JP7532985B2 - 蓄電セル - Google Patents

Description

本開示は、蓄電セルに関する。

電池を製造する際には、活性化工程が実施される。このとき、電池内部にて発生する副反応等に起因して、ガスが発生することがある。当該ガスが電池内部に留まることは、電池性能の低下の要因となる。下記特許文献１には、電極活物質を含む電極層が、その表面及び／又は内部に配設されたガス流路を有する二次電池用電極が開示される。これにより、下記特許文献１では、ガス等の流体の流動性向上を図っている。下記特許文献１において、電極層は、セパレータに電解質が保持されてなる電解質層と接している。

特開２０１８－９８２１１号公報

セパレータは、通常、樹脂製の多孔質シート、不織布製のシート等である。例えば、電池の内部及び／又は外部に起因した振動等によって、セパレータと、当該セパレータに接触する部材とが互いに擦れることがある。これにより、セパレータにピンホール、破れ等が形成されることがある。この場合、セパレータにおいて破損した箇所にて、正極と負極とが短絡するおそれがある。

例えば上記特許文献１のように、電極層にガス流路が設けられる場合、当該電極層には複数の角が設けられる。このようにセパレータに接触する部材に複数の角が設けられる場合、セパレータが破損しやすくなってしまう。

本開示の目的は、内部における流体の流動性向上と、セパレータの破損抑制とを両立可能な蓄電セルの提供である。

本開示の一側面に係る蓄電セルは、第１集電体と、第１集電体の一方面に設けられた正極活物質層と、を有する正極と、第２集電体と、第２集電体の一方面に設けられた負極活物質層と、を有し、第１方向において正極に積層される負極と、正極と負極との間に配置されたセパレータと、第１方向から見て正極活物質層、負極活物質層及びセパレータを囲むと共に、第１集電体及び第２集電体に接着する封止部と、を備える。負極活物質層は、第１方向において正極活物質層と対向するように配置され、第１集電体と、第２集電体と、封止部とによって蓄電セルの内部空間が設けられ、セパレータは、基材層、基材層の第１面に設けられた第１接着層、及び基材層の第２面に設けられた第２接着層を有し、正極活物質層及び負極活物質層のそれぞれは、第１方向に直交する第２方向における一端及び他端を有し、正極活物質層及び負極活物質層の一方は、第１方向においてセパレータに対向する表面と、第１方向において表面から窪む溝とを有し、溝は、一端から他端まで延在し、第１接着層は、第１方向において溝を有する表面を向いており、表面と溝とによってなされる角部に接着し、第２接着層は、正極活物質層及び負極活物質層の他方に接着する。

上記蓄電セルでは、正極活物質層及び負極活物質層の一方は、第１方向において表面から窪む溝を有している。溝は、正極活物質層及び負極活物質層の一方における一端から他端まで延在する。これにより、蓄電セルの内部空間における電解液及びガス等の流体が溝を流通できるので、当該流体の流動性を向上できる。加えて、セパレータの第１接着層は、第１方向において溝を有する表面を向いており、表面と溝とによってなされる角部に接着し、セパレータの第２接着層は、正極活物質層及び負極活物質層の他方に接着する。これにより、セパレータと、正極活物質層と、負極活物質層とが、蓄電セルの内部にて一体化される。ここで上述したように第１接着層は、表面と溝とによってなされる角部にも接着する。このため、蓄電セルの内部及び／又は外部に起因した振動等が発生したときであっても、セパレータと正極活物質層との擦れ、及びセパレータと負極活物質層との擦れだけでなく、セパレータと上記角部との擦れも抑制できる。したがって、上記蓄電セルによれば、その内部における流体の流動性向上と、セパレータの破損抑制とが両立可能である。

上記蓄電セルは、内部空間に収容されると共に溝を流通可能な電解液をさらに備え、表面と溝とを有する正極活物質層の外縁は、第１方向から見て、負極活物質層の外縁よりも内側に位置し、第１接着層は、第１方向から見た表面の外縁に接着してもよい。この場合、上記表面の外縁に位置する正極活物質層の角と、セパレータとの擦れも抑制できる。このため、セパレータの破損を良好に抑制できる。

セパレータは、第１集電体及び第２集電体のいずれかの集電体に接着し、集電体には、正極活物質層及び負極活物質層のうち硬度が低い方の活物質層が設けられてもよい。この場合、活物質層の角に起因するセパレータの破損を良好に抑制できる。

正極活物質層及び負極活物質層の他方は、第１方向においてセパレータに対向する別の表面と、第１方向において別の表面から窪む別の溝とを有し、別の溝は、一端から他端まで延在し、第２接着層は、別の表面と別の溝とによってなされる別の角部に接着してもよい。この場合、流体の流動性をより向上できる。加えて、セパレータと上記別の角部との擦れも抑制できる。

第１方向から見たセパレータの縁部には、第１接着層の第１端部と、第２接着層の第２端部とが含まれ、縁部は、封止部に接触してもよい。この場合、縁部に含まれる第１端部と第２端部との少なくとも何れかが封止部に接着できる。このため、セパレータの収縮を抑制できる。

