特開 2022-22899 蓄電装置の製造方法及び蓄電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022022899

(43)【公開日】2022-02-07

(54)【発明の名称】蓄電装置の製造方法及び蓄電装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/04 20060101AFI20220131BHJP

   H01M 50/183 20210101ALI20220131BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20220131BHJP

   H01G 11/84 20130101ALI20220131BHJP

   H01G 11/80 20130101ALI20220131BHJP

   H01M 10/0585 20100101ALN20220131BHJP

【ＦＩ】

H01M10/04 Z

H01M2/08 Z

H01M10/052

H01G11/84

H01G11/80

H01M10/0585

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020119265

(22)【出願日】2020-07-10

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124062

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 敬史

(74)【代理人】

【識別番号】100148013

【弁理士】

【氏名又は名称】中山 浩光

(74)【代理人】

【識別番号】100140682

【弁理士】

【氏名又は名称】妙摩 貞茂

(72)【発明者】

【氏名】秋山 泰有

【テーマコード（参考）】

5E078

5H011

5H028

5H029

【Ｆターム（参考）】

5E078AA06

5E078AB02

5E078CA11

5E078EA06

5E078EA11

5E078LA07

5H011AA09

5H011FF02

5H011GG01

5H011HH02

5H011JJ25

5H028AA07

5H028AA08

5H028BB00

5H028BB05

5H028CC07

5H028CC08

5H029AJ14

5H029AK03

5H029AK05

5H029AL06

5H029AL07

5H029AL11

5H029AL12

5H029BJ12

5H029CJ05

5H029CJ25

5H029DJ14

5H029HJ12

(57)【要約】

【課題】集電体とセパレータとが精度良く位置合わせされる蓄電装置の製造方法及び蓄電装置を提供する。
【解決手段】蓄電装置の製造方法は、第１集電体と第１集電体の周縁に接合された第１枠体とを含み、第１集電体の厚さ方向に沿った基準方向の一方に面する第１枠体の一方面に凸部が形成された第１電極ユニットを形成する工程と、第１集電体の厚さ方向から見て、セパレータが第１電極ユニットの凸部の内側に配置されるようにセパレータの周縁を第１枠体の一方面に配置する工程と、第２集電体と第２集電体の周縁に接合された第２枠体とを含み、第２枠体の基準方向の他方に面する他方面に凹部が形成された第２電極ユニットを形成する工程と、第１枠体の一方面にセパレータが配置された第１電極ユニット上に第２電極ユニットを積層する工程と、を備え、積層する工程では、凸部が凹部に係合される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１集電体と前記第１集電体の周縁に接合された第１枠体とを含み、前記第１集電体の厚さ方向に沿った基準方向の一方に面する前記第１枠体の一方面に凸部が形成された第１電極ユニットを形成する工程と、
前記第１集電体の厚さ方向から見て、セパレータが前記第１電極ユニットの前記凸部の内側に配置されるように前記セパレータの周縁を前記第１枠体の前記一方面に配置する工程と、
第２集電体と前記第２集電体の周縁に接合された第２枠体とを含み、前記第２枠体の前記基準方向の他方に面する他方面に凹部が形成された第２電極ユニットを形成する工程と、
前記第１枠体の前記一方面に前記セパレータが配置された前記第１電極ユニット上に前記第２電極ユニットを積層する工程と、を備え、
前記積層する工程では、前記凸部が前記凹部に係合される、蓄電装置の製造方法。

【請求項2】

前記第１電極ユニットを形成する工程では、前記第１枠体の前記一方面とは逆側の他方面に凹部が形成され、
前記第２電極ユニットを形成する工程では、前記第２枠体の前記他方面とは逆側の一方面に凸部が形成されるとともに、セパレータが前記第２電極ユニットの前記凸部の内側に配置されるように前記セパレータの周縁を前記第２枠体上に配置する、請求項１に記載の蓄電装置の製造方法。

【請求項3】

前記第１電極ユニットの前記第１枠体と前記第１電極ユニット上に積層された前記第２電極ユニットの前記第２枠体とを溶着し、前記第２枠体の前記他方面とは逆側の一方面に凸部を形成する工程をさらに備える、請求項１に記載の蓄電装置の製造方法。

【請求項4】

前記セパレータの周縁を前記第１枠体の前記一方面に配置する工程では、前記セパレータの周縁が前記第１電極ユニットの前記凸部の側面に当接される、請求項１～３のいずれか一項に記載の蓄電装置の製造方法。

【請求項5】

セパレータと、
前記セパレータを介して積層方向に積層された集電体と、
前記集電体の周縁に接合された枠体と、を備え、
前記枠体は、積層方向の一方面に設けられた凸部と、前記一方面とは逆側の他方面に設けられた凹部とを有し、
積層方向に隣り合う前記枠体同士において、一方の前記枠体の前記凸部は、他方の前記枠体の凹部と係合しており、
前記セパレータの周縁は、積層方向に隣り合う一方の前記枠体と他方の前記枠体との間に配置されている、蓄電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄電装置の製造方法及び蓄電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、二次電池の構造および製造方法が記載されている。この二次電池は、負極、正極、集電体、セパレータ、第１シールおよび第２シールを有する。集電体は、正極および負極の間に配置されている。電解質層は、負極面に電解液を滲み込ませることで形成されている。第１シールは、正極の周囲を取り囲むように配置されている。セパレータは、正極および第１シールを覆うように配置されている。第２シールは、第１シールと位置合せされて、セパレータ上に配置されている。また、この二次電池の製造方法は、バイポーラ電極と、別体のセパレータとを、交互に複数積層するための積層工程を有する。積層工程においては、バイポーラ電極およびセパレータを、受け台に順次配置し、バイポーラ電極およびセパレータを交互に積層している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－１３０４５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

集電体およびセパレータが交互に積層された構造を有する二次電池では、例えば、積層工程において、集電体、セパレータ等の積層位置が正規の位置からずれた場合などに、積層方向に隣り合う集電体同士が接触して内部短絡を引き起こす可能性がある。

