特許 7000859 蓄電素子及び蓄電素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-28

(45)【発行日】2022-01-19

(54)【発明の名称】蓄電素子及び蓄電素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/02 20060101AFI20220112BHJP

   H01M 4/04 20060101ALI20220112BHJP

   H01M 4/13 20100101ALI20220112BHJP

   H01M 4/139 20100101ALI20220112BHJP

   H01G 11/22 20130101ALI20220112BHJP

   H01G 11/86 20130101ALI20220112BHJP

【ＦＩ】

H01M4/02 Z

H01M4/04 A

H01M4/13

H01M4/139

H01G11/22

H01G11/86

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2017566989

(86)(22)【出願日】2017-02-08

(86)【国際出願番号】 JP2017004646

(87)【国際公開番号】W WO2017138584

(87)【国際公開日】2017-08-17

【審査請求日】2020-01-14

(31)【優先権主張番号】P 2016024175

(32)【優先日】2016-02-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】507151526

【氏名又は名称】株式会社ＧＳユアサ

(74)【代理人】

【識別番号】100153224

【弁理士】

【氏名又は名称】中原 正樹

(72)【発明者】

【氏名】團野 浩之

(72)【発明者】

【氏名】中村 拓

(72)【発明者】

【氏名】浜川 恵太

(72)【発明者】

【氏名】山根 久幸

(72)【発明者】

【氏名】植木 健一郎

【審査官】加藤 幹

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１３／１７６１６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－７６１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１４７３９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ４／

Ｈ０１Ｇ １１／

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

正極板及び負極板を有する電極体を備える蓄電素子であって、
前記正極板または前記負極板は、
導電性の基材層と、
前記基材層上に形成された合材層と、
少なくとも一部が、前記合材層の端縁を含む部分である端縁部と前記基材層との境界上を含む範囲において、前記端縁部上から前記基材層上にわたって連続して形成されている絶縁層と、を有し、
前記絶縁層における、前記合材層の前記端縁部の上方には凹凸部が形成されており、
前記凹凸部は、前記絶縁層の上面において連続して配置された複数の凹部または凸部によって形成されており、かつ、前記合材層の前記端縁部における凹凸形状に沿って形成されている
蓄電素子。

【請求項2】

前記合材層は、複数の活物質粒子及びバインダを含有し、
前記絶縁層は、複数の粒子及びバインダを含有し、
前記複数の粒子の平均粒子径は、前記複数の活物質粒子の平均粒子径よりも小さい
請求項１記載の蓄電素子。

【請求項3】

前記絶縁層に含有される前記粒子と前記バインダとの重量の比率は、８０：２０から９５：５までのいずれかである
請求項２記載の蓄電素子。

【請求項4】

請求項１記載の蓄電素子の製造方法であって、
前記絶縁層に、前記絶縁層の厚み方向と交差する方向から光を照射する光照射工程と、
前記光照射工程において照射される光によって前記凹凸部に生じる影の位置を用いて、前記合材層の前記端縁の位置を特定する特定工程とを含む
蓄電素子の製造方法。

【請求項5】

正極板及び負極板を有する電極体を備える蓄電素子であって、
前記正極板または前記負極板は、
導電性の基材層と、
前記基材層上に形成された合材層と、
少なくとも一部が、前記合材層の端縁を含む部分である端縁部上及び前記基材層上に連続して形成されている絶縁層と、を有し、
前記絶縁層における、前記合材層の前記端縁部の上方には凹凸部が形成されており、
前記絶縁層の前記凹凸部は、前記合材層の前記端縁部における凹凸形状に沿って形成されている
蓄電素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、正極板及び負極板を有する電極体を備える蓄電素子、並びに、蓄電素子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子は、例えば、正極板、負極板、並びに、正極板及び負極板の間に配置されたセパレータが積層された電極体を有する。このような、正極板、負極板、及びセパレータが積層された構成を有する電極体に関し、従来、正極板と負極板との短絡防止に関する技術が開示されている。

【0003】

例えば、特許文献１には、正極板及び負極板中の少なくとも一つの電極活物質層の両端部に形成される突出部の少なくとも一つを覆いかぶせるように形成される絶縁層を含むリチウムイオン二次電池が開示されている。このリチウムイオン二次電池において，上記絶縁層は所定の形状の貫通ホールを含む。この構成により、絶縁層が形成された領域でも正極活物質層が反応に参加できることになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００６－４０８７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

例えば正極板の、合材層が形成されていない端部（活物質未塗工部）に絶縁層を形成する場合、絶縁層と合材層との間に隙間をつくらないことが、正極板及び負極板の間での短絡を防止する観点から重要である。そこで、合材層の端縁に沿って、精度よく絶縁層を形成することが望まれるが、正極板の長手方向の全域において、隙間なく絶縁層と合材層の端縁とを隣り合わせることは現実的には困難である。

