JP6726398B2

JP6726398B2 - 蓄電素子

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Publication number: JP6726398B2
Application number: JP2016094414A
Authority: JP
Inventors: 佐々木　丈; 丈佐々木
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2016-05-10
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2036-05-10
Also published as: JP2017204353A

Description

本発明は、電極と、耐熱層を有するセパレータと、が積層された電極体を備える蓄電素子に関する。

従来から、無機粒子を含む層を有するセパレータを有する巻回電極体を備えた非水電解質二次電池が知られている（特許文献１参照）。具体的に、この非水電解質二次電池は、電池缶内に巻回電極体を収容し、電池蓋で封止したものである。

前記巻回電極体は、図１３に示すように、負極１０１と正極１０２との間にセパレータ１０３を配置し、前記電池缶に収容するように巻回したものである。負極１０１は、銅箔などの金属箔１０１０の上に負極活物質を形成した負極活物質層１０１１と、幅方向の一端部に負極活物質を形成しない集電箔露出部１０１２とを有している。正極１０２は、アルミニウム箔などの金属箔１０２０の上に正極活物質を形成した正極活物質層１０２１と、負極１０１の集電箔露出部１０１２とは反対側の幅方向一端部に正極活物質を形成しない集電箔露出部１０２２とを有している。セパレータ１０３は、微多孔性膜である第１の層１０３２と、第１の層１０３２上に形成された、無機粒子を含む多孔性機能層である第２の層１０３１とを有している。

そして、前記非水電解質二次電池では、巻回電極体の負極１０１の集電箔露出部１０１２と正極１０２の集電箔露出部１０２２とは、束ねられて、負極集電体、正極集電体にそれぞれ接続されている。

前記非水電解質二次電池において、負極１０１の集電箔露出部１０１２と、正極１０２の集電箔露出部１０２２とが束ねられた状態で、図１４に示すように、セパレータ１０３の第２の層１０３１の端部（詳しくは、無機層の角部）が負極１０１の集電箔露出部１０１２と接触している場合には、無機層（該無機層に含まれる無機粒子）が硬いため、振動等によって金属箔１０１０（集電箔露出部１０１２）が第２の層１０３１の端部によって削られて金属粉等のコンタミが生じる可能性がある。

特開２０１４−２２２６６９号公報

そこで、本実施形態は、電極体において耐熱層を有するセパレータを用いても、電極に含まれる金属箔と前記耐熱層との接触に起因するコンタミが生じ難い蓄電素子を提供することを目的とする。

本実施形態の蓄電素子は、
金属箔と活物質層とを有し且つ該金属箔の所定方向における一方側の端部が前記活物質層から突出した状態で該金属箔と該活物質層とが重ねられる電極、及び基材と無機物を含む耐熱層とが重ねられるセパレータを有し、これら電極とセパレータとが積層される電極体を備え、
前記耐熱層は、前記活物質層と対向し、且つ前記所定方向において該活物質層より大きく、
前記電極及び前記セパレータの少なくとも一方は、相手側の部材と対向する保護層を有し、
前記保護層は、前記金属箔の前記一方側の端部と前記耐熱層との間に配置され、且つ、前記所定方向において前記活物質層の端縁位置から前記一方側に向けて前記耐熱層の端縁位置以上の位置まで延びている。

かかる構成によれば、保護層が、電極において活物質層から突出している金属箔（金属箔の一方側の端部）と、セパレータの耐熱層との間における前記所定方向の全域に配置されるため、該保護層によって金属箔と耐熱層との接触が防がれ、これにより、電極の金属箔とセパレータの耐熱層との接触に起因するコンタミが生じ難くなる。

前記蓄電素子では、
前記電極は、前記保護層を有し、
前記保護層は、前記金属箔の前記一方側の端部の表面を覆ってもよい。

かかる構成によれば、金属箔の活物質層に覆われていない部位の一部が保護層によって覆われるため、電極において金属箔が露出している部位が少なくなり、これにより、該金属箔に他の部材が接することで生じるコンタミの発生が抑えられる。

この場合、
前記保護層は、前記金属箔の前記一方側の端部に固着されてもよい。

このように、保護層が金属箔に固着される（即ち、相対移動しないように配置される）ことで、保護層を金属箔の表面に配置しても該保護層と金属箔との擦れ等が防がれ、これにより、前記擦れ等に起因するコンタミが発生しない。

