(57)【要約】【課題】正極または負極のズレや曲げを抑えて電気デバイスの耐振動性を向上させる。【解決手段】正極、セパレータ、および負極がこの順に積層されて形成される電気デバイスにおいて、前記セパレータは、積層方向に垂直な方向の前記正極または前記負極の動きを規制するよう前記正極または前記負極の端部に接触する規制部を備えることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極、セパレータ、および負極がこの順に積層されて形成される電気デバイスであって、
前記セパレータは、積層方向に垂直な方向の前記正極または前記負極の動きを規制するよう前記正極または前記負極の端部に接触する規制部を備えることを特徴とする電気デバイス。
【請求項２】
前記セパレータは、前記正極または前記負極を収容する凹部を備え、
前記規制部は、前記凹部を構成する壁部であることを特徴とする請求項１に記載の電気デバイス。
【請求項３】
前記セパレータは、その周縁部において電解液を通す開放流路を備えることを特徴とする請求項２に記載の電気デバイス。
【請求項４】
前記規制部は、前記正極または前記負極の端部に対向する位置で折り曲げられた前記セパレータの周縁部からなることを特徴とする請求項１に記載の電気デバイス。
【請求項５】
前記規制部は、前記正極または前記負極の周囲において積層されたセパレータ用部材であることを特徴とする請求項１に記載の電気デバイス。
【請求項６】
前記規制部は、
前記正極または前記負極が置かれる前記セパレータの平板部と、
前記平板部から前記積層方向に延びる壁部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の電気デバイス。
【請求項７】
前記セパレータの壁部は、前記正極または前記負極の周囲において、積層方向に垂直な方向で隣のセパレータの前記壁部と重なることを特徴とする請求項６に記載の電気デバイス。
【請求項８】
前記セパレータは、最外周部において、隣のセパレータに溶着されることを特徴とする請求項１に記載の電気デバイス。
【請求項９】
前記セパレータは、一端において積層方向上側の隣のセパレータに溶着され、他端において積層方向下側の隣のセパレータに溶着されることを特徴とする請求項１に記載の電気デバイス。
【請求項１０】
前記正極または前記負極の周囲に位置するセパレータ端部の空孔率が、セパレータ中心部より小さいことを特徴とする請求項１に記載の電気デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気デバイス、特に電池等の蓄電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池等の蓄電デバイス（電気デバイス）において、正極、負極、又はセパレータの積層ズレが問題となる。特許文献１に開示された非水電解質二次電池において、正極又は負極の端部においてセパレータが立ち上がり、立ち上がった複数のセパレータの端部が互いに重なるように固定部材が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２０４７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の非水電解質二次電池において、セパレータの端部をまとめて固定するため、正極または負極（電極）のズレや曲げが完全に防止できず、改良の余地がある。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、正極または負極のズレや曲げを抑えて電気デバイスの耐振動性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様に係る電気デバイスは、正極、セパレータ、および負極がこの順に積層されて形成される。そして、前記セパレータは、積層方向に垂直な方向の前記正極または前記負極の動きを規制するよう前記正極の端部または前記負極の端部に接触する規制部を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、正極または負極のズレや曲げを抑えて電気デバイスの耐振動性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）第一実施形態に係る非水電解質二次電池（電気デバイス）の積層方向に垂直な断面図である。（ｂ）第一実施形態に係る非水電解質二次電池（電気デバイス）の積層方向の断面図である（図１のIb−Ibに沿った断面）。
【図２】第一実施形態に係る積層体の積層方向に沿った断面図である。