【0006】

本発明は、上記従来の課題を考慮し、正極板及び負極板を有する電極体を備える蓄電素子であって、品質の高い蓄電素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電素子は、正極板及び負極板を有する電極体を備える蓄電素子であって、前記正極板または前記負極板は、導電性の基材層と、前記基材層上に形成された合材層と、少なくとも一部が、前記合材層の端縁を含む部分である端縁部上及び前記基材層上に連続して形成されている絶縁層と、を有し、前記絶縁層における、前記合材層の前記端縁部の上方には凹凸部が形成されている。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、正極板及び負極板を有する電極体を備える蓄電素子であって、品質の高い蓄電素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施の形態に係る蓄電素子の外観を示す斜視図である。

【図2】図２は、実施の形態に係る蓄電素子の容器内に配置されている構成要素を示す斜視図である。

【図3】図３は、実施の形態に係る電極体の構成概要を示す斜視図である。

【図4】図４は、実施の形態に係る電極体の構成概要を示す断面図である。

【図5】図５は、実施の形態に係る正極合材層及び絶縁層の断面形状例を示す図である。

【図6】図６は、実施の形態に係る正極合材層及び絶縁層の構成例を示す図である。

【図7】図７は、実施の形態に係る蓄電素子の製造方法の一部を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本願発明者らは、合材層の端縁にオーバーラップするように絶縁層を形成することで絶縁層と合材層との間の隙間をなくすことを検討した。しかしこの場合、例えば、絶縁層の透明度が低いことに起因して、合材層の端縁の位置の確認が困難となる場合がある。電極体が有する極板において、合材層が設計通りの位置及び範囲に形成されているか否かは、電極体の性能に大きく影響する。そのため、絶縁層の形成等の工程を経た後に、合材層の端縁の位置を確認することは、例えば電極体（電極体を備える蓄電素子）の品質管理の観点から重要である。

【0011】

本発明は、上記従来の課題を考慮し、正極板及び負極板を有する電極体を備える蓄電素子であって、品質の高い蓄電素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

【0012】

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電素子は、正極板及び負極板を有する電極体を備える蓄電素子であって、前記正極板または前記負極板は、導電性の基材層と、前記基材層上に形成された合材層と、少なくとも一部が、前記合材層の端縁を含む部分である端縁部上及び前記基材層上に連続して形成されている絶縁層と、を有し、前記絶縁層における、前記合材層の前記端縁部の上方には凹凸部が形成されている。

【0013】

この構成によれば、極板（正極板または負極板、以下同じ）において、基材層上に形成される絶縁層の一部は合材層の端縁部を覆うように配置される。つまり、絶縁層の一部は合材層の端縁部にオーバーラップしている。そのため、比較的に容易な工程で、絶縁層と合材層との間の隙間をつくらずに絶縁層の形成を行うことができる。これにより、正極板と負極板との短絡の防止がより確実化される。

【0014】

さらに、絶縁層の、合材層の端縁部にオーバーラップしている部分には凹凸部が形成されている。そのため、例えば、絶縁層の厚み方向に交差する方向から絶縁層に光を照射した場合、当該オーバーラップしている部分に凹凸部による陰影が生じる。その結果、絶縁層が透明度の低い材料で形成されている場合であっても、絶縁層の端縁の確認が容易となる。例えば、絶縁層の収縮または剥離を防止するために、絶縁層の材料におけるバインダの割合を減らすことで絶縁層の透明度が低下した場合であっても、絶縁層の端縁の位置を確認することができる。

【0015】

このように、本態様に係る蓄電素子は、正極板及び負極板を有する電極体を備える蓄電素子であって、品質の高い蓄電素子である。

【0016】

また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記絶縁層の前記凹凸部は、前記合材層の前記端縁部における凹凸形状に沿って形成されているとしてもよい。

【0017】

この構成によれば、例えば、樹脂を含む材料を合材層の端縁部に塗布することで、絶縁層の凹凸部が形成される。そのため、凹凸部の位置と端縁部の位置との一致度が高い。また、絶縁層を構成する材料が合材層の端縁部の凹凸に入り込んで硬化することで絶縁層が形成されるため、絶縁層と合材層の端縁部との剥離の抑制効果も奏される。

【0018】

また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記合材層は、複数の活物質粒子及びバインダを含有し、前記絶縁層は、複数の粒子及びバインダを含有し、前記複数の粒子の平均粒子径は、前記複数の活物質粒子の平均粒子径よりも小さいとしてもよい。

【0019】

この構成によれば、合材層に含有される活物質粒子の径が比較的に大きいため、基材層に合材層を形成する工程を経るだけで、合材層の表面に比較的に大きな凹凸が形成される。その結果、合材層の上方に形成された凹凸部における凸の高さまたは凹の深さは、例えば視認可能な陰影を生じさせる程度の大きさとなる。

【0020】

また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記絶縁層に含有される前記粒子と前記バインダとの重量の比率は、８０：２０から９５：５までのいずれかであるとしてもよい。