前記蓄電素子では、
前記耐熱層の前記所定方向における一方側の端面は、該耐熱層の前記一方側の端縁に向かうにつれて前記基材に近づくように該基材の表面に対して傾斜又は湾曲してもよい。

かかる構成によれば、耐熱層の前記一方側の端部において、該端部の角部を構成する面のなす角が大きくなる（例えば、図８参照）、又は該端部において角部がなくなる（例えば、図１０参照）ため、耐熱層の端部が金属箔に接触したとしても、該接触に起因するコンタミが発生し難くなる。

また、前記蓄電素子では、
前記保護層の端縁は、前記所定方向において、前記金属箔の端縁より他方側に位置し、
前記基材の端縁は、前記所定方向において、前記保護層の端縁と前記金属箔の端縁との間に位置してもよい。

かかる構成によれば、保護層の端縁を金属箔の端縁より他方側に位置させることで、電極体における他の部材と導通させる部位（電極における金属箔が露出した部位）が確保される。しかも、基材の端縁を保護層の端縁と金属箔の端縁との間に位置させることで、保護層と、電極体の積層方向における他の電極（前記保護層の配置された電極と異なる電極）の金属箔との間に基材が位置するため、前記保護層と前記他の電極の金属箔とが接触し難くなり、これにより、前記保護層と他の電極の金属箔との接触に起因するコンタミの発生も抑えることができる。

また、前記蓄電素子では、
前記電極は、該電極と前記セパレータとの積層方向に隣り合う前記セパレータ間に配置され、
前記活物質層及び前記保護層は、前記金属箔の両面にそれぞれ配置されてもよい。

かかる構成によれば、金属箔を挟むようにセパレータ（耐熱層）が配置されても、耐熱層と金属箔との接触に起因するコンタミの発生を抑えることができる。

以上より、本実施形態によれば、電極体において耐熱層を有するセパレータを用いても、電極に含まれる金属箔と前記耐熱層との接触に起因するコンタミが生じ難い蓄電素子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、前記蓄電素子の分解斜視図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ位置の断面図である。図４は、前記蓄電素子が備える電極体の斜視図である。図５は、前記電極体に含まれる正極を分解した状態での横断面の模式図である。図６は、前記電極体に含まれる負極を分解した状態での横断面の模式図である。図７は、前記電極体に含まれるセパレータを分解した状態での横断面の模式図である。図８は、正極、負極、及びセパレータの各構成の位置関係を説明するための図である。図９は、他実施形態に係る電極体における保護層の位置を説明するための図である。図１０は、他実施形態に係るセパレータの幅方向の端部の拡大断面図である。図１１は、他実施形態に係るセパレータの幅方向の端部の拡大断面図である。図１２は、本実施形態に係る蓄電素子を含む蓄電装置の斜視図である。図１３は、従来の正極、負極、及びセパレータの各構成の位置関係を説明するための図である。図１４は、負極の集電箔露出部が束ねられた状態を説明するための模式図である。

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８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、金属箔２３１、２４１及び該金属箔２３１、２４１に重ねられた活物質層２３２、２４２を含む電極２３、２４と、基材２５１及び該基材２５１に重ねられた耐熱層２５２を含むセパレータ２５と、が積層される電極体２を備える。また、蓄電素子１は、電極体２を収容するケース３と、少なくとも一部がケース３の外側に配置される外部端子４と、電極体２と外部端子４とを導通させる集電体５と、電極体２とケース３との間を絶縁する絶縁部材６と、を備える。

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積層された積層体２２であって、巻芯２１の周囲に巻回された積層体２２と、を備える（図３及び図４参照）。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。本実施形態の巻芯２１は、筒状、より詳しくは、偏平な筒状である。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。本実施形態の前記シートは、合成樹脂によって形成されている。

電極２３、２４は、図２、図５〜図８に示されるように、金属箔２３１、２４１と活物質層２３２、２４２とを有する。これら金属箔２３１、２４１と活物質層２３２、２４２とは、金属箔２３１、２４１の所定方向における一方側の端部が活物質層２３２、２４２から突出した状態で重ねられている。本実施形態の蓄電素子１において、活物質層は、正極活物質層２３２と負極活物質層２４２とを有し、電極は、正極２３と負極２４とを有する。詳しくは、以下の通りである。

