JP6738565B2 - 蓄電素子、及び蓄電素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、正極及び負極が重なった状態で巻回された電極体を備える蓄電素子、及び前記蓄電素子の製造方法に関する。

従来から、正極シートと負極シートとが積層状態で巻回された電極体を備える二次電池が知られている（特許文献１参照）。この二次電池において、前記正極シートは、シートの厚み方向の両側に電極活物質が塗布された塗工部と、前記電極活物質が塗工されていない未塗工部とを有し得ている。これら塗工部と未塗工部とは、前記正極シートの幅方向に並んでいる。また、前記負極シートは、前記正極シートと同様に、塗工部と未塗工部とを有している。

上記の二次電池では、電池容量を確保するため、前記負極シートは、通常、前記正極シートよりも長く、且つ、前記正極シートと共に巻回したときにこれら正極シート及び負極シートを巻回したものの最内周と最外周とに位置している。そして、前記負極シートの長手方向における最内周側の端部と最外周側の端部とは、前記正極シートの対応する端縁からはみ出すように延びている。即ち、前記電極体では、前記負極シートの長手方向の端部は、正極シートと対向していない。

このような二次電池（例えば、リチウム二次電池）では、充電の際に前記負極シートにおいて、前記端部を除く他の部位（前記正極シートと対向している部位）の電位が下がるが、前記端部の電位は維持されるため前記端部（前記正極シートと対向していない部位）と前記他の部位との間に電位差が生じる。このため、前記負極において、前記他の部位にあるリチウムイオンが前記端部に移動し、これにより、充放電に寄与する前記他の部位におけるリチウムイオンの数が減少する。このリチウムイオンの数の減少は、充放電が繰り返されることによって顕著になり、その結果、前記二次電池の容量が大きく低下する、即ち、前記二次電池において容量劣化が生じる。

特開２０１５−５６２５７号公報

そこで、本発明は、容量劣化を抑えた蓄電素子、及び蓄電素子の製造方法を提供することを課題とする。

本発明に係る蓄電素子は、
帯状の正極及び負極が重なった状態で巻回された巻回体を有する電極体を備え、
前記負極は、シート状の導電部と該導電部に重なる活物質層とを有し、且つ前記巻回体の最内周と最外周とに位置し、
前記負極の巻回方向における最内周側の端部及び最外周側の端部の少なくとも一方の端部は、前記正極の対応する端縁より巻回方向に延び、
前記対応する端縁より延びた前記負極の端部は、該対応する端縁側を向いた前記導電部の面上に、該負極の他の部位の活物質層より薄い前記活物質層を有し、又は、前記活物質層を有しない。

かかる構成によれば、負極の端部（正極の対応する端縁より延びた部位、即ち、正極と対向していない部位）の活物質層が薄い又は活物質層がないため、蓄電素子の充放電時において、前記端部と前記他の部位（正極と対向している部位）との間に電位差が生じても、前記他の部位から前記端部に移動できるイオンの数が抑えられ、これにより、この負極内でのイオンの移動に起因する蓄電素子の容量劣化を抑えることができる。

また、負極が前記端部における導電部の前記対応する端縁側を向いた面上に前記他の部位の活物質層より薄い活物質層を有している場合には、前記面上に活物質層が無い場合に比べて負極の前記端部の剛性が高くなるため、該端部が折れ曲がる等による予定位置からのずれや短絡を抑えることができる。

また、前記蓄電素子では、
前記対応する端縁より延びた端部は、前記負極の最内周側の部位及び最外周側の部位に設けられ、
前記負極は、前記最内周側の部位の前記導電部における内側を向いた面上の範囲であって巻回方向における前記最内周側の端縁から前記正極に挟まれる位置に到達するまでの範囲、及び、前記最外周側の部位の前記導電部における外側を向いた面上の範囲であって巻回方向における前記最外周側の端縁から前記正極に挟まれる位置に到達するまでの範囲において、前記他の部位の活物質層より薄い活物質層を有し、又は、前記活物質層を有しなくてもよい。

かかる構成によれば、負極において、最内周側の部位の導電部における内側（巻回中心側）を向いた面（正極と対向していない部位）上、及び最外周側の部位の導電部における外側（巻回中心と反対側）を向いた面（正極と対向していない部位）上に、正極と対向している部位の活物質層より薄い活物質層を有し又は活物質層が無いため、蓄電素子の充放電時に、負極における前記最内周側の部位及び前記最外周側の部位と、これら最内周側の部位及び最外周側の部位を除いた部位との間に電位差が生じても、前記最内周側の部位及び前記最外周側の部位へのイオンの移動が抑えられる。これにより、前記イオンの移動に起因する蓄電素子の容量劣化がより効果的に抑えられる。

また、前記蓄電素子では、
前記正極の対応する端部より延びた前記負極の端部は、前記導電部の両面上に、該負極の他の部位の活物質層より薄い前記活物質層をそれぞれ有してもよい。

かかる構成によれば、前記負極の端部における導電部の両面上に前記他の部位の活物質層より薄い活物質層をそれぞれ有しているため、前記両面上に活物質層が無い場合又は片面の上のみに前記薄い活物質層を有する場合に比べて前記負極の端部の剛性が高くなり、これにより、該端部が折れ曲がる等による予定位置からのずれや短絡をより確実に抑えることができる。

また、本発明に係る蓄電素子の製造方法は、
シート状の導電部と該導電部に重なる活物質層とを有する帯状の負極において長手方向の途中位置に設けられた薄肉部であって、前記導電部の面上に該負極の他の部位の活物質層より薄い活物質層を有する又は前記活物質層を有しない薄肉部を、該負極の短手方向に沿って切断することと、
前記切断後に前記負極の長手方向の端部を構成する前記薄肉部が帯状の正極の長手方向における一方の端縁及び他方の端縁のうちの少なくとも一方の端縁から該長手方向に延びた状態で該正極及び該負極が重ねられ、該重ねられた状態の正極及び負極を前記一方の端縁側から巻回することと、を備える。

