(57)【要約】【課題】極板及びセパレータが積層されることで形成された電極体を備える蓄電素子であって、信頼性の高い蓄電素子等を提供すること。【解決手段】正極板４１０、負極板４２０、セパレータ４３０及びセパレータ４５０が積層されることで形成された電極体４００を備える蓄電素子１０であって、セパレータ４３０は、セパレータ４３０の端縁がカールした部分であるカール部４３５を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
極板及びセパレータが積層されることで形成された電極体を備える蓄電素子であって、
前記セパレータは、前記セパレータの端縁がカールした部分であるカール部を有する
蓄電素子。
【請求項２】
前記セパレータは、互いに熱収縮率が異なる第一層及び第二層を有する
請求項１に記載の蓄電素子。
【請求項３】
前記極板は、導電性の基材層と、前記基材層上に形成された活物質層とを有し、
前記カール部は、前記基材層の前記活物質層が形成されていない端部である活物質未塗工部に隣接して位置する
請求項１または２に記載の蓄電素子。
【請求項４】
前記極板は、前記活物質未塗工部上に形成された、前記活物質層と隣接する絶縁層を有する
請求項３に記載の蓄電素子。
【請求項５】
前記カール部は、前記活物質未塗工部の、前記絶縁層が形成されていない部分に隣接して位置する
請求項４に記載の蓄電素子。
【請求項６】
電極体を備える蓄電素子の製造方法であって、
極板及びセパレータを積層することで電極体を形成する積層工程と、
前記積層工程の後に、前記電極体を加熱することで、前記セパレータの端縁がカールした部分であるカール部を形成する加熱工程と
を含む蓄電素子の製造方法。
【請求項７】
さらに、前記加熱工程の後に、前記電極体と集電体とを接合する接合工程を含む
請求項６に記載の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、極板及びセパレータが積層されることで形成された電極体を備える蓄電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子は、例えば、正極板、負極板、並びに、正極板及び負極板の間に配置されたセパレータが積層された電極体を有する。電極体は、正極板及び負極板それぞれの、活物質が形成されていない金属箔部分（例えば、活物質未塗工部という。）が積層された端部を有し、当該端部には、例えば集電体と呼ばれる金属製の部材が接続される。
【０００３】
このような、正極板、負極板、及びセパレータが積層された構成を有する電極体に関し、従来、正極板と負極板との短絡を防止するための技術が開示されている。例えば、特許文献１には、積層型電池を製造する際に、活物質未塗工部に対向するセパレータの端部を加熱圧縮することで、当該端部の空孔を閉塞することが開示されている。特許文献１には、上記構成により、セパレータの端部の空孔を金属イオンが通過して活物質未塗工部へ移動することが防止され、その結果、活物質未塗工部において金属が析出することが防止され、これにより、金属の析出による内部短絡が防止される旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−６９２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、例えば電極体の端部と集電体との接合工程において微小な金属片（以下、「異物」ともいう。）が発生した場合、その異物は、電極体の端部から電極体の中央の方向に移動する可能性がある。また、金属製の異物が電極体の内部において極板と接触した場合、電極体に不具合（例えば、微短絡）が生じるおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を考慮し、極板及びセパレータが積層されることで形成された電極体を備える蓄電素子であって、信頼性の高い蓄電素子及び蓄電素子の製造方法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、極板及びセパレータが積層されることで形成された電極体を備える蓄電素子であって、前記セパレータは、前記セパレータの端縁がカールした部分であるカール部を有する。
【０００８】
この構成によれば、セパレータの端部にカール部が形成されているため、例えば、電極体の端部における極板間の隙間の少なくとも一部が、カール部によって埋められる。その結果、電極体の端部から電極体の中央へ移動しようとする異物は、カール部によってその移動が抑制される。これにより、異物が電極体の内部に進入することによる不具合（例えば、微短絡）の発生の可能性が低減される。
【０００９】
また、カール部は、電極体の構成要素であるセパレータの一部によって形成されているため、異物の移動を抑制するための別部材を用いる必要はない。また、カール部は、極板と曲面で接触する。そのため、例えば、電極体の端部と集電体との接合の際に、電極体の端部が厚み方向に圧縮された場合であっても、カール部は柔軟に変形することができる。これにより、極板のカール部が接触する部分に不要な圧力を与えることが抑制される。また、例えばセパレータの端部の屈曲した部分（角部）が、極板に接触する場合と比較すると、曲面で極板と接触するカール部の方が、極板に与える影響が少ない。
【００１０】
このように、本態様に係る蓄電素子は、極板及びセパレータが積層されることで形成された電極体を備える蓄電素子であって、電極体の内部への異物の進入を抑制する構造を有する蓄電素子である。従って、本態様に係る蓄電素子は、信頼性の高い蓄電素子である。