本開示によれば、内部における流体の流動性向上と、セパレータの破損抑制とを両立可能な蓄電セルを提供できる。

図１は、一実施形態の蓄電装置を示す概略的な断面図である。 図２の（ａ）～（ｄ）は、一実施形態の蓄電装置の製造方法の各工程を示す断面図である。 図３は、一実施形態の蓄電装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 図５は、第１変形例に係る蓄電装置を示す概略的な断面図である。 図５は、第２変形例に係る蓄電装置を示す概略的な断面図である。 図６は、第２変形例に係る蓄電装置を示す概略的な断面図である。 図７は、第２変形例に係る蓄電装置を示す概略的な断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本開示の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。

図１は、一実施形態の蓄電装置を示す概略的な断面図である。図１に示す蓄電装置１は、例えば、フォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の各種車両のバッテリに用いられる蓄電モジュールである。蓄電装置１は、例えばニッケル水素二次電池又はリチウムイオン二次電池等の二次電池である。蓄電装置１は、電気二重層キャパシタであってもよいし、全固体電池であってもよい。本実施形態では、蓄電装置１がリチウムイオン二次電池である場合を例示する。

蓄電装置１は、複数の蓄電セル２が積層方向（第１方向）にスタック（積層）されたセルスタック５（積層体）を含んで構成されている。各蓄電セル２は、図１に示すように、正極１１と、負極１２と、セパレータ１３と、封止部１４とを備える。正極１１は、第１集電体２０と、第１集電体２０の一方面２０ａに設けられた正極活物質層２２とを備える。正極１１は、例えば積層方向から見て矩形状の電極である。負極１２は、第２集電体２１と、第２集電体２１の一方面２１ａに設けられた負極活物質層２３とを備える。負極１２は、例えば積層方向から見て矩形状の電極である。負極１２は、負極活物質層２３が積層方向において正極活物質層２２と対向するように配置されている。本実施形態では、正極活物質層２２及び負極活物質層２３は、いずれも積層方向から見て矩形状に塗工されている。負極活物質層２３は、正極活物質層２２よりも一回り大きく形成されている。積層方向から見て、正極活物質層２２の塗工領域の全体が負極活物質層２３の塗工領域内に位置している。換言すると、正極活物質層２２の外縁２２ｆは、第１方向から見て、負極活物質層２３の外縁２３ｂよりも内側に位置する。

第１集電体２０は、一方面２０ａとは反対側の面である他方面２０ｂを有する。他方面２０ｂには、正極活物質層２２が塗工されていない。第２集電体２１は、一方面２１ａとは反対側の面である他方面２１ｂを有する。他方面２１ｂには、負極活物質層２３が塗工されていない。第１集電体２０の他方面２０ｂと第２集電体２１の他方面２１ｂとが互いに接するように、蓄電セル２がスタックされることによって、セルスタック５が構成される。これにより、複数の蓄電セル２が電気的に直列に接続される。セルスタック５では、積層方向に沿って互いに隣り合う蓄電セル２，２においては、一方の蓄電セル２の第１集電体２０と、他方の蓄電セル２の第２集電体２１とが互いに接する。セルスタック５では、これらの第１集電体２０及び第２集電体２１を電極体とする疑似的なバイポーラ電極１０が形成される。積層方向の一端には、終端電極として第１集電体２０が配置される。積層方向の他端には、終端電極として第２集電体２１が配置される。

第１集電体２０及び第２集電体２１のそれぞれは、導電性を示す板状部材である。第１集電体２０及び第２集電体２１のそれぞれは、例えば、金属、合金、導電性樹脂、及び導電性セラミックスの少なくとも一つを含む。金属を含む板状部材の一種である金属箔は、例えば、銅箔、アルミニウム箔、チタン箔、もしくはニッケル箔である。機械的強度を確保する観点から、第１集電体２０及び第２集電体２１のそれぞれは、ステンレス鋼箔（例えばＪＩＳ Ｇ ４３０５：２０１５にて規定されるＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４等）であってもよい。第１集電体２０及び第２集電体２１のそれぞれは、上記金属の合金箔であってもよい。第１集電体２０が合金箔である場合（すなわち、第１集電体２０がアルミニウム箔ではない場合）、その表面にアルミニウムが被覆されていてもよい。第２集電体２１が合金箔である場合（すなわち、第２集電体２１が銅箔ではない場合）、その表面に銅等の金属が被覆されていてもよい。すなわち、第２集電体２１の表面は、銅等の金属を含んでもよい。第１集電体２０及び／または第２集電体２１として箔状の集電体を用いる場合、その厚みは、例えば、１μｍ～１００μｍとしてよい。

正極活物質層２２は、リチウムイオン等の電荷担体を吸蔵及び放出し得る正極活物質を含む。正極活物質としては、リチウム複合金属酸化物、金属酸化物、ポリアニオン系化合物など、リチウムイオン二次電池の正極活物質として使用可能なものを採用すればよい。また、２種以上の正極活物質を併用してもよい。本実施形態において、正極活物質層２２は複合酸化物としてのオリビン型リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）を含む。