かかる構成によれば、充放電時の負極における正極と対向する部位から対向してない部位へのイオンの移動に起因する容量劣化が抑えられた蓄電素子が得られる。具体的には、以下の通りである。

上記構成によれば、負極の巻回方向における最内周側の端部及び最外周側の端部の少なくとも一方の端部が正極の対応する端縁より巻回方向に延びると共に、負極の前記対応する端縁より延びた端部の導電部における前記対応する端縁側を向いた面上に該負極の他の部位の活物質層より薄い活物質層を有し又は活物質層を有しない電極体、を備えた蓄電素子が得られる。この蓄電素子では、電極体において負極の端部（正極の対応する端縁より延びた部位、即ち、正極と対向していない部位）の活物質層が薄い又は活物質層が無いため、該蓄電素子の充放電時において、前記端部と前記他の部位（正極と対向している部位）との間に電位差が生じても、前記他の部位から前記端部に移動できるイオンの数が抑えられる。これにより、前記イオンの移動に起因する蓄電素子の容量劣化が抑えられる。

また、前記蓄電素子の製造方法では、
前記負極は、前記長手方向に連続する前記活物質層の非被覆部を有してもよい。

長手方向に連続する非被覆部を有する負極を幅方向に切断する場合、活物質層が形成された部分と非被覆部との境界において負極の全体の厚みが変化しているため、活物質層が形成された部分と非被覆部との境界近傍において、バリ及び切粉（詳しくは、活物質層が形成された部分に加わる応力と非被覆部に加わる応力との違いに起因するバリ及び切粉）が発生し易くなる。しかし、上記構成によれば、非被覆部と非被覆部以外の部位との境界における負極の全体の厚みの変化を活物質層を薄くし又は無くすことによって小さくした薄肉部を切断するため、切断するときの前記バリ及び切粉の発生を抑えることができる。即ち、活物質層が厚いと活物質層が形成された部分と非被覆部との境界における負極の全体の厚みの変化が大きいため、負極の切断時に導電部のバリ及び切粉が発生し易くなるが、上記構成のように切断部位における活物質層の厚さ寸法を抑える又は活物質層を無くすことで、前記切断時の導電部のバリ及び切粉の発生を抑えることができる。

この場合、
前記負極の活物質層が、前記導電部よりビッカース硬さの大きい成分を含んでいると、負極の切断時の導電部におけるバリ及び切粉の発生が抑えられる効果がより顕著になる。

即ち、活物質層が導電部よりビッカース硬さの大きい成分を含んでいると、負極の切断時に導電部が前記成分によって押されるためにバリ及び切粉がより発生し易くなるが、活物質層の厚さを抑えることによって、活物質層が前記成分を含んでいても前記切断時の導電部におけるバリ及び切粉の発生が効果的に抑えられる。

以上より、本発明によれば、容量劣化を抑えた蓄電素子、及び蓄電素子の製造方法を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る蓄電素子の斜視図である。 図２は、図１のＩＩ―ＩＩ線位置の断面図である。 図３は、前記蓄電素子の分解斜視図である。 図４は、前記蓄電素子の電極体の構成を示す斜視図である。 図５は、前記電極体を構成する正極の断面図である。 図６は、前記電極体を構成する負極の断面図である。 図７は、前記電極体を構成する巻回体の構成及び該巻回体を構成する正極及び負極を説明するための模式図である。 図８は、前記蓄電素子の集電体の斜視図である。 図９は、前記蓄電素子における一対のクリップ部材の斜視図である。 図１０は、前記一対のクリップ部材の斜視図である。 図１１は、図９のＸＩ―ＸＩ線位置の断面図である。 図１２は、所定の長さに切断する前の前記負極を説明するための断面図である。 図１３は、巻回前の重ねた状態の正極と負極との位置関係を示す図である。 図１４は、前記蓄電素子の製造方法のフロー図である。 図１５は、他実施形態における所定の長さに切断する前の負極を説明するための断面図である。 図１６は、前記蓄電素子を含む蓄電装置の斜視図である。

以下、本発明に係る蓄電素子の一実施形態について、図１〜図１４を参照しつつ説明する。蓄電素子には、一次電池、二次電池、キャパシタ等がある。本実施形態では、蓄電素子の一例として、充放電可能な二次電池について説明する。尚、本実施形態の各構成部材（各構成要素）の名称は、本実施形態におけるものであり、背景技術における各構成部材（各構成要素）の名称と異なる場合がある。

本実施形態の蓄電素子は、非水電解質二次電池である。より詳しくは、蓄電素子は、リチウムイオンの移動に伴って生じる電子移動を利用したリチウムイオン二次電池である。この種の蓄電素子は、電気エネルギーを供給する。蓄電素子は、単一又は複数で使用される。具体的に、蓄電素子は、要求される出力及び要求される電圧が小さいときには、単一で使用される。一方、蓄電素子は、要求される出力及び要求される電圧の少なくとも一方が大きいときには、他の蓄電素子と組み合わされて蓄電装置に用いられる。前記蓄電装置では、該蓄電装置に用いられる蓄電素子が電気エネルギーを供給する。

蓄電素子は、図１〜図４に示すように、帯状の正極２３及び負極２４が重なった状態で巻回された巻回体２２を有する電極体２を備える。また、本実施形態の蓄電素子１は、電極体２を収容するケース３、ケース３の外側に配置される外部端子４、及び電極体２と外部端子４とを導通させる集電体５等も有する。

電極体２は、巻芯２１と、正極２３と負極２４とが互いに絶縁された状態で巻回された巻回体２２であって、巻芯２１の周囲に巻回（配置）された巻回体２２と、を備える。この電極体２においてリチウムイオンが正極２３と負極２４との間を移動することにより、蓄電素子１が充放電する。

巻芯２１は、通常、絶縁材料によって形成される。巻芯２１は、筒形状である。本実施形態の巻芯２１は、偏平な筒形状である。この巻芯２１は、可撓性又は熱可塑性を有するシートを巻回することによって形成される。