【図３】（ａ）第一実施形態に係るセパレータの斜視図である。（ｂ）第一実施形態に係るセパレータの断面図である（図３（ａ）のIIIb−IIIbに沿った断面）。
【図４】第二実施形態に係るセパレータの斜視図である。
【図５】第二実施形態に係るセパレータの他の形態を示す斜視図である。
【図６】第三実施形態に係る積層体の一部断面図である。
【図７】第四実施形態に係る積層体の一部断面図である。
【図８】第五実施形態に係る積層体の一部断面図である。
【図９】第六実施形態に係る積層体の一部断面図である。
【図１０】（ａ）第六実施形態に係る溶接部を示すセパレータの斜視図である。（ｂ）第六実施形態に係る他の溶接部を示すセパレータの斜視図である。
【図１１】セパレータの変形例の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下では図面を参照して本発明を実施するための形態について、さらに詳しく説明する。
【００１０】
［第一実施形態］
図１（ａ）（ｂ）は、第一実施形態に係る非水電解質二次電池１の構成を示す断面図である。本実施形態において、非水電解質二次電池１は、電気デバイス（蓄電電気デバイス）の一例として示すものである。又、第一実施形態において、非水電解質二次電池１は、リチウムイオン電池であるが、これに限定されるものではない。図１（ａ）は、積層体２の積層方向に垂直な断面図である。図１（ｂ）は、積層体２の積層方向に沿った断面図である。非水電解質二次電池１は、積層体２と、積層体２を内包するアルミラミネートフィルム３で内包されている。積層体２は、発電を行う発電要素であり、アルミラミネートフィルム３内で電解液７に浸漬されている。積層体２の正極４は、電極タブ８ａに接続され、積層体２の負極６は、電極タブ８ｂに接続されている。
【００１１】
図２は、積層体２の積層方向に沿った断面図である。積層体２（発電要素）において、正極４、セパレータ５、および負極６がこの順に積層されている。以下に、積層体２の製造方法を具体的に示す。
【００１２】
正極４は、正極活物質と導電助剤とバインダーとを所定の比で混合した正極スラリーを正極集電箔４ａに塗布し、乾燥させて作製される。本実施形態において、正極集電箔４ａは、厚さ約２０μmのアルミニウム箔であるが、他の材料も使用できる。本実施形態において、正極活物質は、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）である。なお、正極活物質は、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、又は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）等の他のリチウム複合酸化物でもよい。導電助剤は、例えば、アセチレンブラックである。バインダーは、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）である。
【００１３】
具体的には、正極スラリーは、８５重量％のＬｉＭｎ２Ｏ４と、５重量％のアセチレンブラックと、１０重量％のＰＶｄＦの混合物をスラリー粘度調整溶媒（Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ））に溶かしたものである。なお、正極スラリーは、９２重量％のＬｉＭｎ２Ｏ４と、５重量％のアセチレンブラックと、３重量％のスチレンブタジエンゴムの混合物をスラリー粘度調整溶媒（Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ））に溶かしたものでもよい。正極スラリーは、正極集電箔４ａの両面に塗布され、乾燥後に成形され正極活物質層４ｂとなる。正極４は、正極活物質層４ｂの厚みが正極集電箔４ａの片側で６０μｍになるようにプレスによって成形される。
【００１４】
セパレータ５は、微小な孔を多数含んだ微多孔性のポリエチレンフィルムで形成される。セパレータ５は、厚み１５μｍとなるように板状に形成される。その後、後述するようにセパレータ５の中央部はプレスされる。
【００１５】
負極６は、負極活物質とバインダーとを所定の比で混合した負極スラリーを負極集電箔６ａに塗布し、乾燥させて作製される。本実施形態において、負極集電箔６ａは、厚さ約２０μmの銅箔であるが、他の材料も使用できる。負極活物質は、ハードカーボン等の炭素材料である。バインダーは、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）である。
【００１６】
