JP6106957B2

JP6106957B2 - 蓄電素子、電極体、捲回方法および捲回装置

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Publication number: JP6106957B2
Application number: JP2012126336A
Authority: JP
Inventors: 明彦宮崎; 澄男森; 森　　澄男; 智典加古
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2032-06-01
Also published as: JP2013251201A

Description

本発明は、正極板および負極板と、２枚のセパレータとを交互に積層して電極体、電極体を有する蓄電素子、電極体を製造するための捲回方法および捲回装置に関する。

従来、リチウムイオン電池などの電池を含む蓄電素子は、正極および負極とセパレータとが積層された電極体を有する。高温環境下に蓄電素子が置かれる場合であっても正極と負極との絶縁性を維持する目的で、電極体を構成するセパレータに耐熱フィラーなどの耐熱層を塗工したセパレータが考案されている（特許文献１参照）。

特開２０１１−９０９１７号公報

しかしながら、このような耐熱塗工セパレータは、基材層の上に耐熱層が塗工される２層構造であるため、これらの層の熱膨張率の違いから、温度変化によって湾曲しやすい。このため、特に捲回時に最内周の巻き始めにおいてまるまりによる捩れ、折り込みが発生しやすく、セパレータにこのような捩れや折り込みが発生した場合に正負極が短絡する恐れがある。また、耐熱塗工セパレータのような複数層のセパレータではない単層構造のセパレータであっても、捲回時にセパレータに折り込みが発生する場合がある。

そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、正極板および負極板と、２枚のセパレータとを交互に積層した電極体を有する蓄電素子において、正極と負極との短絡が発生することを防止できる蓄電素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る蓄電素子は、正極および負極と、セパレータとを有し、前記セパレータが前記正極および前記負極の間に配置された電極体を備え、前記セパレータは、その端部に折り目を有する。

これによれば、セパレータの端部近傍に折り目を有する。このように、セパレータの端部近傍に折り目を設けることにより、折り目近傍から２つの方向に沿った面が形成されることになるため、正極および負極と、セパレータとを複数層積層する際に、セパレータに捩れや折り込みが発生しにくくすることができる。このため、正極と負極とが短絡した状態の電極体を有する蓄電素子を製造することを防ぐことができる。

また、前記電極体は、前記正極および前記負極と２枚の前記セパレータとが積層された状態で捲回されることにより形成され、前記折り目は、前記２枚のセパレータの捲回され始める側の端部から所定の長さ離れた位置までの範囲に形成されてもよい。

これによれば、２枚のセパレータのうち少なくとも一方に形成される折り目は、捲回され始める側の端部から所定の長さの範囲に形成される。つまり、折り目は、セパレータの正極と負極との間以外の領域に設けることになる。このように、正極と負極とに影響を与えない位置に折り目を設けているため、電極体の性能にほとんど影響を与えずに、セパレータに捩れや折り込みが発生することを防ぐことができる。

また、前記電極体は、前記正極および前記負極と２枚の前記セパレータとが積層された状態で捲回されることにより形成され、前記折り目は、前記電極体の捲回方向に沿って、前記セパレータの全体にわたって形成されてもよい。

これによれば、例えば、半径方向の外側に突出しており、かつ、断面がＶ字形状である凸部が形成されているロールの回転方向に平行な面を折り目が形成される方向に沿うような向きでロールをセパレータに押し付けて、セパレータを当該ロールにより送りだすことにより、電極体の捲回方向に沿ってセパレータの全体にわたって折り目を形成することができる。つまり、ロールを捲回装置の一部または搬送ラインの途中に設けることにより、セパレータの捲回方向の全体にわたる折り目を形成することができる。このため、新たな製造工程のラインを設ける必要がなく、低コストかつ容易に実現できる。

また、前記電極体は、前記正極および前記負極と２枚の前記セパレータとが積層された状態で捲回されることにより形成され、かつ、前記正極および前記負極の表面に活物質が塗工されていない未塗工領域を有し、前記折り目は、前記正極および前記負極の少なくとも一方の前記未塗工領域と対向する位置に形成されてもよい。