【００１１】
また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記セパレータは、互いに熱収縮率が異なる第一層及び第二層を有するとしてもよい。
【００１２】
この構成によれば、セパレータの端縁を加熱することで当該端縁がカール（湾曲するように変形）し、これによりカール部を形成することができる。この場合、例えば、セパレータの端縁に外力を加えて機械的にカールさせるような工程を行うことなく、効率よくカール部を形成することができる。また、極板及びセパレータが積層された状態でカール部を形成することができるため、極板間の隙間の大きさに応じた大きさのカール部の形成が可能となる。これにより、例えば、カール部が存在することによる電極体の変形が抑制される。また、カール部による異物の進入抑制効果がより向上される。
【００１３】
また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記極板は、導電性の基材層と、前記基材層上に形成された活物質層とを有し、前記カール部は、前記基材層の前記活物質層が形成されていない端部である活物質未塗工部に隣接して位置するとしてもよい。
【００１４】
この構成によれば、極板を平面視した場合における活物質層よりも外側の部分である活物質未塗工部の側方に、カール部が配置される。そのため、例えば電極体の負極側の端部と集電体との接合時に、負極板の活物質未塗工部の一部が剥がれることで異物が発生した場合、その異物が正極板の活物質層に到達することがカール部によって抑制される。これにより、電極体の内部における微短絡等の不具合の発生が抑制される。
【００１５】
また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記極板は、前記活物質未塗工部上に形成された、前記活物質層と隣接する絶縁層を有するとしてもよい。
【００１６】
この構成によれば、正極板及び負極板のうちの絶縁層が形成された一方の活物質未塗工部と、正極板及び負極板の他方の活物質層との短絡の防止が、絶縁層によってより確実化される。つまり、カール部及び絶縁層によって、例えば短絡の防止が二重化される。
【００１７】
また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記カール部は、前記活物質未塗工部の、前記絶縁層が形成されていない部分に隣接して位置するとしてもよい。
【００１８】
この構成によれば、活物質未塗工部の、極板を平面視した場合における絶縁層よりも外側の部分の側方にカール部が配置される。これにより、絶縁層がない場合と比較すると、電極体の中央からさらに遠い位置で、カール部によって異物の進入を抑制することができる。その結果、電極体の内部における微短絡等の不具合の発生の可能性がさらに低減される。
【００１９】
また、本発明の一態様に係る蓄電素子の製造方法は、電極体を備える蓄電素子の製造方法であって、極板及びセパレータを積層することで電極体を形成する積層工程と、前記積層工程の後に、前記電極体を加熱することで、前記セパレータの端縁がカールした部分であるカール部を形成する加熱工程とを含むとしてもよい。
【００２０】
この方法によれば、極板及びセパレータが積層された状態、つまり、電極体としての基本構造が形成された後に、カール部を形成することができる。そのため、例えば、当該カール部が存在する極板間の隙間の大きさに応じた大きさのカール部の形成が可能となる。これにより、電極体の内部への異物の進入がカール部によって抑制される。また、例えば、カール部が存在することによる電極体の変形が抑制される。また、カール部は、電極体の構成要素であるセパレータの一部によって形成されているため、異物の移動を阻害するめの別部材を用いる必要がない。
【００２１】
また、本発明の一態様に係る蓄電素子の製造方法は、さらに、前記加熱工程の後に、前記電極体と集電体とを接合する接合工程を含むとしてもよい。
【００２２】
この方法によれば、セパレータにカール部が形成された後に、電極体と集電体との接合工程が行われる。そのため、接合工程において、例えば接合の際の振動等に起因して、集電体の一部、または、電極体の集電体と接合される端部（金属箔が積層した部分）の一部が剥離することで異物が発生した場合であっても、電極体の内部への異物の進入は、既に存在するカール部によって抑制される。また、カール部は極板と曲面で接触する。そのため、例えば、接合工程において、電極体の端部が厚み方向で圧縮された場合であっても、カール部は柔軟に変形することができる。これにより、極板のカール部が接触する部分に不要な圧力を与えることが抑制される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、極板及びセパレータが積層されることで形成された電極体を備える蓄電素子であって、信頼性の高い蓄電素子及びその製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、信頼性の高い電極体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施の形態に係る蓄電素子の外観を示す斜視図である。
【図２】実施の形態に係る蓄電素子の容器内に配置されている構成要素を示す斜視図である。
【図３】実施の形態に係る電極体の構成概要を示す斜視図である。
【図４】実施の形態に係る電極体の構成概要を示す断面図である。
【図５】図４に示す電極体の正極側端部の構成概要を示す部分拡大図である。