具体的には、負極スラリーは、９０重量％のハードカーボンと、１０重量％のＰＶｄＦの混合物をスラリー粘度調整溶媒（Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ））に溶かしたものである。負極スラリーは、負極集電箔６ａの両面に塗布され、乾燥後に成形され負極活物質層６ｂとなる。負極は、負極活物質層６ｂの厚みが負極集電箔６ａの片側で６０μｍになるようにプレスによって成形される。
【００１７】
電解液（液体電解質）７は、非水電解質として有機系のものが使用される。電解液７は、溶質として６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１ｍｏｌ／Ｌの濃度で有機溶媒に溶解したものが用いられる。有機溶媒は、エチレンカーボネイト（ＥＣ）とジエチレンカーボネイト（ＤＥＣ）を体積比１：１の配合比で混合した液体混合物である。
【００１８】
以上のように作製された正極４、セパレータ５、負極６は切断された後積層され、積層体２が作製される。積層体２はアルミラミネートフィルム３に内包される。アルミラミネートフィルム３において、積層体２の四方の１辺に対向する部分は開放され、その1辺から電解液７が注入される。その後、アルミラミネートフィルム３の内部は、真空引きされて、封止される。
【００１９】
本実施形態の特徴であるセパレータ５の構成について説明する。
【００２０】
図３（ａ）（ｂ）に本発明のセパレータ５の詳細な構成を示す。セパレータ５の中央部において、凹部５１が積層方向の両面に形成されている。凹部５１を有するセパレータ５は、平板状（四角形状）のセパレータ用部材の両面をプレスすることによって成形される。凹部５１は、積層方向に垂直なセパレータ５の平板部（凹部の底面）５ａ、及び、平板部５ａから積層方向（即ち平板部５ａに垂直な方向）に延びるセパレータ５の壁部５ｂから構成される。セパレータ５の平板部５ａの主面には電極が置かれ、凹部５１は、電極（即ち、正極４又は負極６）を収容する。セパレータ５の壁部５ｂは、積層体２の積層方向に垂直な方向の電極の動きを規制するように電極の端部に接触する規制部３０として機能する。
【００２１】
また、セパレータ５は、隣のセパレータに壁部５ｂで接する。そして、セパレータ５は、積層方向に垂直な方向の最外側である最外周部９において、隣のセパレータに溶着される。電極とセパレータ５は、セパレータ５が電極を収容するような態様で積層されて、積層体２を構成する。
【００２２】
−作用効果−
このように本実施形態によると、低コストで、正極４又は負極６である電極のズレや曲げを抑えることができ、耐振動性を向上させて電池性能の低下を避けることが可能となる。これは、セパレータ５が、積層方向に垂直な方向の電極（即ち、正極４又は負極６）の動きを規制するよう電極の端部に接触する規制部３０を備えるためである。また、このため、容易にセパレータ５に対する電極の位置決めできる。さらに、電極の端部（エッジ部）をセパレータ５で保護することになり、電極やセパレータ５の劣化を抑制できる。またさらには、セパレータに溶着代を設ける必要がなくなるため、電極を大きくでき電池容量が向上する。
【００２３】
規制部３０は、電極（即ち、正極４又は負極６）が置かれるセパレータ５の平板部５ａと、平板部５ａから積層方向に延びる壁部５ｂとを備える。このため、さらに低コストで且つ容易にセパレータ５に対する電極の位置決めでき、電極のズレや曲げを強く抑えられる。
【００２４】
セパレータ５は、電極（即ち、正極４又は負極６）を収容する凹部５１を備え、規制部３０は、凹部５１を構成する壁部５ｂである。凹部５１に電極を嵌めて固定することで、さらに低コストで且つ容易にセパレータ５に対する電極の位置決めでき、電極のズレや曲げを強く抑え、また電極のエッジ部を好適に保護できる。
【００２５】
セパレータ５は、最外周部において、隣のセパレータに溶着される。このため、さらに、耐振動性を向上させることができる。
【００２６】
［第二実施形態］
図４と図５に、第二実施形態に係るセパレータ５を示す。セパレータ５の周縁部には、電解液７が通過できる開口部からなる開放流路５ｃが成形されている。セパレータ５に電極（即ち、正極４又は負極６）が置かれた際に、開放流路５ｃは、電極の端部に対向する。他の構成は、第一実施形態と同じであり、説明を省略する。
【００２７】
図４の開放流路５ｃを有するセパレータ５は、第一実施形態（図３（ａ））のセパレータ５の壁部５ｂを一部切除することにより形成できる。また、図５の開放流路５ｃを有するセパレータ５は、平板状のセパレータ用部材からプレスのみにより成形できる。なお、図４のセパレータ５は、図５のセパレータ５の四辺の端部を一部切断することにより形成してもよい。図４、図５において、開口部の存在により、セパレータ５の壁部５ｂは、平板部５ａの四隅に設けられた構成となっている。