これによれば、２枚のセパレータのうち少なくとも一方に形成される折り目は、未塗工領域に対向する位置に形成される。未塗工領域は、ほとんど電極体の性能に影響を与えない領域であるため、未塗工領域に対向する位置に折り目を設けることにより、電極体の性能にほとんど影響を与えずに、セパレータに捩れや折り込みが発生することを防ぐことができる。

また、前記折り目は、前記電極体の捲回軸方向の両端に形成されてもよい。

これによれば、２枚のセパレータのうち少なくとも一方に形成される折り目は、電極体の捲回軸方向の両端に形成される。捲回軸方向の両端に折り目を設けることにより、セパレータの捩れや折り込みの発生をより防ぐことができる。

また、前記折り目は、前記電極体の捲回方向に沿って形成されてもよい。

また、前記セパレータは、第一層と、前記第一層と材質が異なる第二層とにより成ってもよい。

これによれば、セパレータは複数層がそれぞれ異なる材質により構成されるため、それぞれの熱膨張率が異なる。このため、温度変化により湾曲が起こりやすい。このようなセパレータであっても、セパレータの端部近傍に折り目を形成しているため、特に正極及び負極と、セパレータとを複数層積層する際に、セパレータに捩れや折り込みが発生することを防ぐができる。

なお、本発明は、このような蓄電素子として実現することができるだけでなく、このような蓄電素子を構成する電極体として実現することができる。また、蓄電素子または電極体を製造するための捲回方法および捲回装置として実現することができる。

本発明に係る蓄電素子によれば、セパレータに捩れや折り込みが発生しにくくすることができ、正極と負極とが短絡した状態の電極体を有する蓄電素子を製造することを防ぐことができる。

本発明の実施の形態１の蓄電素子の容器の壁部の一部を省略して電池の内部を模式的に示す斜視図である。電極体の外観を模式的に示す斜視図である。図２の電極体のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。電極体の捲回前の構成を示す図である。図４のセパレータのＶ−Ｖ断面図である。捲回装置を示す図である。図６の圧子のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。第一セパレータおよび第二セパレータの搬送ラインの一部に設けられる搬送ロールを搬送方向の側方から視た概略図である。図８に示す搬送ロール４１０のＩＸ−ＩＸ断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の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、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

図１は、蓄電素子の容器の壁部の一部を省略して電池の内部を模式的に示す斜視図である。

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電池である。

同図に示すように、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、容器１００は、上壁であるふた板１１０を備えている。また、容器１００内方には、電極体１２０と、正極集電体１３０と、負極集電体１４０とが配置されている。

なお、蓄電素子１０の容器１００の内部には電解液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。また、蓄電素子１０は、非水電解質電池には限定されず、非水電解質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。

容器１００は、金属からなる矩形筒状で底を備える容器本体と、当該容器本体の開口を閉塞する金属製のふた板１１０とで構成されている。また、容器１００は、電極体１２０等を内部に収容後、ふた板１１０と容器本体とが溶接等されることにより、内部を密封することができるものとなっている。

電極体１２０は、正極と負極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。具体的には、電極体１２０は、負極と正極との間にセパレータが挟み込まれるように層状に配置されたものを全体が長円形状となるように捲回されて形成されている。なお、同図では、電極体１２０の形状としては長円形状を示したが、円形状または楕円形状でもよい。電極体１２０の詳細な構成については、後述する。

正極端子２００は、電極体１２０の正極に電気的に接続された電極端子であり、負極端子３００は、電極体１２０の負極に電気的に接続された電極端子である。つまり、正極端子２００および負極端子３００は、電極体１２０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１２０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および負極端子３００は、電極体１２０の上方に配置されたふた板１１０に取り付けられている。

正極集電体１３０は、電極体１２０の正極と容器１００の側壁との間に配置され、正極端子２００と電極体１２０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。なお、正極集電体１３０は、電極体１２０の正極集電箔と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。