正極活物質層２２は、積層方向においてセパレータ１３に対向する表面２２ａと、積層方向において表面２２ａから窪む溝２２ｂとを有する。溝２２ｂは、積層方向に直交する所定方向（以下、「第２方向」と称する）における正極活物質層２２の一端から他端（不図示）まで延在する。本実施形態では、溝２２ｂの底面は、第１集電体２０によって形成される。このため、正極活物質層２２は、溝２２ｂによって２つの部分２２ｃ，２２ｄ（第１正極活物質部分及び第２正極活物質部分）に分断される。積層方向において、溝２２ｂは、第１集電体２０の中心に重なっているが、これに限られない。また、積層方向において溝２２ｂは、負極活物質層２３に重なっている。第２方向から見て、溝２２ｂは、略矩形状を呈するが、これに限られない。正極活物質層２２の容量を確保する観点から、溝２２ｂの幅は、正極活物質層２２の幅の１０％以下でもよいし、５％以下でもよいし、３％以下でもよい。なお、溝２２ｂは、積層方向から見て直線状に延在しているが、これに限られない。溝２２ｂは、例えば蛇行してもよいし、分岐してもよい。

正極活物質層２２には、正極活物質のほか、結着剤及び導電助剤が含まれ得る。結着剤は、活物質又は導電助剤を互いに繋ぎ、電極中の導電ネットワークを維持する役割を果たす。導電助剤は、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等である。

負極活物質層２３は、例えば黒鉛、人造黒鉛等のカーボン、金属化合物、リチウムと合金化可能な元素もしくはその化合物、ホウ素添加炭素等の負極活物質を含んで構成されている。本実施形態において、負極活物質層は炭素系材料としての黒鉛を含む。負極活物質層２３は、積層方向においてセパレータ１３に対向する表面２３ａ（別の表面）を有する。

本実施形態では、負極活物質層２３の硬度は、正極活物質層２２の硬度よりも低い。正極活物質層２２及び負極活物質層２３の硬度は、例えば、材料、目付量、空隙率等によって決まる。正極活物質層２２及び負極活物質層２３の硬度は、ビッカース硬さもしくはヌープ硬さであり、例えばＪＩＳ（日本産業規格）もしくはＩＳＯ（国際標準化機構）に定められた手法に準じて測定される。

セパレータ１３は、対向する正極１１と負極１２とを隔離して両極の接触による短絡を防止しつつ、電荷担体を通過させる部材であり、例えばシート状に形成されている。セパレータ１３は、蓄電セル２をスタックした際に隣り合うバイポーラ電極１０，１０間の短絡を防止する。セパレータ１３は、基材層１３ａと、基材層１３ａの第１面１３ａａに設けられた第１接着層１３ｂと、基材層１３ａの第２面１３ａｂに設けられた第２接着層１３ｃとを有する。セパレータ１３は、積層方向において正極活物質層２２及び負極活物質層２３の少なくとも一方に重なる本体部１３ｄと、積層方向から見て正極活物質層２２及び負極活物質層２３に重ならない縁部１３ｅとを有する。本体部１３ｄは、積層方向から見て略矩形状を呈する。縁部１３ｅは、積層方向から見て本体部１３ｄを囲うように設けられ、略矩形枠形状を呈する。縁部１３ｅは、第１集電体２０に向かって湾曲し、第２集電体２１に対して離間する。本実施形態では、セパレータ１３は、積層方向に直交する水平方向において、封止部１４まで延在する部材である。よって、縁部１３ｅの少なくとも一部は、封止部１４に接触する。

基材層１３ａは、その内部に複数の孔が形成された多孔質体である。基材層１３ａを構成する材料としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂からなる多孔質フィルムが用いられる。本実施形態では、基材層１３ａを構成する材料は、ポリプロピレン或いはメチルセルロース等からなる織布又は不織布等である。

第１接着層１３ｂと第２接着層１３ｃとのそれぞれは、第１集電体２０、第２集電体２１及び封止部１４の少なくとも一つに接着する層である。第１接着層１３ｂは、積層方向において正極活物質層２２の表面２２ａを向いており、正極活物質層２２に接着する。本実施形態では、第１接着層１３ｂは、正極活物質層２２の表面２２ａ、当該表面２２ａと溝２２ｂとによってなされる角部２２ｅ、並びに、積層方向から見た表面２２ａの外縁２２ｆに接着する。上述したように、縁部１３ｅは、第１集電体２０に向かって湾曲する。このため、縁部１３ｅは、外縁２２ｆに位置する正極活物質層２２の角に密着し得る。第２接着層１３ｃは、負極活物質層２３に接着される。本実施形態では、第２接着層１３ｃは、負極活物質層２３の表面２３ａ、並びに、積層方向から見た表面２３ａの外縁２３ｂに接着する。セパレータ１３の縁部１３ｅには、第１接着層１３ｂの一部（第１端部１３ｆ）が含まれる。第１端部１３ｆは、封止部１４に接触及び接着する。

封止部１４は、正極１１及び負極１２との間の空間Ｓ（内部空間）を封止する樹脂製の部材であり、電気絶縁性を有している。封止部１４は、積層方向から見て矩形の枠状をなしており、正極活物質層２２、負極活物質層２３、及びセパレータ１３を囲んでいる。封止部１４は、第１集電体２０及び第２集電体２１に接着することで空間Ｓを形成する。封止部１４は、第２集電体２１の縁部２１ｅに溶着されている。封止部１４は、第１集電体２０の縁部２０ｅに溶着されてもよい。本実施形態では、セルスタック５の積層方向に配列された複数の封止部１４が一体化されて封止体１４ａを形成している。封止体１４ａは、セルスタック５の積層方向の一端に配置された第１集電体２０から積層方向の他端に配置された第２集電体２１まで積層方向に延在している。封止体１４ａは筒状の部材である。このような封止体１４ａは、後述するように、複数の樹脂枠２５同士を溶着することによって形成される（図２参照）。