【0005】

本発明の一側面の目的は、セパレータの積層位置ずれによる内部短絡の発生を抑制する蓄電装置の製造方法及び蓄電装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一側面に係る蓄電装置の製造方法は、第１集電体と第１集電体の周縁に接合された第１枠体とを含み、第１集電体の厚さ方向に沿った基準方向の一方に面する第１枠体の一方面に凸部が形成された第１電極ユニットを形成する工程と、第１集電体の厚さ方向から見て、セパレータが第１電極ユニットの凸部の内側に配置されるようにセパレータの周縁を第１枠体の一方面に配置する工程と、第２集電体と第２集電体の周縁に接合された第２枠体とを含み、第２枠体の基準方向の他方に面する他方面に凹部が形成された第２電極ユニットを形成する工程と、第１枠体の一方面にセパレータが配置された第１電極ユニット上に第２電極ユニットを積層する工程と、を備え、積層する工程では、凸部が凹部に係合される。

【0007】

上記蓄電装置の製造方法では、第１電極ユニットに形成された凸部の内側において第１枠体の一方面にセパレータが配置されるため、第１電極ユニットに対するセパレータの位置合わせを精度良く行うことができる。さらに、セパレータが位置決めされた状態で、第１電極ユニットの凸部に第２電極ユニットの凹部が係合するように、第１電極ユニット上に第２電極ユニットが積層されるため、第１電極ユニット、第２電極ユニットおよびセパレータの位置合わせを精度良く行うことができる。したがって、セパレータの位置ずれが抑制され、短絡が防止される。

【0008】

第１電極ユニットを形成する工程では、第１枠体の他方面に凹部が形成され、第２電極ユニットを形成する工程では、第２枠体の一方面に凸部が形成されるとともに、セパレータが第２電極ユニットの凸部の内側に配置されるようにセパレータの周縁を第２枠体上に配置してもよい。この構成では、凹部及び凸部を有した第１電極ユニットの第１枠体上にセパレータが配置されるとともに、凹部及び凸部を有した第２電極ユニットの第２枠体上にセパレータが配置される。この場合、第１電極ユニットは第２電極ユニットの構成を備え、第２電極ユニットは第１電極ユニットの構成を備える。すなわち、第１電極ユニット上に積層された第２電極ユニットは、新たな第１電極ユニットとして機能する。これにより、複数の集電体がセパレータを介して積層されることになる。

【0009】

第１電極ユニットの第１枠体と第１電極ユニット上に積層された第２電極ユニットの第２枠体とを溶着し、第２枠体の上面に凸部を形成する工程をさらに備えてもよい。この構成では、第２電極ユニットの上面に凸部が形成されることにより、当該第２電極ユニットが第１電極ユニットの構成を備えることになる。すなわち、第１電極ユニットに溶着された第２電極ユニットは、新たな第１電極ユニットとして機能する。これにより、複数の集電体がセパレータを介して積層されることになる。

【0010】

また、セパレータの周縁を第１枠体の一方面に配置する工程では、セパレータの周縁が第１電極ユニットの凸部の側面に当接されてもよい。第１電極ユニットに形成された凸部の側面に当接するようにセパレータが配置されるため、第１電極ユニットに対するセパレータの位置合わせが簡便に実行され得る。

【0011】

本発明の一側面に係る蓄電装置は、セパレータと、セパレータを介して互いに積層された集電体と、集電体の周縁に接合された枠体と、を備え、枠体は、一方面に設けられた凸部と、一方面とは逆側の他方面に設けられた凹部とを有し、積層方向に隣り合う枠体同士において、一方の枠体の凸部は、他方の枠体の凹部と係合しており、セパレータの周縁は、積層方向に隣り合う一方の枠体と他方の枠体との間に配置されている。

【発明の効果】

【0012】

本発明の一側面によれば、セパレータの積層位置ずれによる内部短絡の発生を抑制する蓄電装置の製造方法及び蓄電装置を提供するできる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、一例の蓄電装置の模式断面図である。

【図2】図２は、蓄電装置の製造工程の一例を示す図である。

【図3】図３は、蓄電装置の製造工程の一例を示す図である。

【図4】図４は、蓄電装置の製造工程の一例を示す図である。

【図5】図５は、他の例に係る蓄電装置の模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図面の説明においては、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。また、各図には、Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸によって規定される直交座標系を図示する。Ｚ軸方向は、一例として鉛直方向であり、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、一例として水平方向である。

【0015】

図１に示される蓄電装置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ってよい。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。本実施形態では、蓄電装置１がバイポーラ型のリチウムイオン二次電池である場合を例示する。

【0016】

蓄電装置１は、複数のバイポーラ電極１５、複数のセパレータ１６、正極終端電極１７、負極終端電極１８、及びスペーサ１９Ａ，１９Ｂを有している。本実施形態では、複数のバイポーラ電極１５と、複数のセパレータ１６と、正極終端電極１７と、負極終端電極１８とは、Ｚ軸方向（積層方向）に沿って積層されている。

【0017】

バイポーラ電極１５は、集電体２１、正極活物質層２２、及び、負極活物質層２３を有している。本実施形態において、積層方向に沿った集電体２１の長さは、集電体２１の厚さに相当する。このため、集電体２１の厚さに沿った方向（厚さ方向）は、上記積層方向に相当する。集電体２１は、積層方向に交差する一対の主面２１ａ，２１ｂを含む。主面２１ａには正極活物質層２２が設けられ、主面２１ｂには負極活物質層２３が設けられている。すなわち、バイポーラ電極１５は、集電体２１の両面に形成された電極層を含む。集電体２１は、積層方向に沿って正極活物質層２２と負極活物質層２３とによって挟まれている。