【図６】図４に示す電極体の負極側端部の構成概要を示す部分拡大図である。
【図７】実施の形態に係るセパレータの構成概要を示す断面図である。
【図８】実施の形態に係る蓄電素子の製造工程の一部を示す第１の図である。
【図９】実施の形態に係る蓄電素子の製造工程の一部を示す第２の図である。
【図１０】実施の形態に係るカール部の別の形状例を示す断面図である。
【図１１】正極板が絶縁層を有する場合における電極体の正極側端部の構成概要を示す部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。
【００２６】
また、以下で説明する実施の形態及びその変形例のそれぞれは、本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態及びその変形例で示される形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、製造工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態及びその変形例における構成要素のうち、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、任意の構成要素として説明される。
【００２７】
まず、図１及び図２を用いて、実施の形態に係る蓄電素子１０の全般的な説明を行う。
【００２８】
図１は、実施の形態に係る蓄電素子１０の外観を示す斜視図である。図２は、実施の形態に係る蓄電素子１０の容器内に配置されている構成要素を示す斜視図である。具体的には、図２は、蓄電素子１０を、容器１００の蓋体１１０と本体１１１とを分離して示す斜視図である。
【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、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、またはプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）に適用される。なお、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。また、蓄電素子１０の形状に関しては、角型に限定されることなく、例えば円筒型などの他の形状であってもよい。
【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の内部には、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は、上記の構成要素の他、正極集電体１２０及び負極集電体１３０の側方に配置されるスペーサ、容器１００内の圧力が上昇したときに当該圧力を開放するための安全弁、または、電極体４００等を包み込む絶縁フィルムなどを備えてもよい。また、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。なお、容器１００に封入される電解液としては、蓄電素子１０の性能を損なうものでなければその種類に特に制限はなく、様々なものを選択することができる。
【００３２】
容器１００は、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、内部を密封する構造を有している。なお、蓋体１１０及び本体１１１の材質は、特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウム、またはアルミニウム合金など溶接可能な金属であるのが好ましい。
【００３３】
電極体４００は、正極板と負極板とセパレータとを備え、電気を蓄えることができる部材である。正極板は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などからなる長尺帯状の正極基材層上に正極活物質層が形成されたものである。負極板は、銅または銅合金などからなる長尺帯状の負極基材層上に負極活物質層が形成されたものである。セパレータは、樹脂を主材料とする微多孔性のシートである。電極体４００の詳細な構成については、後述する。
【００３４】
正極端子２００は、正極集電体１２０を介して電極体４００の正極と電気的に接続された電極端子である。負極端子３００は、負極集電体１３０を介して電極体４００の負極と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、絶縁性を有するパッキン（図示せず）を介して取り付けられている。
【００３５】
正極集電体１２０は、電極体４００の正極と容器１００の本体１１１の壁面との間に配置され、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。
【００３６】
負極集電体１３０は、電極体４００の負極と容器１００の本体１１１の壁面との間に配置され、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。
【００３７】
具体的には、正極集電体１２０及び負極集電体１３０は、蓋体１１０に固定されている。また、正極集電体１２０は、電極体４００の正極側端部に接合され、負極集電体１３０は、電極体４００の負極側端部に接合されている。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。
【００３８】
次に、以上のように構成された蓄電素子１０が備える電極体４００の構成等について、図３〜図９を用いて説明する。
【００３９】