封止部１４を構成する樹脂材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、変性ポリプロピレン（変性ＰＰ）、及びアクリロニトリルスチレン（ＡＳ）樹脂が挙げられる。第１集電体２０と、第２集電体２１と、封止部１４とによって設けられる空間Ｓには、図示しない電解液が収容されている。電解液は、例えばカーボネート系又はポリカーボネート系の電解液である。電解液に含まれる支持塩は、例えばリチウム塩である。リチウム塩は、例えば、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）_２、若しくは、これらの混合物である。本実施形態では、電解液は、正極活物質層２２の溝２２ｂを流通可能である。

封止部１４の表面（外周面）には金属層１５が形成されてもよい。金属層１５は、セルスタック５の積層方向の一端に配置された第１集電体２０から積層方向の他端に配置された第２集電体２１まで積層方向に延在している。金属層１５は、例えば接着層１６により封止部１４の表面にラミネートされてもよいし、接着層１６を介さずに封止部１４の表面に接触するように形成されてもよい。その場合、例えば蒸着により金属層１５を形成してもよいし、金属箔を封止部１４の表面に溶着することによって金属層１５を形成してもよい。金属層１５の表面に樹脂層１７を更に形成してもよい。

本実施形態では、第１集電体２０の一方面２０ａが、セパレータ１３の第１接着層１３ｂに接着された接着面２０ａａを有する。より具体的には、一方面２０ａは、第１接着層１３ｂの第１端部１３ｆに接着される接着面２０ａａを有する。第１集電体２０の一方面２０ａは、正極活物質層２２が塗工された塗工領域と、正極活物質層２２が塗工されていない非塗工領域とを含む。非塗工領域は、塗工領域の周囲に設けられ、接着面２０ａａを含む。一方、セパレータ１３の縁部１３ｅは、第２集電体２１に対して離間している。封止部１４は、セパレータ１３の縁部１３ｅにおける第２接着層１３ｃに接着されてもよい。セパレータ１３の縁部１３ｅは、接着面２０ａａと封止部１４との間に挟まれている。また、セパレータ１３の縁部１３ｅは、封止部１４に埋め込まれている。この場合、セパレータ１３の縁部１３ｅが第１集電体２０と封止部１４とによって固定されるので、セパレータ１３の収縮が良好に抑制される。また、セパレータ１３の縁部１３ｅと第２集電体２１との離間状態が、良好に維持される。

図２の（ａ）～（ｄ）及び図３は、一実施形態の蓄電装置の製造方法の各工程を示す断面図である。蓄電装置１は例えば以下のようにして製造され得る。

（正極ユニットの準備）
まず、図２の（ａ）に示されるように、正極ユニットＵ１を準備する。正極ユニットＵ１は、第１集電体２０と第１集電体２０の一方面２０ａに設けられた正極活物質層２２とを有する正極１１を有する。正極活物質層２２は、例えばローラ等により一方面２０ａに正極活物質を塗工することによって形成される。例えば、分散液にて分散されるスラリー状もしくは粘土状の正極活物質が用いられる。本実施形態では、正極活物質層２２の形成を促進する観点から、正極活物質は、粘土状である。正極活物質層２２に含まれる部分２２ｃ，２２ｄは、同時に形成されてもよいし、異なるタイミングにて形成されてもよい。前者の場合、例えば、凹部が設けられたローラ等を用いる。このとき、ローラ表面のうち凹部上に正極活物質が配置されない状態にて、正極活物質を一方面２０ａに間欠塗工する。これにより、一方面２０ａ上に部分２２ｃ，２２ｃを同時に塗工する。もしくは、連続した１つの正極活物質層２２の一部を除去することによって、部分２２ｃ，２２ｄを形成してもよい。後者の場合、例えば、部分２２ｃ，２２ｄの一方を塗工した後、部分２２ｃ，２２ｄの他方を塗工する。

本実施形態では、正極ユニットＵ１は、第１集電体２０の一方面２０ａ上に設けられたセパレータ１３を有する。セパレータ１３は、正極活物質層２２を覆うように配置される。セパレータ１３は、基材層１３ａと、基材層１３ａの第１面１３ａａに設けられた第１接着層１３ｂと、基材層１３ａの第２面１３ａｂに設けられた第２接着層１３ｃとを有する。セパレータ１３の縁部１３ｅにおける第１接着層１３ｂは、第１集電体２０の一方面２０ａに対向するように配置される。セパレータ１３の縁部１３ｅにおける第１接着層１３ｂの第１端部１３ｆは、第１集電体２０の一方面２０ａに接着されてもよい。本工程において、セパレータ１３の第１接着層１３ｂ及び第２接着層１３ｃに熱硬化性接着剤が含まれる場合、熱硬化性接着剤は未硬化であるが、第１集電体２０の一方面２０ａに対して接着性を有する。なお、第１端部１３ｆの全体が一方面２０ａに接着されてもよいし、第１端部１３ｆの一部が一方面２０ａに接着されてもよい。後者の場合、例えばスポット溶着等にて第１端部１３ｆの一部が一方面２０ａに接着されてもよい。

