特許 7193363 蓄電素子、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】2022-12-12

(45)【発行日】2022-12-20

(54)【発明の名称】蓄電素子、蓄電素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/105 20210101AFI20221213BHJP

   H01M 50/133 20210101ALI20221213BHJP

   H01M 50/121 20210101ALI20221213BHJP

   H01M 50/178 20210101ALI20221213BHJP

   H01G 11/78 20130101ALI20221213BHJP

   H01G 11/12 20130101ALI20221213BHJP

   H01G 11/84 20130101ALI20221213BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20221213BHJP

   H01M 50/119 20210101ALN20221213BHJP

【ＦＩ】

H01M50/105

H01M50/133

H01M50/121

H01M50/178

H01G11/78

H01G11/12

H01G11/84

H01M10/04 Z

H01M50/119

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2019013554

(22)【出願日】2019-01-29

(65)【公開番号】P2020123456

(43)【公開日】2020-08-13

【審査請求日】2021-10-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000002174

【氏名又は名称】積水化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100120617

【弁理士】

【氏名又は名称】浅野 真理

(74)【代理人】

【識別番号】100127465

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 幸裕

(72)【発明者】

【氏名】加茂 博道

(72)【発明者】

【氏名】奥村 規顕

【審査官】前田 寛之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－００４６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３５９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１２３４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１３２４３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００５－２５９６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２４８３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１４４６９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ５０／１０－５０／１９８

Ｈ０１Ｍ５０／５０－５０／５９８

Ｈ０１Ｍ１０／００－１０／３９

Ｈ０１Ｇ１１／００－１１／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１外装材及び第２外装材を有する外装体と、
前記第１外装材及び前記第２外装材の間に形成される収容空間に収容され、積層された複数の電極を有する電極体と、を備え、
前記第１外装材及び前記第２外装材のうちの前記第１外装材のみが、金属層を含んでおり、
前記第２外装材は、周縁部と、周縁部によって取り囲まれて前記第１外装材から離間する向きに前記周縁部から膨出した膨出部と、を有する、蓄電素子。

【請求項2】

前記第２外装材の厚さは、前記第１外装材の厚さよりも厚い、請求項１に記載の蓄電素子。

【請求項3】

前記第２外装材の厚さは、０．５ｍｍ以上である、請求項１または２に記載の蓄電素子。

【請求項4】

前記第２外装材の厚さは、３．０ｍｍ以下である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蓄電素子。

【請求項5】

前記第２外装材は、ポリエチレン樹脂層、ポリプロピレン樹脂層、及びポリエチレンテレフタレート樹脂層のうち少なくとも１つを含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の蓄電素子。

【請求項6】

前記周縁部と前記膨出部との接続部に、周状の第１折り曲げ部が形成されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の蓄電素子。

【請求項7】

前記膨出部は、前記周縁部に接続した周状の側壁部と、前記側壁部に接続した天壁部と、を有し、
前記側壁部と前記天壁部との接続部に、周状の第２折り曲げ部が形成されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の蓄電素子。

【請求項8】

前記電極体の前記電極と電気的に接続し且つ前記第１外装材及び前記第２外装材の間を通過して前記外装体の外部へ延び出したタブを、更に備え、
前記第２外装材は、前記タブと対面する対面する部分に前記タブを収容する凹部を有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の蓄電素子。

【請求項9】

前記第１外装材は、前記収容空間を形成する部分において、平坦である、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の蓄電素子。

【請求項10】

前記電極体は、前記電極を合計で、２０以上含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の蓄電素子。

【請求項11】

第１外装材及び第２外装材のうちの前記第１外装材のみが金属層を含むよう、前記第１外装材及び前記第２外装材を作製する工程と、
前記第１外装材及び前記第２外装材の間に、積層された複数の電極を含む電極体を配置する工程と、
前記第１外装材及び前記第２外装材を接合して外装体を形成する工程と、を備え、
前記第２外装材をエンボス加工するエンボス加工工程を更に備える、蓄電素子の製造方法。

【請求項12】

前記エンボス加工工程は、前記第２外装材に膨出部を形成する工程を含む、請求項１１に記載の蓄電素子の製造方法。

【請求項13】

前記エンボス加工工程は、前記電極と電気的に接続して前記第１外装材及び前記第２外装材の間を通過して前記外装体の外部へ延び出すタブを収容するための凹部を、前記第２外装材に形成する工程を含む、請求項１１または１２に記載の蓄電素子の製造方法。

【請求項14】

前記エンボス加工工程において、前記第２外装材の膨出部及び前記電極と電気的に接続して前記第１外装材及び前記第２外装材の間を通過して前記外装体の外部へ延び出すタブを収容するための凹部は、同時に形成される、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の蓄電素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄電素子及び蓄電素子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

蓄電素子として、例えば特許文献１で提案されているように、正極と負極とを交互に積層してなる積層型電池や巻回型電池が広く普及している。このような積層型電池の一例として、リチウムイオン二次電池が挙げられる。リチウムイオン二次電池は、他の形式の積層型電池と比較して大容量であることを特徴の一つとしている。このような特徴を有するリチウムイオン二次電池は、今般、車載用途や定置住宅用途等の種々の用途での更なる普及を期待されている。