正極２３は、帯状の金属箔２３１と、金属箔２３１に重ねられる正極活物質層２３２と、金属箔２３１に重ねられ且つセパレータ２５と対向する保護層２３３と、を有する。本実施形態の金属箔２３１は、例えば、アルミニウム箔である。

正極活物質層２３２は、金属箔２３１における幅方向（短手方向：図５における左右方向）の一方側の端部２３１１を除いた部位（活物質被覆部２３１２）において該金属箔２３１に重ねられている。また、本実施形態の正極２３では、正極活物質層２３２が金属箔２３１の両面にそれぞれ配置されている、即ち、正極２３では、厚さ方向において、金属箔２３１が正極活物質層２３２によって挟まれている。この正極活物質層２３２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、Ｌｉ_ａＭｅ_ｂＯ_ｃ（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（Ｌｉ_ａＣｏ_ｙＯ_２、Ｌｉ_ａＮｉ_ｘＯ_２、Ｌｉ_ａＭｎ_ｚＯ_４、Ｌｉ_ａＮｉ_ｘＣｏ_ｙＭｎ_ｚＯ_２等）、Ｌｉ_ａＭｅ_ｂ（ＸＯ_ｃ）_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（Ｌｉ_ａＦｅ_ｂＰＯ_４、Ｌｉ_ａＭｎ_ｂＰＯ_４、Ｌｉ_ａＭｎ_ｂＳｉＯ_４、Ｌｉ_ａＣｏ_ｂＰＯ_４Ｆ等）である。本実施形態の正極活物質は、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２である。

正極活物質層２３２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。

正極活物質層２３２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２３２は、導電助剤としてアセチレンブラックを有する。

保護層２３３は、金属箔２３１の一方側の端部２３１１の表面を覆っている。本実施形態の保護層２３３は、正極活物質層２３２と同様に、金属箔２３１の両面にそれぞれ配置されている。即ち、正極２３では、厚さ方向において、金属箔２３１（詳しくは、一方側の端部２３１１）が保護層２３３によって挟まれている。本実施形態の保護層２３３の厚み寸法は、正極活物質層２３２の厚み寸法より小さい。この保護層２３３は、絶縁物とバインダーとを含む。

絶縁物は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）、ＳｉＯ_２（シリカ）等の酸化物微粒子、フッ化カルシウム、フッ化リチウム等のイオン結晶微粒子、タルク、モンモリロナイト等の粘土微粒子、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン等の鉱物資源由来物質、あるいはポリエチレンやポリプロピレン等の樹脂ビーズなどである。

バインダーは、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体、（メタ）アクリル酸共重合体、フッ素系ゴム、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリフッ化ビニリデン等である。尚、バインダーのみが塗工されて絶縁フィルム状の保護層２３３が形成されてもよい（即ち、保護層２３３がバインダーのみによって構成されてもよい）が、厚みと強度を担持するために、絶縁粒子が配合されることが好ましい。

本実施形態の保護層２３３は、無機物を含む。この保護層２３３は、金属箔２３１の一方側の端部２３１１に固着されている。より具体的には、保護層２３３は、金属箔２３１の一方側の端部２３１１と、セパレータ２５の耐熱層２５２との間に配置され、且つ、金属箔２３１の幅方向において正極活物質層２３２の端縁位置から一方側に向けて延びている（図８参照）。この保護層２３３の幅方向の一方側の端縁２３３Ｅは、金属箔２３１の幅方向の一方側の端縁２３１Ｅ及びセパレータ２５の幅方向の一方側の端縁２５Ｅよりも他方側（図８における左側）に位置している。尚、保護層２３３は、無機物を含まない構成でもよい。また、保護層２３３において、バインダーが絶縁物を兼ねてもよい。