（負極ユニットの準備）
また、図２の（ｂ）に示されるように、負極ユニットＵ２（第２電極ユニット）を準備する。負極ユニットＵ２は、第２集電体２１と第２集電体２１の一方面２１ａに設けられた負極活物質層２３（第２活物質層）とを有する負極１２（第１電極と異なる極性を有する第２電極）と、第２集電体２１の縁部２１ｅに溶着された樹脂枠２５とを有する。

負極ユニットＵ２の準備は、正極ユニットＵ１の準備前に行われてもよいし、正極ユニットＵ１の準備後に行われてもよいし、正極ユニットＵ１の準備と同時に行われてもよい。

正極ユニットＵ１はセパレータ１３を有していなくてもよい。その場合、セパレータ１３は、後述の正極ユニット及び負極ユニットの積層工程において、正極ユニットＵ１と負極ユニットＵ２との間に配置されてもよい。

（正極ユニット及び負極ユニットの積層）
次に、図２の（ｃ）に示されるように、負極活物質層２３がセパレータ１３を挟んで正極活物質層２２と対向するように正極ユニットＵ１と負極ユニットＵ２とを交互に積層する。セパレータ１３の縁部１３ｅは、第１集電体２０の一方面２０ａと樹脂枠２５との間に配置される。セパレータ１３の縁部１３ｅにおける第１接着層１３ｂは第１集電体２０の一方面２０ａに対向する。セパレータ１３の縁部１３ｅにおける第２接着層１３ｃは樹脂枠２５に対向する。複数の樹脂枠２５は、正極ユニットＵ１及び負極ユニットＵ２の積層方向において互いに離間して配列される。

（封止部の形成）
次に、図２の（ｄ）に示されるように、正極ユニットＵ１及び負極ユニットＵ２の積層方向において隣り合う樹脂枠２５同士を溶着することによって、正極１１と負極１２との間の空間Ｓを封止する樹脂製の封止部１４を形成する。例えば、各樹脂枠２５の外周面２５ｓに熱板を押し当てる、もしくは、一方の終端電極に相当する第１集電体２０の縁部と他方の終端電極に相当する第２集電体２１の縁部とに熱板を押し当てることによって、隣り合う樹脂枠２５同士を溶着する。このとき、図示しないが、封止部１４には、各蓄電セル２に対応する開口部が設けられる。開口部は、対応する蓄電セル２の空間Ｓに連通する部分であり、電解液及びガス等の流体の流路として機能する。空間Ｓ内にて流体を良好に流通させる観点から、開口部は、第２方向において溝２２ｂに重なってもよい。封止部１４の形成後、各蓄電セル２に電解液を注液する。例えば、減圧下にて各蓄電セル２の正極活物質層２２、負極活物質層２３及びセパレータ１３に電解液を含浸させる。

（蓄電装置の充放電）
次に、図３に示されるように、正極１１と負極１２とセパレータ１３とを含む蓄電装置１の充放電を行う（活性化工程）。本実施形態では、正極１１と負極１２とセパレータ１３とを積層方向において拘束した状態で、充放電を行うが、拘束を行わずに充放電を行ってもよい。積層方向において、一対の拘束部材３０間に蓄電装置１を挟むことによって蓄電装置１を拘束する。一方の拘束部材３０と積層方向の一端に配置された第１集電体２０との間には、第１集電体２０に電気的に接続された正極集電板４０が配置される。正極集電板４０と一方の拘束部材３０との間には絶縁板４１が配置される。他方の拘束部材３０と積層方向の他端に配置された第２集電体２１との間には、第２集電体２１に電気的に接続された負極集電板５０が配置される。負極集電板５０と他方の拘束部材３０との間には絶縁板５１が配置される。

蓄電装置１の充放電（初期充放電）は、例えば一対の拘束部材３０によって拘束された蓄電装置１を恒温槽内に配置し、正極集電板４０と負極集電板５０との間に電流を流すことによって行われる。このとき、電解液の流出を抑制する観点から、封止部１４に形成される開口部（不図示）は上側に配置される。蓄電装置１の充放電中における副反応等によって、蓄電セル２の空間Ｓにガスが発生することがある。このガスは、上記開口部を介して空間Ｓから排出される。

活性化工程の後、一対の拘束部材３０による拘束を解除し、蓄電装置１を取り出す。そして、封止部１４の開口部を塞ぐ。その後、金属層１５を、例えば接着層１６により封止部１４の表面にラミネートしてもよい。さらに、金属層１５の表面に樹脂層１７を形成してもよい。上記開口部は、接着層１６に埋められることによって封止されてもよい。このようにして、蓄電装置１を製造することができる。

以上に説明した本実施形態の蓄電セル２では、正極活物質層２２は、積層方向においてその表面２２ａから窪む溝２２ｂを有している。この溝２２ｂは、第２方向における正極活物質層２２の一端から他端まで延在する。これにより、蓄電セル２の空間Ｓにおける電解液及びガス等の流体が溝２２ｂを流通できるので、当該流体の流動性を向上できる。加えて、セパレータ１３の第１接着層１３ｂは正極活物質層２２に接着し、セパレータ１３の第２接着層１３ｃは負極活物質層２３に接着する。これにより、セパレータ１３と、正極活物質層２２と、負極活物質層２３とが、蓄電セル２の内部にて一体化される。ここで第１接着層１３ｂは、正極活物質層２２の表面２２ａと、積層方向において表面２２ａから窪む溝２２ｂとによってなされる角部２２ｅにも接着する。このため、蓄電セル２の内部及び／又は外部に起因した振動が発生したときであっても、セパレータ１３と正極活物質層２２との擦れ、及び、セパレータ１３と負極活物質層２３との擦れに加えて、セパレータ１３と角部２２ｅとの擦れも抑制できる。したがって、蓄電セル２によれば、内部の流体の流動性向上と、セパレータ１３の破損抑制とが両立可能である。

