間に介在され、前記電極群と前記ケースとを電気的に絶縁する絶縁シートと、を備える。絶縁シートは、電極群の下面および４つの側面を包囲するように折りたたまれている。絶縁シートは２枚以上を用いてもよい。
【００１８】
ここで、「角柱状」には、直方体形状、側部や角部に丸みを帯びた直方体に近い形状などが含まれる。電極群が角柱状であれば、電極群は、上面、下面および４つの側面を有する。電極群は、ケースの開口部を通して、その内部に挿入することができる。ケースの開口部は、例えば蓋状の封口板により塞ぐことができる。
【００１９】
上記のように、本実施形態の角型蓄電デバイスにおいては、電極群とケースとを絶縁するための絶縁シートは、熱溶着などにより電極群を収容するための袋に形成されるものではない。単に電極群の下面と４つの側面とを覆うように、絶縁シートが折りたたまれるだけである。そのような工程は、角型蓄電デバイスの組み立てラインに容易に組み込むことができる。したがって、本実施形態によれば、角型蓄電デバイスの製造を簡易にすることができる。また、角型蓄電デバイスの製造施設の大規模化、および製造工程の複雑化を抑えることができる。したがって、角型蓄電デバイスの製造コストを低減することが容易になる。
【００２０】
ここで、電極群の下面と４つの側面とを覆うための絶縁シートの枚数は、蓄電デバイスの部品点数を削減し、製造を簡易にするという観点からは、１枚であることが好ましい。しかしながら、例えば２枚の絶縁シートを使用し、そのうちの１枚で電極群の覆うべき部分の一部（例えば半分）を覆い、残りの１枚で電極群の覆うべき残りの部分を覆うこともできる。同様に、３枚以上の絶縁シートを使用して、電極群の覆うべき部分を分割して覆うこともできる。絶縁シートは、単層構造のものに限らず、２種類以上の材料の層を重ねた複層構造のものであってもよい。また、２枚以上の絶縁シートを重ねて使用してもよい。
【００２１】
電極群の４つの側面は、絶縁シートにより全て覆われていることが好ましい。しかしながら、電極群の４つの側面でケースと直接的に対向していない部分は、絶縁シートにより覆わなくともよい。また、絶縁シートは、電極群の上面の少なくとも一部分も覆うことができる。電極群の下面は絶縁シートにより全て覆うことが好ましい。
【００２２】
電極群は、例えばシート状の正極と負極とを、それらの間にセパレータを介在させて積層した積層体、または正極と負極とを、それらの間にセパレータを介在させて巻回した巻回体であり得る。電極群が積層体であれば、その形状は、代表的には直方体に近い角柱状である（図１参照）。
【００２３】
ここで、絶縁シートは、基本的には折りたたまれているだけであり、当該絶縁シートの一部分と他の一部分とを接合する溶着部を有していない。また、２枚以上の絶縁シートを使用する場合には、当該絶縁シートと他の絶縁シートとを接合する溶着部も有していない。しかしながら、例えば粘着テープを使用して、折りたたまれた絶縁シートの形状を保つようにしてもよい。
【００２４】
絶縁シートの材料には、特に限定されないが、絶縁性を有する樹脂を用いることが好ましい。そのような樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン−プロピレン共重合体などのポリオレフィン；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などのポリエステル樹脂；ポリスルホン（ＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）などのポリエーテル樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンスルフィドケトンなどのポリフェニレンスルフィド樹脂；芳香族ポリアミド樹脂（アラミド樹脂など）などのポリアミド樹脂；ポリイミド樹脂；セルロース樹脂、などを使用することができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２５】