図３は、実施の形態に係る電極体４００の構成概要を示す斜視図である。なお、図３では、積層されて巻回された極板等の要素を一部展開して図示している。また、図３において符号Ｗが付された一点鎖線は、電極体４００の巻回軸を表している。巻回軸Ｗは、極板等を巻回する際の中心軸となる仮想的な軸であり、本実施の形態では、電極体４００の中心を通るＸ軸に平行な直線である。
【００４０】
電極体４００は、極板及びセパレータが積層されることで形成された電極体の一例である。本実施の形態では、図３に示すように、電極体４００は、２種類の極板である正極板４１０及び負極板４２０と、セパレータ４３０及び４５０とが積層されかつ巻回されることで形成されている。
【００４１】
より詳細には、電極体４００は、セパレータ４５０と、負極板４２０と、セパレータ４３０と、正極板４１０とがこの順に積層され、かつ、巻回されることで形成されている。また、図３に示すように、電極体４００は、巻回軸Ｗと直交する方向（本実施の形態ではＹ軸方向）に扁平な形状である。つまり、電極体４００は、巻回軸Ｗの方向から見た場合に、全体として長円形状であり、長円形状の直線部分が平坦な形状となり、長円形状の曲線部分が湾曲した形状となる。このため、電極体４００は、対向する一対の扁平部（巻回軸Ｗを挟んでＺ軸方向で対向する部分）と、対向する一対の湾曲部（巻回軸Ｗを挟んでＹ軸方向で対向する部分）とを有している。
【００４２】
本実施の形態において、正極板４１０は、アルミニウムからなる長尺帯状の金属箔（正極基材層４１１）の表面に、正極活物質を含む正極活物質層４１４が形成されたものである。負極板４２０は、銅からなる長尺帯状の金属箔（負極基材層４２１）の表面に、負極活物質を含む負極活物質層４２４が形成されたものである。
【００４３】
なお、正極活物質層４１４に用いられる正極活物質、または負極活物質層４２４に用いられ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正極活物質または負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。また、本実施の形態では、セパレータ４３０及び４５０は、樹脂からなる微多孔性のシートを基材として有している。セパレータ４３０及び４５０の詳細については、図７を用いて後述する。
【００４４】
このように構成された電極体４００において、より具体的には、正極板４１０と負極板４２０とは、セパレータ４３０または４５０を介し、巻回軸Ｗの方向に互いにずらして巻回されている。そして、正極板４１０及び負極板４２０は、それぞれのずらされた方向の端部に、基材層の、活物質が塗工されていない部分である未塗工部を有する。
【００４５】
具体的には、正極板４１０は、巻回軸Ｗの方向の一端（図３ではＸ軸方向プラス側の端部）に、正極活物質が塗工されていない活物質未塗工部４１１ａを有している。また、負極板４２０は、巻回軸Ｗの方向の他端（図３ではＸ軸方向マイナス側の端部）に、負極活物質が塗工されていない活物質未塗工部４２１ａを有している。
【００４６】
つまり、正極板４１０の露出した金属箔（活物質未塗工部４１１ａ）の層によって正極側端部が形成され、負極板４２０の露出した金属箔（活物質未塗工部４２１ａ）の層によって負極側端部が形成されている。正極側端部は正極集電体１２０と接合され、負極側端部は負極集電体１３０と接合される。本実施の形態では、これら接合の手法として、超音波接合が採用されている。なお、電極体４００と正極集電体１２０及び負極集電体１３０との接合の手法として、超音波接合以外に、抵抗溶接またはクリンチ接合等の手法が採用されてもよい。
【００４７】
また、蓄電素子１０が備える電極体４００の数は１には限定されず、２以上でもよい。
【００４８】
以上のように構成された電極体４００において、セパレータ４３０は、端縁がカールした部分であるカール部４３５を有し、セパレータ４５０は、端縁がカールした部分であるカール部４５５を有している。以下、図４〜図７を用いてカール部４３５及び４５５の説明を行う。
【００４９】
図４は、実施の形態に係る電極体４００の構成概要を示す断面図である。具体的には、図４では、図３におけるＩＶ−ＩＶ断面の概要が図示されており、正極板４１０及び負極板４２０のそれぞれは、簡略化されて一枚の板状部材として図示されている。このことは、後述する図８及び図９についても同じである。
【００５０】
図５は、図４に示す電極体４００の正極側端部の構成概要を示す部分拡大図である。図６は、図４に示す電極体４００の負極側端部の構成概要を示す部分拡大図である。図７は、実施の形態に係るセパレータ４３０及び４５０の構成概要を示す断面図である。
【００５１】
図４〜図６に示すように、本実施の形態に係る蓄電素子１０が備える電極体４００は、正極板４１０及び負極板４２０の間に配置されたセパレータ４３０及び４５０を有する。セパレータ４３０は、セパレータ４３０の端縁がカールした部分であるカール部４３５を有する。また、セパレータ４５０は、セパレータ４５０の端縁がカールした部分であるカール部４５５を有する。
【００５２】
この構成によれば、電極体４００の端部における極板間の隙間の少なくとも一部が、カール部４３５及び４５５によって埋められる。具体的には、電極体４００の正極側端部では、図５に示すように、隣り合う２つの活物質未塗工部４１１ａの間にカール部４３５及び４５５が挟まれるように配置されている。これにより、電極体４００の端部から中央へ移動しようとする異物（図５におけるＸ軸方向マイナス側へ移動しようとする異物）は、カール部４３５及び４５５によってその移動が抑制される。