【００２８】
セパレータ５の壁部５ｂの空孔率をセパレータ中心部１２より小さくしてもよい。このようにするために、周辺部において中心部より空孔率を小さくしたセパレータ部材をプレスして壁部５ｂを成形する。
【００２９】
第二実施形態によると、セパレータ５は、その周縁部において電解液７を通す開放流路５ｃを備える。これにより、電解液７を注液した際に、電極へ確実に電解液７を供給し、染込みを良くすることができ、電池（電気デバイス）の充放電容量の低下を避けることが可能となる。
【００３０】
空孔率が一定である板状のセパレータ用部材の中央部をプレス成形することによって規制部３０を作る場合には、電極周囲の空孔率が相対的に大きくなり、電解液７が電極周囲のセパレータ部分に偏在して溜まる問題が生じる。しかし、セパレータ５の壁部５ｂの空孔率をセパレータ中心部より小さくする場合には、電解液７が偏在せず電極へ確実に電解液７を供給でき、充放電容量の低下を避けることが可能となる。
【００３１】
［第三実施形態］
図６に、第三実施形態に係るセパレータ５を示す。セパレータ５において、電極（即ち、正極４又は負極６）の四辺の端部に対向する位置でその周縁部（端部）が折り曲げられ、第一壁部５ｄと第二壁部５ｅが形成されている。第一壁部５ｄは、積層方向の片側に突出し、第二壁部５ｅは、第一壁部５ｄとは反対側に突出する。第二壁部５ｅは、積層体２において、第一壁部５ｄより外側に位置する。他の構成は、第一実施形態と同じであり、説明を省略する。
【００３２】
第一壁部５ｄと第二壁部５ｅは規制部３０として機能する。セパレータ５の第一壁部５ｄは、正極４（短い方の電極）の端部に当接して、積層体２の積層方向に垂直な方向の正極４の動きを規制する。セパレータ５の第二壁部５ｅは、負極６（長い方の電極）の端部に当接して、積層体２の積層方向に垂直な方向の負極６の動きを規制する。
【００３３】
なお、第一壁部５ｄと第二壁部５ｅは、セパレータ５の平板部５ａに沿った方向の異なる位置に設けられるため、第三実施形態は、他の実施形態と異なり、正極４と負極６の長さが異なる場合にのみ適用することが好ましい。例えば、リチウムイオン二次電池では、リチウムイオンの析出を防止するため、負極６が正極４より長く、負極６の面積が正極４の面積よりも大きい。
【００３４】
第三実施形態によると、規制部３０は、電極の端部に対向する位置で折り曲げられた、セパレータ５の周縁部からなる。空孔率が一定である板状のセパレータ用部材の中央部をプレス成形することによって規制部３０を作る場合に、電極周囲の空孔率が相対的に大きくなり、電解液７が電極周囲のセパレータ部分に偏在して溜まる問題が生じる。しかし、第三実施形態において、板状のセパレータ用部材を折り曲げることによって、規制部３０を作るため、セパレータ５全体で空孔率が一定になり、電解液７が偏在せず電極へ確実に電解液７を供給できる。これにより、電極への電解液７の染込みを良くして充放電容量の低下を避けることができる。
【００３５】
［第四実施形態］
図７に、第四実施形態に係るセパレータ５を示す。セパレータ５は、板状の平板部５ａと、電極（即ち、正極４又は負極６）の周囲において平板部５ａの上で積層されたセパレータ用部材からなる壁部５ｆを備える。壁部５ｆは、積層体２の積層方向に垂直な方向の電極の動きを規制するように電極の端部に接触する規制部３０となる。平板部５ａとなるセパレータ用部材と、壁部５ｆとなるセパレータ用部材は、最外周部で溶着により接続される。他の構成は、第一実施形態と同じであり、説明を省略する。
【００３６】
なお、図７において、壁部５ｆは、一枚のセパレータ用部材からなるが、壁部５ｆは、積層された複数のセパレータ用部材から構成されてもよい。また、図７において、正極４と負極６の長さ及び面積は異なるが同じであってもよい。
【００３７】
第四実施形態によると、規制部３０は、電極の周囲において積層されたセパレータ用部材である。空孔率が一定である板状のセパレータ用部材の中央部をプレス成形することによって規制部３０を作る場合に、電極周囲の空孔率が相対的に大きくなり、電解液７が電極周囲のセパレータ部分に偏在して溜まる問題が生じる。しかし、第四実施形態において、規制部３０は、電極の周囲において積層されたセパレータ用部材であるため、セパレータ５全体で空孔率が一定になり、電極へ確実に電解液７を供給できる。これにより、電極への電解液７の染込みを良くして充放電容量の低下を避けることができる。