負極２４は、帯状の金属箔２４１と、金属箔２４１に重ねられる負極活物質層２４２と、を有する。本実施形態の金属箔２４１は、例えば、銅箔である。

負極活物質層２４２は、金属箔２４１における幅方向（短手方向：図６における左右方向）の他方側（正極２３の金属箔２３１の非被覆部と反対側）の端部２４１１を除いた部位（活物質被覆部２４１２）において該金属箔２４１に重ねられている。また、本実施形態の負極２４では、負極活物質層２４２が金属箔２４１の両面にそれぞれ配置されている、即ち、負極２４では、厚さ方向において、金属箔２４１が負極活物質層２４２によって挟まれている。本実施形態の負極活物質層２４２の幅方向の寸法は、正極活物質層２３２の幅方向の寸法より大きい（図８参照）。この負極活物質層２４２は、負極活物質と、バインダーと、を有する。

前記負極活物質は、例えば、グラファイト、難黒鉛化炭素、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２４２に用いられるバインダーは、正極活物質層２３２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。

負極活物質層２４２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２４２は、導電助剤を有していない。

本実施形態の電極体２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る。即ち、本実施形態の電極体２では、正極２３、負極２４、及びセパレータ２５の積層体２２が巻回されている。

セパレータ２５は、絶縁性を有する部材であり、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、積層体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、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、リチウムイオンが移動可能となる。

具体的に、セパレータ２５は、帯状であり、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。このセパレータ２５は、例えば、ポリエチレンの多孔質膜によって形成された基材２５１と、基材２５１に重ねられたＳｉＯ_２粒子、Ａｌ_２Ｏ_３粒子、ベーマイト（アルミナ水和物）等の無機粒子を含んだ耐熱層（無機層）２５２と、を有する。本実施形態のセパレータ２５では、耐熱層２５２は、基材２５１の正極活物質層２３２を向いた面（図７の例では下面）上に重ねられる。即ち、セパレータ２５の耐熱層２５２は、正極活物質層２３２と対向する。

このように構成されるセパレータ２５は、図８に示すように、正極活物質層２３２と負極活物質層２４２とが厚さ方向（積層方向）に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の幅方向の一方側の端部２３１１と、負極２４の幅方向の他方側の端部２４１１とは重なっていない。即ち、正極２３の幅方向の一方側の端部２３１１が、正極２３と負極２４との重なる領域から幅方向（積層方向と直交する方向）に突出し、且つ、負極２４の幅方向の他方側の端部２４１１が、正極２３と負極２４との重なる領域から幅方向（正極２３の一方側の端部２３１１の突出方向と反対の方向）に突出する。

基材２５１の幅方向の寸法は、負極活物質層２４２の幅方向の寸法より大きい。また、耐熱層２５２の幅方向の寸法は、基材２５１の幅方向の寸法より小さく、且つ、正極活物質層２３２の幅方向の寸法より大きい。耐熱層２５２の幅方向の他方側（図８における左側）の端縁は、基材２５１の幅方向の他方側の端縁より一方側（図８における右側）に位置している。また、耐熱層２５２の幅方向の他方側の端縁は、金属箔２３１の幅方向の他方側の端縁、及び正極活物質層２３２の幅方向の他方側の端縁より、他方側に位置している。耐熱層２５２の幅方向の一方側の端縁２５２Ｅは、正極活物質層２３２の幅方向の一方側の端縁２３２Ｅより一方側に位置している。また、耐熱層２５２の幅方向の一方側の端縁２５２Ｅは、保護層２３３の幅方向の一方側の端縁２３３Ｅより他方側に位置している。即ち、保護層２３３は、幅方向において、正極活物質層２３２の一方側の端縁２３２Ｅから耐熱層２５２の一方側の端縁２５２Ｅの位置以上の位置まで延びている。基材２５１の幅方向の一方側の端縁２５１Ｅは、保護層２３３の幅方向の一方側の端縁２３３Ｅより一方側に位置している。金属箔２３１の幅方向の一方側の端縁２３１Ｅは、保護層２３３の幅方向の一方側の端縁２３３Ｅ及び基材２５１の幅方向の一方側の端縁２５１Ｅより一方側に位置している。

以上のように、正極活物質層２３２の幅方向の一方側の端縁２３２Ｅから、一方側に向けて順に、耐熱層２５２の一方側の端縁２５２Ｅ、保護層２３３の一方側の端縁２３３Ｅ、基材２５１の一方側の端縁２５１Ｅ、金属箔２３１の一方側の端縁２３１Ｅが並ぶ（図８参照）。また、正極活物質層２３２の幅方向の他方側の端縁及び金属箔２３１の幅方向の他方側の端縁から、他方側に向けて順に、耐熱層２５２の他方側の端縁、基材２５１の他方側の端縁が並ぶ。