負極集電体１４０は、電極体１２０の負極と容器１００の側壁との間に配置され、負極端子３００と電極体１２０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。なお、負極集電体１４０は、電極体１２０の負極集電箔と同様、銅または銅合金で形成されている。

図２は、電極体の外観を模式的に示す斜視図である。図３は図２の電極体のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。

捲回型電極体としての電極体１２０は、図２および図３に示すように、巻芯１２６と、捲回体１２１と、絶縁シート１２７とにより構成される。

巻芯１２６は、ポリプロピレンまたはポリエチレンから成る長尺帯状の巻きシートを例えば３つ折りにした状態で、その最外周の端部が溶着固定されることにより形成され、捲回体１２１の最内周に配置される。

捲回体１２１は、正極としての正極板１２２および負極としての負極板１２３と、正極板１２２および負極板１２３の間に配置され、２枚のセパレータ１２４、１２５と正極板１２２とが積層された状態で、断面が長円形状となるように巻芯１２６に捲回されて成る。より具体的には、捲回体１２１は、第一セパレータ１２４と、負極板１２３と、第二セパレータ１２５とがこの順に積層された状態で第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５が巻芯１２６に溶着固定されて、正極板１２２と、第一セパレータ１２４と、負極板１２３と、第二セパレータ１２５との４枚が巻芯１２６を中心（捲回軸）として捲回されることにより構成される。つまり、２枚のセパレータ１２４、１２５は、正極としての正極板１２２を挟んでおり、かつ、それぞれの第二面を形成する第二層１２４ｂ、１２５ｂが正極板１２２と接している。また、２枚のセパレータ１２４、１２５は、負極としての負極板１２３を挟んでおり、かつ、それぞれの第一面を形成する第一層１２４ａ、１２５ａが負極板と接している。捲回体１２１は、最外周（最後の一周）において正極板１２２および負極板１２３がない状態で捲回される。

捲回体１２１は、活物質が表面に塗布された正極板１２２および負極板１２３と、２枚のセパレータ１２４、１２５とのそれぞれが交互に積層された状態で、巻芯１２６に捲回されて成る。つまり、捲回体１２１は、正極板１２２と、第一セパレータ１２４と、負極板１２３と、第二セパレータ１２５とがこの順に積層された状態で、断面が長円形状になるように捲回されることにより成る。

正極板１２２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる長尺帯状の正極集電箔の表面に、正極活物質層が形成されたものである。なお、本発明に係る蓄電素子１０に用いられる正極板１２２は、特に従来用いられてきたものと異なるところはなく、通常用いられているものが使用できる。

例えば、正極活物質としては、ＬｉＭＰＯ_４、ＬｉＭＳｉＯ_４、ＬｉＭＢＯ_３（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ等から選択される１種または２種以上の遷移金属元素）等のポリアニオン化合物、チタン酸リチウム、マンガン酸リチウム等のスピネル化合物、ＬｉＭＯ_２（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ等から選択される１種または２種以上の遷移金属元素）等のリチウム遷移金属酸化物等を用いることができる。

負極板１２３は、銅または銅合金からなる長尺帯状の負極集電箔の表面に、負極活物質層が形成されたものである。なお、本発明に係る蓄電素子１０に用いられる負極板１２３は、特に従来用いられてきたものと異なるところはなく、通常用いられているものが使用できる。

例えば、負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。例えば、リチウム金属、リチウム合金（リチウム−アルミニウム、リチウム−鉛、リチウム−錫、リチウム−アルミニウム−錫、リチウム−ガリウム、およびウッド合金等のリチウム金属含有合金）の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料（例えば黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、非晶質カーボン等）、金属酸化物、リチウム金属酸化物（Ｌｉ_４Ｔｉ_６Ｏ_１２等）、ポリリン酸化合物などが挙げられる。

また、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５は、正極板１２２と負極板１２３との間に配置される長尺帯状のセパレータであり、第一層１２４ａ、１２５ａと第二層１２４ｂ、１２５ｂとを備えている。