【００３８】
［第五実施形態］
図８に第五実施形態に係るセパレータ５を示す。電極（即ち、正極４又は負極６）の周辺部は、複数のセパレータ５の壁部で覆われる。あるセパレータ５’（第一種類のセパレータ）の壁部５ｇは、電極の周囲において、積層方向に垂直な方向で隣のセパレータ５”（第二種類のセパレータ）の壁部５ｈに重なる。図８において、正極４と負極６の長さ及び面積は異なるが同じであってもよい。他の構成は、第一実施形態と同じであり、説明を省略する。
【００３９】
第一種類のセパレータ５’は、電極の端部に接して規制部３０として機能する一つの壁部５ｇを備える。一方、第二種類のセパレータ５”は、高さの異なる二つの壁部５ｈ、５ｉを備える。内側の壁部５ｉは、電極の端部に接して規制部３０として機能する。外側の壁部５ｈは、第一種類のセパレータ５’の壁部５ｇを外側から覆う。
【００４０】
内側の壁部５ｉの積層方向の高さ（厚み）は、外側の壁部５ｈの積層方向の高さ（厚み）より小さい。内側の壁部５ｉと外側の壁部５ｈは階段状に連続して設けられる。第一種類のセパレータ５’の壁部５ｇは、第二種類のセパレータ５”の内側の壁部５ｉに積層方向において接する。第一種類のセパレータ５’の壁部５ｇは、第二種類のセパレータ５”の外側の壁部５ｈに対して積層方向に垂直な方向において接して重なっている。  
【００４１】
第五実施形態によると、あるセパレータの壁部は、電極の周囲において、積層方向に垂直な方向で隣のセパレータの壁部と重なる。そのため、充放電サイクルの経過により電極（特に負極６）が膨張する場合に、電極を支持するセパレータから電極の端部がはずれることを防止できる。  
【００４２】
［第六実施形態］
図９に第六実施形態に係るセパレータ５を示す。セパレータ５の最外周部において、積層体２の向かい合う面に対して積層方向に位置をずらしてジグザグ状に交互に溶着を行う。図１０（ａ）（ｂ）にも示すように、セパレータ５は、一端の溶着部９ａにおいて上側で隣接するセパレータ５−１に溶着され、他端の溶着部９ｂにおいて下側で隣接するセパレータ５−２に溶着される。なお、「上側」「下側」という語は、向きを便宜的に表現したもので、それぞれ、例えば「右側」「左側」に置き換えてもよい。また、図９において、正極４と負極６の長さ及び面積は異なるが同じであってもよい。他の構成は、第二実施形態と同じであり、説明を省略する。
【００４３】
第六実施形態によると、セパレータ５は、一端において積層方向上側の隣のセパレータに溶着され、他端において積層方向下側の隣のセパレータに溶着される。従って、隣り合うセパレータの対向する壁部の間の隙間は、電極（即ち、正極４又は負極６）の一方の端部側で溶着によって閉じられるが、電極の他方の端部側で開いているため、この他方の端部側の隙間から電極へ電解液７が入りやすくなる。また、充放電サイクル経過により電極（特に負極６）が膨張する場合に、電極の膨張にセパレータ５が追従して電極のズレや曲げを抑えることができる。
【００４４】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。
【００４５】
例えば、規制部３０は、図１１のように、平板部５ａの四辺（四隅ではなく）に設けた壁部でもよい。また、本発明を適用できる他の電気デバイスとして、リチウムイオン電池以外の一次電池又は二次電池でもよい。さらに、正極、負極、セパレータを積層して構成する電気デバイスであれば、電池以外にキャパシタでも本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１  非水電解質二次電池（電気デバイス）
２  積層体
３  アルミラミネートフィルム
４  正極
５  セパレータ
５’  第一種類のセパレータ
５”  第二種類のセパレータ
５ａ  平板部
５ｂ、５ｆ、５ｇ  壁部
５ｃ  開放流路
５ｄ  第一壁部
５ｅ  第二壁部
５ｈ  外側の壁部
５ｉ  内側の壁部
６  負極
７  電解液
３０  規制部
５１  凹部 
【図１】
2013084387.tif 000003
【図２】
2013084387.tif 000004
【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】
2013084387.tif 000009
【図８】
2013084387.tif 000010
【図９】
2013084387.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2013084387.tif 000013