【0021】

この構成によれば、例えば、絶縁層の剥がれ落ち等の、不具合の発生の可能性が低減される。

【0022】

また、本発明の一態様に係る蓄電素子の製造方法は、上記いずれかの態様に係る蓄電素子の製造方法であって、前記絶縁層に、前記絶縁層の厚み方向と交差する方向から光を照射する光照射工程と、前記光照射工程において照射される光によって前記凹凸部に生じる影の位置を用いて、前記合材層の前記端縁の位置を特定する特定工程とを含む。

【0023】

この方法によれば、絶縁層に、平行にまたは斜めから光を当てることで、絶縁層の下に存在する、合材層の端縁の位置が特定できる。つまり、絶縁層の一部が合材層の端縁部にオーバーラップするように絶縁層を形成することで、絶縁層と合材層との隙間における基材層の露出が防止された極板について、絶縁層が不透明な場合であっても、絶縁層に覆われた合材層の端縁の位置を効率よく特定することができる。従って、例えば電極体の製造工程において、合材層の形成が精度よく行われているか否か等を確認することができる。すなわち、本態様に係る蓄電素子の製造方法によれば、品質の高い蓄電素子を提供することができる。

【0024】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る蓄電素子について説明する。なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。

【0025】

また、以下で説明する実施の形態は、本発明の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及び接続形態、製造工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、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、任意の構成要素として説明される。

【0026】

まず、図１及び図２を用いて、実施の形態に係る蓄電素子１０の全般的な説明を行う。

【0027】

図１は、実施の形態に係る蓄電素子１０の外観を示す斜視図である。図２は、実施の形態に係る蓄電素子１０の容器内に配置されている構成要素を示す斜視図である。具体的には、図２は、蓄電素子１０を、容器１００の蓋体１１０と本体１１１とを分離して示す斜視図である。

【0028】

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二次電池である。例えば、蓄電素子１０は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、またはプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）に適用される。なお、蓄電素子１０は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次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。蓄電素子１０は、使用者が充電をしなくても蓄えられている電気を使用できる一次電池であってもよい。また、蓄電素子１０の形状に関しては、角型に限定されることなく、例えば円筒型などの他の形状であってもよい。

【0029】

図１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とを備えている。また、図２に示すように、容器１００の内部には、正極集電体１２０と、負極集電体１３０と、電極体４００とが収容されている。

【0030】

なお、蓄電素子１０は、上記の構成要素の他、正極集電体１２０及び負極集電体１３０の側方に配置されるスペーサ、容器１００内の圧力が上昇したときに当該圧力を開放するためのガス排出弁、または、電極体４００等を包み込む絶縁フィルムなどを備えてもよい。また、蓄電素子１０の容器１００の内部には電解液（非水電解質）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。なお、容器１００に封入される電解液としては、蓄電素子１０の性能を損なうものでなければその種類に特に制限はなく、様々なものを選択することができる。

【0031】

容器１００は、矩形筒状で底を備える本体１１１と、本体１１１の開口を閉塞する板状部材である蓋体１１０とで構成されている。また、容器１００は、電極体４００等を内部に収容後、蓋体１１０と本体１１１とが溶接等されることにより、内部を密封する構造を有している。なお、蓋体１１０及び本体１１１の材質は、特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウム、またはアルミニウム合金など溶接可能な金属であるのが好ましい。

【0032】

電極体４００は、正極板と負極板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。電極体４００の詳細な構成については、図３等を用いて後述する。

【0033】

正極端子２００は、正極集電体１２０を介して電極体４００の正極と電気的に接続された電極端子である。負極端子３００は、負極集電体１３０を介して電極体４００の負極と電気的に接続された電極端子である。つまり、正極端子２００及び負極端子３００は、電極体４００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４００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及び負極端子３００は、電極体４００の上方に配置された蓋体１１０に、絶縁性を有するガスケット（図示せず）を介して取り付けられている。

【0034】

正極集電体１２０は、電極体４００の正極と容器１００の本体１１１の壁面との間に配置され、正極端子２００と電極体４００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。

【0035】

負極集電体１３０は、電極体４００の負極と容器１００の本体１１１の壁面との間に配置され、負極端子３００と電極体４００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。

【0036】

具体的には、正極集電体１２０及び負極集電体１３０は、蓋体１１０に固定されている。また、正極集電体１２０は、電極体４００の正極側端部に接合され、負極集電体１３０は、電極体４００の負極側端部に接合されている。電極体４００は、容器１００の内部において、正極集電体１２０及び負極集電体１３０により、蓋体１１０から吊り下げられた状態で保持される。

【0037】

次に、以上のように構成された蓄電素子１０が備える電極体４００の構成について、図３を用いて説明する。

【0038】

図３は、実施の形態に係る電極体４００の構成概要を示す斜視図である。なお、図３では、積層されて巻回された極板等の要素を一部展開して図示している。また、図３において符号Ｗが付された一点鎖線は、電極体４００の巻回軸を表している。巻回軸Ｗは、極板等を巻回する際の中心軸となる仮想的な軸であり、本実施の形態では、電極体４００の中心を通るＸ軸に平行な直線である。