【0018】

集電体２１は、シート状の導電部材であり、例えば積層方向から見て矩形状を呈している。集電体２１は、リチウムイオン二次電池の放電又は充電の間、バイポーラ電極１５に電流を流し続けるための化学的に不活性な電子伝導体である。集電体２１を構成する材料としては、例えば、金属材料や導電性を有する樹脂材料、導電性を有する無機材料を用いることができる。導電性を有する樹脂材料としては、導電性高分子材料又は非導電性高分子材料に必要に応じて導電性フィラーが添加された樹脂が挙げられる。集電体２１は前述した金属材料又は導電性を有する樹脂材料を少なくとも含む複数層で構成されていてもよい。集電体２１の表面に、メッキ処理、スプレーコート等の公知の方法により被覆層を形成してもよい。集電体２１は、例えば、板状、箔状、シート状、フィルム状、メッシュ状の形態に形成されていてもよい。集電体２１を金属箔とする場合は、例えば、銅箔、ニッケル箔、アルミニウム箔、チタン箔、ステンレス箔を用いることができる。箔状の集電体を用いる場合は、集電体の厚みを１μｍ～１００μｍの範囲内としてもよい。

【0019】

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層状部材であり、例えば積層方向から見て矩形状を呈している。本実施形態の正極活物質は、例えば、複合酸化物、金属リチウム、及び硫黄等である。複合酸化物の組成には、例えば、鉄、マンガン、チタン、ニッケル、コバルト、及びアルミニウムの少なくとも１つと、リチウムとが含まれる。複合酸化物の例には、オリビン型リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）が挙げられる。結着剤は、活物質又は導電助剤を集電体の表面に繋ぎ止め、電極中の導電ネットワークを維持する役割を果たすものである。

【0020】

負極活物質層２３は、正極活物質層２２とは異なる極性を有する層である。負極活物質層２３は、リチウムイオン等の電荷担体を吸蔵及び放出し得る負極活物質を含む層状部材であり、例えば積層方向から見て矩形状を呈している。本実施形態の負極活物質は、例えば、黒鉛、人造黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、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、ホウ素添加炭素等である。リチウムと合金化可能な元素の例としては、シリコン（ケイ素）、スズ等が挙げられる。導電助剤及び結着剤は、正極活物質層２２と同様のものでもよい。図示例では、Ｚ方向から見たときに、正極活物質層２２の外周は、負極活物質層２３の外周よりも一回り小さくなっている。

【0021】

正極活物質層２２及び負極活物質層２３のそれぞれ（以下、単に「活物質層」ともいう）は、必要に応じて電気伝導性を高めるための導電助剤、結着剤、電解質（ポリマーマトリクス、イオン伝導性ポリマー、電解液等）、イオン伝導性を高めるための電解質支持塩（リチウム塩）等をさらに含み得る。活物質層に含まれる成分又は当該成分の配合比及び活物質層の厚さは特に限定されず、リチウムイオン二次電池についての従来公知の知見が適宜参照され得る。活物質層の厚みは、例えば２～１５０μｍである。集電体の表面に活物質層を形成させるには、ロールコート法等の従来から公知の方法を用いてもよい。正極１１又は負極１２の熱安定性を向上させるために、集電体の表面（片面又は両面）又は活物質層の表面に耐熱層を設けてもよい。耐熱層は、例えば、無機粒子と結着剤とを含み、その他に増粘剤等の添加剤を含んでもよい。

【0022】

導電助剤は、電極の導電性を高めるために添加される。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。

【0023】

結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂、ポリ（メタ）アクリル酸等のアクリル系樹脂、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸アンモニウム等のアルギン酸塩、水溶性セルロースエステル架橋体、デンプン－アクリル酸グラフト重合体を例示することができる。これらの結着剤は、単独で又は複数で用いられ得る。溶媒には、例えば、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）等が用いられる。

【0024】

正極終端電極１７は、積層方向における蓄電装置１の一端において、バイポーラ電極１５に積層される部材である。正極終端電極１７は、集電体２１と、集電体２１の主面２１ａに形成された正極活物質層２２とを含む。正極終端電極１７に含まれる集電体２１の主面２１ｂは、電力の取り出しのために、外部に露出している。このため、正極終端電極１７においては、集電体２１の主面２１ｂには負極活物質層２３等の電極層が形成されていない。正極終端電極１７は、集電体２１の主面２１ａ及び正極活物質層２２がバイポーラ電極１５側（蓄電装置１の内側）に向くようにバイポーラ電極１５に積層される。

【0025】

負極終端電極１８は、積層方向における蓄電装置１の他端において、バイポーラ電極１５に積層される部材である。負極終端電極１８は、集電体２１と、集電体２１の主面２１ｂに形成された負極活物質層２３と、を含む。負極終端電極１８に含まれる集電体２１の主面２１ａは、電力の取り出しのために、外部に露出している。このため、負極終端電極１８においては、集電体２１の主面２１ａには、正極活物質層２２等の電極層が形成されていない。負極終端電極１８は、集電体２１の主面２１ｂ及び負極活物質層２３がバイポーラ電極１５側（蓄電装置１の内側）に向くようにバイポーラ電極１５に積層される。

【0026】

セパレータ１６は、正極１１と負極１２との間に配置されて、正極と負極とを隔離することで、両極の接触による短絡を防止しつつ、リチウムイオン等の電荷担体を通過させる部材である。一例のセパレータ１６は、隣り合うバイポーラ電極１５の間、バイポーラ電極１５と正極終端電極１７との間、及び、バイポーラ電極１５と負極終端電極１８との間のそれぞれを隔てる層状部材である。セパレータ１６は、隣り合うバイポーラ電極１５の間、バイポーラ電極１５と正極終端電極１７との間、及び、バイポーラ電極１５と負極終端電極１８との間の短絡を防止する。セパレータ１６は、例えば積層方向から見て矩形状を呈している。