【0003】

リチウムイオン二次電池に代表される積層型電池では、正極及び負極を有する電極体から電力を取り出すため、正極及び負極のうち電極活物質層が設けられていない領域において正極及び負極がそれぞれ別個に集電しており、集電されたそれぞれの電極の電極集電体にタブが取り付けられている。電極体は、それぞれの電極に取り付けられたタブが外部に延び出た状態で、外装体に収容される。このような外装体は、２つの外装材を接合することで形成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－１０８６２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

蓄電素子において、電極体をより大容量にするため、電極体を大型化することが検討されている。大型化された電極体を適切に収容するため、外装体を形成する外装材が十分な厚さを有していることが望まれる。

【0006】

ところで、従来の蓄電素子において、２つの外装材は、ともに金属層を含んでいる。外装体を形成する外装材が金属層を含む場合、外装材を厚く作製することが困難である。このため、外装体に十分な強度を付与することが困難である。外装体の強度が不十分であると、外装体に収容された電極体の重量によって、外装体が撓んでしまうことがある。外装体が撓むことで、外装体に収容された電極体が歪んでしまい、電極体において短絡が生じる等、蓄電素子としての機能が損なわれることがある。

【0007】

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、外装体の撓みを抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の蓄電素子は、
第１外装材及び第２外装材を有する外装体と、
前記第１外装材及び前記第２外装材の間に形成される収容空間に収容され、積層された複数の電極を有する電極体と、を備え、
前記第１外装材及び前記第２外装材のうちの前記第１外装材のみが、金属層を含んでいる。

【0009】

本発明の蓄電素子において、前記第２外装材の厚さは、前記第１外装材の厚さよりも厚くてもよい。

【0010】

本発明の蓄電素子において、前記第２外装材の厚さは、０．５ｍｍ以上であってもよい。

【0011】

本発明の蓄電素子において、前記第２外装材の厚さは、３．０ｍｍ以下であってもよい。

【0012】

本発明の蓄電素子において、前記第２外装材は、ポリエチレン樹脂層、ポリプロピレン樹脂層、及びポリエチレンテレフタレート樹脂層のうち少なくとも１つを含んでもよい。

【0013】

本発明の蓄電素子において、前記第２外装材は、周縁部と、周縁部によって取り囲まれて前記第１外装材から離間する向きに前記周縁部から膨出した膨出部と、を有してもよい。

【0014】

本発明の蓄電素子において、前記周縁部と前記膨出部との接続部に、周状の第１折り曲げ部が形成されていてもよい。

【0015】

本発明の蓄電素子において、
前記膨出部は、前記周縁部に接続した周状の側壁部と、前記側壁部に接続した天壁部と、を有し、
前記側壁部と前記天壁部との接続部に、周状の第２折り曲げ部が形成されていてもよい。

【0016】

本発明の蓄電素子において、
前記電極体の前記電極と電気的に接続し且つ前記第１外装材及び前記第２外装材の間を通過して前記外装体の外部へ延び出したタブを、更に備え、
前記第２外装材は、前記タブと対面する対面する部分に前記タブを収容する凹部を有してもよい。

【0017】

本発明の蓄電素子において、前記第１外装材は、前記収容空間を形成する部分において、平坦であってもよい。

【0018】

本発明の蓄電素子において、前記電極体は、前記電極を合計で、２０以上含んでもよい。

【0019】

本発明の蓄電素子の製造方法は、
第１外装材及び第２外装材のうちの前記第１外装材のみが金属層を含むよう、前記第１外装材及び前記第２外装材を作製する工程と、
前記第１外装材及び前記第２外装材の間に、積層された複数の電極を含む電極体を配置する工程と、
前記第１外装材及び前記第２外装材を接合して外装体を形成する工程と、を備える。

【0020】

本発明の蓄電素子の製造方法は、前記第２外装材をエンボス加工するエンボス加工工程を更に備えてもよい。

【0021】

本発明の蓄電素子の製造方法において、前記エンボス加工工程は、前記第２外装材に膨出部を形成する工程を含んでもよい。

【0022】

本発明の蓄電素子の製造方法において、前記エンボス加工工程は、前記電極と電気的に接続して前記第１外装材及び前記第２外装材の間を通過して前記外装体の外部へ延び出すタブを収容するための凹部を、前記第２外装材に形成する工程を含んでもよい。

【0023】

本発明の蓄電素子の製造方法において、前記エンボス加工工程において、前記第２外装材の膨出部及び前記電極と電気的に接続して前記第１外装材及び前記第２外装材の間を通過して前記外装体の外部へ延び出すタブを収容するための凹部は、同時に形成されてもよい。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、外装体の撓みを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の一実施の形態を説明するための図であって、蓄電素子を示す斜視図である。

【図2】図２は、図１の蓄電素子の外装体の内部に収容された電極体を示す平面図である。

【図3】図３は、図１の図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。

【図4】図４は、図１のＩＶ－ＩＶ線に沿った蓄電素子の外装体の断面図である。

【図5】図５は、図１の蓄電素子の外装体の側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺及び縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。