【0039】

電極体４００は、正極板４１０及び負極板４２０を有する電極体の一例である。本実施の形態では、図３に示すように、電極体４００は、セパレータ４５０と、負極板４２０と、セパレータ４３０と、正極板４１０とがこの順に積層され、かつ、巻回されることで形成されている。また、図３に示すように、電極体４００は、巻回軸Ｗと直交する方向（本実施の形態ではＺ軸方向）に扁平な形状である。つまり、電極体４００は、巻回軸Ｗの方向から見た場合に、全体として長円形状であり、長円形状の直線部分が平坦な形状となり、長円形状の曲線部分が湾曲した形状となる。このため、電極体４００は、対向する一対の扁平部（巻回軸Ｗを挟んでＺ軸方向で対向する部分）と、対向する一対の湾曲部（巻回軸Ｗを挟んでＹ軸方向で対向する部分）とを有している。

【0040】

本実施の形態において、正極板４１０は、アルミニウムからなる長尺帯状の金属箔（正極基材層４１１）の表面に、正極活物質を含む正極合材層４１４が形成されたものである。負極板４２０は、銅からなる長尺帯状の金属箔（負極基材層４２１）の表面に、負極活物質を含む負極合材層４２４が形成されたものである。正極活物質及び負極活物質の例については後述する。

【0041】

また、本実施の形態では、セパレータ４３０及び４５０は、樹脂からなる微多孔性のシートを基材として有している。

【0042】

このように構成された電極体４００において、より具体的には、正極板４１０と負極板４２０とは、セパレータ４３０または４５０を介し、巻回軸Ｗの方向に互いにずらして巻回されている。そして、正極板４１０及び負極板４２０は、それぞれのずらされた方向の端部に、基材層の、活物質が塗工されていない部分である活物質未塗工部を有する。

【0043】

具体的には、正極板４１０は、巻回軸Ｗの方向の一端（図３ではＸ軸方向プラス側の端部）に、正極活物質が塗工されていない活物質未塗工部４１１ａを有している。また、負極板４２０は、巻回軸Ｗの方向の他端（図３ではＸ軸方向マイナス側の端部）に、負極活物質が塗工されていない活物質未塗工部４２１ａを有している。

【0044】

つまり、正極板４１０の露出した金属箔（活物質未塗工部４１１ａ）の層によって正極側端部が形成され、負極板４２０の露出した金属箔（活物質未塗工部４２１ａ）の層によって負極側端部が形成されている。正極側端部は正極集電体１２０と接合され、負極側端部は負極集電体１３０と接合される。本実施の形態では、これら接合の手法として、超音波接合が採用されている。なお、電極体４００と正極集電体１２０及び負極集電体１３０との接合の手法として、超音波接合以外に、抵抗溶接またはクリンチ接合等の手法が採用されてもよい。また、蓄電素子１０が備える電極体４００の数は１には限定されず、２以上でもよい。

【0045】

以上のように構成された電極体４００において、正極板４１０には、正極合材層４１４と活物質未塗工部４１１ａとの境界を含む領域に絶縁層４１５が形成されている。絶縁層４１５は、バインダと無機粒子等の粒子とを含有する。つまり、正極板４１０は、正極基材層４１１及び正極合材層４１４に跨るように配置された絶縁層４１５を有しており、これにより、正極板４１０と負極板４２０との短絡防止の確実性が向上されている。以下、図４～図６を用いて絶縁層４１５及びその周辺の構造についての説明を行う。

【0046】

図４は、実施の形態に係る電極体４００の構成概要を示す断面図である。具体的には、図４では、図３のＩＶ－ＩＶ断面における電極体４００の正極側の一部が図示されている。図５は、正極合材層４１４及び絶縁層４１５の断面形状例を示す図であり、図６は、正極合材層４１４及び絶縁層４１５の構成例を示す図である。

【0047】

図４及び図５に示すように、本実施の形態に係る蓄電素子１０は、正極板４１０及び負極板４２０を有する電極体４００を備える。正極板４１０は、導電性の正極基材層４１１と、正極基材層４１１上に形成された正極合材層４１４と、少なくとも一部が、正極合材層４１４の端縁を含む部分である端縁部４１４ａ上、及び、正極基材層４１１上に連続して形成されている絶縁層４１５とを有する。

【0048】

このように、本実施の形態では、正極基材層４１１の正極合材層４１４から突出した部分（活物質未塗工部４１１ａ）の一部と正極合材層４１４の端縁部４１４ａとを連続して覆うように、絶縁層４１５が形成されている。これにより、図４に示すように厚み方向（Ｚ軸方向）で互いに重なる部分を有する活物質未塗工部４１１ａと負極板４２０との電気的な接触の可能性が低減される。つまり、正極板４１０と負極板４２０との短絡がより確実に防止される。

【0049】

また、絶縁層４１５の一部が、正極合材層４１４の端縁にオーバーラップするように絶縁層４１５が形成されるため、絶縁層４１５を、正極合材層４１４との間の隙間を開けずに隣り合わせるような、高い精度が要求される工程は不要である。