【0027】

セパレータ１６を構成する材料としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリエステルなどが挙げられる。セパレータ１６は、単層構造又は多層構造であってよい。多層構造のセパレータは、例えば、接着層、耐熱層となるセラミック層を有していてもよい。セパレータ１６は、電解質が含浸されていてもよく、セパレータ１３自体を高分子電解質や、無機電解質等の電解質で構成してもよい。

【0028】

電解質としては、例えば非水溶倍と非水溶媒に溶解した電解質塩を含む液体電解質（電解液）や、ポリマーマトリックス中に保持された電解質を含む高分子ゲル電解質などがあげられる。

【0029】

セパレータに電解液が含浸される場合、その電解質塩として、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣＦ_３、ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＦＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２等の公知のリチウム塩を使用できる。また、非水溶媒として、環状カーボネート類、環状エステル類、鎖状カーボネート類、鎖状エステル類、エーテル類等の公知の溶媒を使用できる。なお、これら公知の溶媒材料を二種以上組合せて用いてもよい。

【0030】

スペーサ１９Ａ，１９Ｂは、スペーサを介して隣り合う集電体２１間の間隔を保持し、スペーサを介して隣り合う集電体２１間の短絡を防止する。一例のスペーサ１９Ａ，１９Ｂは、バイポーラ電極１５、正極終端電極１７及び負極終端電極１８を構成する集電体２１と、セパレータ１６とを保持している。スペーサ１９Ａ，１９Ｂのそれぞれは、絶縁性を示している。積層方向から見て、スペーサ１９Ａ，１９Ｂの少なくとも外縁部同士は、例えば溶着によって接合され、内部空間が封止されてもよい。集電体２１とスペーサ１９Ａ，１９Ｂとによって封止される領域Ｓには、図示しない電解液が収容され得る。

【0031】

スペーサ１９Ａ，１９Ｂは、耐電解質性を示す樹脂を含む。耐電解質性を示す樹脂の例としては、ポリイミド、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、変性ポリフェニレンエーテル（変性ＰＰＥ）及びＰＡ６６等が挙げられる。例えば、スペーサ１９Ａ，１９Ｂは、セラミック等の絶縁材料を含んでもよい。スペーサ１９Ａ，１９Ｂの厚さは、例えば、４００μｍ以上９００μｍ以下である。

【0032】

スペーサ１９Ａは、各バイポーラ電極１５と、正極終端電極１７とに設けられる。具体的には、スペーサ１９Ａは、各バイポーラ電極１５に含まれる集電体２１の主面２１ａと、正極終端電極１７に含まれる集電体２１の主面２１ａとに設けられる。より具体的には、スペーサ１９Ａは、積層方向から見て正極活物質層２２の周囲に位置すると共に集電体２１の主面２１ａの周縁に枠状に設けられる。

【0033】

スペーサ１９Ｂは、各バイポーラ電極１５と、負極終端電極１８とに設けられる。具体的には、スペーサ１９Ｂは、各バイポーラ電極１５に含まれる集電体２１の主面２１ｂと、負極終端電極１８に含まれる集電体２１の主面２１ｂとに設けられる。より具体的には、スペーサ１９Ｂは、積層方向から見て負極活物質層２３の周囲に位置すると共に集電体２１の主面２１ｂの周縁に枠状に設けられる。本実施形態では、スペーサ１９Ａ，１９Ｂのそれぞれは、積層方向から見て集電体２１の外形に沿った矩形枠形状を呈する。

【0034】

スペーサ１９Ａ，１９Ｂは、樹脂シートを打ち抜き加工することによって形成されてもよいし、複数の樹脂シートを枠状に配置して形成されてもよいし、金型を用いた射出成形によって形成されてもよい。

【0035】

本実施形態では、スペーサ１９Ａ，１９Ｂによって、蓄電装置１の側壁１４ｓが形成される。例えば、スペーサ１９Ａにおける外周面１９ａ及びその近傍と、スペーサ１９Ｂにおける外周面１９ｂ及びその近傍とによって、側壁１４ｓが形成される。具体例としては、スペーサ１９Ａにおける外周面１９ａ及びその近傍と、スペーサ１９Ｂにおける外周面１９ｂ及びその近傍とが熱溶着された部分によって、側壁１４ｓが構成される。この場合、側壁１４ｓは、スペーサ１９Ａ，１９Ｂが溶着された溶着層によって構成される。側壁１４ｓは、例えば積層方向から見て枠形状を呈する。

【0036】

スペーサ１９Ａは、集電体２１の外縁部２１ｃにおいて主面２１ａに接合（例えば溶着）されている。Ｘ方向及びＹ方向において、スペーサ１９Ａの内周の大きさは、セパレータ１６の大きさよりも小さくなっている。スペーサ１９Ａは、積層方向において集電体２１に対向すると共に主面２１ａに接合する枠状の面（下面）３１と、積層方向において面３１の反対側に位置する枠状の面３２とを有する。積層方向の一方面である面（上面）３２には、凸部３３が設けられている。面３２は、集電体２１の厚さ方向に沿った基準方向の一方に面している。

【0037】

一例の凸部３３は、Ｚ方向から見て枠状を呈しており、面３２の幅方向の中央に形成されている。凸部３３は、例えばＺ方向に直行する方向から見たときに、少なくとも、枠の内側を向いて形成される内側面３３ａを有している。図示例の凸部３３は、例えば断面台形状を呈しており、枠の内側を向いて形成される内側面３３ａと、上側を向いて形成される天面３３ｂと、枠の外側を向いて形成される外側面３３ｃとを有している。Ｘ方向において互いに対向する内側面３３ａ間の距離は、セパレータ１６のＸ方向の距離以上であってよい。また、Ｙ方向において互いに対向する内側面３３ａ間の距離は、セパレータ１６のＹ方向の距離以上であってよい。Ｘ方向に互いに対向する辺において、一方の辺のスペーサ１９Ａの内側面３３ａから他方の辺のスペーサ１９Ａの内周の位置までの距離は、セパレータ１６のＸ方向の距離よりも短い。また、Ｙ方向に互いに対向する辺において、一方の辺のスペーサ１９Ａの内側面３３ａから他方の辺のスペーサ１９Ａの内周の位置までの距離は、セパレータ１６のＹ方向の距離よりも短い。