本実施形態では、蓄電セル２は、空間Ｓに収容されると共に溝２２ｂを流通可能な電解液を備え、表面２２ａと溝２２ｂとを有する正極活物質層２２の外縁２２ｆは、積層方向から見て、負極活物質層２３の外縁２３ｂよりも内側に位置し、第１接着層１３ｂは、積層方向から見た正極活物質層２２の表面２２ａの外縁２２ｆに接着する。このため、表面２２ａの外縁２２ｆに位置する正極活物質層２２の角と、セパレータ１３との擦れも抑制できる。よって、セパレータ１３の破損を良好に抑制できる。

本実施形態では、積層方向から見たセパレータ１３の縁部１３ｅには、第１接着層１３ｂの第１端部１３ｆが含まれ、縁部１３ｅは、封止部１４に接触する。このため、縁部１３ｅに含まれる第１端部１３ｆが封止部に接着できる。よって、セパレータ１３の収縮を抑制できる。

本実施形態では、負極活物質層２３の硬度は、正極活物質層２２の硬度よりも低く、セパレータ１３の縁部１３ｅは、第１集電体２０に接触する。このため、正極活物質層２２の外縁２２ｆにセパレータ１３が密着できるので、正極活物質層２２に起因したセパレータ１３の破損を良好に抑制できる。

本実施形態では、正極活物質層２２は、溝２２ｂによって分断される部分２２ｃ，２２ｄを有する。このため、溝２２ｂの断面積を確保できるので、蓄電セル２の内部における流体の流動性を良好に向上できる。

本実施形態では、第１接着層１３ｂと第２接着層１３ｃとのそれぞれは、第１集電体２２０、第２集電体２１及び封止部１４の少なくとも一つに接着する。このため、セパレータ１３の収縮を抑制できる。

本実施形態では、第２集電体２１の表面は、金属を含み、セパレータ１３は、積層方向において正極活物質層２２及び負極活物質層２３に重ならない縁部１３ｅを有し、縁部１３ｅは、第２集電体２１に対して離間し、第１接着層１３ｂにおいて縁部１３ｅに含まれる第１端部１３ｆは、第１集電体２０に接着し得る。この場合、第２集電体２１の表面に含まれる金属に起因するセパレータ１３の性能劣化等を抑制できる。例えば、第２集電体２１の表面に銅（Ｃｕ）が含まれる場合、銅（Ｃｕ）がセパレータ１３に含まれる樹脂に拡散しやすい。この場合、セパレータ１３の性能が劣化しやすくなる。これに対して本実施形態では、セパレータ１３が第２集電体２１に離間することによって、上述した作用効果が奏される。

以下では、上記実施形態の変形例について説明する。以下の変形例において、上記実施形態と重複する箇所の説明は省略する。したがって以下では、上記実施形態と異なる箇所を主に説明する。

図４は、第１変形例に係る蓄電装置を示す概略的な断面図である。図４に示されるように、第１変形例に係る蓄電装置１Ａに含まれる正極活物質層２２Ａは、溝２２ｇによって分断されていない。このため、溝２２ｇは、正極活物質層２２Ａによって画成される。すなわち、溝２２ｇの両側面及び底面は、正極活物質層２２Ａによって形成される。溝２２ｇは、積層方向において正極活物質層２２Ａの表面２２ａから窪み、且つ、第２方向における正極活物質層２２Ｂの一端から他端まで延在する。溝２２ｇは、積層方向において負極活物質層２３に重なる。第２方向から見て、溝２２ｇは、略矩形状を呈するが、これに限られない。溝２２ｇの幅は、正極活物質層２２Ａの幅の１０％以下でもよいし、５％以下でもよいし、３％以下でもよい。積層方向における溝２２ｇの深さは、例えば、積層方向における正極活物質層２２Ａの厚さの５０％以上９０％以下である。

以上に説明した第１変形例においても、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて、第１変形例においては、溝２２ｇが設けられることによる正極活物質層２２Ａの容量低下を抑制できる。

図５は、第２変形例に係る蓄電装置を示す概略的な断面図である。図５に示されるように、蓄電装置１Ｂは、セパレータ１３の縁部１３ｅが、第１集電体２０の一方面２０ａではなく、第２集電体２１の一方面２１ａに接着されている。このため、セパレータ１３の縁部１３ｅは、第１集電体２０に対して離間し、第２集電体２１に向かって湾曲する。すなわち、蓄電装置１Ｂは、図１の蓄電装置１において正極１１と負極１２とを入れ替えた構成を備える。蓄電装置１Ｂでは、第２集電体２１の一方面２１ａが、セパレータ１３の縁部１３ｅにおける第２接着層１３ｃに接着された接着面２１ａａを有する。換言すると、セパレータ１３の縁部１３ｅには、第２接着層１３ｃの一部（第２端部１３ｇ）が含まれ、且つ、一方面２１ａは、第２端部１３ｇに接着される接着面２１ａａを有する。セパレータ１３の縁部１３ｅにおける第１接着層１３ｂは、封止部１４に接着されてもよい。