また、耐熱層２５２の幅方向の一方側の端面２５２０は、耐熱層２５２の幅方向の一方側の端縁２５２Ｅに向かうにつれて基材２５１に近づくように該基材２５１の表面に対して傾斜又は湾曲している。本実施形態の前記一方側の端面２５２０は、基材２５１の表面に対して傾斜している（図７及び図８参照）。

以上のような状態で積層された正極２３、負極２４、及びセパレータ２５（即ち、積層体２２）が巻回されることによって、電極体２が形成される。また、本実施形態の電極体２では、正極２３の一方側の端部２３１１における保護層２３３が重ねられた領域（保護層被覆部２３１３）を除いた部位２３１４、又は負極２４の他方側の端部２４１１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、巻回された正極２３、負極２４、及びセパレータ２５の巻回中心軸Ｃ方向から見て、中空部２７（図２及び図４参照）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の各極に設けられる。即ち、正極２３の一方側の端部２３１１における保護層被覆部２３１３を除いた部位２３１４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の他方側の端部２４１１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。

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（図３参照）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。

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、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、及びＬｉＰＦ_６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ＬｉＰＦ_６を溶解させたものである。

ケース３は、図１〜図３に示すように、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では、ケース本体３１と蓋板３２とによって内部空間３３が画定されている。本実施形態のケース３では、ケース本体３１の開口周縁部３４と蓋板３２の周縁部とが溶接によって接合されている。

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、ケース本体３１が開口を上に向けた姿勢で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の法線方向から見て、矩形状である。

以下では、閉塞部３１１の長辺方向をＸ軸方向とし、閉塞部３１１の短辺方向をＹ軸方向とし、閉塞部３１１の法線方向をＺ軸方向とする。

胴部３１２は、角筒形状、より詳しくは、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。

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、Ｚ軸方向から見て、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、Ｚ軸方向から見て、Ｘ軸方向に長い矩形状の板材である。この蓋板３２は、ケース本体３１の開口を塞ぐように該ケース本体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。開口周縁部３４と蓋板３２とが重ねられた状態で、蓋板３２とケース本体３１との境界部が溶接される。これにより、ケース３が構成される。

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。本実施形態の外部端子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と導通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、図２及び図３に示すように、クリップ部材５５を介して電極体２と導通可能に接続される。即ち、蓄電素子１は、電極体２と集電体５とを導通可能に接続するクリップ部材５５を備える。このクリップ部材５５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５５は、非被覆積層部２６において積層される正極２３（詳しくは、正極２３に含まれる金属箔２３１の幅方向の一方側の端部２３１１における保護層被覆部２３１３を除いた部位２３１４）同士、又は負極２４（詳しくは、負極２４に含まれる金属箔２４１における幅方向の他方側の端部２４１１）同士を導通させる。

集電体５は、導電性を有する部材によって形成され、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、外部端子４とクリップ部材５５とを導通させる。具体的に、集電体５は、外部端子４と導通可能に接続される第一接続部５１、及び電極体２と通電可能に接続される第二接続部５２と、を有する。この集電体５では、第一接続部５１がケース３内において蓋板３２と短壁部３１４との境界近傍から蓋板３２に沿ってＸ軸方向に延びると共に、第二接続部５２が第一接続部５１の前記境界側の端部から短壁部３１４に沿ってＺ軸方向に延びる。

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の正極非被覆積層部２６と、負極非被覆積層部２６とにそれぞれ配置される。

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。

絶縁部材６は、図２及び図３に示すように、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。本実施形態の絶縁部材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ている。

以上の蓄電素子１によれば、保護層２３３が、正極２３において正極活物質層２３２から突出している金属箔２３１（金属箔２３１の幅方向の一方側の端部２３１１）と、セパレータ２５の耐熱層２５２との間に配置される。このため、保護層２３３によって金属箔２３１と耐熱層２５２との接触が防がれる。これにより、蓄電素子１では、正極２３の金属箔２３１とセパレータ２５の耐熱層２５２との接触に起因するコンタミが生じ難くなる。