【0038】

一例では、Ｘ方向において互いに対向する内側面３３ａ間の距離は、セパレータ１６のＸ方向の距離に等しい。また、Ｙ方向において互いに対向する内側面３３ａ間の距離は、セパレータ１６のＹ方向の距離に等しい。すなわち、凸部３３の内側面３３ａには、セパレータ１６の周縁が当接していてもよい。なお、セパレータ１６の周縁は、スペーサ１９Ａの面３２と部分的に接合（スポット溶着）されていてもよい。

【0039】

スペーサ１９Ｂは、集電体２１の外縁部２１ｃにおいて主面２１ｂに接合（例えば溶着）されている。Ｚ方向から見て、スペーサ１９Ｂの内周及び外周の大きさは、スペーサ１９Ａの内周及び外周の大きさと同じであってよい。スペーサ１９Ｂは、積層方向において集電体２１に対向すると共に主面２１ｂに接合する枠状の面３４と、積層方向において面３４の反対側に位置する枠状の面３５とを有する。積層方向の他方面である面（下面）３５には、凸部３３に収容される凹部３６が設けられている。面３５は、集電体２１の厚さ方向に沿った基準方向の他方に面している。

【0040】

凹部３６は、Ｚ方向から見て枠状を呈しており、面３５の幅方向の中央に形成されている。凹部３６は、凸部３３を収容し得る形状を有している。一例の凹部３６は、断面台形状を呈しており、内周面３６ａ、天面３６ｂ及び外周面３６ｃを有している。Ｚ方向に沿った凹部３６の深さ（Ｚ方向の大きさ）は、例えばＺ方向に沿った凸部３３の高さ以上である。凹部３６には、隣り合って配置された集電体２１のスペーサ１９Ａにおける凸部３３が係合されている。例えば、凹部３６の内周面３６ａ、天面３６ｂ及び外周面３６ｃには、凸部３３の内側面３３ａ、天面３３ｂ及び外側面３３ｃが当接又は接合されていてもよい。また、セパレータ１６の周縁は、面３５のうち凹部３６よりも内側に接触していてよい。

【0041】

続いて、蓄電装置１の製造方法について説明する。図２は、蓄電装置の製造工程の一例を示す断面図である。一例の製造工程は、第１電極ユニットを形成する工程と、第２電極ユニットを形成する工程と、セパレータを配置する工程と、第１電極ユニット上に第２電極ユニットを積層する工程と、を備える。

【0042】

以下、製造方法について具体的に説明する。まず、各電極ユニットを準備する。すなわち、本実施形態に係る製造方法では、まず、複数のバイポーラ電極ユニット（第１電極ユニット、第２電極ユニット）４１、単一の正極ユニット（第１電極ユニット）４２、及び、単一の負極ユニット（第２電極ユニット）４３を形成する。

【0043】

図２に示すように、バイポーラ電極ユニット４１は、集電体２１と、集電体２１の主面２１ａ上に配置される正極活物質層２２と、集電体２１の主面２１ｂ上に配置される負極活物質層２３と、第１スペーサ１９Ａと、第２スペーサ１９Ｂを含む電極ユニットである。これらのうち、集電体２１、正極活物質層２２、及び負極活物質層２３は、バイポーラ電極１５を構成している。本実施形態では、集電体２１の周縁に接合された第１スペーサ１９Ａと第２スペーサ１９Ｂとによってスペーサ１９が形成されている。第１スペーサ１９Ａには凸部３３が形成され、第２スペーサ１９Ｂには凹部３６が形成されている。

【0044】

正極ユニット４２は、集電体２１と、集電体２１の主面２１ａ上に配置される正極活物質層２２（第１電極層）及び第１スペーサ１９Ａとを含む電極ユニットである。これらのうち、集電体２１及び正極活物質層２２は、正極終端電極１７を構成している。第１スペーサ１９Ａには凸部３３が形成されている。負極ユニット４３は、集電体２１と、集電体２１の主面２１ｂ上に配置される負極活物質層２３及び第２スペーサ１９Ｂとを含む。これらのうち、集電体２１及び負極活物質層２３は、負極終端電極１８を構成している。第２スペーサ１９Ｂには凹部３６が形成されている。

【0045】

第１スペーサ１９Ａの凸部３３及び第２スペーサ１９Ｂの凹部３６は、例えば、第１スペーサ１９Ａ及び第２スペーサ１９Ｂを集電体２１に接合する際に同時に形成することができる。例えば、凸部３３に対応する凹部が形成された一方のプレス型と、凹部３６に対応する凸部が形成された他方のプレス型とを用いて、第１スペーサ１９Ａ及び第２スペーサ１９Ｂを集電体２１に接合してもよい。また、第１スペーサ１９Ａ及び第２スペーサ１９Ｂを集電体２１に接合した後に、凸部３３に対応する凹部が形成された一方のプレス型と、凹部３６に対応する凸部が形成された他方のプレス型とを用いて、凸部３３及び凹部３６を形成することもできる。

【0046】

各電極ユニットが準備されると、当該製造方法では、上下方向から見て、セパレータ１６がバイポーラ電極ユニット４１及び正極ユニット４２の第１スペーサ１９Ａの凸部３３の内側に配置されるように、セパレータ１６の周縁を第１スペーサ１９Ａの上面に配置する。例えば、セパレータ１６の周縁がバイポーラ電極ユニット４１及び正極ユニット４２の第１スペーサ１９Ａの凸部３３の内側面３３ａに当接するように、セパレータ１６が第１スペーサ１９Ａ上に配置されてもよい。セパレータ１６が配置された後、セパレータ１６の周縁は、スペーサ１９Ａの面３２と部分的に接合されていてもよい。