第一層１２４ａ、１２５ａは、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の基材層であり、熱可塑性樹脂を含んだ微多孔性のシートである。

具体的には、第一層１２４ａ、１２５ａとしては、ポリマー、天然繊維、炭化水素繊維、ガラス繊維またはセラミック繊維の織物または不織繊維を有する樹脂多孔膜が用いられる。また、当該樹脂多孔膜は、好ましくは、織物または不織ポリマー繊維を有する。特に、当該樹脂多孔膜は、ポリマー織物またはフリースを有するかまたはこのような織物またはフリースであるのが好ましい。ポリマー繊維としては、好ましくは、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリオレフィン（ＰＯ）が挙げられ、ポリオレフィンとしては、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）またはこのようなポリオレフィンの混合物から選択したポリマーの非電導性繊維があげられる。また、当該樹脂多孔膜は、ポリオレフィン微多孔膜、不織布、紙等であってもよく、好ましくはポリオレフィン微多孔膜である。多孔質ポリオレフィン層としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはこれらの複合膜などを利用することができる。なお、電池特性への影響を考慮すると、第一層１２４ａ、１２５ａの厚みは５〜３０μｍ程度であるのが好ましい。

第二層１２４ｂ、１２５ｂは、第一層１２４ａ、１２５ａ上に配置される、第一層１２４ａ、１２５ａとは材質が異なる層である。本実施の形態では、第二層１２４ｂ、１２５ｂは、第一層１２４ａ、１２５ａ上に塗工された耐熱塗工層である。ここで、耐熱塗工層は、例えば、無機粒子とバインダの混合物または耐熱性樹脂（耐熱粒子）を含む。

具体的には、上記の無機粒子は、下記のうちの一つ以上の無機物の単独もしくは混合体もしくは複合化合物からなる。例えば、酸化鉄、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＢａＴｉＯ_２、ＺｒＯ、アルミナ−シリカ複合酸化物などの酸化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの窒化物微粒子、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウムなどの難溶性のイオン結晶微粒子、シリコン、ダイヤモンドなどの共有結合性結晶微粒子、タルク、モンモリロナイトなどの粘土微粒子、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、セリサイト、ベントナイト、マイカなどの鉱物資源由来物質あるいはそれらの人造物などが上記の無機物として挙げられる。また、上記の無機物は、ＳｎＯ_２、スズ−インジウム酸化物（ＩＴＯ）などの酸化物微粒子、カーボンブラック、グラファイトなどの炭素質微粒子などの導電性微粒子の表面を、電気絶縁性を有する材料（例えば、上記の電気絶縁性の無機粒子を構成する材料）で表面処理することで、電気絶縁性を持たせた微粒子であってもよい。

バインダとしては、特に限定されないが、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、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、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレンあるいはポリカーボネートを挙げることができる。特に電気化学的な安定性の点からは、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸あるいはスチレン-ブタジエンゴムが好ましい。

耐熱性樹脂としては、特に限定されないが、第一層１２４ａ、１２５ａの構成材料よりも軟化点が高い材料である。例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、架橋ポリメチルメタクリレート（架橋ＰＭＭＡ）、架橋ポリスチレン（架橋ＰＳ）、ポリジビニルベンゼン（ＰＤＶＢ）、ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド縮合物などの架橋高分子、熱可塑性ポリイミドなどの耐熱性高分子が挙げられる。これらの有機樹脂（高分子）は、前記例示の材料の混合物、変性体、誘導体、共重合体（ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体）、架橋体（前記の耐熱性高分子の場合）であってもよい。