【0027】

なお、本明細書において、「板」、「シート」、「フィルム」の用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。

【0028】

また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件ならびにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。

【0029】

図１乃至図５は、本発明による蓄電素子の一実施の形態を説明するための図である。図１は、蓄電素子の一具体例を示す斜視図である。図１に示すように、蓄電素子１は、外装体７と、外装体７によって形成された収容空間７ａに収容された電極体５と、電極体５に接続されて外装体７の内部から外部へと延び出したタブ６と、を有している。また、図２は、蓄電素子１に含まれる電極体５を示す平面図であり、図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。図２及び図３に示すように、電極体５は、第１方向ｄ１に積層された複数の第１電極１０及び第２電極２０を有している。図１に示された例において、蓄電素子１は、全体的に厚さ方向である第１方向ｄ１が薄い偏平形状を有しており、長手方向となる第２方向ｄ２と短手方向となる第３方向ｄ３に広がっている。第１方向ｄ１、第２方向ｄ２及び第３方向ｄ３は、互いに非平行であり、図示された例では、第１方向ｄ１、第２方向ｄ２及び第３方向ｄ３は、互いに直交している。

【0030】

以下において、蓄電素子１が積層型電池、具体的にはリチウムイオン二次電池である例について説明する。この例において、第１電極１０は正極１０Ｘを構成し、第２電極２０は負極２０Ｙを構成するものとする。ただし、以下に説明する作用効果の記載からも理解され得るように、ここで説明する一実施の形態は、リチウムイオン二次電池に限定されることなく、第１電極１０及び第２電極２０を第１方向ｄ１に交互に積層してなる蓄電素子１に広く適用され得る。また、蓄電素子１は積層型電池に限らず、例えば巻回型電池であってもよい。蓄電素子１が巻回型電池である場合でも、第１電極１０及び第２電極２０が第１方向ｄ１に積層される。

【0031】

以下、蓄電素子１の各構成要素について説明する。

【0032】

まず、電極体５について説明する。図２及び図３に示すように、電極体５は、正極１０Ｘ（第１電極１０）と、負極２０Ｙ（第２電極２０）と、正極１０Ｘと負極２０Ｙとの間に配置されたセパレータ３０と、を有している。図３に示すように、正極１０Ｘ及び負極２０Ｙは、第１方向ｄ１に沿って交互に積層されている。電極体５は、例えば板状の正極１０Ｘ及び負極２０Ｙを合計で２０枚以上含んでいる。電極体５は、全体的に偏平形状を有し、第１方向ｄ１への厚さが薄く、第１方向ｄ１に非平行な第２方向ｄ２及び第３方向ｄ３に広がっている。図示された例では、第２方向ｄ２及び第３方向ｄ３は、第１方向ｄ１に直交している。電極体５の厚さ、すなわち第１方向ｄ１に沿った長さは、例えば４ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。

【0033】

図２に示された非限定的な例において、正極１０Ｘ及び負極２０Ｙは、略長方形形状の外輪郭を有している板状の電極である。第１方向ｄ１に非平行な第２方向ｄ２が、正極１０Ｘ及び負極２０Ｙの長手方向であり、第１方向ｄ１及び第２方向ｄ２の両方に非平行な第３方向ｄ３が、正極１０Ｘ及び負極２０Ｙの短手方向（幅方向）である。図２に示されているように、正極１０Ｘ及び負極２０Ｙは、第２方向ｄ２にずらして配置されている。より具体的には、複数の正極１０Ｘは、第２方向ｄ２における一側に寄って配置され、複数の負極２０Ｙは、第２方向ｄ２における他側に寄って配置されている。図２に示すように、正極１０Ｘ及び負極２０Ｙは、第２方向ｄ２における中央において、第１方向ｄ１に重なり合っている。

【0034】

図２に示されているように、負極２０Ｙ（第２電極２０）の第３方向ｄ３（幅方向）に沿った長さは、正極１０Ｘ（第１電極１０）の第３方向ｄ３に沿った長さよりも長くなっている。図示された例では、負極２０Ｙは、正極１０Ｘより、第３方向ｄ３の一側及び他側に延び出ている。正極１０Ｘ及び負極２０Ｙの厚さ、すなわち第１方向ｄ１の長さは、例えば８０μｍ以上２００μｍ以下であり、長手方向、すなわち第２方向ｄ２に沿った長さは、例えば２００ｍｍ以上９５０ｍｍ以下であり、短手方向、すなわち第３方向ｄ３に沿った長さ（幅）は、例えば７０ｍｍ以上３５０ｍｍ以下である。

【0035】

図２に示されているように、正極１０Ｘ（第１電極１０）は、正極集電体１１Ｘ（第１電極集電体１１）と、正極集電体１１Ｘ上に設けられた正極活物質層１２Ｘ（第１電極活物質層１２）と、を有している。リチウムイオン二次電池において、正極１０Ｘは、放電時にリチウムイオンを放出し、充電時にリチウムイオンを吸蔵する。