前記シートは、合成樹脂によって形成され、電解液に対して耐性を有する。前記シートは、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）によって構成される。シートの厚さは、例えば、５０μｍ〜２００μｍである。

巻回体２２は、正極２３及び負極２４が積層された（重ねられた）状態で巻芯２１の周囲に巻回されることによって形成される。

正極２３は、図４及び図５に示すように、シート状の導電部２３１と、導電部２３１に重なる正極活物質層２３２と、を有する。本実施形態の正極２３において、導電部２３１は、帯状の金属箔であり、正極活物質層２３２は、金属箔２３１の両面上に形成（積層）されている。この金属箔２３１は、例えば、アルミニウム箔である。正極２３は、帯形状の短手方向である幅方向の一方の端縁部に、正極活物質層２３２の非被覆部（即ち、正極活物質層２３２を有しない部位）２３３を有する。この非被覆部２３３は、正極２３の長手方向に連続して延びている。尚、図５では、金属箔２３１及び正極活物質層２３２の厚さを誇張して現している。また、以下では、正極２３において正極活物質層２３２が形成されている部位（即ち、正極活物質層２３２を有する部位）を被覆部２３４と称する。

前記正極活物質層は、正極活物質と、バインダーと、を有する。

前記正極活物質は、例えば、リチウム金属酸化物である。具体的に、正極活物質は、例えば、ＬｉａＭｅｂＯｃ（Ｍｅは、１又は２以上の遷移金属を表す）によって表される複合酸化物（ＬｉａＣｏｙＯ２、ＬｉａＮｉｘＯ２、ＬｉａＭｎｚＯ４、ＬｉａＮｉｘＣｏｙＭｎｚＯ２等）、ＬｉａＭｅｂ（ＸＯｃ）ｄ（Ｍｅは、１又は２以上の遷移金属を表し、Ｘは例えばＰ、Ｓｉ、Ｂ、Ｖを表す）によって表されるポリアニオン化合物（ＬｉａＦｅｂＰＯ４、ＬｉａＭｎｂＰＯ４、ＬｉａＭｎｂＳｉＯ４、ＬｉａＣｏｂＰＯ４Ｆ等）である。本実施形態の正極活物質は、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２である。

前記正極活物質層に用いられるバインダーは、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、エチレンとビニルアルコールとの共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）である。本実施形態のバインダーは、ポリフッ化ビニリデンである。

前記正極活物質層は、ケッチェンブラック（登録商標）、アセチレンブラック、黒鉛等の導電助剤をさらに有してもよい。本実施形態の正極活物質層は、導電助剤としてアセチレンブラックを有する。

負極２４は、図４、図６及び図７に示すように、シート状の導電部２４１と、導電部２４１に重なる負極活物質層（活物質層）２４２と、を有する。この負極２４は、巻回体２２の最内周と最外周とに位置する。即ち、負極２４は、正極２３より長い。負極２４の巻回方向における最内周側の端部２４５及び最外周側の端部２４６の少なくとも一方は、正極２３の対応する端縁（長手方向の端縁）２３５Ａ、２３６Ａより巻回方向に延びている。本実施形態の負極２４の最内周側の端部２４５は、巻回体２２の外側（巻芯２１と反対側）に位置する正極２３の最内周側の端縁２３５Ａより巻回方向に延び（はみ出ており）、最外周側の端部２４６は、巻回体２２の内側（巻芯２１側）に位置する正極２３の最外周側の端縁（長手方向の端縁）２３６Ａより巻回方向に延びている（はみ出ている）。即ち、負極２４における正極２３の最内周側の端縁２３５Ａより延びた端部２４５は、負極２４の最内周側の部位に設けられ、負極２４における正極２３の最外周側の端縁２３６Ａより延びた端部２４６は、負極２４の最外周側の部位に設けられる。尚、図６では、導電部２４１及び負極活物質層２４２の厚さを誇張して現している。

本実施形態の負極２４において、導電部２４１は、帯状の金属箔であり、負極活物質層２４２は、金属箔２４１の両面上に形成（積層）されている。この金属箔２４１は、例えば、銅箔である。負極２４は、帯形状の短手方向である幅方向の他方（正極２３の非被覆部２３３と反対側）の端縁部に、負極活物質層２４２の非被覆部（即ち、負極活物質層２４２を有しない部位）２４３を有する。この非被覆部２４３は、負極２４の長手方向に連続して延びている。負極２４の被覆部（負極活物質層２４２を有する部位）２４４の幅は、正極２３の被覆部２３４の幅よりも大きい。

負極２４の端部２４５、２４６は、正極２３の対応する端縁２３５Ａ、２３６Ａを向いた金属箔２４１の面上に、負極２４の他の部位の負極活物質層２４２より薄い負極活物質層（以下、「薄層部」とも称する。）２４２Ａを有している。即ち、本実施形態の負極２４の最内周側の端部２４５は、外側を向いた部位（詳しくは、金属箔２４１の外側の面上）に、薄層部２４２Ａを有し、最外周側の端部２４６は、内側を向いた部位（詳しくは、金属箔２４１の内側を向いた面上）に、薄層部２４２Ａを有している。尚、図７では、金属箔２３１、２４１、正極活物質層２３２、負極活物質層２４２及び薄層部２４２Ａの厚さを誇張して現している。

この負極２４は、最内周側の部位の金属箔２４１における内側を向いた面上の範囲であって、巻回方向における最内周側の端縁２４５Ａから巻回体２２において正極２３に挟まれる位置に到達するまでの範囲において、薄層部２４２Ａを有している。また、負極２４は、最内周側の部位の金属箔２４１における外側を向いた面上の範囲であって、巻回方向における最外周側の端縁２４６Ａから巻回体２２において正極２３に挟まれる位置に到達するまでの範囲において、薄層部２４２Ａを有している。