【００５３】
また、電極体４００の負極側端部では、図６に示すように、隣り合う２つの活物質未塗工部４２１ａの間にカール部４３５及び４５５が挟まれるように配置されている。これにより、電極体４００の端部から中央へ移動しようとする異物（図６におけるＸ軸方向プラス側へ移動しようとする異物）は、カール部４３５及び４５５によってその移動が抑制される。
【００５４】
また、カール部４３５及び４５５は、電極体４００の構成要素であるセパレータ４３０及び４５０の一部によって形成されているため、異物の移動を阻害するめの別部材を用いる必要はない。また、カール部４３５及び４５５は、正極板４１０または負極板４２０と曲面で接触する。そのため、例えば、電極体４００の端部と正極集電体１２０または負極集電体１３０との接合の際に、電極体４００の端部が厚み方向に圧縮された場合であっても、カール部４３５及び４５５は柔軟に変形することができる。これにより、正極板４１０及び負極板４２０それぞれの、カール部４３５及び４５５が接触する部分に不要な圧力を与えることが抑制される。また、カール部４３５及び４５５は金属箔（活物質未塗工部）とは曲面で接触するため、例えば、セパレータの屈曲した部分（角部）が金属箔と接触する場合と比較すると、例えば金属箔にダメージを与える可能性が少ない。
【００５５】
このように、本態様に係る蓄電素子１０は、電極体４００の内部への異物の進入を抑制する構造を有している。これにより、高い信頼性を有する蓄電素子１０が実現される。
【００５６】
なお、セパレータの端部に形成されるカール部の位置は、隣り合う２つの活物質未塗工部の間には限定されない。例えば、巻回型の電極体であって、巻回軸方向の一端に正極板及び負極板それぞれの活物質未塗工部が突出して形成されている電極体の場合、電極体の他端におけるセパレータの端部であって、正極板及び負極板から突出した端部にカール部が形成されていてもよい。この場合であっても、電極体の当該他端において、カール部は、異物の進入を阻害する要素として機能することができる。
【００５７】
また、本実施の形態では、セパレータ４３０及び４５０のそれぞれは、厚み方向に重なる第一層及び第二層であって、互いに熱収縮率が異なる第一層及び第二層を有する。具体的には、図７に示すように、セパレータ４３０は、第一層４３０ａと第二層４３０ｂとを有し、セパレータ４５０は、第一層４５０ａと第二層４５０ｂとを有する。
【００５８】
なお、本実施の形態では、セパレータ４３０及び４５０は、同一種類の部材である。つまり、第一層４３０ａと第一層４５０ａとは同一の素材で形成されており、第二層４３０ｂと第二層４５０ｂとは同一の素材で形成されている。そのため、以下では、主としてセパレータ４３０について説明し、セパレータ４５０についての説明は省略される場合がある。
【００５９】
本実施の形態において、第一層４３０ａは、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリエチレン（ＰＥ）により形成された多孔質の基材層であり、第二層４３０ｂは、例えば酸化アルミ等の無機材料により形成された無機層である。第一層４３０ａの厚みは、例えば１０μｍ〜２０μｍ程度であり、第二層４３０ｂの厚みは、第一層４３０ａの厚みの３分の１〜２分の１程度である。
【００６０】
無機層である第二層４３０ｂは、電気的な絶縁性が高いため、一般に、セパレータ４３０は、正極板４１０に第二層４３０ｂが沿うように配置される。つまり、セパレータ４３０の、第一層４３０ａ側に負極板４２０が配置され、第二層４３０ｂ側に正極板４１０が配置される。
【００６１】
また、樹脂製のシートである第一層４３０ａの熱収縮率は、無機層である第二層４３０ｂの熱収縮率よりも大きい。すなわち、セパレータ４３０が加熱された場合、第一層４３０ａ側に反るように変形する。本実施の形態では、上述のセパレータ４３０の特性を利用してカール部４３５が形成されている。
【００６２】
つまり、セパレータ４３０の端縁が加熱されることで当該端縁がカール（湾曲するように変形）し、これによりカール部４３５が形成される。この場合、例えば、セパレータ４３０の端縁に外力を加えて機械的にカールさせるような工程を行うことなく、効率よくカール部４３５を形成することができる。また、正極板４１０、負極板４２０及びセパレータ４３０が積層された状態でカール部４３５を形成することができるため、例えば、カール部４３５が存在する極板間の隙間の大きさに応じた大きさのカール部４３５の形成が可能となる（例えば図５及び図６参照）。これにより、例えば、カール部４３５が存在することによる電極体４００の変形が抑制される。また、カール部による異物の進入抑制効果がより向上される。
【００６３】
また、本実施の形態において、カール部４３５は、活物質未塗工部に隣接して位置している。言い換えると、カール部４３５は、極板の厚み方向の側方であって、活物質未塗工部の側方に位置している。具体的には、図５に示すように、電極体４００の正極側端部において、正極板４１０の活物質未塗工部４１１ａの側方にカール部４３５及び４５５が位置している。また、図６に示すように、電極体４００の負極側端部において、負極板４２０の活物質未塗工部４２１ａの側方にカール部４３５及び４５５が位置している。
【００６４】