【0036】

図２に示すように、正極集電体１１Ｘは、互いに対向する第１面１１ａ及び第２面１１ｂを主面として有している。正極活物質層１２Ｘは、正極集電体１１Ｘの第１面１１ａ及び第２面１１ｂの両側の面上に形成されている。電極体５に含まれる複数の正極１０Ｘは、正極集電体１１Ｘの両側に設けられた一対の正極活物質層１２Ｘを有し、互いに同一に構成され得る。

【0037】

正極集電体１１Ｘ及び正極活物質層１２Ｘは、蓄電素子１（リチウムイオン二次電池）に適用され得る種々の材料を用いて種々の製法により、作製され得る。一例として、正極集電体１１Ｘは、アルミニウム箔によって形成され得る。正極活物質層１２Ｘは、例えば、正極活物質、導電助剤、バインダーとなる結着剤を含んでいる。正極活物質層１２Ｘは、正極活物質、導電助剤及び結着剤を溶媒に分散させてなる正極用スラリーを、正極集電体１１Ｘをなす材料上に塗工して固化させることで、作製され得る。正極活物質として、例えば、一般式ＬｉＭ_ｘＯ_ｙ（ただし、Ｍは金属であり、ｘ及びｙは金属Ｍと酸素Ｏの組成比である）で表される金属酸リチウム化合物が用いられる。金属酸リチウム化合物の具体例として、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム等が例示され得る。または、一般式ＬｉＭＰＯ₄（ただし、Ｍは金属である）で表されるリン酸金属リチウム化合物が用いられる。リン酸金属リチウム化合物の具体例として、リン酸鉄リチウム、リン酸マンガンリチウム、リン酸コバルトリチウム等が例示され得る。導電助剤としては、アセチレンブラック等が用いられ得る。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン等が用いられ得る。

【0038】

図２に示すように、正極集電体１１Ｘ（第１電極集電体１１）は、第１端部領域ａ１及び第１電極領域ｂ１を有している。正極活物質層１２Ｘ（第１電極活物質層１２）は、正極集電体１１Ｘの第１電極領域ｂ１のみに配置されている。第１端部領域ａ１及び第１電極領域ｂ１は、第２方向ｄ２に配列されている。第１端部領域ａ１は、第１電極領域ｂ１よりも第２方向ｄ２における外側（図２における左側）に位置している。複数の正極集電体１１Ｘは、図２に示すように、第１端部領域ａ１において、抵抗溶接や超音波溶接、テープによる貼着、融着等によって接合され、電気的に接続している。図示された例では、一つのタブ６が、第１端部領域ａ１において正極集電体１１Ｘに電気的に接続している。タブ６は、電極体５から第２方向ｄ２に延び出している。一方、図２に示すように、第１電極領域ｂ１は、負極２０Ｙの後述する負極活物質層２２Ｙに対面する領域内に位置している。そして、第３方向ｄ３に沿った正極１０Ｘの幅は、第３方向ｄ３に沿った負極２０Ｙの幅よりも狭くなっている。このような第１電極領域ｂ１の配置により、負極活物質層２２Ｙからのリチウムの析出を防止することができる。

【0039】

次に、負極２０Ｙ（第２電極２０）について説明する。負極２０Ｙ（第２電極２０）は、負極集電体２１Ｙ（第２電極集電体２１）と、負極集電体２１Ｙ上に設けられた負極活物質層２２Ｙ（第２電極活物質層２２）と、を有している。リチウムイオン二次電池において、負極２０Ｙは、放電時にリチウムイオンを吸蔵し、充電時にリチウムイオンを放出する。

【0040】

図２に示すように、負極集電体２１Ｙは、互いに対向する第１面２１ａ及び第２面２１ｂを主面として有している。負極活物質層２２Ｙは、負極集電体２１Ｙの第１面２１ａ及び第２面２１ｂの両側の面上に形成されている。電極体５に含まれる複数の負極２０Ｙは、負極集電体２１Ｙの両側に設けられた一対の負極活物質層２２Ｙを有し、互いに同一に構成され得る。

【0041】

負極集電体２１Ｙ及び負極活物質層２２Ｙは、蓄電素子１（リチウムイオン二次電池）に適用され得る種々の材料を用いて種々の製法により、作製され得る。一例として、負極集電体２１Ｙは、例えば銅箔によって形成される。負極活物質層２２Ｙは、例えば、炭素材料からなる負極活物質、及び、バインダーとして機能する結着剤を含んでいる。負極活物質層２２Ｙは、例えば、炭素粉末や黒鉛粉末等からなる負極活物質とポリフッ化ビニリデンのような結着剤とを溶媒に分散させてなる負極用スラリーを、負極集電体２１Ｙをなす材料上に塗工して固化することで、作製され得る。

【0042】

図２に示すように、負極集電体２１Ｙ（第２電極集電体２１）は、第２接続領域ａ２及び第２電極領域ｂ２を有している。負極活物質層２２Ｙ（第２電極活物質層２２）は、第２電極領域ｂ２のみにおいて負極集電体２１Ｙに積層されている。第２接続領域ａ２及び第２電極領域ｂ２は、第２方向ｄ２に配列されている。第２電極領域ｂ２は、第２接続領域ａ２よりも第２方向ｄ２における一側（図２における左側）に位置している。複数の負極集電体２１Ｙは、図２に示すように、第２接続領域ａ２において、抵抗溶接や超音波溶接、テープによる貼着、融着等によって接合され、電気的に接続している。図示された例では、正極集電体１１Ｘに接続したタブとは別のタブ６が、第２接続領域ａ２において負極集電体２１Ｙに電気的に接続している。タブ６は、電極体５から第２方向ｄ２の他側に延び出している。