本実施形態の巻回体２２では、負極２４の最内周側の端部２４５の金属箔２４１における外側を向いた面上において、正極２３の対応する端縁２３５Ａより僅かに巻回方向に延びた（はみ出た）位置から端縁２４５Ａまで、薄層部２４２Ａが設けられている。また、負極２４の最外周側の端部２４６の金属箔２４１における内側を向いた面上に、正極２３の対応する端縁２３６Ａより僅かに巻回方向に延びた（はみ出た）位置から端縁２４６Ａまで、薄層部２４２Ａが設けられている。

尚、負極２４は、薄層部２４２Ａのない構成、即ち、負極２４の該部位の金属箔２４１が負極活物質層２４２及び薄層部２４２Ａのいずれにも覆われていない構成でもよい。

負極活物質層２４２は、負極活物質と、バインダーと、を有する。本実施形態の負極活物質層２４２は、金属箔２４１よりもビッカース硬さが大きい成分を含んでいる。

前記負極活物質は、例えば、グラファイト、難黒鉛化炭素（ハードカーボン）、及び易黒鉛化炭素などの炭素材、又は、ケイ素（Ｓｉ）及び錫（Ｓｎ）などのリチウムイオンと合金化反応を生じる材料である。本実施形態の負極活物質は、難黒鉛化炭素である。

負極活物質層に用いられるバインダーは、正極活物質層に用いられたバインダーと同様のものである。本実施形態のバインダーは、ポリフッ化ビニリデンである。

前記負極活物質層は、ケッチェンブラック（登録商標）、アセチレンブラック、黒鉛等の導電助剤をさらに有してもよい。本実施形態の負極活物質層は、導電助剤を有していない。

図４に示すように、本実施形態の巻回体２２では、以上のように構成される正極２３と負極２４とがセパレータ２５によって絶縁された状態で巻回されている。即ち、巻回体２２では、正極２３、負極２４、及びセパレータ２５が積層された状態で巻回されている。セパレータ２５は、絶縁性を有する部材である。セパレータ２５は、正極２３と負極２４との間に配置される。これにより、電極体２（詳しくは、巻回体２２）において、正極２３と負極２４とが互いに絶縁される。また、セパレータ２５は、ケース３内において、電解液を保持する。これにより、蓄電素子１の充放電時において、リチウムイオンが、セパレータ２５を挟んで交互に積層される正極２３と負極２４との間を移動する。

セパレータ２５は、帯状である。セパレータ２５は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、ポリアミドなどの多孔質膜によって構成される。セパレータ２５は、ＳｉＯ２粒子、Ａｌ２Ｏ３粒子、ベーマイト（アルミナ水和物）等の無機粒子を含んだ無機層を、多孔質膜によって形成された基材の上に設けることで形成されてもよい。本実施形態のセパレータ２５は、例えば、ポリエチレンによって形成される。セパレータの幅（帯形状の短手方向の寸法）は、負極２４の被覆部２４４の幅より僅かに大きい。セパレータ２５は、被覆部２３４、２４４同士が重なるように幅方向に位置ずれした状態で重ね合わされた正極２３と負極２４との間に配置される。このとき、正極２３の非被覆部２３３と負極２４の非被覆部２４３とは重なっていない。即ち、正極２３の非被覆部２３３が、正極２３と負極２４との重なる領域から幅方向に突出し、且つ、負極２４の非被覆部２４３が、正極２３と負極２４との重なる領域から幅方向（正極２３の非被覆部２３３の突出方向と反対の方向）に突出する。積層された状態の正極２３、負極２４、及びセパレータ２５が巻回されることによって、巻回体２２が形成される。正極２３の非被覆部２３３又は負極２４の非被覆部２４３のみが積層された部位によって、電極体２における非被覆積層部２６が構成される。

非被覆積層部２６は、電極体２における集電体５と導通される部位である。本実施形態の非被覆積層部２６は、図３及び図４に示すように、巻回された正極２３、負極２４、及びセパレータ２５の巻回中心方向視において、中空部２７を挟んで二つの部位（二分された非被覆積層部）２６１に区分けされる。

以上のように構成される非被覆積層部２６は、電極体２の各極に形成される。即ち、正極２３の非被覆部２３３のみが積層された非被覆積層部２６が電極体２における正極の非被覆積層部を構成し、負極２４の非被覆部２４３のみが積層された非被覆積層部２６が電極体２における負極の非被覆積層部を構成する。

図１〜図３に戻り、ケース３は、開口を有するケース本体３１と、ケース本体３１の開口を塞ぐ（閉じる）蓋板３２と、を有する。ケース３は、電極体２及び集電体５等と共に、電解液を内部空間３３に収容する。ケース３は、電解液に耐性を有する金属によって形成される。本実施形態のケース３は、例えば、アルミニウム、又は、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料によって形成される。ケース３は、ステンレス鋼及びニッケル等の金属材料、又は、アルミニウムにナイロン等の樹脂を接着した複合材料等によって形成されてもよい。

前記電解液は、非水溶液系電解液である。電解液は、有機溶媒に電解質塩を溶解させることによって得られる。有機溶媒は、例えば、プロピレンカーボネート及びエチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類である。電解質塩は、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、及びＬｉＰＦ６等である。本実施形態の電解液は、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートを、プロピレンカーボネート：ジメチルカーボネート：エチルメチルカーボネート＝３：２：５の割合で調整した混合溶媒に、１ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ６を溶解させたものである。

ケース３は、ケース本体３１の開口周縁部３４と、蓋板３２の周縁部とを重ね合わせた状態で接合することによって形成される。また、ケース３は、ケース本体３１と蓋板３２とによって画定される内部空間３３を有する。本実施形態では、ケース本体３１の開口周縁部３４と蓋板３２の周縁部とは、溶接によって接合される。

ケース本体３１は、板状の閉塞部３１１と、閉塞部３１１の周縁に接続される筒状の胴部３１２とを備える。

閉塞部３１１は、開口が上を向くようにケース本体３１が配置されたときに、ケース本体３１の下端に位置する（即ち、前記開口が上を向いたときのケース本体３１の底壁となる）部位である。閉塞部３１１は、該閉塞部３１１の法線方向視において、矩形状である。