【0050】

ここで、本実施の形態では、例えば図５に示すように、正極合材層４１４の端縁部４１４ａは、絶縁層４１５によって覆われるため、端縁部４１４ａに含まれる端縁（図５における正極合材層４１４の左端）の位置を確認することは困難となる。

【0051】

もちろん、絶縁層４１５が含有するバインダ（例えば透明度の高い樹脂）の割合を上げることで、絶縁層４１５に覆われた正極合材層４１４の端縁を視認可能とすることは可能である。しかしながらこの場合、バインダの含有割合が高いことに起因して絶縁層４１５が収縮し、その結果、正極板４１０の変形、または、絶縁層４１５の剥離等の不具合が生じやすくなる。

【0052】

従って、上記不具合の発生の可能性を抑制するためには、絶縁層４１５に含有されるバインダの割合を低くすることが好ましい。つまり、絶縁層４１５に含有される無機粒子等の粒子の割合を増加させることが好ましい。例えば、絶縁層４１５におけるアルミナまたはシリカの粒子の含有割合が大きい場合、絶縁層４１５は全体的に白濁した状態となり、絶縁層４１５の外部から、正極合材層４１４の端縁の位置を確認することは実質的には困難である。

【0053】

しかしながら、本実施の形態では、例えば図５に示すように、絶縁層４１５における、正極合材層４１４の端縁部４１４ａの上方には凹凸部４１５ａが形成されている。凹凸部４１５ａは、並んで配置された複数の凹または凸によって形成された部分であり、斜めまたは側方から光が照射されることで複数の凹または凸による陰影が現れる。そのため、凹凸部４１５ａにより生じる陰影を利用して、絶縁層４１５に覆われた正極合材層４１４の端縁の位置を確認することができる。従って、変形または剥離等の不具合が生じ難い絶縁層４１５を有し、かつ、所期の設計通りに正極合材層４１４が形成された電極体４００を得ることができる。なお、正極合材層４１４の端縁の位置の確認手法については図７を用いて後述する。

【0054】

また、絶縁層４１５の凹凸部４１５ａは、例えば、微小な金属片等の異物が引っ掛かりやすい形状である。そのため、絶縁層４１５は、電極体４００の内方への異物の移動を抑制する部材としても機能することができる。

【0055】

さらに、絶縁層４１５は、凹凸部４１５ａを有することで表面積が増加するため、電解液がしみ込みやすい。これにより、例えば、絶縁層４１５が存在することによる電解液の電極体４００へのしみ込み量の低下が抑制される。

【0056】

また、本実施の形態では、絶縁層４１５の凹凸部４１５ａは、正極合材層４１４の端縁部４１４ａにおける凹凸形状に沿って形成されている。つまり、図５に示すように、正極合材層４１４の端縁部４１４ａの表面は凹凸形状であり、この上から、バインダを含む材料が塗布または貼付等されることで、端縁部４１４ａの表面の凹凸形状に沿った凹凸部４１５ａを有する絶縁層４１５が形成される。

【0057】

従って、凹凸部４１５ａの端縁部４１４ａに対する位置精度が高い。例えば、図５における凹凸部４１５ａの左端の位置と、正極合材層４１４の端縁（端縁部４１４ａの左端）の位置との、Ｘ軸方向における一致度が高い。そのため、正極合材層４１４の端縁の位置を精度よく確認することができる。また、絶縁層４１５の材料が正極合材層４１４の端縁部４１４ａの凹凸に入り込んだ状態で、絶縁層４１５が端縁部４１４ａに固定されるため、例えば、絶縁層４１５の剥離の抑制効果も奏される。

【0058】

ここで、本実施の形態に係る正極合材層４１４及び絶縁層４１５のそれぞれは、バインダと粒子とを含有する。具体的には、図６に模式的に示されるように、正極合材層４１４は、複数の活物質粒子４１４ｃ及びバインダ４１４ｂを含有し、絶縁層４１５は、複数の粒子４１５ｃ及びバインダ４１５ｂを含有する。また、複数の粒子４１５ｃの平均粒子径は、複数の活物質粒子４１４ｃの平均粒子径よりも小さい。

【0059】

すなわち、活物質粒子４１４ｃの径が比較的に大きいことにより、例えば、正極基材層４１１上に、複数の活物質粒子４１４ｃ及びバインダ４１４ｂを含有する材料を塗布する工程を経るだけで、表面に複数の凹凸を有する正極合材層４１４が形成される。また、絶縁層４１５が含有する粒子４１５ｃの径は比較的に小さいため、正極合材層４１４の端縁部４１４ａの上に絶縁層４１５が形成された場合に、絶縁層４１５の、正極合材層４１４の端縁部４１４ａの上方に位置する部分の形状については、正極合材層４１４の活物質粒子４１４ｃの径の大きさによる影響が支配的となる。その結果、例えば、凹凸部４１５ａにおける凸の高さまたは凹の深さは、視認可能な陰影を生じさせる程度の大きさとなる。