【0043】

既に説明したように、正極１０Ｘの第１電極領域ｂ１は、負極２０Ｙの第２電極領域ｂ２に対面する領域の内側に位置している（図２参照）。すなわち、第２電極領域ｂ２は、正極１０Ｘの正極活物質層１２Ｘに対面する領域を内包する領域に広がっている。第３方向ｄ３に沿った負極２０Ｙの幅は、第３方向ｄ３に沿った正極１０Ｘの幅よりも広くなっている。とりわけ、負極２０Ｙの第３方向ｄ３における一側端部２０ａは、正極１０Ｘの第３方向ｄ３における一側端部１０ａよりも、第３方向ｄ３における一側に位置し、且つ、負極２０Ｙの第３方向ｄ３における他側端部２０ｂは、正極１０Ｘの第３方向ｄ３における他側端部１０ｂよりも、第３方向ｄ３における他側に位置している。

【0044】

次に、セパレータ３０について説明する。図３に示されているように、セパレータ３０は、正極１０Ｘ（第１電極１０）及び負極２０Ｙ（第２電極２０）の間に位置し、正極１０Ｘ及び負極２０Ｙが接触しないように離間させている。セパレータ３０は、絶縁性を有しており、正極１０Ｘ及び負極２０Ｙの接触による短絡を防止する。セパレータ３０は、大きなイオン透過度(透気度)、所定の機械的強度、および、電解液、正極活物質、負極活物質等に対する耐久性を有していることが好ましい。このようなセパレータ３０として、例えば、絶縁性の材料によって形成された多孔質体や不織布等を用いることができる。より具体的には、セパレータ３０として、融点が８０～１４０℃程度の熱可塑性樹脂からなる多孔フィルムを用いることができる。熱可塑性樹脂として、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン系ポリマー、またはポリエチレンテレフタレートを採用することができる。外装体７の収容空間７ａには、電極体５とともに電解液が封入される。電解液が、多孔質体や不織布からなるセパレータ３０に含浸することで、電極１０，２０の電極活物質層１２，２２に電解液が接触した状態に維持される。

【0045】

セパレータ３０は、例えば第１方向ｄ１に隣り合う任意の二つの電極１０，２０の間に位置している。また、セパレータ３０は、平面視において、正極１０Ｘの正極活物質層１２Ｘの全領域を覆うように広がっている。同様に、セパレータ３０は、平面視において、負極２０Ｙの負極活物質層２２Ｙの全領域を覆うように広がっている。

【0046】

次に、タブ６について説明する。タブ６は、蓄電素子１における端子として機能する。蓄電素子１に含まれる電極体５を示す平面図が図２に示されている。図２及び図３に示すように、電極体５の正極１０Ｘ（第１電極１０）に一方（第２方向ｄ２の一側）のタブ６が電気的に接続している。同様に、電極体５の負極２０Ｙ（第２電極２０）に他方（第２方向ｄ２の他側）のタブ６が電気的に接続している。図１及び図２に示すように、一対のタブは、外装体７の内部である収容空間７ａから、外装体７の外部へと延び出している。タブ６の外装体７の外部に延びている長さは、例えば１０ｍｍ以上２５ｍｍ以下である。なお、図３に示すように、タブ６は、後述する外装体７が有する第１外装材４０と第２外装材５０との間、より詳しくは第１外装材４０の絶縁層４２と第２外装材５０の樹脂層５２との間を通過する。また、外装体７とタブ６との間は、タブ６が延び出す領域において、封止されている。

【0047】

タブ６は、導電性を有するタブ本体部６ａと、タブ本体部６ａ上に設けられたシール部６ｂと、を有している。一方のタブ６のタブ本体部６ａの第２方向ｄ２における一側に位置する部分が、外装体７の外部に延び出ており、タブ本体部６ａの第２方向ｄ２における他側に位置する部分が、正極１０Ｘ（第１電極１０）に接続している。他方のタブ６のタブ本体部６ａの第２方向ｄ２における他側に位置する部分が、外装体７の外部に延び出ており、タブ本体部６ａの第２方向ｄ２における一側に位置する部分が、負極２０Ｙ（第２電極２０）に接続している。シール部６ｂは、タブ本体部６ａの第２方向ｄ２における中央部において、タブ本体部６ａを取り囲んでいる。シール部６ｂは、外装体７に溶着しており、タブ本体部６ａと外装体７との間を封止している。シール部６ｂは、タブ本体部６ａと外装体７との間の接触、特にタブ本体部６ａと外装体７における第１外装材４０の金属層４１との接触を効果的に防止する。

【0048】

タブ本体部６ａは、アルミニウム、銅、ニッケル、ニッケルメッキ銅等を用いて形成され得る。タブ本体部６ａの厚みは、例えば０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。シール部６ｂの材料としては、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、低密度ポリプロピレン、アイオノマー、エチレン・酢酸ビニル等を挙げることができる。シール部６ｂの厚みは、例えば０．０５ｍｍ以上０．４ｍｍ以下である。