このように、活物質未塗工部４１１ａ及び４２１ａそれぞれの側方に、カール部４３５及び４５５が配置されるため、電極体４００と正極集電体１２０及び負極集電体１３０との接合工程において発生した異物の、電極体４００の内部への移動が抑制される。例えば、電極体４００の負極側端部と負極集電体１３０との接合時に、活物質未塗工部４２１ａの一部が剥がれることで異物が発生した場合、その異物が正極活物質層４１４に到達することがカール部４３５または４５５によって抑制される。これにより、電極体４００の内部における微短絡等の不具合の発生が抑制される。
【００６５】
次に、以上の構成を有する蓄電素子１０の製造方法について、図８及び図９を用いて説明する。図８は、実施の形態に係る蓄電素子１０の製造工程の一部を示す第１の図である。図９は、実施の形態に係る蓄電素子１０の製造工程の一部を示す第２の図である。なお、図８及び図９は、図３におけるＩＶ−ＩＶ断面に相当する位置における電極体４００の断面が図示されている。
【００６６】
本実施の形態に係る蓄電素子１０の製造方法は、極板及びセパレータを積層することで電極体４００を形成する積層工程と、積層工程の後に、電極体４００を加熱することで、セパレータの端縁がカールした部分であるカール部を形成する加熱工程とを含む。
【００６７】
具体的には、積層工程では、上述のように、セパレータ４５０と、負極板４２０と、セパレータ４３０と、正極板４１０とがこの順に積層され、かつ、巻回されることで、電極体４００が形成される。この時点では、図８の（ａ）に示すように、セパレータ４３０及びセパレータ４５０のそれぞれの端縁は変形しておらず、つまり、カール部４３５及び４５５は形成されていない。
【００６８】
その後、電極体４００は、加熱工程において、例えば、温度制御が可能な乾燥室を内部に有する乾燥機に収容され、所定の温度で所定の時間加熱される。例えば、電極体４００は、乾燥機内において１５０℃の環境に１０分間置かれる。
【００６９】
ここで、正極板４１０及び負極板４２０ともに巻回されたセパレータ４３０及び４５０のそれぞれの、巻回軸Ｗの方向（図８におけるＸ軸方向）の端縁は、図８の（ａ）に示すように、正極板４１０及び負極板４２０に挟まれた部分から突出した状態である。また、セパレータ４３０及び４５０は、上述のように、互いに熱収縮率が異なる２層構造を有している。そのため、図８の（ｂ）に示すように、セパレータ４３０及び４５０のそれぞれの端縁はカールし、これによりカール部４３５及び４５５が形成される。具体的には、セパレータ４３０の端縁は、熱収縮率が大きな第一層４３０ａの側に反るようにカールし、セパレータ４５０の端縁は、熱収縮率が大きな第一層４５０ａの側に反るようにカールする。つまり、セパレータ４３０及び４５０のそれぞれの端縁は、図５及び図６に示すように、負極板４２０の側に反るようにカールする。
【００７０】
より詳細には、電極体４００が高温環境下に置かれた場合、セパレータ４３０及び４５０のそれぞれの端縁は、主として、ともに金属箔を基材層として有する正極板４１０及び負極板４２０から伝導される熱を受けてカールすることで収縮する。このとき、例えば、電極体４００の負極側端部（図６参照）では、セパレータ４３０と負極板４２０との接触面が、活物質未塗工部４２１ａから負極活物質層４２４に変化する部分において、セパレータ４３０が負極板４２０から受ける熱が低下する。これは、負極活物質層４２４は、金属箔である活物質未塗工部４２１ａよりも熱伝導率が低いためである。そのため、熱によるセパレータ４３０の端縁の変形（収縮）が、負極活物質層４２４よりも手前の位置で停止し、その結果、カール部４３５は、活物質未塗工部４２１ａの側方に形成される。つまり、セパレータ４３０は、負極活物質層４２４がセパレータ４３０から露出するほど収縮しない。また、例えば図６に示されるように、負極側から見た場合、正極板４１０の負極側の端部は、負極活物質層４２４よりも奥（図６におけるＸ軸方向プラス側）に存在する。そのため、セパレータ４３０が収縮することでカール部４３５が形成される場合であっても、セパレータ４３０による極板間の絶縁機能は失われず、負極板４２０と正極板４１０との短絡等の問題は生じない。
【００７１】
このように、本実施の形態では、カール部４３５の位置調整のための煩雑な作業を行うことなく、カール部４３５が活物質未塗工部４２１ａの側方に配置された蓄電素子１０を得ることができる。なお、電極体４００の負極側端部におけるセパレータ４５０の端縁も、熱による変形が負極活物質層４２４よりも手前の位置で停止する。これにより、カール部４５５が活物質未塗工部４２１ａの側方に形成される。
【００７２】
さらに、電極体４００の正極側端部においても、セパレータ４３０及び４５０それぞれの端縁の収縮は、正極活物質層４１４よりも手前の位置で停止する。これにより、カール部４３５及び４５５が活物質未塗工部４１１ａの側方に形成される。なお、本実施の形態に係る電極体４００では、図５に示すように、負極板４２０の、正極側（Ｘ軸方向プラス側）の端部と、正極板４１０の活物質未塗工部４１１ａとが、厚み方向から見た場合に重なる構造を有している。本願発明者は、この構造において、正極側端部におけるカール部４３５及び４５５の位置がどの辺りになるのかを実験によって検証した。その結果、カール部４３５及び４５５は、正極活物質層４１４よりも手前（Ｘ軸方向プラス側）であって、さらに、負極板４２０よりも手前の位置に形成されることが確認された。つまり、電極体４００の正極側端部においても、負極側端部と同じく、負極板４２０と正極板４１０との短絡等の問題を生じさせずに、カール部４３５及び４５５を形成することが可能である。
【００７３】