本実施形態の蓄電素子１では、保護層２３３が、金属箔２３１の幅方向の一方側の端部２３１１の表面を覆っている。このため、金属箔２３１の正極活物質層２３２に覆われていない部位（一方側の端部）２３１１の一部（保護層被覆部２３１３）が保護層２３３によって覆われるため、正極２３において金属箔２３１が露出している部位が少なくなる。これにより、蓄電素子１において、金属箔２３１に他の部材が接することで生じるコンタミの発生が抑えられる。

また、本実施形態の蓄電素子１では、保護層２３３が、無機物を含み、且つ金属箔２３１の幅方向の一方側の端部２３１１に固着されている。このように、保護層２３３が金属箔２３１に固着される（即ち、相対移動しないように配置される）ことで、保護層２３３を金属箔２３１の表面に配置しても、該保護層２３３と金属箔２３１との擦れ等が防がれる。これにより、金属箔２３１上に無機物を含む保護層２３３が配置されていても、前記擦れ等に起因するコンタミが発生しない、若しくは発生し難い。

本実施形態の蓄電素子１では、耐熱層２５２の幅方向における一方側の端面２５２０は、該耐熱層２５２の幅方向の一方側の端縁２５２Ｅに向かうにつれて基材２５１に近づくように該基材２５１の表面に対して傾斜している。このように、耐熱層２５２の幅方向の一方側の端部において、該端部の角部を構成する面（端面２５２０、及び耐熱層２５２の正極２３を向いた面）のなす角が９０°より大きくなることで、耐熱層２５２の幅方向の端部（前記角部）が正極２３の金属箔２３１に接触したとしても、該接触に起因するコンタミが発生し難くなる。

また、本実施形態の蓄電素子１では、保護層２３３の幅方向の一方側の端縁２３３Ｅは、金属箔２３１の幅方向の一方側の端縁２３１Ｅより他方側に位置し、且つ、基材２５１の幅方向の一方側の端縁２５１Ｅは、保護層２３３の幅方向の一方側の端縁２３３Ｅと金属箔２３１の幅方向の一方側の端縁２３１Ｅとの間に位置している（図８参照）。

このように、保護層２３３の幅方向の一方側の端縁２３３Ｅを金属箔２３１の幅方向の一方側の端縁２３１Ｅより他方側に位置させることで、電極体２における他の部材（本実施形態の例では、集電体５）と導通させる部位（正極２３における金属箔２３１が露出した部位）が確保される。しかも、基材２５１の幅方向の一方側の端縁２５１Ｅを保護層２３３の幅方向の一方側の端縁２３３Ｅと金属箔２３１の幅方向の一方側の端縁２３１Ｅとの間に位置させることで、保護層２３３と、電極体２の積層方向における他の電極（前記保護層２３３の配置された正極２３と異なる電極）２３、２４の金属箔２３１、２４１との間に基材２５１が位置する。このため、保護層２３３と前記他の電極２３、２４の金属箔２３１、２４１とが接触し難くなる。これにより、蓄電素子１では、保護層２３３と前記他の電極２３、２４の金属箔２３１、２４１との接触に起因するコンタミの発生も抑えられる。

また、本実施形態の蓄電素子１では、正極２３が、電極体２においてセパレータ２５間に配置され、正極活物質層２３２及び保護層２３３は、金属箔２３１の両面にそれぞれ配置されている。このように、金属箔２３１を挟むようにセパレータ２５（耐熱層２５２）が配置されていても、保護層２３３が金属箔２３１（詳しくは、金属箔２３１の幅方向の一方側の端部２３１１）の両面に配置されているため、耐熱層２５２と金属箔２３１との接触に起因するコンタミの発生が抑えられる。

尚、本発明の蓄電素子は、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。

上記実施形態の蓄電素子１では、正極２３のみが保護層２３３を有しているが、この構成に限定されない。負極２４のみが保護層２３３を有してもよく、正極２３及び負極２４のそれぞれが保護層２３３を有してもよい。即ち、セパレータ２５の耐熱層２５２と対向する電極２３、２４が保護層２３３を有していればよい。

また、上記実施形態の蓄電素子１では、保護層２３３が、正極２３の両面に配置されているが、この構成に限定されない。例えば、保護層２３３は、電極（上記実施形態の例では正極２３）の一方の面のみに配置されてもよい。