または、絶縁シートは、フッ素樹脂により形成することができる。例えば角型蓄電デバイスが溶融塩電池である場合には、比較的に高い温度域（例えば０〜９０℃）で角型蓄電デバイスを使用することができる。フッ素樹脂は耐熱性が高い。このため、角型蓄電デバイスが比較的に高い温度域で使用される場合にも、絶縁シートをフッ素樹脂から形成することで、絶縁シートが熱により軟化することを防止できる。一方、角型蓄電デバイスが例えば８０℃以下の温度域で使用される場合には、絶縁シートに特に耐熱性の高い素材を使用する必要はなく、絶縁シートを、より安価な素材であるＰＰやＰＥから形成することができる。
【００２６】
なお、フッ素樹脂から形成された絶縁シートは、溶着により袋状に形成することは困難である。本実施形態では、絶縁シートを溶着により袋状に形成するのではなく、電極群の周りを囲むように折りたたむだけである。よって、本実施形態によれば、溶着が困難なために従来はこの用途での使用が困難であったフッ素樹脂を、絶縁シートの素材として容易に使用することができる。
【００２７】
フッ素樹脂は、フッ素含有モノマー単位を有する単独重合体または共重合体であればよい。このようなフッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）などが例示できる。耐熱性を高める観点から、フッ素樹脂の融点は、２００℃以上であることが好ましい。
【００２８】
本発明が適用される蓄電デバイスの種類は、特に限定されない。例えば、アルカリ金属イオン二次電池、アルカリ金属イオンキャパシタのような非水電解質を用いる蓄電デバイス、アルカリ蓄電池、鉛蓄電池、電気二重層コンデンサのような水溶液電解質を用いる蓄電デバイスに本発明を適用できる。中でも、本発明は、ナトリウムイオン二次電池、リチウムイオン二次電池、ナトリウムイオンキャパシタ、リチウムイオンキャパシタなどに好ましく適用される。
【００２９】
アルカリ金属イオン二次電池の正極および負極では、例えばアルカリ金属イオン（ナトリウムイオンやリチウムイオン）が関与するファラデー反応が進行する。アルカリ金属イオンキャパシタの場合、正極では、電解質中のアニオンが吸着する非ファラデー反応が進行し、負極では、アルカリ金属イオンが関与するファラデー反応が進行する。
【００３０】
電解質には、有機電解質、溶融塩および／または添加剤などを含ませることができる。有機電解質は、有機溶媒と、有機溶媒に溶解するアルカリ金属塩とを含む。溶融塩は、溶融状態の塩と同義であり、イオン液体とも称される。イオン液体は、アニオンとカチオンとで構成される液状イオン性物質である。蓄電デバイスを比較的高温で使用する場合、電解質の９０質量％以上が溶融塩であることが好ましい。一方、蓄電デバイスを、主として通常の温度域（例えば−５〜４０℃）で使用する場合、電解質の８０質量％以上が有機電解質であることが好ましく、電解質の５０質量％以上が有機溶媒であることが好ましい。
【００３１】
電解質の主成分が有機溶媒であるリチウムイオン二次電池および／またはリチウムイオンキャパシタは、通常の温度域（例えば−５〜４０℃）で使用される。そのような角型蓄電デバイスにおいては、ＰＥやＰＰなどのポリオレフィンを絶縁シートの素材として好適に使用することができる。ナトリウムイオン二次電池が通常の温度域で使用される場合においても、ＰＥやＰＰを絶縁シートの素材として好適に使用することができる。絶縁シートがポリオレフィンにより形成されるとき、絶縁シートの厚みＤＴ１は、０．０５〜０．２ｍｍであることが好ましい。絶縁シートをこの範囲の厚みにすることで、折りたたんだだけの絶縁シートにより好適に蓄電デバイスの内部ショートを防止することができる。
【００３２】
一方、絶縁シートがフッ素樹脂により形成されるとき、絶縁シートの厚みＤＴ２は、０．０５〜０．５ｍｍであることが好ましい。また、絶縁シートには、上述したような樹脂シートだけではなく、セルロース、紙なども使用することができる。
【００３３】
絶縁シートとしては、長方形（正方形を含む）のシートを好適に使用することができる。このとき、折りたたんだときに余る部分（例えば、図３の領域Ａ３と領域Ａ５との間の三角形の部分）を切除することも考えられる。しかしながら、絶縁シートの十分な強度を維持するという観点からは、そのような部分は切除せずに残すことが好ましい。
【００３４】