また、本実施の形態に係る蓄電素子１０の製造方法はさらに、加熱工程の後に、電極体４００と正極集電体１２０及び負極集電体１３０とを接合する接合工程を含む。例えば、電極体４００の正極側端部では、図９に示すように、活物質未塗工部４１１ａの束が厚み方向で集められて正極集電体１２０と接合される。また、電極体４００の負極側端部でも同様に、活物質未塗工部４２１ａの束が厚み方向で集められて負極集電体１３０と接合される。この接合には、上述のように超音波接合が用いられる。
【００７４】
このように、本実施の形態では、セパレータ４３０及び４５０それぞれにカール部４３５または４５５が形成された後に、電極体４００と正極集電体１２０及び負極集電体１３０とを接合する接合工程が行われる。そのため、接合工程において、例えば接合の際の振動等に起因して活物質未塗工部４１１ａまたは４２１ａの一部が剥離することで異物が発生した場合であっても、電極体４００の内部への異物の進入は、既に存在するカール部４３５または４５５によって抑制される。
【００７５】
また、カール部４３５及び４５５のそれぞれは、活物質未塗工部４１１ａ及び４２１ａと曲面で接触する。そのため、接合工程において、活物質未塗工部４１１ａ及び４２１ａそれぞれの束が厚み方向で圧縮された場合であっても、カール部４３５及び４５５のそれぞれは柔軟に変形することができる。例えば図９に示すように、隣り合う活物質未塗工部４１１ａの隙間に配置されたカール部４３５及び４５５のそれぞれは、当該隙間の縮小または変位に応じて、変形または変位する。これにより、活物質未塗工部４１１ａの、カール部４３５及び４５５が接触する部分に、不要な圧力を与えることが抑制される。そのため、例えば、カール部４３５及び４５５が存在することによる電極体４００の形状の歪み等の発生が抑制される。
【００７６】
以上説明したように、本実施の形態に係る蓄電素子１０は、正極板４１０、負極板４２０、並びに、セパレータ４３０及び４５０が積層されることで形成された電極体４００を備える蓄電素子１０であって、信頼性の高い蓄電素子１０である。
【００７７】
なお、図５及び図６等に示されるカール部４３５及び４５５の形状は、電極体４００が有するカール部４３５及び４５５の形状の一例を示す模式図であり、カール部４３５及び４５５の形状は、特定の形状に限定されない。
【００７８】
図１０は、実施の形態に係るカール部４３５及び４５５の別の形状例を示す断面図である。カール部４３５及び４５５のそれぞれは、一回り以上カールしている必要はなく、例えば、図１０に示すように、セパレータ４３０及び４５０の端縁が一回り未満カールすることで、カール部４３５及び４５５が形成されてもよい。つまり、電極体４００の正極側端部におけるカール部４３５及び４５５は、各々の先端が、負極側（図１０におけるＸ軸方向マイナス側）に向く程度にカールしていてもよい。負極側のカール部４３５及び４５５についても同様に、各々の先端が、正極側（図１０におけるＸ軸方向マイナス側）に向く程度にカールしていてもよい。
【００７９】
また、カール部４３５及び４５５の厚み（電極体４００の積層方向（図１０におけるＺ軸方向）の幅）は、カール部４３５を挟んで対向する活物質未塗工部（図１０では、活物質未塗工部４１１ａ）の間隔よりも小さくてもよい。つまり、カール部４３５及び４５５のそれぞれは、活物質未塗工部の隙間を完全に埋める厚みを有していなくてもよい。
【００８０】
いずれの場合であっても、極板間の隙間の少なくとも一部がカール部４３５またはカール部４５５によって埋められることで、カール部４３５またはカール部４５５による、電極体４００の内部への異物の進入抑制効果は発揮される。
【００８１】
また、正極板４１０及び負極板４２０のそれぞれは、基材層及び活物質層以外の構成要素を有してもよい。例えば、正極板４１０は、活物質未塗工部４１１ａ上に形成された、正極活物質層４１４に隣接する絶縁層を有してもよい。
【００８２】
図１１は、正極板４１０が絶縁層４１６を有する場合における電極体４００の正極側端部の構成概要を示す部分拡大図である。
【００８３】
絶縁層４１６は、正極基材層４１１上に形成された絶縁コート層であり、正極活物質層４１４のＸ軸方向プラス側に、正極活物質層４１４と隣接して配置されている。絶縁層４１６は、無機粒子などの粒子とバインダとを含有する。
【００８４】
ここで、本実施の形態に係る電極体４００では、図１１に示すように、負極板４２０の、正極側（Ｘ軸方向プラス側）の端部と、正極板４１０の活物質未塗工部４１１ａとが、厚み方向において重なる構造を有している。従って、正極板４１０が、正極活物質層４１４に隣接して配置された絶縁層４１６を有することで、活物質未塗工部４１１ａと負極板４２０との短絡の防止がより確実化される。つまり、カール部４３５及び４５５、並びに、絶縁層４１６により、短絡の防止が二重化される。
【００８５】
また、正極板４１０が、上述の絶縁層４１６を有する場合、図１１に示すように、カール部４３５及び４５５のそれぞれは、活物質未塗工部４１１ａの、絶縁層４１６が形成されていない部分に隣接して位置してもよい。つまり、活物質未塗工部４１１ａの、絶縁層４１６が形成されていない部分の側方にカール部４３５及び４５５のそれぞれが位置してもよい。これにより、絶縁層４１６がない場合と比較すると、例えば、電極体４００の中央からさらに遠い位置で、カール部４３５または４５５によって異物の進入を抑制することができる。その結果、電極体４００の内部における微短絡の発生の可能性がさらに低減される。
【００８６】
