JP2024061427A - 電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の巻回電極体を備えた電池であって、信頼性が好適に向上された電池の提供。【解決手段】ここで開示される電池100では、第1電極体20aおよび第2電極体20bにおいて、それぞれ、正極巻き始め端部22sは、平坦部20fに沿って伸びる第1領域A1を有し、負極巻き始め端部24sは、平坦部20fに沿って伸びる第2領域A2と、第2領域A2の端部から折り返される折り返し部24mと、折り返し部24mの端部から平坦部20fに沿って伸びる第3領域A3と、を有し、厚み方向Xにおいて、第1領域A1と第2領域A2と第3領域A3とが重なった電極始端積層部28を有し、第1電極体の電極始端積層部28a1と、第2電極体の電極始端積層部28a2とが、第1電極体の巻回軸WL1と第2電極体の巻回軸WL2とを通過し、第1電極体の巻回軸WL1および第2電極体の巻回軸WL2に沿った面Sに対して相互に異なる側に配置されている。【選択図】図7
Description
本開示は、電池に関する。
例えば、特開2022-127948号公報には、セパレータを介して正極板と負極板とが巻回された扁平状の巻回電極体と、該巻回電極体を収容する電池ケースとを備えた二次電池が開示されている。
ところで近年では、電池の高容量化を実現すべく、電池ケース内に複数の巻回電極体が収容される傾向にある。そして、本発明者の検討によると、かかる電池は、電池の信頼性の向上の観点からまだまだ改善の余地があることがわかった。
ここで開示される電池は、セパレータを介して正極と負極とが巻回された扁平状の巻回電極体である第1電極体および第2電極体と、上記第1電極体および上記第2電極体を収容する電池ケースと、を備えた電池であって、上記第1電極体および上記第2電極体は、それぞれ、外表面が湾曲した一対の湾曲部と、当該一対の湾曲部を連結する平坦部と、を有し、正極巻き始め端部は、上記平坦部に沿って伸びる第1領域を有し、負極巻き始め端部は、上記平坦部に沿って伸びる第2領域と、当該第2領域の端部から折り返される折り返し部と、当該折り返し部の端部から上記平坦部に沿って伸びる第3領域と、を有し、上記巻回電極体の一方の扁平面から他方の扁平面に至る厚み方向において、上記第1領域と上記第2領域と上記第3領域とが重なった電極始端積層部を有しており、上記第1電極体の上記電極始端積層部と、上記第2電極体の上記電極始端積層部とが、上記第1電極体の巻回軸と上記第2電極体の巻回軸とを通過し、当該第1電極体の巻回軸および当該第2電極体の巻回軸に沿った面に対して相互に異なる側に配置されている。詳細については後述するが、かかる構成によると、複数の巻回電極体を備えた電池において、信頼性を好適に向上させることができる。
以下、図面を参照しながら、ここで開示される技術のいくつかの好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本開示の実施に必要な事柄(例えば、本開示を特徴付けない電池の一般的な構成および製造プロセス)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本開示は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本開示を限定することを意図したものではない。また、本明細書において範囲を示す「A~B」の表記は、A以上B以下の意と共に、「Aより大きい」および「Bより小さい」の意を包含するものとする。
なお、本明細書において「電池」とは、電気エネルギーを取り出し可能な蓄電デバイス全般を指す用語であって、一次電池と二次電池とを包含する概念である。また、本明細書において「二次電池」とは、電解質を介して正極と負極の間で電荷担体が移動することによって繰り返し充放電が可能な蓄電デバイス全般をいう。電解質は、液状電解質(電解液)、ゲル状電解質、固体電解質のいずれであってもよい。かかる二次電池は、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池等のいわゆる蓄電池(化学電池)の他に、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ(物理電池)等も包含する。以下では、リチウムイオン二次電池を対象とした場合の実施形態について説明する。
<電池の構成>
図1は、本実施形態に係る電池100を模式的に示す斜視図である。電池100は、二次電池であることが好ましく、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池であることがより好ましい。図2は、図1中のII-II線に沿う模式的な縦断面図である。図3は、図1中のIII-III線に沿う模式的な横断面図である。図4は、図2中のIV-IV線に沿う模式的な縦断面図である。なお、以下の説明において、図面中の符号L、R、F、Rr、U、Dは、左、右、前、後、上、下を表す。また、図面中の符号Xは、電池100の短辺方向を示し、符号Yは、電池100の長辺方向を示し、符号Zは、電池100の上下方向を示す。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、電池100の設置形態を何ら限定するものではない。また、以下の説明では、第1電極体20aおよび第2電極体20bをまとめて電極体20と記載することがある。
図1は、本実施形態に係る電池100を模式的に示す斜視図である。電池100は、二次電池であることが好ましく、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池であることがより好ましい。図2は、図1中のII-II線に沿う模式的な縦断面図である。図3は、図1中のIII-III線に沿う模式的な横断面図である。図4は、図2中のIV-IV線に沿う模式的な縦断面図である。なお、以下の説明において、図面中の符号L、R、F、Rr、U、Dは、左、右、前、後、上、下を表す。また、図面中の符号Xは、電池100の短辺方向を示し、符号Yは、電池100の長辺方向を示し、符号Zは、電池100の上下方向を示す。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、電池100の設置形態を何ら限定するものではない。また、以下の説明では、第1電極体20aおよび第2電極体20bをまとめて電極体20と記載することがある。