絶縁シートが第１の辺および、これと直交する第２の辺を有する長方形であるとき、絶縁シートは、その中央部を含むとともに電極群の下面を覆う第１領域と、その下面の対向する２つの辺でそれぞれ折り返され、電極群の４つの側面のうちの２つを覆う第２領域と、電極群の下面の他の対向する２つの辺および４つの側面の境界で折り返され、４つの側面のうちの他の２つを覆う第３領域と、を含む。
【００３５】
本実施形態の角型蓄電デバイスにおいては、相互に電気的に絶縁された状態で封口板に正極外部端子および負極外部端子を配設することができる。正極と正極外部端子とは正極リード片により電気的に接続することができる。負極と負極外部端子とは負極リード片により電気的に接続することができる。電極群と封口板との間には絶縁性の隔壁部材を配設することが好ましい。隔壁部材は立体状であることが好ましい。例えば、隔壁部材は、電極群と対向するように配置される底板と、底板の周縁部に連設された少なくとも１つの縦板とを有する。底板は、正極リード片が挿通される第１孔と、負極リード片が挿通される第２孔とを含む。そして、少なくとも１つの縦板を、正極リード片および／または負極リード片と、ケースとの間に介在させる。正極リード片および／または負極リード片と、ケースとの間に絶縁性の立体状の隔壁部材の縦板を介在させることで、蓄電デバイス内部で短絡が発生するのを高い信頼性で防止することができる。
【００３６】
また、本発明の一実施形態に係る角型蓄電デバイスの製造方法は、（ａ）正極と、負極と、正極と負極との間に介在されるセパレータとを含み、上面、下面および４つの側面を有する角柱状の電極群を準備する工程と、（ｂ）電解質を準備する工程と、（ｃ）開口部を有し、電極群および電解質を収容するケースを準備する工程と、（ｄ）ケースの開口部を封口する封口板を準備する工程と、（ｅ）電極群とケースとの間に介在され、電極群とケースとを絶縁する絶縁シートを準備する工程と、（ｆ）絶縁シートを、電極群の下面および４つの側面を包囲するように折りたたむ工程と、（ｇ）電極群および折りたたまれた絶縁シートを、ケースの内部に、絶縁シートが電極群とケースとの間に介在された状態で設置する工程と、を含む。
【００３７】
上記の工程（ａ）〜（ｇ）は、従来の角型蓄電デバイスの組み立てラインに全て組み込むことができる。したがって、角型蓄電デバイスの製造のためにラインを大きく改変する必要がない。
【００３８】
上述したように、絶縁シートは、代表的には、第１の辺および、これと直交する第２の辺を有する長方形（広義の長方形であり、正方形を含む）である。このとき、電極群の下面が長辺と短辺とを有する長方形（狭義の長方形）であれば、絶縁シートの第１の辺の長さを電極群の下面の長辺の長さ（電極群の最大幅）よりも大きくする。つまり、絶縁シートの直交する２つの辺のうちの少なくとも一方は電極群の最大幅よりも大きくする。絶縁シートが狭義の長方形であれば、少なくとも長辺は電極群の最大幅よりも大きくされる。絶縁シートが正方形であれば、絶縁シートの全ての辺の長さが電極群の最大幅よりも大きくされる。
【００３９】
このとき、角型蓄電デバイスが図１に示すような縦長の形状であれば、絶縁シートの短辺（Ｘ１、図３参照）の長さを電極群の最大幅（下面の長辺）よりも大きくする。一方、角型蓄電デバイスが、図８に示すような横長のケース１４Ａを有する蓄電デバイス１１０であり、かつ、その電極群１２Ａの横幅Ｗ１が高さＨ１の２倍を超えるような場合には、電極群の最大幅（Ｗ１）が、絶縁シートの短辺の長さよりも大きくなることはあり得る。その場合にも、絶縁シートの長辺の長さは電極群の最大幅よりも大きくされる。
【００４０】
そして、上記工程（ｆ）では、（ｆ１）電極群の下面の長辺と絶縁シートの第２の辺Ｙ１とが直交し（図３参照）、かつ上記下面の中心が絶縁シートの中心に位置するように、電極群の下面と絶縁シートとを接触させる、（ｆ２）絶縁シートを下面の２つの長辺でそれぞれ折り返す、（ｆ３）絶縁シートを下面の２つの短辺でそれぞれ折り返す、（ｆ４）絶縁シートを４つの側面の境界でそれぞれ折り返す、という各手順が行われる。なお、手順（ｆ３）と手順（ｆ４）に関しては、手順（ｆ３）を先に行うことも、手順（ｆ４）を先に行うこともできる。図４Ａ〜図４Ｅを参照して詳述する絶縁シートの折り方では、手順（ｆ３）を先に行っている。