本実施形態の胴部３１２は、角筒形状を有する。詳しくは、胴部３１２は、偏平な角筒形状を有する。胴部３１２は、閉塞部３１１の周縁における長辺から延びる一対の長壁部３１３と、閉塞部３１１の周縁における短辺から延びる一対の短壁部３１４とを有する。即ち、一対の長壁部３１３は、閉塞部３１１の短辺方向に間隔（詳しくは、閉塞部３１１の周縁における短辺に相当する間隔）を空けて対向し、一対の短壁部３１４は、閉塞部３１１の長片方向に間隔（詳しくは、閉塞部３１１の周縁における長辺に相当する間隔）を空けて対向する。短壁部３１４が一対の長壁部３１３の対応（詳しくは、前記短辺方向に対向）する端部同士をそれぞれ接続することによって、角筒状の胴部３１２が形成される。

以上のように、ケース本体３１は、開口方向（Ｚ軸方向）における一方の端部が塞がれた角筒形状（即ち、有底角筒形状）を有する。

蓋板３２は、ケース本体３１の開口を塞ぐ板状の部材である。具体的に、蓋板３２は、ケース本体３１の開口を塞ぐようにケース本体３１に当接する。より具体的には、蓋板３２が開口を塞ぐように、蓋板３２の周縁部がケース本体３１の開口周縁部３４に重ねられる。

蓋板３２は、Ｚ軸方向視において、ケース本体３１の開口周縁部３４に対応した輪郭形状を有する。即ち、蓋板３２は、閉塞部３１１の長辺方向に長い矩形状の板材である。

外部端子４は、他の蓄電素子の外部端子又は外部機器等と電気的に接続される部位である。外部端子４は、導電性を有する部材によって形成される。例えば、外部端子４は、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料、銅又は銅合金等の銅系金属材料等の溶接性の高い金属材料によって形成される。この外部端子４は、バスバ等が溶接可能な面４１を有する。

集電体５は、ケース３内に配置され、電極体２と通電可能に直接又は間接に接続される。本実施形態の集電体５は、クリップ部材５０を介して電極体２と通電可能に接続される。即ち、蓄電素子１は、電極体２と集電体５とを通電可能に接続するクリップ部材５０を備える。

集電体５は、導電性を有する部材によって形成される。集電体５は、ケース３の内面に沿って配置される。本実施形態の集電体５は、図３に示す外部端子４とクリップ部材５０とを通電可能に接続する。具体的に、集電体５は、図３及び図８に示すように、外部端子４と通電可能に接続される第一接続部５１と、電極体２と通電可能に接続される第二接続部５２と、第一接続部５１と第二接続部５２とを接続する屈曲部５３と、を有する。集電体５では、屈曲部５３がケース３内の蓋板３２と短壁部３１４との境界近傍に配置され、第一接続部５１が屈曲部５３から蓋板３２に沿って延びると共に、第二接続部５２が屈曲部５３から短壁部３１４に沿って延びる。即ち、集電体５は、Ｌ字状に形成される。本実施形態の集電体５は、所定形状に裁断された板状の金属材料を曲げ加工することによって形成される。

以上のように構成される集電体５は、蓄電素子１の正極と負極とにそれぞれ配置される。本実施形態の蓄電素子１では、ケース３内において、電極体２の正極の非被覆積層部２６と、負極の非被覆積層部２６とにそれぞれ接続される。

正極の集電体５と負極の集電体５とは、異なる材料によって形成される。具体的に、正極の集電体５は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成され、負極の集電体５は、例えば、銅又は銅合金によって形成される。

図３、図９〜図１１に示すクリップ部材５０は、電極体２の非被覆積層部２６（詳しくは、二分された非被覆積層部２６１）において積層された正極２３又は負極２４を束ねるように挟む。これにより、クリップ部材５０は、非被覆積層部２６において積層される正極２３同士、又は負極２４同士を導通させる。具体的に、クリップ部材５０は、二分された非被覆積層部２６１（積層された正極２３又は負極２４）を挟んで対向する一対の対向片５０１と、対向片５０１の対応する一方の端部同士を連結する連結部５０２と、を有する。クリップ部材５０は、導電性を有する部材によって形成される。本実施形態では、電極体２の正極の非被覆積層部２６に二つのクリップ部材５０が配置されると共に、負極の非被覆積層部２６に二つのクリップ部材５０が配置される。

蓄電素子１は、電極体２とケース３とを絶縁する絶縁部材６等を備える。本実施形態の絶縁部材６は、例えば、絶縁カバーである。図２及び図３に示すように、絶縁部材６は、ケース３（詳しくはケース本体３１）と電極体２との間に配置される。絶縁部材６は、絶縁性を有する部材によって形成される。絶縁部材６は、シート状の部材によって構成される。本実施形態の絶縁部材６は、例えば、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド等の樹脂によって形成される。本実施形態の絶縁カバー６は、所定の形状に裁断された絶縁性を有するシート状の部材を折り曲げることによって袋状に形成される。

本実施形態の蓄電素子１では、袋状の絶縁部材６に収容された状態の電極体２（詳しくは、電極体２及び集電体５）がケース３内に収容される。

次に、蓄電素子１の製造方法について図１２〜図１４も参照しつつ説明する。

先ず、正極２３と負極２４とを所定長さに切断する（ステップＳ１）。ここで、切断前の正極２３は、長手方向の各位置において、一定の厚さを有する。一方、切断前の負極２４は、長手方向の途中位置に、他の部位よりも薄い（詳しくは、他の部位よりも負極２４の全体の厚さ寸法の小さな）薄肉部２４０を有する。ここで、薄肉部２４０とは、「負極２４における金属箔２４１と薄層部２４２Ａとを有する部位」と、「負極２４において金属箔２４１を有するが、負極活物質層２４２（薄層部２４２Ａを含む）を有さない部位」とを含む概念である。