図４は、電極体の捲回前の構成を示す図である。

図４に示すように、電極体１２０は、捲回される前の状態では、巻芯１２６の外周面に対して第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の端部が粘着テープ１２８によりテープ止めされている。そして、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５のテープ止めされている端部から図４の下側に間隔を空けて正極板１２２および負極板１２３が積層されて配置される。また、正極板１２２および負極板１２３は、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５を介し、長尺帯状の幅方向（捲回軸方向）に互いにずらして積層される。そして、正極板１２２および負極板１２３は、それぞれのずらす方向の端縁部を活物質が塗工されない未塗工領域とすることにより、捲回軸の一端部には、活物質が形成されていない正極基材であるアルミニウム箔が露出し、捲回軸の他端部には、活物質が形成されていない負極基材である銅箔が露出している。このように未塗工領域は、電極体１２０の捲回軸方向の両端に形成される。

第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５は、その端部（テープ止めされている端部）近傍に折り目Ｌ１を有する。折り目Ｌ１は、電極体１２０の捲回方向（つまり、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の長手方向）に沿って形成される。また、折り目Ｌ１は、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の捲回され始める側の端部から所定の長さの範囲に形成される。なお、ここにいう「所定の長さ」とは、例えば、巻芯１２６の外周の半周分の長さであってもよいし、巻芯１２６の外周の一周分の長さであってもよいし、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の捲回され始める側の端部から正極板１２２および負極板１２３とが第一セパレータ１２４または第二セパレータ１２５を挟んで対向し始める領域までの間の距離であってもよい。第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の捲回され始める側の端部から正極板１２２および負極板１２３とが第一セパレータ１２４または第二セパレータ１２５を挟んで対向し始める領域までの間の距離よりも短い長さを「所定の長さ」とした場合、折り目が正極と負極との間の電極反応にほとんど影響を与えないため好ましい。

図５は、図４のセパレータの折り目の近傍を拡大したＶ−Ｖ断面図である。

図５に示すように、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５に形成される折り目Ｌ１の近傍では、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の断面がＶ字形状に折れ曲がっており、かつ、折り目Ｌ１を起点として折りたたまれていない（折り返しがない）状態となっている。具体的には、折り目は、視認もしくは光学顕微鏡、レーザ顕微鏡、電子顕微鏡等の各種顕微鏡による視察で、凹部または凸部を確認可能である部位が捲回方向に沿って連続的（あるいは断続的）に一定長さ以上存在している部位を指す。または、当該部材の断面を見たときに折り目Ｌ１の位置において、折り目Ｌ１の凹部表面から第一セパレータ１２４または第二セパレータ１２５の厚みΔｔと同じ距離にある（つまり、折り目Ｌ１から点Ｐ１までの距離、および、折り目Ｌ１から点Ｐ２までの距離が第一セパレータ１２４または第二セパレータ１２５の厚みΔｔと等しい。）同一面状の２点Ｐ１、Ｐ２（凹部側表面）を結んでできる２直線のなす角度αが１８０度より十分に小さい角度（例えば、１６０度以下等）となる構造を指す。

図６は、捲回装置を示す図である。図７は、図６の圧子のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。図６に示すように、捲回装置４００は、折り目形成部としての上部圧子４０１および下部圧子４０２と、捲回部４０４とを備える。上部圧子４０１には、断面がＶ字形状の凹部４０１ａが幅方向の両端に形成されている。また、下部圧子４０２には、断面がＶ字形状の凹部４０１ａと嵌合する凸部４０２ａが幅方向の両端に形成されている。上部圧子４０１には、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の流れ方向下流側に切断部４０３が設けられている。捲回部４０４は、巻芯１２６にテープ止めされた第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５を、正極板１２２および負極板１２３の間に挟んで積層した状態で、正極板１２２および負極板１２３と共に巻芯１２６を中心として捲回する。