【0047】

続いて、正極ユニット４２（第１電極ユニット）に対して、セパレータ１６が配置されたバイポーラ電極ユニット４１（第２電極ユニット）を積層する。この工程では、正極ユニット４２の正極活物質層２２と、バイポーラ電極ユニット４１の負極活物質層２３とが、正極ユニット４２に配置されたセパレータ１６を挟んで対向するように、正極ユニット４２とバイポーラ電極ユニット４１とが積層方向に重ねられる。このとき、第１スペーサ１９Ａに設けられる凸部３３が第２スペーサ１９Ｂに設けられる凹部３６に収容（係合）される。これにより、積層方向から見て第１スペーサ１９Ａと第２スペーサ１９Ｂとが位置合わせされ、それぞれの外縁同士が一致するように、正極ユニット４２とバイポーラ電極ユニット４１とが積層方向に重ねられる。

【0048】

続いて、既に積層されているバイポーラ電極ユニット４１（第１電極ユニット）の上に、セパレータ１６が配置されたバイポーラ電極ユニット４１（第２電極ユニット）を積層する。以降、セパレータ１６が配置されたバイポーラ電極ユニット４１を設定された層数に達するまで積層し、最後に負極ユニット４３を積層して封止する。一例において、正極ユニット４２、バイポーラ電極ユニット４１及び負極ユニット４３の側面、すなわち第１スペーサ１９Ａ及び第２スペーサ１９Ｂの外周が溶着されることによって、積層方向に隣り合う第１スペーサ１９Ａ及び第２スペーサ１９Ｂが互いに溶着される。これにより、蓄電装置１が形成される。

【0049】

以上説明したように、本実施形態に係る蓄電装置の製造方法は、第１集電体（集電体２１）と第１集電体の周縁に接合された第１枠体（スペーサ１９、第１スペーサ１９Ａ）とを有し、第１枠体の上面に凸部３３が形成された第１電極ユニット（正極ユニット４２、バイポーラ電極ユニット４１）を形成する工程と、セパレータ１６の周縁が第１電極ユニットの凸部３３の内側に配置されるようにセパレータ１６を第１枠体上に配置する工程と、第２集電体（集電体２１）と第２集電体の周縁に接合された第２枠体（スペーサ１９、第２スペーサ１９Ｂ）とを有し、第２枠体の下面に凹部３６が形成された第２電極ユニット（バイポーラ電極ユニット４１、負極ユニット４３）を形成する工程と、第１枠体上にセパレータ１６が配置された第１電極ユニット上に第２電極ユニットを積層する工程と、を備える。積層する工程では、凸部３３が凹部３６に係合される。

【0050】

上記蓄電装置の製造方法では、第１電極ユニットである正極ユニット４２及びバイポーラ電極ユニット４１に形成された凸部３３の内側にセパレータ１６が配置されるため、正極ユニット４２及びバイポーラ電極ユニット４１に対するセパレータ１６の位置合わせを多くの治具を使用することなく精度良く行うことができる。さらに、セパレータ１６が位置決めされた状態で、正極ユニット４２又はバイポーラ電極ユニット４１（第１電極ユニット）の凸部３３にバイポーラ電極ユニット４１又負極ユニット４３（第２電極ユニット）の凹部３６が係合するように、電極ユニットが積層されるため、電極ユニット同士の位置合わせを多くの治具を使用することなく精度良く行うことができる。さらに、セパレータ１６の周縁を凸部３３の内側に配置する工程では、セパレータ１６の周縁の少なくとも一部を凸部３３の側面に当接させて、セパレータ１６の位置決めがなされている。凸部３３の側面に当接するようにセパレータ１６が配置されるため、電極ユニットに対するセパレータ１６の位置合わせが簡便に実行され得る。

【0051】

また、本実施形態では、上記の第１電極ユニットを形成する工程において、第１枠体の下面に凹部３６が形成され、上記の第２電極ユニットを形成する工程において、第２枠体の上面に凸部３３が形成されるとともに、セパレータ１６の周縁が凸部３３の内側に配置される。この場合、バイポーラ電極ユニット４１が第１電極ユニットと第２電極ユニットとを兼ねる。すなわち、第１電極ユニットとしてのバイポーラ電極ユニット４１上に積層された第２電極ユニットとしてのバイポーラ電極ユニット４１は、新たな第１電極ユニットとして機能する。これにより、同型状の複数の集電体がセパレータを介して積層される。

【0052】

続いて、蓄電装置１の製造方法の他の例について説明する。図３及び図４は、蓄電装置の製造工程の一例を示す断面図である。以下、製造方法について具体的に説明する。まず、電極ユニットを準備する。すなわち、当該製造法では、まず、複数のバイポーラ電極ユニット（第２電極ユニット）５１、単一の正極ユニット（第１電極ユニット）４２、及び、単一の負極ユニット（第２電極ユニット）４３を形成する。

【0053】

図３に示すように、バイポーラ電極ユニット５１は、集電体２１と、集電体２１の主面２１ａ上に配置される正極活物質層２２と、集電体２１の主面２１ｂ上に配置される負極活物質層２３と、第１スペーサ前駆体１１９Ａと、第２スペーサ１９Ｂを含む電極ユニットである。これらのうち、集電体２１、正極活物質層２２、及び負極活物質層２３は、バイポーラ電極１５を構成している。本実施形態では、集電体２１の周縁に接合された第１スペーサ前駆体１１９Ａと第２スペーサ１９Ｂとによってスペーサ１１９が形成されている。第１スペーサ前駆体１１９Ａは、製造工程を経ることによって第１スペーサ１９Ａに加工される部材である。すなわち、第１スペーサ前駆体１１９Ａは、凸部３３を有しておらず、矩形枠状を呈している。第２スペーサ１９Ｂには凹部３６が形成されている。