【0049】

次に、外装体７について、図３乃至図５を参照しながら、説明する。図４は、図１のＩＶ－ＩＶ線に沿った蓄電素子１の断面図から、図示の簡略化のために電極体５を除いた図となっている。すなわち、図４には、外装体７の断面図が示されている。図５は、第２方向ｄ２から観察した図１の蓄電素子１から、図示の簡略化のためにタブ６を除いた図となっている。すなわち、図５には、第２方向ｄ２から観察した外装体７の側面図が示されている。

【0050】

外装体７は、電極体５を封止するための包装体である。外装体７は、電極体５を収容するための収容空間７ａを形成している。外装体７は、電極体５及び電解液をその内部の収容空間７ａに密閉する。

【0051】

収容空間７ａは、電極体５を収容することができるよう、電極体５の寸法以上の寸法となっている。一方、蓄電素子１の体積エネルギー密度を高くするため、収容空間７ａは、小さくなっていることが好ましい。ここで、体積エネルギー密度とは、蓄電素子が占める体積あたりの当該蓄電素子が供給可能な電力量のことを意味する。したがって、収容空間７ａの寸法は、電極体５の寸法と同一となっていることが好ましい。言い換えると、外装体７は、収容している電極体５に接していることが好ましい。収容空間７ａは、収容される電極体５の形状に合わせた形状となるよう形成されている。図示された例では、収容空間７ａは、略直方体形状となっている。収容空間７ａは、例えば、第１方向ｄ１に沿った長さが５ｍｍ以上２５ｍｍ以下であり、第２方向ｄ２に沿った長さが２００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下であり、第３方向ｄ３に沿った長さが７０ｍｍ以上４００ｍｍ以下である。

【0052】

また、外装体７は、第１外装材４０と、第２外装材５０と、を有している。第１外装材４０と第２外装材５０とが、それぞれの周縁部の一部において接合されることで、収容空間７ａが形成される。第１外装材４０と第２外装材５０とは、例えば接着性を有する接着層によって接合されていてもよいし、溶着されることによって接合されていてもよい。接着層によって接合される場合、接着層は、接着性に加え、絶縁性、耐薬品性、熱可塑性等を有していることが好ましく、例えば、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、低密度ポリプロピレン、アイオノマー、エチレン・酢酸ビニル等を用いることができる。

【0053】

図３及び図４に示されているように、第１外装材４０は、金属層４１及び金属層４１に積層された絶縁層４２を含んでいる。また、図示された例では、第１外装材４０は、金属層４１の表面、すなわち金属層４１の絶縁層４２が積層された面とは逆側の面に設けられた、絶縁性を有する被覆層４３をさらに含んでいる。一方、第２外装材５０は、樹脂層５２を含んでいるが、金属層を含んでいない。言い換えると、第１外装材４０及び第２外装材５０のうちの第１外装材４０のみが、金属層４１を含んでいる。第１外装材４０と第２外装材５０とは、第１外装材４０の絶縁層４２の側が第２外装材５０と向かい合うように配置されている。図３に示すように、第２方向ｄ２において、第１外装材４０の絶縁層４２と第２外装材５０との間を、タブ６が通過している。

【0054】

第１外装材４０は、収容空間７ａを形成する部分において、平坦になっている。言い換えると、第１外装材４０は、収容空間７ａを形成する部分において、膨出部や折り曲げ部が形成されていない。

【0055】

一方、第２外装材５０は、電極体５を収容可能な十分な大きさの収容空間７ａを形成するため、図３及び図４によく示されているように、周縁部５４と、周縁部５４によって取り囲まれて第１外装材４０から離間する向きに周縁部５４から膨出した膨出部６０と、を有している。膨出部６０は、第２外装材５０の中央部に位置している。そして、周縁部５４と膨出部６０との接続部に、第１折り曲げ部５６が形成されている。また、図４によく示されているように、膨出部６０は、周縁部５４に接続した周状の側壁部６１と、側壁部６１に接続した天壁部６５と、を有している。そして、側壁部６１と天壁部６５との接続部に、周状の第２折り曲げ部６３が形成されている。

【0056】

第１外装材４０の金属層４１は、高ガスバリア性と成形加工性を有することが好ましく、例えばアルミニウム箔やステンレス箔等を用いることができる。絶縁層４２は、収容空間７ａに収容された電極体５と金属層４１とが電気的に接続されることを防止する。絶縁層４２としては、例えばポリプロピレン等を用いることができる。被覆層４３は、例えば薄膜状のナイロン層である。

【0057】

第２外装材５０は、単一の層であってもよいし、複数の樹脂層の積層体であってもよい。第２外装材５０は、ポリエチレン樹脂層、ポリプロピレン樹脂層、及びポリエチレンテレフタレート樹脂層のうち少なくとも１つを含んでいることが好ましい。すなわち、樹脂層５２は、ポリエチレン樹脂層、ポリプロピレン樹脂層、及びポリエチレンテレフタレート樹脂層のうち少なくとも１つからなっていることが好ましい。