上記実施形態の蓄電素子１では、電極（上記実施形態の例では正極２３）が保護層２３３を有しているが、この構成に限定されない。例えば図９に示すように、セパレータ２５が、保護層２３３を有する構成でもよい。この場合、耐熱層２５２の電極側の面における金属箔２３１、２４１（詳しくは、金属箔２３１、２４１における活物質層２３２、２４２が配置されていない領域）と対向する領域に配置される。

上記実施形態の蓄電素子１では、耐熱層２５２の一方側の端面２５２０は、基材２５１の表面に対して傾斜した面（傾斜面）であるが、この構成に限定されない。例えば、図１０に示すように、耐熱層２５２の一方側の端面２５２０は、基材２５１の表面に対して湾曲した面（湾曲面）であってもよい。かかる構成によっても、耐熱層２５２の端部の角部がなくなるため、該端部が電極２３、２４の金属箔２３１、２４１に接触したとしても、該接触に起因するコンタミが発生し難くなる。尚、耐熱層２５２の一方側の端面２５２０は、図１１に示すように、基材２５１の表面に対して垂直又は略垂直であってもよい。

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、種々の二次電池、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）１は、図１２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…積層体、２３…正極（電極）、２３１…金属箔、２３１Ｅ…金属箔の幅方向の一方側の端縁、２３１１…幅方向の一方側の端部、２３１２…活物質被覆部、２３１３…保護層被覆部、２３１４…保護被覆部を除いた部位、２３２…正極活物質層（活物質層）、２３２Ｅ…正極活物質層の幅方向の一方側の端縁、２３３…保護層、２３３Ｅ…保護層の幅方向の一方側の端縁、２４…負極（電極）、２４１…金属箔、２４１１…幅方向の他方側の端部、２４１２…活物質被覆部、２４２…負極活物質層、２５…セパレータ、２５Ｅ…セパレータの幅方向の一方側の端縁、２５１…基材、２５１Ｅ…基材の幅方向の一方側の端縁、２５２…耐熱層、２５２Ｅ…耐熱層の幅方向の一方側の端縁、２５２０…幅方向の一方側の端面、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、５１…第一接続部、５２…第二接続部、５５…クリップ部材、６…絶縁部材、１１…蓄電装置、１２…バスバ部材、１０１…負極、１０１１…負極活物質層、１０１２…集電箔露出部、１０２…正極、１０２１…正極活物質層、１０２２…集電箔露出部、１０３…セパレータ、１０３１…無機層形成部、１０３２…無機層非形成部、Ｃ…巻回中心軸

Claims

金属箔と活物質層とを有し且つ該金属箔の所定方向における一方側の端部が前記活物質層から突出した状態で該金属箔と該活物質層とが重ねられる電極、及び基材と無機物を含む耐熱層とが重ねられるセパレータを有し、これら電極とセパレータとが積層される電極体を備え、
前記耐熱層は、前記活物質層と対向し、且つ前記所定方向において該活物質層より大きく、
前記電極は、前記セパレータと対向する保護層を有し、
前記保護層は、前記金属箔の前記一方側の端部と前記耐熱層との間に配置され、且つ、前記所定方向において前記活物質層の端縁位置から前記一方側に向けて前記耐熱層の端縁位置以上の位置まで延びるとともに、前記金属箔の前記一方側の端部に固着されている、蓄電素子。
前記耐熱層の前記所定方向における一方側の端面は、該耐熱層の前記一方側の端縁に向かうにつれて前記基材に近づくように該基材の表面に対して傾斜又は湾曲する、請求項１に記載の蓄電素子。
前記保護層の端縁は、前記所定方向において、前記金属箔の端縁より他方側に位置し、
前記基材の端縁は、前記所定方向において、前記保護層の端縁と前記金属箔の端縁との間に位置する、請求項１又は２に記載の蓄電素子。
前記電極は、該電極と前記セパレータとの積層方向に隣り合う前記セパレータ間に配置され、
前記活物質層及び前記保護層は、前記金属箔の両面にそれぞれ配置される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
前記保護層の厚さは、前記活物質層の厚さよりも小さい、請求項１に記載の蓄電素子。