【0060】

正極合材層４１４に含有される活物質粒子４１４ｃの平均粒子径は、例えば十数ミクロンメートル（μｍ）程度であり、絶縁層４１５に含有される粒子４１５ｃの平均粒子径は、例えば１μｍ以下である。つまり、簡単にいうと、正極合材層４１４に含有される活物質粒子４１４ｃは、絶縁層４１５に含有される粒子４１５ｃよりも十倍以上大きい。

【0061】

なお、絶縁層４１５が含有する粒子４１５ｃ及びバインダ４１５ｂの種類及びサイズの具体例は以下の通りである。絶縁層４１５に含有される粒子４１５ｃとしては、平均粒子径（メジアン径（Ｄ５０））が０．７±０．１６μｍであり、比表面積が４．５±０．５ｍ２／ｇであるＡｌ２Ｏ３が例示される。また、バインダ４１５ｂとしては、数平均分子量約５０万のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）が例示される。

【0062】

ここで、絶縁層４１５が含有する粒子４１５ｃとバインダ４１５ｂとの重量の比率については所定の範囲内であることが好ましい。具体的には、バインダ４１５ｂの割合が２０％より多くなると、例えば、絶縁層４１５が捲れて剥がれ落ちやすくなる。また、バインダ４１５ｂの割合が５％より小さいと、例えば、絶縁層４１５が粉々になりやすい。そのため、絶縁層４１５に含有される粒子４１５ｃとバインダ４１５ｂとの比率は、８０：２０から９５：５までのいずれかであることが好ましい。本実施の形態では、絶縁層４１５に含有される粒子４１５ｃとバインダ４１５ｂとの重量の比率は、約９０：１０である。

【0063】

また、正極合材層４１４に活物質粒子４１４ｃとして含有される正極活物質としては、例えば、Ｌｉ_ｘＭＯ_ｙ（Ｍは少なくとも一種の遷移金属を表す）で表される複合酸化物（Ｌｉ_ｘＣｏＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉＯ_２、Ｌｉ_ｘＭｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ_ｘＭｎＯ_３、Ｌｉ_ｘＮｉ_ｙＣｏ_{（１－ｙ）}Ｏ_２、Ｌｉ_ｘＮｉ_ｙＭｎ_ｚＣｏ_{（１－ｙ－ｚ）}Ｏ_２、Ｌｉ_ｘＮｉ_ｙＭｎ_{（２－ｙ）}Ｏ_４など）、あるいは、Ｌｉ_ｗＭｅ_ｘ（ＸＯ_ｙ）_ｚ（Ｍｅは少なくとも一種の遷移金属を表し、Ｘは例えばＰ、Ｓｉ、Ｂ、Ｖ）で表されるポリアニオン化合物（ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＭｎＰＯ_４、ＬｉＮｉＰＯ_４、ＬｉＣｏＰＯ_４、Ｌｉ_３Ｖ_２（ＰＯ_４）_３、Ｌｉ_２ＭｎＳｉＯ_４、Ｌｉ_２ＣｏＰＯ_４Ｆなど）から選択することができる。また、これらの化合物中の元素またはポリアニオンは一部他の元素またはアニオン種で置換されていてもよく、表面にＺｒＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３などの金属酸化物や炭素を被覆されていてもよい。さらに、ジスルフィド、ポリピロール、ポリアニリン、ポリパラスチレン、ポリアセチレン、ポリアセン系材料などの導電性高分子化合物、擬グラファイト構造炭素質材料などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらの化合物は単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

【0064】

また、絶縁層４１５が含有する粒子４１５ｃは例えば無機粒子である。この無機粒子としては、例えば、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、酸化鉄、バリウムチタン酸化物、アルミナ－シリカ複合酸化物等の酸化物、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等の窒化物、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウム等の難溶性イオン結晶、シリコン、ダイヤモンド等の共有結合性結晶、シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリンクレイ、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ベーマイト、アパタイト、ムライト、スピネル、オリビン等、または、これらを含む化合物等が挙げられる。また、上記の無機物は、ＳｎＯ_２、スズ－インジウム酸化物（ＩＴＯ）等の酸化物、カーボンブラック、グラファイト等の炭素質材料等の導電性粒子の表面を、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粒子であってもよい。なお、絶縁層４１５が含有する粒子４１５ｃは、有機系の粒子であってもよい。

【0065】

また、絶縁層４１５が含有するバインダは、水系または非水系のバインダであり、正極合材層４１４が含有するバインダは、例えば絶縁層４１５が含有するバインダと同じ極性のバインダである。例えば、絶縁層４１５が水系のバインダを含有する場合、正極合材層４１４も水系のバインダを含有する。また、絶縁層４１５が非水系のバインダを含有する場合、正極合材層４１４も非水系のバインダを含有する。