【００４１】
なお、ここでいう「直交」は、電極群の下面の長辺と絶縁シートの第２の辺とが成す角度が厳密に９０度であることを意味していない。その角度が９０度に近い角度（例えば８０〜１００度）であれば、電極群の下面の長辺と絶縁シートの第２の辺とが直交していると考えることができる。また、「電極群の下面の中心が絶縁シートの中心に位置する」とは、両者の位置が完全に一致することを意味していない。両者の間のずれが小さければ（例えば５ｍｍ以下であれば）、電極群の下面の中心が絶縁シートの中心に位置していると考えることができる。
【００４２】
次に、角型蓄電デバイス及びその製造方法について、図面に沿って具体的に説明する。
図１に、本発明の一実施形態に係る角型蓄電デバイスの概略構成を分解斜視図により示す。図示例の角型蓄電デバイス１０は、角型のナトリウムイオン二次電池もしくはリチウムイオンキャパシタであり、角柱状の電極群１２と、開口部を有する角型のケース１４と、ケース１４の開口部を封口する封口板１６とを備えている。ケース１４および封口板１６は金属から形成されており、導電性を有している。
【００４３】
電極群１２の上面と、封口板１６との間には、絶縁性の隔壁部材１８が配されている。電極群１２とケース１４との間には、絶縁シート２０が配置されている。なお、図１では、蓄電デバイスの内部構造をより明瞭に示すために、絶縁シート２０の一部を切り欠いて、電極群１２の４つの側面の上部が絶縁シート２０から露出した状態を示している。しかしながら、本実施形態では、蓄電デバイスの内部ショートを防止するために、電極群１２の４つの側面は、実際には上端部まで全てが絶縁シート２０により覆われる。
【００４４】
封口板１６には、正極外部端子４０および負極外部端子４２を設けることができる。正極外部端子４０は、封口板１６の長手方向（Ｙ軸方向）の一方端部寄りの位置に配設され、負極外部端子４２は、他方端部寄りの位置に配設される。それらの外部端子は、封口板１６と電気的に絶縁される。
【００４５】
封口板１６の中央部には、ケース１４の内圧が異常に上昇したときにケース内部のガスを放出するためのガス抜き弁４４（例えば破断弁）を設置することができる。ガス抜き弁４４の近傍には、調圧弁４６と、注液孔４８とを設けることができる。注液孔４８は、封口板１６をケース１４の開口部に装着した後に、電解質をケース１４の内部に注入するための孔である。注液孔４８は、図示しない液栓によって塞がれる。
【００４６】
本実施形態では、電極群１２は、正極と負極とを交互に積層した積層体から形成されており、上面と、下面と、平坦な４つの側面とを有している。電極群１２を構成する正極および負極については、後で詳しく説明する。電極群１２の外形は、直方体に近い角柱状である。また、本実施形態では、電極群１２は、複数（図示例では４つ）のサブグループ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄから構成されている。
【００４７】
図２に、電極群の１つのサブグループを断面図により示す。この断面図は、図１のＩ１−Ｉ１線を含み且つＹ軸に垂直な平面によりサブグループ１２ａを切断したときの矢視断面図である。なお、図に示された電極（正極、負極）の数は、実際にサブグループ１２ａに含まれている電極の数と、必ずしも一致していない。また、他のサブグループ１２ｂ〜１２ｄの構成は、サブグループ１２ａの構成と同様である。
【００４８】
電極群１２のサブグループ１２ａは、例えば袋状セパレータ２１に収納された複数の正極２２と、複数の負極２４とを交互に積層して構成される。正極２２は、正極集電体と正極活物質とを含む。負極２４は、負極集電体と負極活物質とを含む。図２では、正極集電体、負極集電体、正極活物質および負極活物質を電極と区別して図示していない。
【００４９】
複数の正極２２（または正極集電体）のそれぞれの上端部には、リード片（正極リード片）２６が取り付けられている。正極リード片２６は、正極２２または正極集電体と一体的に形成されていてもよい。サブグループ１２ａの複数の正極２２のリード片が束ねられ、例えば互いに溶接されることにより、それらの正極２２が並列に接続される。
【００５０】