【0054】

第２スペーサ１９Ｂの凹部３６は、例えば、第１スペーサ前駆体１１９Ａ及び第２スペーサ１９Ｂを集電体２１に接合する際に同時に形成することができる。また、第１スペーサ前駆体１１９Ａ及び第２スペーサ１９Ｂを集電体２１に接合した後に、凹部３６を形成することもできる。

【0055】

各電極ユニットが準備されると、当該製造方法では、セパレータ１６の周縁が正極ユニット４２の第１スペーサ１９Ａにおける凸部３３の内側面３３ａに当接するように、セパレータ１６が第１スペーサ１９Ａ上に配置される。セパレータ１６が配置された後、セパレータ１６の周縁は、スペーサ１９Ａの面３２と部分的に接合されていてもよい。

【0056】

続いて、正極ユニット４２（第１電極ユニット）に対して、バイポーラ電極ユニット５１（第２電極ユニット）を積層する。この工程では、正極ユニット４２の正極活物質層２２と、バイポーラ電極ユニット５１の負極活物質層２３とが、正極ユニット４２に配置されたセパレータ１６を挟んで対向するように、正極ユニット４２とバイポーラ電極ユニット５１とが積層方向に重ねられる。このとき、第１スペーサ１９Ａに設けられる凸部３３が第２スペーサ１９Ｂに設けられる凹部３６に収容（係合）される。これにより、積層方向から見て第１スペーサ１９Ａと第２スペーサ１９Ｂとが位置合わせされ、それぞれの外縁同士が一致するように、正極ユニット４２とバイポーラ電極ユニット５１とが積層方向に重ねられる。

【0057】

続いて、正極ユニット４２の第１スペーサ１９Ａと積層されたバイポーラ電極ユニット５１（第２電極ユニット）の第１スペーサ前駆体１１９Ａ及び第２スペーサ１９Ｂ（第２枠体）とを溶着する。例えば、正極ユニット４２の第１スペーサ１９Ａとバイポーラ電極ユニット５１の第１スペーサ前駆体１１９Ａ及び第２スペーサ１９Ｂとが積層方向に溶着されることで、第１スペーサ前駆体１１９Ａの上面に凸部３３が形成される。これにより、バイポーラ電極ユニット５１は、スペーサ１９を有するバイポーラ電極ユニット４１になる。

【0058】

続いて、セパレータ１６の周縁がバイポーラ電極ユニット４１の第１スペーサ１９Ａにおける凸部３３の内側面３３ａに当接するように、セパレータ１６が第１スペーサ１９Ａ上に配置される。セパレータ１６が配置された後、セパレータ１６の周縁は、スペーサ１９Ａの面３２と部分的に接合されていてもよい。

【0059】

続いて、バイポーラ電極ユニット４１（第１電極ユニット）に対して、バイポーラ電極ユニット５１（第２電極ユニット）を積層する。以降、バイポーラ電極ユニット４１のスペーサ１９と積層されたバイポーラ電極ユニット５１の第１スペーサ前駆体１１９Ａ及び第２スペーサ１９Ｂとの溶着、及び、セパレータ１６の配置、を繰り返す。最後に、バイポーラ電極ユニット４１上に負極ユニット４３を積層して、バイポーラ電極ユニット４１のスペーサ１９と負極ユニット４３の第２スペーサ１９Ｂとが溶着によって封止される。これにより、積層体が構成される。

【0060】

以上のとおり、一例の製造方法では、積層されたバイポーラ電極ユニット５１の第１スペーサ前駆体１１９Ａの上面に凸部３３を形成する工程を備えている。この構成では、第２電極ユニットとして積層されたバイポーラ電極ユニット５１が新たな第１電極ユニットとして機能する。これにより、複数の集電体がセパレータを介して積層されることになる。上記の例では、第１電極ユニットの第１スペーサ１９Ａとバイポーラ電極ユニット５１の第１スペーサ前駆体１１９Ａ及び第２スペーサ１９Ｂとが積層方向に溶着されることで、セパレータ１６が第１スペーサ１９Ａと第２スペーサ１９Ｂとに挟持（融着）される。これにより、例えば熱等の影響によってセパレータ１６が収縮しようとした場合であっても、セパレータ１６は第１スペーサ１９Ａと第２スペーサ１９Ｂとの間から外れ難くなっている。そのため、正極活物質層２２と負極活物質層２３との短絡が抑制される。

【0061】

以上、本発明の一例について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。

【0062】

例えば、電極ユニットが積層される工程では、正極ユニット４２において集電体２１及び第１スペーサ１９Ａに囲われた領域に電解液が滴下されることによって、正極ユニット４２の領域Ｓに電解液が注液されてもよい。このとき、セパレータ１６の内部にも電解液が含浸されてもよい。なお、電解液は、全ての電極ユニットが積層された後に、別途形成される注液口から注液されてもよい。

【0063】

また、凸部３３の形状が断面台形状である例を示したが、凸部３３の形状は、セパレータ１６の周縁に当接可能な形状であれば特に限定されない。例えば、凸部は、断面矩形状、断面三角形状、断面円弧状等であってもよく、また、柱状、錐台状等であってもよい。なお、凹部の形状は、凸部に係合（収容）され得る形状であればよい。

【0064】

また、スペーサ１９Ａ，１９Ｂによって領域Ｓが封止される形態について説明したが、領域Ｓは、必ずしも封止されていなくてもよい。例えば、電解質として高分子ゲル電解質等が用いられる場合には、スペーサと集電体との間に微小な隙間があってもよく、また、スペーサは、集電体の周縁を不連続に囲む形状であってもよい。なお、スペーサには、電解質の透過を防止する役割があることが望ましいが、電解質として高分子固体電解質が用いられる場合は、電解質の透過を防止する役割がなくてもよい。