図６の上段の図に示すように、電極体１２０を形成するために、正極板１２２、負極板１２３、第一セパレータ１２４、および第二セパレータ１２５を積層した状態で捲回部４０４が捲回する。そして、捲回が終わったときに、上部圧子４０１および下部圧子４０２が第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５を挟みこんで、圧力をかけることにより、折り目Ｌ１を形成する（図６の中段の図）。さらに、上部圧子４０１および下部圧子４０２により第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５を挟み込んだ状態で、切断部４０３が第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５を切断する（図６の下段の図）。このように、上部圧子４０１および下部圧子４０２によって折り目Ｌ１を第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５に形成した状態で、形成された折り目Ｌ１よりも第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の流れ方向下流側を切断している。つまり、折り目Ｌ１は、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の流れ方向の先頭（捲回し始める側の端部近傍）に形成されることになる。このため、上部圧子４０１および下部圧子４０２の第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の流れ方向下流側に切断部４０３を設けることにより、上部圧子４０１および下部圧子４０２により第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５に折り目Ｌ１を形成しつつ、折り目Ｌ１が形成される位置が第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の捲回し始める側の端部近傍に形成することができる。

上記実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の端部近傍に折り目Ｌ１を有する。このように、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の端部近傍に折り目Ｌ１を設けることにより、折り目Ｌ１近傍から２つの方向に沿った面が形成されることになるため、正極板１２２および負極板１２３と、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５とを複数層積層する際に、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５に捩れや折り込みが発生しにくくすることができる。このため、正極板１２２と負極板１２３とが短絡した状態の電極体１２０を有する蓄電素子１０を製造することを防ぐことができる。

また、上記実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５は複数層がそれぞれ異なる材質により構成されるため、それぞれの熱膨張率が異なる。このため、温度変化により湾曲が起こりやすい。このような第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５であっても、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の端部近傍に折り目Ｌ１を形成しているため、特に正極板１２２および負極板１２３と、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５とを複数層積層する際に、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５に捩れや折り込みが発生することを防ぐことができる。

また、上記実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５に形成される折り目Ｌ１は、捲回され始める側の端部から所定の長さの範囲に形成される。つまり、折り目Ｌ１は、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の正極板１２２と負極板１２３との間以外の領域に設けることになる。また、折り目Ｌ１は、図５に示すように厚み方向に対して凹凸が形成されているため、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の折り目Ｌ１が形成される部分を正極板１２２および負極板１２３によって挟みこむ場合に、正極板１２２および負極板１２３の折り目Ｌ１に対応する位置において正極板１２２および負極板１２３の間隔が開いてしまう。このため、折り目Ｌ１が形成される位置は、電極体１２０の性能に影響を与えやすい。しかしながら、蓄電素子１０の第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５には、正極板１２２と負極板１２３とに影響を与えない位置に折り目Ｌ１を設けているため、電極体の性能にほとんど影響を与えずに、セパレータに捩れや折り込みが発生することを防ぐことができる。

なお、上記実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、折り目Ｌ１は、電極体１２０の捲回方向（つまり、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の長手方向）に沿って形成されているが、この方向に限らずに、第一セパレータ１２４または第二セパレータ１２５を捲回する際の最内周端部の角に向かって延びるように斜めに形成してもよいし、捲回軸方向に沿うように形成しても効果がある。

また、上記実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の長尺帯状の幅方向（捲回軸方向）の中央付近に粘着テープ１２８により巻芯１２６にテープ止めした上で、積層した正極板１２２、負極板１２３、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５を捲回しているがテープ止めに限らずに、巻芯１２６に熱溶着させる形態であってもよい。熱溶着を行う際にセパレータの端部形状が安定しておらず、湾曲が発生していると、湾曲した状態のまま熱溶着されてしまう恐れがある。このような状態で捲回されると、セパレータの捩れが発生しやすくなる。しかし、折り目Ｌ１が第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の端部近傍に設けられることにより、熱溶着時のセパレータ端部形状を安定させることができる。

また、上記実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５に形成される折り目Ｌ１の捲回軸方向における位置は、特に限定されていないが、未塗工領域に対向する位置に形成されることが好ましい。つまり、折り目Ｌ１は、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の捲回され始める側の端部から所定の長さの範囲であって、未塗工領域に対向する位置に形成されることが好ましい。未塗工領域は、ほとんど電極体１２０の性能に影響を与えない領域であるため、未塗工領域に対向する位置に折り目Ｌ１を設けることにより、電極体１２０の性能にほとんど影響を与えずに、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５に捩れや折り込みが発生することを防ぐことができる。なお、この場合の、未塗工領域に対向する位置とは、正極板１２２または負極板１２３の未塗工領域に直接対向していることも含み、また、何らかのシート（正極板１２２、負極板１２３、第一セパレータ１２４または第二セパレータ１２５）を介して対向することも含む。