本実施形態の薄肉部２４０は、負極２４の他の部位（負極２４における薄肉部２４０を除いた部位）の負極活物質層２４２より薄い負極活物質層（薄層部２４２Ａ）を有する。具体的に、負極２４の薄肉部２４０では、負極２４の一方側の部位（図１２における金属箔２４１の上面上）における薄層部２４２Ａの長さ方向の一部と、負極２４の他方側の部位（図１２における金属箔２４１の下面上）における薄層部２４２Ａの長さ方向の一部とが、厚さ方向に重なっている。即ち、薄肉部２４０では、図１２に示すように、金属箔２４１の両側において、長手方向の一部が厚さ方向に重なる位置に、薄層部２４２Ａがそれぞれ設けられている。尚、本実施形態の薄層部２４２Ａは、金属箔２４１上に積層された負極活物質層２４２の長手方向の一部を、剥離、削る等によって薄くすることで形成されてもよい。また、薄層部２４２Ａは、金属箔２４１上に負極活物質層２４２を積層（形成）する際に、長手方向の一部を薄く積層することで形成されてもよい。また、図１２では、金属箔２４１、負極活物質層２４２、及び薄層部２４２Ａの厚さを誇張して現している。

このように構成される負極２４は、薄層部２４２Ａが金属箔２４１を挟んで厚さ方向に重なっている位置（図１２に示す例ではαの位置）を、短手方向に沿って切断される。この切断後の図１２におけるＩで示す範囲の負極活物質層は、正極２３と共に巻回することで形成された巻回体２２において、負極２４の最内周側の端部２４５の金属箔２４１における外側を向いた面（巻芯２１と反対側を向いた面）上に配置される薄層部２４２Ａを構成する。また、ＩＩで示す範囲の負極活物質層は、前記巻回体２２において、負極２４の最内周側の部位の金属箔２４１における内側を向いた面（巻芯２１側を向いた面）上の範囲であって、最内周側の端縁２４５Ａから巻回体２２において正極２３に挟まれる位置に到達するまでの範囲に設けられる（配置される）薄層部２４２Ａ（図７参照）を構成する。また、ＩＩＩで示す負極活物質層は、前記巻回体２２において、負極２４の最外周側の端部２４６の金属箔２４１における内側を向いた面上に配置される薄層部２４２Ａを構成する。また、ＩＶで示す範囲の負極活物質層は、前記巻回体２２において、負極２４の最外周側の部位の金属箔２４１における外側を向いた面上の範囲であって、最外周側の端縁２４６Ａから巻回体２２において正極２３に挟まれる位置に到達するまでの範囲に設けられる（配置される）薄層部２４２Ａ（図７参照）を構成する。

次に、負極２４において薄層部２４２Ａが配置された部位が長手方向に短い側の面が、巻回したときの最内周側の端部２４５では外側を向き、最外周側の端部２４６では内側を向くように、正極２３及び負極２４を重ね、この重ねられた正極２３及び負極２４を巻回する（ステップＳ２）。即ち、負極２４の巻始め側の端部２４５では前記短い側の面が正極２３側を向き（図１３参照）、且つ、巻終わり側の端部２４６では前記短い側の面が正極２３と反対側を向くように正極２３と負極２４とを重ね、この重ねられた状態で正極２３と負極２４とを巻回する（図１３の矢印β参照）。これにより、電極体２が形成される。尚、図１３では、金属箔２３１、２４１、正極活物質層２３２、負極活物質層２４２、及び薄層部２４２Ａの厚さを誇張して現している。

形成された電極体２に集電体５を接合する（ステップＳ３）。具体的に、電極体２の各極の非被覆積層部２６（詳しくは、二分された非被覆積層部２６１）において積層された正極２３（又は負極２４）をクリップ部材５０によって束ねるように挟み、このクリップ部材５０と集電体５とを重ねた状態で超音波接合する。これにより、電極体２、クリップ部材５０、及び集電体５が接合される。

電極体２が接続された集電体５、及び外部端子４等を蓋板３２に組み付け（ステップＳ ４）、電極体２及び集電体５等が絶縁部材６によって覆われた状態で、これら電極体２及び集電体５をケース本体３１内に挿入しつつ、ケース本体３１の開口を蓋板３２によって塞ぐ（ステップＳ５）。そして、ケース本体３１と蓋板３２との境界部を溶接（例えばレーザ溶接）することで（ステップＳ６）、蓄電素子１が完成する。

以上の製造方法によって製造される蓄電素子１によれば、負極２４の端部（正極２３の対応する端縁２３５Ａ、２３６Ａより延びた（はみ出た）部位、即ち、正極２３と対向していない部位）２４５、２４６の負極活物質層が薄層部２４２Ａである。このため、蓄電素子１の充放電時において、負極２４の端部２４５、２４６と、負極２４の他の部位（正極２３と対向している部位：本実施形態の例では、端部２４５、２４６間の部位）と、の間に電位差が生じても、前記他の部位から端部２４５、２４６に移動できるイオンの数が抑えられる。これにより、蓄電素子１では、負極２４（詳しくは、負極活物質層）内でのイオンの移動に起因する蓄電素子１の容量劣化が抑えられる。

また、負極２４は、端部２４５、２４６の金属箔２４１における正極２３の対応する端縁２３５Ａ、２３６Ａ側を向いた面上に薄層部２４２Ａを有しているため、前記面上に負極活物質層が無い場合に比べて負極２４（薄肉部２４０）の剛性が高くなる。このため、蓄電素子１では、負極２４の端部２４５、２４６が折れ曲がる等による予定位置からのずれや短絡を抑えることができる。

また、本実施形態の蓄電素子１では、負極２４は、最内周側の部位の金属箔２４１における内側を向いた面上の範囲であって巻回方向における最内周側の端縁２４５Ａから巻回体２２において正極２３に挟まれる位置に到達するまでの範囲に、薄層部２４２Ａを有している（図７参照）。また、負極２４は、最外周側の部位の金属箔２４１における外側を向いた面上の範囲であって巻回方向における最外周側の端縁２４６Ａから正極２３に挟まれる位置に到達するまでの範囲に、薄層部２４２Ａを有している（図７参照）。