正極リード片２６が束ねられた部分（以下、正極リード片束部という）２６Ａは、導電性の正極接続部材３０（図１参照）に接続され、正極接続部材３０を介して正極外部端子４０と電気的に接続される。他のサブグループ１２ｂ〜１２ｄもそれぞれに正極リード片束部２６Ａを有している。それらの正極リード片束部２６Ａも、正極接続部材３０に接続され、正極接続部材３０を介して正極外部端子４０と接続される。以上の構成により、電極群１２の全ての正極２２が正極外部端子４０と並列に接続される。
【００５１】
また、複数の負極２４（または負極集電体）のそれぞれの上端部には、リード片（負極リード片）２８が取り付けられている。負極リード片２８は、負極２４または負極集電体の上端部に負極２４と一体的に形成されていてもよい。サブグループ１２ａの複数の負極２４のリード片が束ねられ、例えば互いに溶接されることにより、複数の負極２４が並列に接続される。
【００５２】
負極リード片２８が束ねられた部分（以下、負極リード片束部という）２８Ａは、導電性の負極接続部材３２（図１参照）に接続され、負極接続部材３２を介して負極外部端子４２と電気的に接続される。他のサブグループ１２ｂ〜１２ｄもそれぞれに負極リード片束部２８Ａを有している。それらの負極リード片束部２８Ａも、負極接続部材３２に接続され、負極接続部材３２を介して負極外部端子４２と接続される。以上の構成により、電極群１２の全ての負極２４が並列に負極外部端子４２と接続される。
【００５３】
隔壁部材１８は、正極リード片束部２６Ａ、負極リード片束部２８Ａ、正極接続部材３０および負極接続部材３２と、導電性のケース１４との接触を防止するように、電極群１２の上面と、封口板１６との間に配置される。隔壁部材１８は、外形が概略長方形の底板１８ａと、底板１８ａの４つの辺から底板１８ａに対して垂直に立設される４つの縦板１８ｂとを有している。底板１８ａと４つの縦板１８ｂとは一体的に形成することができる。底板１８ａと縦板１８ｂとの境界部は折り曲げが容易なように溝状の薄肉部に形成されていることが好ましい。これにより、１枚の板材から立体状の隔壁部材１８を容易に形成することができる。
【００５４】
底板１８ａには、サブグループ１２ａ〜１２ｄのそれぞれの正極リード片束部２６Ａが挿通される第１孔１８ｃと、サブグループ１２ａ〜１２ｄのそれぞれの負極リード片束部２８Ａが挿通される第２孔１８ｄとが設けられている。４つの縦板１８ｂが、正極リード片束部２６Ａ、負極リード片束部２８Ａ、正極接続部材３０および負極接続部材３２を囲うことで、これらの導電部材とケース１４との接触が防止される。
【００５５】
図３に、絶縁シートを展開した状態で平面図により示す。絶縁シート２０は、展開した状態で、例えば長方形の形状を有しており、角柱状の電極群１２の下面を覆う領域Ａ１（第１領域である）と、角柱状の電極群１２の４つの側面のうちの対向する２つの側面を覆う領域Ａ２（第２領域である）と、角柱状の電極群１２の４つの側面のうちの対向する他の２つの側面を覆う領域Ａ３、領域Ａ４および領域Ａ５（これら３つの領域Ａ３〜Ａ５が第３領域である）とを有している。領域Ａ１は、絶縁シート２０の中央部を含む。
【００５６】
絶縁シート２０には、電極群１２の下面の対向する２つの辺とそれぞれ対応する第１折り目Ｆ１と、その下面の他の対向する２つの辺とそれぞれ対応する第２折り目Ｆ２とが形成される。２つの第１折り目Ｆ１と、２つの第２折り目Ｆ２とにより囲われた領域が領域Ａ１である。２つの第１折り目Ｆ１は、絶縁シート２０の第２の辺Ｙ１（図示例では長辺）に垂直である。２つの第２折り目Ｆ２は、絶縁シート２０の第１の辺Ｘ１（図示例では短辺）に垂直である。
【００５７】
また、絶縁シート２０には、２つの第１折り目Ｆ１を第２の辺Ｙ１に向かって延長する延長線に沿って、４つの第３折り目Ｆ３が形成される。１つの第２折り目Ｆ２と、これに隣接する２つの第３折り目Ｆ３とにより囲われた領域が領域Ａ３である。また、絶縁シート２０には、第３折り目Ｆ３と４５度の角度を成す線分に沿って、４つの第４折り目Ｆ４が形成される。さらに、絶縁シート２０には、電極群１２の４つの側面の境界線とそれぞれ対応する４つの第５折り目Ｆ５が形成される。
【００５８】
以下、電極群１２の下面と４つの側面とを包囲するように絶縁シート２０を折りたたむ工程について、図面を参照して説明する。