また、上記実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５に形成される折り目Ｌ１は、捲回軸方向の両端に設けられており、その両方の折り目Ｌ１が捲回軸方向両端の未塗工領域の両方に対向する位置に形成されているが、２つの折り目Ｌ２のうちで一方の折り目Ｌ１のみが未塗工領域に対向するように形成されていてもよい。

また、上記実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５に形成される折り目Ｌ１は、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の捲回され始める側の端部から所定の長さの範囲に形成されるが、これに限らずに、電極体１２０の捲回方向に沿って、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の全体にわたって形成されてもよい。

この場合の製造方法について、図８および図９に基づいて以下に説明する。

図８は、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の搬送ラインの一部に設けられる搬送ロール４１０を搬送方向の側方から視た概略図である。図９は、図８に示す搬送ロール４１０のＩＸ−ＩＸ断面図である。

搬送ロール４１０は、折り目用サポートロール４１１と、保持用ロール４１２とから構成される。搬送ロール４１０は、電極体１２０を捲回する捲回装置へ第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５を搬送するための装置であって、捲回装置の一部として捲回装置に設けられていてもよいし、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５を搬送する搬送ラインの途中に設けられていてもよい。折り目用サポートロール４１１は、図８、９に示すように、半径方向の外側に突出しており、かつ、断面がＶ字形状である凸部４１１ａが形成されている。また、折り目用サポートロール４１１は、１つの保持用ロール４１２に対して２つ設けられており、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の捲回軸方向の両端に対向する位置に配置されている。なお、保持用ロール４１２は１つに限るものではなく２つの折り目用サポートロール４１１に対向する位置にあれば２つ以上であってもよい。

つまり、搬送ロール４１０は、折り目用サポートロール４１１と保持用ロール４１２とが、搬送途中の第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５を挟みこんで、折り目用サポートロール４１１の凸部４１１ａを第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５に押し付けることにより、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の捲回軸方向の両端に、電極体１２０の捲回方向に沿って第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の全体にわたって折り目Ｌ１を形成する装置である。なお、この場合の第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５に形成される折り目Ｌ１は、電極反応に寄与する領域に折り目Ｌ１が設けられることは電極反応に悪影響を与えるおそれがあり好ましくないため、正極板１２２および負極板１２３の少なくとも一方の未塗工領域に対向する位置に形成されることが好ましい。また、折り目Ｌ１は、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の捲回軸方向の両端に設けられるため、第一セパレータ１２４に捩れや折り込みが発生することを抑制できる。さらに、本製造方法では、折り目用サポートロール４１１と保持用ロール４１１との間を第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５を通過させることにより折り目Ｌ１を形成するため、電極体１２０の捲回方向に連続的な折り目Ｌ１を容易に形成することができる。また、折り目用サポートロール４１１を捲回装置の一部または搬送ラインの途中に設けることにより、第一セパレータ１２４および第二セパレータ１２５の捲回方向の全体にわたる折り目を形成することができるため、新たな製造工程のラインを設ける必要がなく、低コストかつ容易に実現できる。

また、上記実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、電極体１２０は、捲回型の電極体が採用されているが、これに限らずに、積層型の電極体であってもよい。

以上、本発明の蓄電素子について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この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本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における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。