【0066】

ここで、水系バインダは、水に分散又は溶解するバインダである。水系バインダとしては、２０℃において、水１００質量部に対して１質量部以上溶解する水溶性バインダ（水に溶解する水系バインダ）が好ましい。例えば、水系バインダとしては、ポリエチレンオキサイド（ポリエチレングリコール）、ポリプロピレンオキサイド（ポリプロピレングリコール）、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、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリオレフィン、ニトリル－ブタジエンゴム、セルロースからなる群より選択された少なくとも１種が好ましく、ポリエチレンオキサイド（ポリエチレングリコール）、ポリプロピレンオキサイド（ポリプロピレングリコール）、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸からなる群より選択された少なくとも１種の水溶性バインダがより好ましい。

【0067】

また、非水系バインダは、水系バインダよりも水溶性が低いバインダ（溶剤系バインダ）である。非水系バインダとしては、２０℃において、水１００質量部に対して１質量部未満溶解するものが好ましい。例えば、非水系バインダとしては、ＰＶＤＦ、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、エチレンとビニルアルコールとの共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、セルロースとキトサンピロリドンカルボン酸塩との架橋重合体、キチン又はキトサンの誘導体などが挙げられる。キトサンの誘導体としては、キトサンをグリセリル化した高分子化合物、キトサンの架橋体などが挙げられる。

【0068】

また、正極合材層４１４が非水系バインダを含有する場合には、当該非水系バインダとしては、結着性に優れるという点、又は、電気抵抗が低いという点で、ポリフッ化ビニリデン、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からなる群より選択された少なくとも１種が好ましい。

【0069】

なお、本実施の形態では、絶縁層４１５は、正極板４１０に備えられているが、正極板４１０に加えて、または正極板４１０に換えて、負極板４２０に絶縁層４１５が備えられてもよい。

【0070】

負極板４２０において負極基材層４２１上に形成された負極合材層４２４は、活物質粒子とバインダとを含有する。負極合材層４２４に活物質粒子として含有される負極活物質は、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、及びウッド合金など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、非晶質カーボンなど）、金属酸化物、リチウム金属酸化物（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２など）、ポリリン酸化合物などが挙げられる。この中でも、特に黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素が好ましい。これらは、１種を単独で用いても、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。

【0071】

また、負極合材層４２４が含有するバインダとしては、正極合材層４１４に用いられるバインダと同じものを採用することができる。

【0072】

次に、上記構成を有する電極体４００の製造工程において、合材層（本実施の形態では正極合材層４１４）の端縁の位置を確認するための方法について、図７を用いて説明する。

【0073】

図７は、実施の形態に係る蓄電素子１０の製造方法の一部を説明するための図である。具体的には、図７では、蓄電素子１０に備えられる電極体４００を製造する際に、正極合材層４１４の端縁の位置を確認するための方法が模式的に図示されている。

【0074】

本実施の形態に係る蓄電素子１０の製造方法は、絶縁層４１５に、絶縁層４１５の厚み方向と交差する方向から光を照射する光照射工程と、光照射工程において照射される光によって凹凸部４１５ａに生じる影の位置を用いて、正極合材層４１４の端縁の位置を特定する特定工程とを含む。

【0075】

例えば図７の（ａ）に示すように、正極板４１０の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って絶縁層４１５に光５００を照射する。その結果、図７の（ｂ）に示すように、絶縁層４１５を平面視した場合、絶縁層４１５は、陰影領域５２０と非陰影領域５１０とに明確に区別して認識される。なお、陰影領域５２０は、凹凸部４１５ａにおける複数の凹または凸による陰影が観察される領域である。また、非陰影領域５１０は、ほぼ平坦であることでほぼ陰影が生じない領域である。

【0076】

従って、陰影領域５２０と非陰影領域５１０との境界の位置の特定（例えば、正極基材層４１１の左端から当該位置までの距離の計測）が容易である。また、当該位置は、絶縁層４１５に覆われた、正極合材層４１４の端縁の位置に一致（略一致も含む）する。そのため、正極合材層４１４の端縁の位置の特定（基準位置からの距離の測定など）が容易に行える。

【0077】

これにより、絶縁層４１５を、その一部を正極合材層４１４とオーバーラップさせて形成することが可能であり、かつ、正極合材層４１４が精度よく形成されているか否かの確認が容易に行える。また、絶縁層４１５の材料として、バインダの含有割合が比較的に小さな材料（透明度が低い材料）を選択することができ、これにより、正極板４１０の変形または絶縁層４１５の剥離等が抑制される。従って、本実施の形態に係る蓄電素子１０の製造方法によれば、品質の高い蓄電素子１０を得ることができる。

【0078】

なお、上記光照射工程及び特定工程は、例えば、正極基材層４１１上に、正極合材層４１４及び絶縁層４１５の形成を行った後であって、正極板４１０等の要素を巻回する前に行われる。また、上記光照射工程及び特定工程は、正極板４１０の長手方向の全域について行われてもよく、所定の長さごとに行われてもよい。