図４Ａ〜４Ｅに、電極群の下面と４つの側面とを包囲するように絶縁シートを折りたたむ工程の一例を斜視図により示す。なお、そのように絶縁シートを折りたたむ工程は、図４Ａ〜４Ｅにより示した工程に限定されない。
【００５９】
図４Ａに示すように、まず、例えばロールから巻き出して、所定長さにカットした長方形の絶縁シート２０の上に、電極群１２と、封口板１６と、隔壁部材１８とを含む中間品３４を置く。このとき、電極群１２の下面の全部が絶縁シート２０の領域Ａ１と対向するように中間品３４を絶縁シート２０の上に置く。
【００６０】
中間品３４においては、複数の正極リード片束部２６Ａと正極接続部材３０とが接合されており、電極群１２の全ての正極は正極外部端子４０と電気的に接続されている。同様に、複数の負極リード片束部２８Ａと負極接続部材３２とが接合されており、電極群１２の全ての負極は負極外部端子４２と電気的に接続されている。電極群１２は、相対的に面積の大きい、対向する一対の側面ＳＦ１と、面積の小さい、対向する他の一対の側面ＳＦ２とを有している。
【００６１】
次に、図４Ｂに示すように、絶縁シート２０を、２つの第１折り目Ｆ１でそれぞれ折り返す。これにより、絶縁シート２０の２つの領域Ａ２により、電極群１２の２つの側面ＳＦ１が覆われる。
【００６２】
次に、図４Ｃに示すように、絶縁シート２０を、２つの第２折り目Ｆ２でそれぞれ折り返す。これにより、絶縁シート２０の２つの領域Ａ３により、２つの側面ＳＦ２の下部が覆われる。このとき、絶縁シート２０に、４つの第３折り目Ｆ３でそれぞれ折り目をつけるとともに、４つの第４折り目Ｆ４でそれぞれ折り目をつける。
【００６３】
次に、図４Ｄに示すように、絶縁シート２０を、一方の領域Ａ２の周囲の２つの第５折り目Ｆ５（Ｆ５Ａ）でそれぞれ折り返す。これにより、２つの側面ＳＦ２のうち、領域Ａ３により覆われていない残りの部分の大部分が絶縁シート２０の２つの領域Ａ４により覆われる。
【００６４】
また、図４Ｅに示すように、絶縁シート２０を、他方の領域Ａ２（図では見えていない）の周囲の２つの第５折り目Ｆ５（Ｆ５Ｂ）でそれぞれ折り返す。これにより、２つの側面ＳＦ２のうち、領域Ａ３および領域Ａ４により覆われていない残りの部分が全て絶縁シート２０の２つの領域Ａ５により覆われる。以上の絶縁シートの折りたたみ工程により、中間品３４を構成する電極群１２の下面および４つの側面が全て絶縁シート２０により覆われる。なお、図４Ｄおよび図４Ｅにより示す手順を、図４Ｃにより示す手順よりも先に行うこともできる。この場合には、図４Ｅに示された状態とは反対に、領域Ａ３が、領域Ａ４および領域Ａ５の下部の上に重ねられる。
【００６５】
次に、図５に示すように、絶縁シートの折りたたみ工程が終了した中間品３４は、電極群１２の下部を先にして、ケース１４の開口部を通して、ケース１４の内部に挿入される。図６に、中間品を構成する電極群と、隔壁部材とがケースの内部に収納された状態を示す。図６に示す状態で、封口板１６の外周部をケース１４の開口部に例えば溶接することで、封口板１６がケース１４の開口部に装着される。その後、注液孔４８を通して電解質がケース１４の内部に注入される。電解質の注入が終了した後、注液孔４８が閉塞され、ケース１４が密閉される。
【００６６】
図７に、電極群が、正極および負極を、それらの間にセパレータを挟んで巻回した巻回体である場合の電極群の外形の一例を示す。同図に示す巻回体１００は、上面１０１と、下面１０２と、平行で平坦な２つの側面１０３および１０４と、表面が湾曲した一対の側面１０５および１０６とを含んでいる。なお、本実施形態では、電極群を１つの巻回体１００から構成しても、複数のサブグループをそれぞれ１つの巻回体１００から構成し、複数のサブグループから電極群を構成してもよい。
【００６７】
以下、ナトリウムイオン二次電池またはリチウムイオンキャパシタの発電要素である電極と電解質について説明する。正極２２または負極２４は、例えば金属箔または金属多孔体からなる集電体に電極合剤を塗布または充填し、必要に応じて厚み方向に集電体と電極合剤とを圧縮することにより形成される。電極合剤は、必須成分として活物質を含み、任意成分として導電助剤および／またはバインダを含んでもよい。