本発明の一態様に係る蓄電素子は、セパレータに捩れや折り込みが発生しにくくすることができ、正極と負極とが短絡しにくい構造の蓄電素子等として有用である。

１０蓄電素子
１００容器
１１０ふた板
１２０電極体
１２１捲回体
１２２正極板
１２３負極板
１２４第一セパレータ
１２４ａ、１２５ａ第一層
１２４ｂ、１２５ｂ第二層
１２５第二セパレータ
１２６巻芯
１２７絶縁シート
１２８粘着テープ
１３０正極集電体
１４０負極集電体
２００正極端子
３００負極端子
４００捲回装置
４０１上部圧子
４０１ａ凹部
４０２下部圧子
４０２ａ凸部
４０３切断部
４０４捲回部
４１０搬送ロール
４１１折り目用サポートロール
４１２保持用ロール
Ｌ１折り目
Ｐ１、Ｐ２点
Δｔ厚み
α 角度

Claims

正極および負極と、セパレータとを有し、前記セパレータが前記正極および前記負極の間に配置された状態で捲回された電極体を備え、
前記セパレータは、その捲回開始位置における端部から捲回方向に沿って形成される折り目を有し、かつ、前記折り目を起点として折りたたまれていない状態となっており、
前記折り目は、一方の面側に設けられる谷折り形状と、前記谷折り形状の反対側の面に設けられる、前記谷折り形状に対応した形状の山折り形状とを有する
蓄電素子。
前記電極体は、前記正極および前記負極と２枚の前記セパレータとが積層された状態で捲回されることにより形成され、かつ、前記正極および前記負極の表面に活物質が塗工されていない未塗工領域を有し、
前記折り目は、前記正極および前記負極の少なくとも一方の前記未塗工領域と対向する位置に形成される
請求項１に記載の蓄電素子。
前記セパレータは、第一層と、前記第一層と材質が異なる第二層とにより成る
請求項１又は２に記載の蓄電素子。
前記折り目は、前記端部から所定の長さの範囲に形成され、
前記所定の長さは、前記端部から前記正極および前記負極とが前記セパレータを挟んで対向し始める領域までの間の距離よりも短い
請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
前記折り目は、前記捲回方向に沿って、前記セパレータの全体にわたって形成される
請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
正極および負極と、
セパレータと、
を備え、
前記セパレータは、前記正極および前記負極の間に配置され、
前記正極および前記負極と前記セパレータとは捲回されて、複数層積層された状態であり、
前記セパレータは、その捲回開始位置における端部から捲回方向に沿って形成される折り目を有し、かつ、前記折り目を起点として折りたたまれていない状態となっており、
前記折り目は、一方の面側に設けられる谷折り形状と、前記谷折り形状の反対側の面に設けられる、前記谷折り形状に対応した形状の山折り形状とを有する
電極体。
正極および負極と、セパレータとを有し、前記セパレータが前記正極および前記負極の間に配置され、前記正極および前記負極と前記セパレータとが捲回されて、複数層積層された状態となる電極体を製造する捲回装置であって、
前記セパレータの捲回開始位置における端部から捲回方向に沿って折り目を形成する折り目形成部と、
積層された前記正極および前記負極と、前記セパレータとを、前記セパレータが前記折り目を起点として折りたたまれていない状態で捲回する捲回部と
を備え、
前記折り目形成部が形成する前記折り目は、一方の面側に設けられる谷折り形状と、前記谷折り形状の反対側の面に設けられる、前記谷折り形状に対応した形状の山折り形状とを有する
捲回装置。
正極および負極と、セパレータとを有し、前記セパレータが前記正極および前記負極の間に配置され、前記正極および前記負極と前記セパレータとが捲回されて、複数層積層された状態となる電極体を製造する捲回方法であって、
前記セパレータの捲回開始位置における端部から捲回方向に沿って折り目を形成する折り目形成ステップと、
積層された前記正極および前記負極と、前記セパレータとを、前記セパレータが前記折り目を起点として折りたたまれていない状態で捲回する捲回ステップと
を含み、
前記折り目形成ステップにおいて形成される前記折り目は、一方の面側に設けられる谷折り形状と、前記谷折り形状の反対側の面に設けられる、前記谷折り形状に対応した形状の山折り形状とを有する
捲回方法。