これらの構成によれば、負極２４において、最内周側の部の金属箔２４１における内側を向いた面（巻芯２１側を向いた面：正極２３と対向していない面）上、及び最外周側の部位の金属箔２４１における外側を向いた面（巻芯２１と反対側を向いた面：正極２３と対向していない面）上の負極活物質層（薄層部）２４２Ａが、正極２３と対向している部位の活物質層２４２より薄い。これにより、蓄電素子１の充放電時に、負極２４における前記最内周側の部位及び前記最外周側の部位と、これら最内周側の部位及び災害州側の部位を除いた部位との間に電位差が生じても、前記最内周側の部位及び前記最外周側の部位へのイオンの移動を抑えることができる。その結果、前記イオンの移動に起因する蓄電素子１の容量劣化をより効果的に抑えることができる。

また、本実施形態の蓄電素子１では、負極の端部２４５、２４６は、金属箔２４１の両面上に、薄層部２４２Ａをそれぞれ有している。このため、金属箔２４１の両面上に薄層部２４２Ａが無い場合又は金属箔２４１の片面上のみに薄層部２４２Ａを有する場合に比べて負極２４の端部２４５、２４６の剛性が高くなる。その結果、蓄電素子１において、該端部２４５、２４６が折れ曲がる等による予定位置からのずれや短絡をより確実に抑えることができる。

長手方向に連続する非被覆部２４４を有する負極２４を幅方向に切断する場合、負極活物質層２４２が形成された部分と非被覆部２４４との境界において負極２４の全体の厚みが変化しているため、負極活物質層２４２が形成された部分と非被覆部２４４との境界近傍において、バリ及び切粉（詳しくは、負極活物質層２４２が形成された部分に加わる応力と非被覆部２４４に加わる応力との違いに起因するバリ及び切粉）が発生し易くなる。 本実施形態の蓄電素子１の製造方法では、所定の長さに切断する前の負極２４が、長手方向に連続する非被覆部２４３を有しているが、非被覆部２４４と非被覆部以外の部位との境界における負極２４の全体の厚みの変化を負極活物質層２４２Ａを薄くした薄肉部２４０を切断するため、切断するときの前記バリ及び切粉の発生を抑えることができる。即ち、負極活物質層２４２が厚いと負極活物質層２４２が形成された部分と非被覆部２４４との境界における負極２４の全体の厚みの変化が大きいため、負極２４の切断時に金属箔２４１のバリ及び切粉が発生し易くなるが、本実施形態の蓄電素子１の製造方法のように切断部位における負極活物質層２４２Ａの厚さ寸法を抑えることで、前記切断時の金属箔２４１のバリ及び切粉の発生を抑えることができる。

また、本実施形態のように、負極２４の負極活物質層２４２が、金属箔２４１よりビッカース硬さの大きい成分（本実施形態の例では、ハードカーボン）を含んでいると、負極２４の切断時の金属箔２４１におけるバリ及び切粉の発生の抑制がより顕著になる。即ち、負極活物質層２４２が金属箔２４１よりビッカース硬さの大きい成分を含んでいると、ビッカース硬さの小さな成分（例えば、グラファイト）と比較して、負極２４の切断時に金属箔２４１が前記ビッカース硬さの大きい成分によって押されるためにバリ及び切粉がより発生し易くなるが、負極活物質層２４２Ａの厚さを抑えることによって、負極活物質層２４２Ａが前記ビッカース硬さの大きい成分を含んでいても前記切断時の金属箔２４１におけるバリ及び切粉の発生が効果的に抑えられる。

尚、本発明の蓄電素子及び蓄電素子の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。

上記実施形態の負極２４では、長手方向（巻回方向）の両端部２４５、２４６に薄層部２４２Ａが設けられているが、この構成に限定されない。負極２４の一方の端部（最内周側の端部２４５又は最外周側の端部２４６）のみに薄層部２４２Ａが設けられてもよい。

また、上記実施形態の負極２４では、長手方向の端部２４５、２４６の両面（厚さ方向の両面）に、薄層部２４２Ａが設けられているが、この構成に限定されない。薄層部２４２Ａは、負極２４において、最内周側の端部２４５における外側の部位、及び、最外周側の端部２４６における内側の部位の少なくとも一方に設けられていればよい。さらに、負極２４において、薄肉部２４０は、負極活物質層２４２（薄層部２４２Ａを含む）を有さない構成であってもよい。これらの構成によっても、蓄電素子１の充放電時において、負極２４の端部２４５、２４６と他の部位（正極２３と対向している部位）との間に電位差が生じても、前記他の部位から端部２４５、２４６に移動できるイオンの数が少なくなるため、負極２４（詳しくは、負極活物質層２４２）内でのイオンの移動に起因する蓄電素子１の容量劣化を抑えることができる。

また、上記実施形態の負極２４では、内側を向いた部位において、巻回方向における最内周側の端縁２４５Ａから巻回体２２における正極２３に挟まれる位置に到達するまでの範囲の略全体に、薄層部２４２Ａを有しているが、この構成に限定されない。薄層部２４２Ａは、負極２４の内側を向いた部位において、巻回方向における端縁２４５Ａから正極２３に挟まれる位置に到達するまでの範囲の一部に設けられてもよい。同様に、上記実施形態の負極２４では、外側を向いた部位において、巻回方向における最外周側の端縁２４６Ａから巻回体２２における正極２３に挟まれる位置に到達するまでの範囲の略全体に、薄層部２４２Ａを有しているが、この構成に限定されない。薄層部２４２Ａは、負極２４の外側を向いた部位において、巻回方向における端縁２４６Ａから正極２３に挟まれる位置に到達するまでの範囲の一部に設けられてもよい。