【００６８】
ナトリウムイオン二次電池の負極活物質としては、ナトリウムイオンを可逆的に吸蔵および放出する物質を使用できる。このような物質としては、例えば、炭素物質、スピネル型リチウムチタン酸化物、スピネル型ナトリウムチタン酸化物、ケイ素酸化物、ケイ素合金、錫酸化物、錫合金などが挙げられる。炭素物質としては、難黒鉛化性炭素（ハードカーボン）が好ましい。リチウムイオンキャパシタの負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出する物質を使用できる。このような物質としては、例えば、炭素物質、スピネル型リチウムチタン酸化物、ケイ素酸化物、ケイ素合金、錫酸化物、錫合金などが挙げられる。炭素物質としては、黒鉛、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化炭素などが好ましい。
【００６９】
ナトリウムイオン二次電池の正極活物質としては、ナトリウムイオンを可逆的に吸蔵および放出する遷移金属化合物が好ましく用いられる。遷移金属化合物としては、ナトリウム含有遷移金属酸化物（例えばＮａＣｒＯ2）が好ましい。リチウムイオンキャパシタの正極活物質としては、アニオンを可逆的に吸着および脱着する多孔質材料（例えば活性炭）が好ましく用いられる。
【００７０】
ナトリウムイオン二次電池に用いる電解質は、溶融塩を含むことが好ましい。溶融塩は、ナトリウムイオンとアニオン（第１アニオン）との塩を含む。第１アニオンとしては、フッ素含有酸アニオン（ＰＦ6-、ＢＦ4-など）、塩素含有酸アニオン（ＣｌＯ4-）、ビススルホニルアミドアニオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン（ＣＦ3ＳＯ3-）などが挙げられる。
【００７１】
ナトリウムイオン二次電池に用いる電解質は、溶融塩に加え、有機溶媒および／または添加剤などを含むことができるが、耐熱性の向上の観点からは、９０質量％以上、さらには１００質量％が溶融塩（アニオンとカチオンで構成されるイオン性物質）で占められていることが好ましい。
【００７２】
溶融塩は、カチオンとして、ナトリウムイオンの他に、有機カチオンを含むことが好ましい。有機カチオンとしては、窒素含有カチオン、イオウ含有カチオン、リン含有カチオンなどが例示できる。有機カチオンの対アニオン（第２アニオン）としては、ビススルホニルアミドアニオンが好ましい。
【００７３】
ビススルホニルアミドアニオンとしては、ビス（フルオロスルホニル）アミドアニオン（（Ｎ（ＳＯ2Ｆ）2-）（ＦＳＡ-：bis(fluorosulfonyl)amide anion)）；ビス（トリフルオロメチルスルホニル）アミドアニオン（Ｎ（ＳＯ2ＣＦ3）2-）（ＴＦＳＡ-：bis(trifluoromethylsulfonyl)amide anion）、（フルオロスルホニル）（トリフルオロメチルスルホニル）アミドアニオン（Ｎ（ＳＯ2Ｆ）（ＳＯ2ＣＦ3）-）（(fluorosulfonyl)(trifluoromethylsulfonyl)amide anion）などが好ましい。
【００７４】
窒素含有カチオンとしては、例えば、第４級アンモニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、イミダゾリウムカチオンなどが例示できる。
【００７５】
第４級アンモニウムカチオンとしては、例えば、テトラエチルアンモニウムカチオン（ＴＥＡ：tetraethylammonium cation）、トリエチルメチルアンモニウムカチオン（ＴＥＭＡ：methyltriethylammonium cation）などのテトラアルキルアンモニウムカチオン（特にテトラＣ1-5アルキルアンモニウムカチオンなど）などが例示できる。ピロリジニウムカチオンとしては、１−メチル−１−プロピルピロリジニウムカチオン（Ｐｙ13：1-methyl-1-propylpyrrolidinium cation）、１−ブチル−１−メチルピロリジニウムカチオン（Ｐｙ14：1-butyl-1-methylpyrrolidinium cation）、１−エチル−１−プロピルピロリジニウムカチオンなどが挙げられる。イミダゾリウムカチオンとしては、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムカチオン（ＥＭＩ：1-ethyl-3-methylimidazolium cation）、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムカチオン（ＢＭＩ：1-buthyl-3-methylimidazolium cation）などが挙げられる。