以上に説明した第２変形例においても、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて第２変形例においては、縁部１３ｅの一部が、積層方向から見た負極活物質層２３の表面２３ａの外縁２３ｂに接触する。ここで、第２変形例では上記実施形態と同様に、負極活物質層２３の硬度は、正極活物質層２２の硬度よりも低い。このため第２変形例では、セパレータ１３は、第１集電体２０及び第２集電体２１のうち、硬度が低い方の活物質層である負極活物質層２３が設けられる第２集電体２１に接着する。これにより、縁部１３ｅにおいて外縁２３ｂに接触する部分には、応力が集中しにくくなる。したがって、当該一部が破損しにくくなる。

第２変形例において、蓄電装置１Ｂは、蓄電装置１と同様の方法により製造され得る。例えば、正極ユニットの準備工程では、正極１１と樹脂枠２５とを含む正極ユニットを準備する。負極ユニットの準備工程では、負極１２とセパレータ１３とを含む負極ユニットを準備する。その後、正極ユニット及び負極ユニットの積層を行う。

図６は、第３変形例に係る蓄電装置を示す概略的な断面図である。図６に示されるように、蓄電装置１Ｃは、セパレータ１３の縁部１３ｅが、第１集電体２０及び第２集電体２１に対して離間し、且つ、封止部１４に接着する。蓄電装置１Ｃでは、セパレータ１３の第１接着層１３ｂと第２接着層１３ｃとのそれぞれが、封止部１４に接着する。具体的には、第１接着層１３ｂのうち縁部１３ｅに含まれる第１端部１３ｆと、第２接着層１３ｃのうち縁部１３ｅに含まれる第２端部１３ｇとのそれぞれが、封止部１４に接着する。

以上に説明した第３変形例においても、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて、セパレータ１３が正極活物質層２２及び負極活物質層２３の角に押し付けられにくくなるので、セパレータ１３の破損を良好に抑制できる。

図７は、第４変形例に係る蓄電装置を示す概略的な断面図である。図７に示されるように、蓄電装置１Ｄに含まれる負極活物質層２３Ａには、積層方向において溝２２ｂに重なる溝２３ｅ（別の溝）が設けられる。溝２３ｅは、第２方向における負極活物質層２３Ａの一端から他端まで延在する。溝２３ｅの底面は、第２集電体２１によって形成される。このため、負極活物質層２３Ａは、溝２３ｅによって２つの部分２３ｃ，２３ｄに分断される。積層方向において、溝２３ｅは、第２集電体２１の中心に重なっているが、これに限られない。第２方向から見て、溝２３ｅは、略矩形状を呈するが、これに限られない。溝２３ｅは、積層方向において溝２２ｂに完全に重なる。このため、積層方向において、溝２３ｅは、正極活物質層２２に重ならない。第２接着層１３ｃは、負極活物質層２３Ａの表面２３ａと溝２３ｅとによってなされる角部２３ｆ（別の角部）に接着する。

以上に説明した第４変形例においても、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。また、溝２２ｂ，２３ｅが設けられるので、流体の流動性をより向上できる。加えて、第２接着層１３ｃが角部２３ｆに接着することによって、セパレータ１３と角部２３ｆとの擦れも抑制できる。

以上、本開示の好適な実施形態及び各変形例について詳細に説明されたが、本開示は上記実施形態及び上記変形例に限定されない。上記実施形態と上記変形例とは、適宜組み合わされてもよい。例えば、上記第１変形例と上記第２変形例もしくは上記第３変形例とは、互いに組み合わされてもよい。また、上記実施形態と上記第１変形例と上記第４変形例とは、互いに組み合わされてもよい。この場合、例えば、負極活物質層に設けられる溝の底面が負極活物質層によって形成されてもよい。

上記実施形態及び上記変形例では、セパレータの第１面の全体に第１接着層が形成されるが、これに限られない。例えば、第１接着層は、少なくともセパレータの第１面と正極活物質層の角との間に設けられてもよい。この場合であっても、セパレータと正極活物質層の角との擦れを良好に抑制できる。同様に、第２接着層は、少なくともセパレータの第２面と負極活物質層の角との間に設けられてもよい。この場合であっても、セパレータと負極活物質層の角との擦れを良好に抑制できる。

上記実施形態及び上記変形例では、正極活物質層には１つの溝が設けられるが、これに限られない。例えば、正極活物質層には、複数の溝が設けられてもよい。この場合、蓄電セルの内部空間における流体の流動性を良好に向上できる。

上記実施形態及び上記変形例では、第１接着層は、基材層の第１面の全面に設けられてもよい。同様に、第２接着層は、基材層の第２面の全面に設けられる。また上記実施形態及び上記変形例では、セパレータの基材層は樹脂から構成されるが、これに限られない。基材層は、例えば、多孔質セラミックス層等でもよい。すなわち、基材層は、樹脂以外の物質によって形成されてもよい。

上記実施形態及び上記変形例では、封止部の外周面には金属層が形成されるが、これに限られない。例えば、封止部の外周面には絶縁層の最外膜が設けられてもよい。最外膜は、各封止部の外表面を覆う部材である。これにより、当該外側面における絶縁性を向上可能である。最外膜は、例えば、上記外側面に塗料を塗布した後に当該塗料を乾燥することによって、形成される。当該塗料は、例えば絶縁性の合成樹脂が有機溶媒に溶解されたもの等である。