【0058】

さらに、図５に示されているように、第２外装材５０は、タブ６と対面する部分に凹部５８を有している。凹部５８は、タブ６を収容することができるよう、タブ６に対応した形状となっている。例えば、凹部５８は、矩形の板状を収容可能な凹型形状となっている。凹部５８の深さ、すなわち第１方向ｄ１における長さは、タブ６の厚さと同一であることが好ましい。具体的には、凹部５８の深さは、タブ６のタブ本体部６ａとシール部６ｂとの厚さの合計の７０％以上１３０％以下であることが好ましく、９０％以上１１０％以下であることがより好ましい。

【0059】

第２外装材５０の厚さは、第１外装材４０の厚さよりも厚くなっている。具体的な例として、第１外装材４０の厚さは、例えば０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であり、第２外装材５０の厚さは、０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。

【0060】

次に、本実施の形態の蓄電素子１の製造方法の一例について、説明する。

【0061】

まず、複数の第１電極１０及び第２電極２０が交互に積層され、第１電極１０及び第２電極２０の間にセパレータ３０が配置された電極体５を用意する。電極体５の第２方向ｄ２における一側において、タブ６を第１電極１０と電気的に接続し、第２方向ｄ２における他側において、別のタブ６を第２電極２０と電気的に接続する。

【0062】

また、第１外装材４０及び第２外装材５０を作製する。作製される第１外装材４０及び第２外装材５０は、第１外装材４０のみが金属層４１を含んでいる。第１外装材４０は、例えばアルミニウム箔からなる金属層４１に絶縁層４２をラミネートすることで作製される。第２外装材５０は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、またはポリエチレンテレフタレートからなる樹脂層５２によって作製される。第１外装材４０及び第２外装材５０は、平板状に形成される。

【0063】

次に、第２外装材５０をエンボス加工する。第２外装材５０は、金属層を含まず、樹脂層５２からなるため、容易にエンボス加工することができる。エンボス加工により、第２外装材５０に膨出部６０及び凹部５８が形成される。膨出部６０及び凹部５８は、それぞれ別途に形成されてもよいが、第２外装材５０の製造コストを削減するため、同時に形成されることが好ましい。

【0064】

その後、電極体５を第１外装材４０及び第２外装材５０の間に配置し、第１外装材４０と第２外装材５０との周縁部を接合する。第１外装材４０及び第２外装材５０は、絶縁層４２の側が第２外装材５０に向かい合うように、配置される。第１外装材４０と第２外装材５０とが接合されることで、膨出部６０によって形成された収容空間７ａに、電極体５が収容される。また、タブ６が凹部５８に収容された状態で、タブ６のシール部６ｂが第１外装材４０と接合される。第１外装材４０と第２外装材５０との接合は、例えば第１外装材４０及び第２外装材５０の周縁部を加熱・加圧することで溶着により接合する。この加熱・加圧は、例えば第１外装材４０及び第２外装材５０を１２０℃以上２００℃以下に加熱しながら、０．２ＭＰａ以上０．８ＭＰａ以下に加圧した状態を、１秒以上８秒以下維持することで行われる。

【0065】

以上の工程により、図１に示すような蓄電素子１が製造される。

【0066】

ところで、上述したように、電極体をより大容量にするため、電極体が大型化されることがある。電極体が大型化すると、電極体の重量が大きくなるため、電極体を収容する外装体が撓みやすくなる。具体的な例として、従来の蓄電素子において、電極体の重量が１ｋｇを超えると、蓄電素子の搬送時等に、蓄電素子の外装体は撓んでしまう。外装体が撓んでしまうと、外装体に収容された電極体が歪んでしまい、電極体において短絡が生じる等、蓄電素子の放電や充電に不具合が生じることがある。電極体が大型化しても電極体を適切に収容して電極体の歪みを抑制するために、電極体を収容する外装体の撓みを抑制すること、すなわち、外装材の強度、例えば曲げ強度を向上させることが求められている。

【0067】

外装材の強度を向上させるため、外装材の厚さを厚くすることが考えられた。しかしながら、従来の蓄電素子において、十分な強度を付与するために、金属層を厚く形成すると、外装材が重く、さらに加工しにくくなってしまう。このように、金属層を厚くすると、蓄電素子の加工性、取扱性が大きく損なわれる。従来の蓄電素子では、外装体を形成する２つの外装材が、両方とも金属層を含んでいる。このため、いずれの外装材を厚くしても、蓄電素子の加工性、取扱性が大きく損なわれる。このように、従来の蓄電素子では、外装材に十分な強度を付与することは困難であり、したがって、外装体の撓みを抑制することができない。

【0068】

一方、本実施の形態の蓄電素子１では、第１外装材４０及び第２外装材５０のうちの第１外装材４０のみが、金属層４１を含んでいる。言い換えると、第２外装材５０は、金属層を含んでおらず、樹脂層５２のみを含んでいる。このため、第２外装材５０の厚さを厚くしても、蓄電素子の取り扱い性は損なわれにくい。したがって、第２外装材５０の厚さを厚くして、第２外装材５０の強度を向上させることができる。すなわち、外装体７の撓みを抑制することができる。