【００７６】
溶融塩に含まれるナトリウムイオンと有機カチオンとの合計に占めるナトリウムイオンの割合は、１０モル％以上であることが好ましく、３０モル％以上であることが更に好ましい。また、９０モル％以下であることが好ましく、８０モル％以下であることが更に好ましい。
【００７７】
リチウムイオンキャパシタに用いる電解質としては、有機電解質が好ましい。有機電解質は、有機溶媒と、有機溶媒に溶解するリチウム塩とを含む。リチウム塩としては、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、リチウムビススルホニルアミド（ＬｉＦＳＡ）、リチウムトリフルオロメタンスルホネート（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）などが挙げられる。有機溶媒としては、環状カーボネート（エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなど）、鎖状カーボネート（ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートなど）、環状カルボン酸エステル、鎖状カルボン酸エステルなどが用いられる。
【００７８】
リチウムイオンキャパシタに用いる電解質は、有機溶媒とリチウム塩に加え、溶融塩および／または添加剤などを含むことができる。ただし、低温でのレート特性の向上の観点からは、８０質量％以上、さらには１００質量％が有機溶媒とリチウム塩とで占められていることが好ましい。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態によれば、電極群と、導電性を有するケースとの間に配される絶縁シートを、熱溶着などにより袋に形成するのではなく、単に電極群の下面と４つの側面を包囲するように折りたたむだけである。よって、角型蓄電デバイスの製造工程および製造施設を簡易なものにすることが容易になる。
【００８０】
また、上記実施形態では、角型蓄電デバイスがナトリウムイオン二次電池またはリチウムイオンキャパシタである場合を説明したが、本発明は、これに限定されず、リチウムイオン二次電池、ナトリウムイオンキャパシタなどの様々な角型蓄電デバイスに適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明に係る角型蓄電デバイス及びその製造方法は、例えば、家庭用又は工業用の大型電力貯蔵装置、並びに電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される電源として有用である。
【符号の説明】
【００８２】
１０…角型蓄電デバイス
１２…電極群
１２ａ〜１２ｄ…サブグループ
１４…ケース
１６…封口板
１８…隔壁部材
１８ａ…底板
１８ｂ…縦板
１８ｃ…第１孔
１８ｄ…第２孔
２０…絶縁シート
２１…袋状セパレータ
２２…正極
２４…負極
２６…正極リード片
２６Ａ…正極リード片束部
２８…負極リード片
２８Ａ…負極リード片束部
３０…正極接続部材
３２…負極接続部材
３４…中間品
４０…正極外部端子
４２…負極外部端子
４４…ガス抜き弁
４６…調圧弁
４８…注液孔
１００…巻回体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
2015228359.tif 000011
【図６】
2015228359.tif 000012
【図７】
2015228359.tif 000013
【図８】
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