上記実施形態、上記第１変形例及び上記第４変形例では、第１集電体はセパレータの第１接着層に接着しているが、これに限られない。例えば、第１集電体は、セパレータの第１面に接触してもよい。また、封止部はセパレータの第２接着層に接着しているが、これに限られない。例えば、封止部は、セパレータの第２面に接触してもよい。

上記第２変形例では、第２集電体はセパレータの第２接着層に接着しているが、これに限られない。例えば、第２集電体は、セパレータの第２面に接触してもよい。また、封止部はセパレータの第１接着層に接着しているが、これに限られない。例えば、封止部は、セパレータの第１面に接触してもよい。

上記第３変形例では、第１接着層及び第２接着層が封止部に接着しているが、これに限られない。例えば、第１接着層及び第２接着層の一方が封止部に接着してもよい。また、セパレータと封止部とは、接着層を介さずに接着してもよい。例えば、セパレータと封止部とが相溶してもよいし、セパレータが封止部に対して溶着してもよいし、封止部がセパレータに対して溶着してもよい。このとき、セパレータの縁部が、封止部に埋め込まれてもよい。これらの場合、セパレータの収縮を良好に抑制できる。加えて、上記第３変形例にて、セパレータの縁部には余剰部分が存在してもよい。この場合であっても、縁部は、第１集電体及び第２集電体に対して離間することが好ましい。

１，１Ａ～１Ｄ…蓄電装置、２…蓄電セル、５…セルスタック、１１…正極、１２…負極、１３…セパレータ、１３ａ…基材層、１３ａａ…第１面、１３ａｂ…第２面、１３ｂ…第１接着層、１３ｃ…第２接着層、１３ｅ，２０ｅ，２１ｅ…縁部、１３ｆ…第１端部、１３ｇ…第２端部、１４…封止部、１５…金属層、２０…第１集電体、２０ａ，２１ａ…一方面、２０ｂ，２１ｂ…他方面、２０ａａ，２１ａａ…接着面、２１…第２集電体、２２，２２Ａ…正極活物質層、２２ａ…表面、２２ｂ，２２ｇ…溝、２２ｃ，２２ｄ…部分、２２ｅ…角部、２２ｆ…外縁、２３，２３Ａ…負極活物質層、２３ａ…表面（別の表面）、２３ｂ…外縁、２３ｅ…溝（別の溝）、２３ｆ…角部（別の角部）、２５…樹脂枠、３０…拘束部材、Ｓ…空間、Ｕ１…正極ユニット、Ｕ２…負極ユニット。

Claims (3)

1. 第１集電体と、前記第１集電体の一方面に設けられた正極活物質層と、を有する正極と、
   第２集電体と、前記第２集電体の一方面に設けられた負極活物質層と、を有し、第１方向において前記正極に積層される負極と、
   前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、
   前記第１方向から見て前記正極活物質層、前記負極活物質層及び前記セパレータを囲むと共に、前記第１集電体及び前記第２集電体に接着する封止部と、
   を備える蓄電セルであって、
   前記負極活物質層は、前記第１方向において前記正極活物質層と対向するように配置され、
   前記第１集電体と、前記第２集電体と、前記封止部とによって前記蓄電セルの内部空間が設けられ、
   前記セパレータは、基材層、前記基材層の第１面に設けられた第１接着層、及び前記基材層の第２面に設けられた第２接着層を有し、
   前記正極活物質層及び前記負極活物質層のそれぞれは、前記第１方向に直交する第２方向に沿った一端及び他端を有し、
   前記正極活物質層及び前記負極活物質層の一方は、前記第１方向において前記セパレータに対向する表面と、前記第１方向において前記表面から窪む溝とを有し、
   前記溝は、前記一端から前記他端まで延在し、
   前記第１接着層は、前記第１方向において前記溝を有する前記表面を向いており、前記表面と前記溝とによってなされる角部に接着し、
   前記第２接着層は、前記正極活物質層及び前記負極活物質層の他方に接着し、
   前記セパレータは、前記第１集電体及び前記第２集電体のいずれかの集電体に接着し、
   前記集電体には、前記正極活物質層及び前記負極活物質層のうち硬度が低い方の活物質層が設けられ、
   前記正極活物質層及び前記負極活物質層の他方は、前記第１方向において前記セパレータに対向する別の表面と、前記第１方向において前記別の表面から窪む別の溝とを有し、
   前記別の溝は、前記一端から前記他端まで延在し、
   前記第２接着層は、前記別の表面と前記別の溝とによってなされる別の角部に接着する、
   蓄電セル。
2. 前記内部空間に収容されると共に前記溝を流通可能な電解液をさらに備え、
   前記表面と前記溝とを有する前記正極活物質層の外縁は、前記第１方向から見て、前記負極活物質層の外縁よりも内側に位置し、
   前記第１接着層は、前記第１方向から見た前記表面の外縁に接着する、請求項１に記載の蓄電セル。
3. 前記第１方向から見た前記セパレータの縁部には、前記第１接着層の第１端部と、前記第２接着層の第２端部とが含まれ、
   前記縁部は、前記封止部に接着する、請求項１または２に記載の蓄電セル。

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