【0069】

また、第１外装材４０が金属層４１を含むため、第１外装材４０の厚さを厚くすることなく、第１外装材４０に高ガスバリア性と成形加工性を付与することができる。一方、第１外装材４０と第２外装材５０とは接合されているため、第２外装材５０が十分な強度を有していることで、第１外装材４０が撓むことも抑制される。このため、第２外装材５０が十分な強度を有していれば、第１外装材４０は、薄くすることができる。第１外装材４０及び第２外装材５０の両方を厚くすることがないため、外装体７の厚さを薄くすることができる。すなわち、蓄電素子１の体積エネルギー密度低下を抑制することができる。

【0070】

また、第２外装材５０の厚さは、第１外装材４０の厚さよりも厚くなっている。このため、第２外装材５０を十分な強度とすることができる。したがって、外装体７の撓みを抑制することができる。

【0071】

さらに、第２外装材５０の厚さは、０．５ｍｍ以上となっている。このため、第２外装材５０を十分な強度とすることができる。したがって、外装体７の撓みを抑制することができる。

【0072】

また、第２外装材５０の厚さは、３．０ｍｍ以下となっている。このため、第２外装材５０の厚さが厚くなりすぎて、体積エネルギー密度が低下してしまうことを抑制することができる。

【0073】

さらに、第２外装材５０は、ポリエチレン樹脂層、ポリプロピレン樹脂層、及びポリエチレンテレフタレート樹脂層のうち少なくとも１つを含んでいる。ポリエチレン樹脂層、ポリプロピレン樹脂層、及びポリエチレンテレフタレート樹脂層は電解液に対して耐性を有するため、外装体７に電解液が封入されても、第２外装材５０の強度が低下しにくくなる。また、ポリエチレン樹脂層、ポリプロピレン樹脂層、及びポリエチレンテレフタレート樹脂層は、厚く作製することが容易であるため、第２外装材５０を容易に厚くして、第２外装材５０の強度をより向上させることができる。したがって、外装体７の撓みをより抑制することができる。

【0074】

また、第２外装材５０は、周縁部５４と、周縁部５４によって取り囲まれて第１外装材４０から離間する向きに周縁部５４から膨出した膨出部６０と、を有している。このような膨出部６０を設けることで、外装体７に収容空間７ａを形成することができる。また、膨出部６０を有することで、第２外装材５０はその形状によって強度をより向上されることができる。したがって、外装体７の撓みをより抑制することができる。

【0075】

さらに、周縁部５４と膨出部６０との接続部に、周状の第１折り曲げ部５６が形成されている。第１折り曲げ部５６を有することで、第２外装材５０はその形状によって強度をより向上させることができる。したがって、外装体７の撓みをより抑制することができる。

【0076】

また、膨出部６０は、周縁部５４に接続した周状の側壁部６１と、側壁部６１に接続した天壁部６５と、を有し、側壁部６１と天壁部６５との接続部に、周状の第２折り曲げ部６３が形成されている。第２折り曲げ部６３を有することで、第２外装材５０はその形状によって強度をより向上させることができる。したがって、外装体７の撓みをより抑制することができる。

【0077】

さらに、第２外装材５０は、タブ６と対面する対面する部分にタブ６を収容する凹部５８を有している。凹部５８によって、第１外装材４０及び第２外装材５０の間をタブ６が容易に通過することができる。また、第２外装材５０の形状によって強度をより向上させることができる。したがって、外装体７の撓みをより抑制することができる。

【0078】

また、第１外装材４０は、収容空間７ａを形成する部分において、平坦になっている。このため、外装体７を大型化させることなく、外装体７に電極体５を収容することができる。すなわち、体積エネルギー密度の低下を抑制することができる。

【0079】

さらに、電極体５は、電極１０，２０を合計で、２０以上含んでいる。このため、電極体５は、大きな重量となっている。このような場合、外装体７は撓みやすくなる。したがって、第２外装材５０の強度を向上させることで、外装体７の撓みを抑制する効果を、特に奏することができる。

【0080】

以上のように、本実施の形態の蓄電素子１は、第１外装材４０及び第２外装材５０を有する外装体７と、第１外装材４０及び第２外装材５０の間に形成される収容空間７ａに収容され、積層された複数の電極１０，２０を有する電極体５と、を備え、第１外装材４０及び第２外装材５０のうちの第１外装材４０のみが、金属層４１を含んでいる。このような蓄電素子１によれば、第２外装材５０の厚さを厚くして、第２外装材５０の強度を向上させることができる。したがって、外装体７の撓みを抑制することができる。

【0081】

本発明の態様は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

【符号の説明】

【0082】

１ 蓄電素子
５ 電極体
６ タブ
７ 外装体
７ａ 収容空間
１０ 第１電極
２０ 第２電極
３０ セパレータ
４０ 第１外装材
４１ 金属層
４２ 絶縁層
５０ 第２外装材
５２ 樹脂層
５４ 周縁部
５６ 第１折り曲げ部
５８ 凹部
６０ 膨出部
６１ 側壁部
６３ 第２折り曲げ部
６５ 天壁部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】