また、上記実施形態の負極２４では、金属箔２４１の両面上に負極活物質層２４２が直接的に形成（積層）されている構成であったが、これの構成に限定されない。負極活物質層２４２は、金属箔２４１の面上に間接的に形成（積層）されている構成であってもよい。例えば、金属箔２４１と負極活物質層２４２との間の密着性又は電子導電度を向上させることを目的として、金属箔２４１の面上に導電層を形成（積層）させ、該導電層の面上に負極活物質層２４２が形成（積層）されていてもよい。

上記実施形態の蓄電素子１の製造方法において、所定の長さに切断する前の負極２４の薄肉部２４０では、金属箔２４１を挟んで両側に設けられる薄層部２４２Ａは、長手方向の一部が厚さ方向に重なるようにずれているが、この構成に限定されない。図１５に示すように、負極２４の薄肉部２４０において、負極２４の厚さ方向の一方側の部位における薄層部２４２Ａと、負極２４の厚さ方向の他方側の部位における薄層部２４２Ａとが、厚さ方向に重なっている、即ち、長手方向の位置が一致していてもよい。尚、図１５では、金属箔２４１、負極活物質層２４２、薄層部２４２Ａの厚さを誇張して現している。

また、上記実施形態の蓄電素子１の製造方法において、切断される薄肉部２４０は、負極活物質層２４２が他の部位よりも薄い薄層部２４２Ａであったが、この構成に限定されない。切断される薄肉部２４０は、負極活物質層２４２を有しない構成であってもよい。負極２４が、長手方向に連続する非被覆部２４３を有する構成である場合、負極活物質層２４２を有しない構成とすることによって、幅方向における負極２４の全体の厚みの変化を抑えられるため、薄肉部２４０を切断する際のバリ及び切粉の発生を抑制することができる。

また、上記実施形態においては、蓄電素子が充放電可能な非水電解質二次電池（例えばリチウムイオン二次電池）として用いられる場合について説明したが、蓄電素子の種類や大きさ（容量）は任意である。また、上記実施形態において、蓄電素子の一例として、リチウムイオン二次電池について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、本発明は、マグネシウムイオン電池又はナトリウムイオン電池等の二次電池、その他、一次電池や、電気二重層キャパシタ等のキャパシタの蓄電素子にも適用可能である。

蓄電素子（例えば電池）は、図１６に示すような蓄電装置（蓄電素子が電池の場合は電池モジュール）１１に用いられてもよい。蓄電装置１１は、少なくとも二つの蓄電素子１と、二つの（異なる）蓄電素子１同士を電気的に接続するバスバ部材１２と、を有する。この場合、本発明の技術が少なくとも一つの蓄電素子１に適用されていればよい。

１…蓄電素子、２…電極体、２１…巻芯、２２…巻回体、２３…正極、２３１…金属箔（導電部）、２３２…正極活物質層、２３３…非被覆部、２３４…被覆部、２３５Ａ…最内周側の端縁、２３６Ａ…最外周側の端縁、２４…負極、２４０…薄肉部、２４１…金属箔（導電部）、２４２…負極活物質層、２４２Ａ…薄層部、２４３…非被覆部、２４４…被覆部、２４５…最内周側の端部、２４５Ａ…最内周側の端縁、２４６…最外周側の端部、２４６Ａ…最外周側の端縁、２５…セパレータ、２６…非被覆積層部、２６１…二分された非被覆積層部、２７…中空部、３…ケース、３１…ケース本体、３１１…閉塞部、３１２…胴部、３１３…長壁部、３１４…短壁部、３２…蓋板、３３…内部空間、３４…開口周縁部、４…外部端子、４１…面、５…集電体、５０…クリップ部材、５０１…対向片、５０２…連結部、５１…第一接続部、５２…第二接続部、５３…屈曲部、６…絶縁部材（絶縁カバー）、１１…蓄電装置、１２…バスバ部材

Claims (4)

1. シート状の導電部と該導電部に重なる活物質層とを有する帯状の負極において長手方向の途中位置に設けられた薄肉部であって、前記導電部の面上に該負極の他の部位の活物質層より薄い活物質層を有する又は前記活物質層を有しない薄肉部を、該負極の短手方向に沿って切断することと、
   前記切断後に前記負極の長手方向の端部を構成する前記薄肉部が帯状の正極の長手方向における一方の端縁及び他方の端縁のうちの少なくとも一方の端縁から該長手方向に延びた状態で該正極及び該負極が重ねられ、該重ねられた状態の正極及び負極を前記一方の端縁側から巻回することと、を備え、
   前記負極は、前記長手方向に連続する前記活物質層の非被覆部を有する、蓄電素子の製造方法。
2. 前記負極の活物質層が、前記導電部よりビッカース硬さの大きい成分を含む、請求項１ に記載の蓄電素子の製造方法。
3. 前記薄肉部は、前記他の部位の活物質層より薄い活物質層を有する、請求項１又は２に記載の蓄電素子の製造方法。
4. 前記負極は、厚さ方向の両側から前記導電部に重ねられる一対の前記活物質層を有し、
   前記薄肉部において、前記負極の前記厚さ方向の一方側の部位における前記他の部位の活物質層より薄い前記活物質層を有する範囲の前記長手方向の一部と、前記負極の前記厚さ方向の他方側の部位における前記他の部位の活物質層より薄い前記活物質層を有する範囲の前記長手方向の一部とは、前記厚さ方向から見て重なり、
   前記切断では、前記他の部位の活物質層より薄い活物質層を有する範囲が前記導電部を挟んで前記厚さ方向から見て重なっている位置を切断し、
   前記巻回では、前記負極の前記一方側の部位と前記他方側の部位とにおける前記他の部位の活物質層より薄い活物質層を有する範囲の前記長手方向において短い側の部位が、巻回したときの最内周側の端部において外側を向き、又は最外周側の端部において内側を向くように、前記正極及び前記負極を重ねて巻回される、請求項３に記載の蓄電素子の製造方法。