【0065】

また、凸部３３及び凹部３６の幅は、形成されるスペーサ１９の辺の位置によって互いに異なっていてもよい。例えば、矩形枠状をなすスペーサ１９Ａにおいて、互いに対向する辺のうち一方の辺に形成される凸部３３の幅と他方の辺に形成される凸部３３の幅とは互いに異なっていてもよい。この場合、積層される電極ユニットの回転位置が規制され得る。すなわち、積層方向を回転軸として場合に、電極ユニットの回転位置が揃っていない場合には、電極ユニット同士を組み付けることができない。したがって、誤組付けが抑制される。また、複数種の用途の異なる電極ユニットを順番に積層する場合、積層された状態で互いに対面する電極ユニットで対となるように凹凸を形成してもよい。この場合、順番通りに電極ユニットが積層されないときには、凹凸が係合されないため、誤組付けが抑制される。

【0066】

また、蓄電装置を構成する電極ユニットがバイポーラ電極である例を示したが、これに限定されない。例えば、図５は、一対のモノポーラ電極によって擬似的なバイポーラ電極が形成されている蓄電装置の例を示す。

【0067】

蓄電装置１０１は、複数の擬似的なバイポーラ電極１１５、複数のセパレータ１６、正極終端電極１１７、負極終端電極１１８、及びスペーサ１９Ａ，１９Ｂを有している。本実施形態では、複数の擬似的なバイポーラ電極１１５と、複数のセパレータ１６と、正極終端電極１１７と、負極終端電極１１８とは、Ｚ軸方向（積層方向）に沿って積層されている。

【0068】

擬似的なバイポーラ電極１１５は、第１集電体１２０、第２集電体１２１、正極活物質層１２２、及び、負極活物質層１２３を有している。第１集電体１２０及び第２集電体１２１は、上述した集電体２１に相当し、正極活物質層１２２は、上述した正極活物質層２２に相当し、負極活物質層１２３は上述した負極活物質層２３に相当する。第１集電体１２０は、積層方向に交差する一対の主面１２０ａ，１２０ｂを含む。主面１２０ａには正極活物質層１２２が設けられ、主面１２０ｂには活物質層が設けられていない。すなわち、第１集電体１２０と正極活物質層１２２とによってモノポーラ電極が構成される。第２集電体１２１は、積層方向に交差する一対の主面１２１ａ，１２１ｂを含む。主面１２１ａには活物質層が設けられておらず、主面１２１ｂには負極活物質層１２３が設けられている。すなわち、第２集電体１２１と負極活物質層１２３とによってモノポーラ電極が構成される。バイポーラ電極１１５は、主面１２０ｂと主面１２１ａとが互いに接触するように、第１集電体１２０と第２集電体１２１とが重ね合わされることによって形成されている。

【0069】

正極終端電極１１７は、正極終端電極１７に相当し、主面１２０ａに正極活物質層１２２が設けられた第１集電体１２０によって構成されている。負極終端電極１１８は、負極終端電極１８に相当し、主面１２１ｂに負極活物質層１２３が設けられた第２集電体１２１によって構成されている。セパレータ１６は、隣り合う擬似的なバイポーラ電極１１５の間、バイポーラ電極１１５と正極終端電極１１７との間、及び、バイポーラ電極１１５と負極終端電極１１８との間にそれぞれ配置されている。

【0070】

スペーサ１９Ａ，１９Ｂは、バイポーラ電極１１５、正極終端電極１１７及び負極終端電極１１８を構成する第１集電体１２０と、第２集電体１２１と、セパレータ１６とを保持している。図５の例において、スペーサ１９Ａは、各バイポーラ電極１１５と、正極終端電極１１７とに設けられる。具体的には、スペーサ１９Ａは、各バイポーラ電極１１５に含まれる第１集電体１２０の主面１２０ａと、正極終端電極１１７に含まれる第１集電体１２０の主面１２０ａとに設けられる。スペーサ１９Ｂは、各バイポーラ電極１１５と、負極終端電極１１８とに設けられる。具体的には、スペーサ１９Ｂは、各バイポーラ電極１１５に含まれる第２集電体１２１の主面１２１ｂと、負極終端電極１１８に含まれる第２集電体１２１の主面１２１ｂとに設けられる。

【0071】

蓄電装置１０１を製造する場合、第１集電体１２０に接合されたスペーサ１９Ａと第２集電体１２１に接合されたスペーサ１９Ｂとが互いに接合されることによって、バイポーラ電極ユニット４１に相当する擬似的なバイポーラ電極ユニットが形成される。また、正極終端電極１１７とスペーサ１９Ａとによって、正極ユニット４２に相当するユニットが形成され、負極終端電極１１８とスペーサ１９Ｂとによって、負極ユニット４３に相当するユニットが形成される。各電極ユニットを準備する工程以降については、上述のいずれかの製造方法と同様の工程を経ることによって蓄電装置１０１が製造され得る。すなわち、例えば、セパレータ１６がバイポーラ電極ユニット及び正極ユニットの第１スペーサ１９Ａの凸部３３の内側に配置される。そして、正極ユニットに対して、セパレータ１６が配置されたバイポーラ電極ユニットを積層し、積層されたバイポーラ電極ユニットの上に、セパレータ１６が配置されたバイポーラ電極ユニットを設定された層数に達するまで積層し、最後に負極ユニットを積層して封止することによって、蓄電装置１０１が製造され得る。

【符号の説明】

【0072】

１…蓄電装置、１６…セパレータ、１９…スペーサ（第１枠体、第２枠体）、１９Ａ…第１スペーサ（第１枠体）、１９Ｂ…第２スペーサ（第２枠体）、２１…集電体（第１集電体、第２集電体）、３３…凸部、３６…凹部、４１…バイポーラ電極ユニット（第１電極ユニット、第２電極ユニット）、４２…正極ユニット（第１電極ユニット）、４３…負極ユニット（第２電極ユニット）、５１…バイポーラ電極ユニット（第２電極ユニット）、１１９…スペーサ、１１９Ａ…第１スペーサ前駆体（第２枠体）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】