【0079】

また、絶縁層４１５が白濁していることは必須ではないが、絶縁層４１５が、シリカ等の粒子を含有することで白濁している場合、凹凸部４１５ａにおいて生じる陰影の明瞭性という観点から有利である。

【0080】

また、光５００の照射方向は、正極板４１０の長手方向（Ｙ軸方向）に平行である必要はない。しかし、光５００の照射が、正極合材層４１４の活物質未塗工部４１１ａ側の端縁の特定を目的とすることを考慮すると、光５００の照射方向は、Ｘ軸方向に直交し、かつ、厚み方向（Ｚ軸方向）と交差する方向であることが好ましい。

【0081】

また、正極合材層４１４の、絶縁層４１５がオーバーラップしていない領域（図７の（ｂ）における合材露出領域５３０）にも、表面に凹凸があることにより陰影が生じる。しかし、正極合材層４１４が黒っぽい色であるため、合材露出領域５３０は全体として黒っぽく、コントラストが乏しい領域として視認される。そのため、絶縁層４１５に光５００を照射することで、正極合材層４１４の端縁の位置を特定するとともに、絶縁層４１５の、活物質未塗工部４１１ａとは反対側（Ｘ軸方向マイナス側）の端縁の特定も行うこともできる。これにより、例えば、絶縁層４１５の短手方向の幅（Ｘ軸方向の幅）が設計通りの値であるか等を確認することができる。

【0082】

また、絶縁層４１５に光５００を照射することによる、正極合材層４１４の端縁の位置の特定（上記の特定工程）は、人が視認することで行ってもよく、また、カメラ等の光学装置を用いることで、自動的に行われてもよい。

【0083】

（他の実施の形態）
以上、本発明に係る蓄電素子及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明した。しかしながら、本発明は、上記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上記実施の形態に施したものも、あるいは、上記説明された複数の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。

【0084】

例えば、上記実施の形態では、図４等に示すように、絶縁層４１５は、正極合材層４１４については、活物質未塗工部４１１ａ側の端縁部４１４ａのみを覆っているが、絶縁層４１５は、正極合材層４１４の全域（略全域を含む）を覆ってもよい。これにより、正極合材層４１４の全域において、負極板４２０との短絡防止の確実性がより向上する。

【0085】

つまり、絶縁層４１５は、少なくとも一部が、正極（または負極）合材層の端縁を含む部分である端縁部上、及び、正極（または負極）基材層上に連続して形成されていればよい。

【0086】

また、正極基材層４１１の、正極合材が塗布される面に、アンダーコート層等の、正極基材層４１１と正極合材層４１４との接着性を向上させる層を設けてもよい。負極板４２０についても同様に、負極基材層４２１の、負極合材が塗布される面に、アンダーコート層等の、負極基材層４２１と負極合材層４２４との接着性を向上させる層を設けてもよい。

【0087】

また、上記実施の形態では、正極合材層４１４は、絶縁層４１５と同じ極性のバインダを含有するとしたが、正極合材層４１４は、絶縁層４１５とは異なる極性のバインダを含有してもよい。

【0088】

また、蓄電素子１０が備える電極体は巻回型である必要はない。蓄電素子１０は、例えば平板状極板を積層した積層型の電極体を備えてもよい。また、蓄電素子１０は、例えば、長尺帯状の極板を山折りと谷折りとの繰り返しによって蛇腹状に積層した構造を有する電極体を備えてもよい。いずれの場合であっても、正極板及び負極板がセパレータを介して積層された構造を有するため、正極板または負極板が、活物質未塗工部と合材層の端縁部とを覆う絶縁層を備えることで、正極板と負極板との短絡防止の確実性が向上される。また、絶縁層の、合材層の端縁部の上方に凹凸部が形成されていることで、上述のように、合材層の端縁の位置の確認を容易に行うことができる。

【0089】

また、上記実施の形態に記載された構成を任意に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。

【0090】

また、本発明は、上記説明された蓄電素子として実現することができるだけでなく、当該蓄電素子が備える電極体４００としても実現することができる。また、本発明は、当該蓄電素子を複数備える蓄電装置としても実現することができる。

【産業上の利用可能性】

【0091】

本発明は、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子等に適用できる。

【符号の説明】

【0092】

１０ 蓄電素子
１００ 容器
１１０ 蓋体
１１１ 本体
１２０ 正極集電体
１３０ 負極集電体
２００ 正極端子
３００ 負極端子
４００ 電極体
４１０ 正極板
４１１ 正極基材層
４１１ａ、４２１ａ 活物質未塗工部
４１４ 正極合材層
４１４ａ 端縁部
４１４ｂ、４１５ｂ バインダ
４１４ｃ 活物質粒子
４１５ 絶縁層
４１５ａ 凹凸部
４１５ｃ 粒子
４２０ 負極板
４２１ 負極基材層
４２４ 負極合材層
４３０、４５０ セパレータ
５００ 光
５１０ 非陰影領域
５２０ 陰影領域
５３０ 合材露出領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】