また、カール部４３５及び４５５が、上述の加熱工程において形成される際、活物質未塗工部４１１ａの端縁から見た場合に、セパレータ４３０及び４５０の端縁が正極板４１０から受ける熱が、活物質未塗工部４１１ａから絶縁層４１６に変化する部分で低下する。これは、絶縁層４１６は、金属箔である活物質未塗工部４１１ａよりも熱伝導率が低いためである。そのため、熱によるセパレータ４３０及び４５０の端縁の変形が絶縁層４１６の手前の位置で停止する。つまり、カール部４３５及び４５５の位置調整のための煩雑な作業を行うことなく、カール部４３５及び４５５が絶縁層４１６の手前に配置された蓄電素子を得ることができる。
【００８７】
なお、上記の機能を有する絶縁層は、負極板４２０に備えられていてもよい。つまり、負極板４２０は、活物質未塗工部４２１ａ上に形成された、負極活物質層４２４に隣接する絶縁層４１６を有してもよい。この場合、カール部４３５及び４５５のそれぞれは、活物質未塗工部４２１ａの、絶縁層４１６が形成されていない部分の側方に位置してもよい。
【００８８】
（他の実施の形態）
以上、本発明に係る蓄電素子について、実施の形態に基づいて説明した。しかしながら、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記実施の形態に施したものも、あるいは、上記説明された複数の構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【００８９】
例えば、セパレータ４３０及び４５０のうちのいずれか一方のみがカール部を有してもよい。例えば、セパレータ４３０がカール部４３５を有し、かつ、セパレータ４５０がカール部４５５を有しない場合を想定する。この場合、電極体４００の正極側端部（図５参照）及び負極側端部（図６参照）に、カール部４３５が存在することで、正極側端部及び負極側端部から電極体４００の内部への異物の進入は抑制される。
【００９０】
また、セパレータ４３０及び４５０のそれぞれは、巻回軸Ｗの方向の両端にカール部を有する必要はない。例えば、セパレータ４３０が、正極側にのみカール部４３５を有し、セパレータ４５０が、負極側にのみカール部４５５を有してもよい。この場合、電極体４００の正極側端部（図５参照）にはカール部４３５が配置され、電極体４００の負極側端部（図６参照）にはカール部４５５が配置される。これにより、正極側端部及び負極側端部から電極体４００の内部への異物の進入は抑制される。
【００９１】
また、電極体４００の正極側端部及び負極側端部のいずれか一方のみに、カール部４３５または４５５が配置されていてもよい。この場合であっても、電極体４００の正極側端部及び負極側端部の両方に、カール部４３５及び４５５が配置されていない場合と比較すると、電極体４００の内部への異物の進入の可能性は低減される。
【００９２】
また、セパレータ４３０の第一層４３０ａの素材は、ＰＰ及びＰＥには限定されず、セパレータ４３０の第二層４３０ｂの素材も酸化アルミ等の無機材料に限定されない。第一層４３０ａ及び第二層４３０ｂの素材としては、例えば、絶縁性し、かつ、第一層４３０ａの熱収縮率が第二層４３０ｂの熱収縮率よりも大きくなるように、公知の素材の中から適宜選択されればよい。
【００９３】
また、セパレータ４３０及び４５０のそれぞれは、熱収縮率が異なる２以上の層（図７参照）を有しなくてもよい。例えば、無機層が形成されていない樹脂製の単層のシートが、セパレータ４３０または４５０として採用されてもよい。この場合、例えば、金型を用いてセパレータ４３０または４５０の端縁を図１０に示す程度にカールするよう成形し、その後に、セパレータ４５０、負極板４２０、セパレータ４３０、及び正極板４１０を積層して巻回することで電極体４００が形成されてもよい。
【００９４】
また、セパレータ４３０及び４５０の端縁を加熱することでカール部４３５及び４５５を形成する場合、加熱する装置は、上記の乾燥機に限定されない。例えば、工業用ドライヤーを用いて、積層工程後の電極体４００（図８の（ａ）参照）の端部に高温の風を吹き付けることで、カール部４３５または４５５が形成されてもよい。
【００９５】
また、セパレータ４３０とセパレータ４５０とは、互いに別体の２枚のセパレータである必要はない。例えば、１枚のセパレータを長手方向の中央付近で折り返すことでセパレータ４３０及びセパレータ４５０が実現されてもよい。
【００９６】
また、蓄電素子１０が備える電極体は巻回型である必要はない。蓄電素子１０は、例えば平板状極板を積層した積層型の電極体を備えてもよい。また、蓄電素子１０は、例えば、長尺帯状の極板を山折りと谷折りとの繰り返しによって蛇腹状に積層した構造を有する電極体を備えてもよい。いずれの場合であっても、電極体の端部には、正極板または負極板の、活物質未塗工部が積層された部分が存在する。この部分において、隣り合う活物質未塗工部の隙間に、セパレータの端縁に設けられたカール部が配置されていることで、電極体の内部への異物の進入抑制効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子等に適用できる。
【符号の説明】
【００９８】
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
４１０  正極板
４１１  正極基材層
４１１ａ、４２１ａ  活物質未塗工部
４１４  正極活物質層
４１６  絶縁層
４２０  負極板
４２１  負極基材層
４２４  負極活物質層
４３０、４５０  セパレータ
４３０ａ、４５０ａ  第一層
４３０ｂ、４５０ｂ  第二層
４３５、４５５  カール部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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