図1~図3に示すように、電池100は、電池ケース10(図1参照)と、複数の電極体20(図2、図3参照)と、正極端子30(図1、図2参照)と、負極端子40(図1、図2参照)と、正極集電部50(図2参照)と、負極集電部60(図2参照)と、を備えている。図示は省略するが、電池100は、ここではさらに電解液を備えている。電池100は非水電解液二次電池である。以下、電池100の具体的な構成について説明する。
電池ケース10は、電極体20を収容する筐体である。図1に示すように、電池ケース10は、ここでは扁平かつ有底の直方体形状(角形)の外形を有する。ただし、他の実施形態では、電池ケース10の外形は円筒状等の他の形状であってもよい。また、筐体として、ラミネート型のケースを用いることもできる。図2に示すように、電池ケース10は、開口12hを有する外装体12と、開口12hを封口する封口板(蓋体)14と、を備えている。電池ケース10(外装体12および封口板14)の材質は、従来から使用されているものと同じでよく、特に制限はない。電池ケース10は、金属製であることが好ましく、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金等からなることがより好ましい。電池ケース10を構成する外装体12および封口板14は、同じ材質でもよいし、異なる材質であってもよい。外装体12および封口板14は、電極体20の収容数や、サイズ等に応じた大きさを有している。
外装体12は、図1、図2から分かるように、上面に開口12hを有する有底かつ角型の容器である。外装体12は、図1に示すように、底壁12aと、底壁12aの長辺から上方に延び相互に対向する一対の長側壁12bと、底壁12aの短辺から上方に延び相互に対向する一対の短側壁12cと、を備えている。長側壁12bおよび短側壁12cは、ここに開示される第1側壁および第2側壁の一例である。長側壁12bの面積は、短側壁12cの面積よりも大きい。底壁12aは、略矩形状である。底壁12aは、開口12h(図2参照)と対向している。長側壁12bおよび短側壁12cは、「側壁」の一例である。封口板14は、外装体12の開口12hを塞ぐように外装体12に取り付けられた平面略矩形の板状部材である。封口板14は、外装体12の底壁12aと対向している。封口板14は、略矩形状である。電池ケース10は、外装体12の開口12hの周縁に封口板14が接合(例えば溶接接合)されることによって、一体化されている。これによって、電池ケース10は気密に封止(密閉)されている。
図2に示すように、封口板14には、注液孔15と、ガス排出弁17と、端子引出孔18、19と、が設けられている。注液孔15は、外装体12に封口板14を組み付けた後、電池ケース10の内部に電解液を注液するための貫通孔である。注液孔15は、電解液の注液後に封止部材16によって封止されている。ガス排出弁17は、電池ケース10内の圧力が所定値以上になったときに破断して、電池ケース10内のガスを外部に排出するように構成された薄肉部である。
電解液としては、従来公知の電池において使用されているものを特に制限なく使用できる。一例として、非水系溶媒に支持塩を溶解させた非水電解液が挙げられる。非水系溶媒の一例として、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等のカーボネート系溶媒が挙げられる。支持塩の一例として、LiPF6等のフッ素含有リチウム塩が挙げられる。電解液は、必要に応じて添加剤を含有してもよい。
正極端子30は、封口板14の長辺方向Yの一方の端部(図1、図2の左端部)に取り付けられている。負極端子40は、封口板14の長辺方向Yの他方の端部(図1、図2の右端部)に取り付けられている。正極端子30および負極端子40は、端子引出孔18、19に挿通され、封口板14の外側の表面に露出している。正極端子30は、電池ケース10の外側において、板状の正極外部導電部材32と電気的に接続されている。負極端子40は、電池ケース10の外側において、板状の負極外部導電部材42と電気的に接続されている。正極外部導電部材32および負極外部導電部材42は、バスバー等の外部接続部材を介して、他の二次電池や外部機器と接続される。正極外部導電部材32および負極外部導電部材42は、導電性に優れた金属から構成されていることが好ましく、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等で構成されている。ただし、正極外部導電部材32および負極外部導電部材42は必須ではなく、他の実施形態において省略することもできる。
図3、図4に示すように、本実施形態の電池100では、電池ケース10内に複数個(具体的には2個)の電極体20が収容されている。ただし、1つの外装体12の内部に配置される巻回電極体の数は特に限定されず、3個以上(複数)であってもよい。電極体20の詳しい構造については後述するが、図2に示すように、電極体20の上部には、正極タブ群25と負極タブ群27とが突出している。電池100は、電極体20の上方に正極タブ群25と負極タブ群27とが位置する、所謂、上タブ構造である。
図4に示すように、正極タブ群25は、湾曲した状態で正極集電部(正極集電部材)50に接合されている。かかる構成によると、電池100の体積エネルギー密度をより好適に向上させることができるため、好ましい。図示は省略するが、同様に負極タブ群27は、湾曲した状態で負極集電部(負極集電部材)60に接合されている。また、正極タブ群25は、正極集電部50において、電池ケースの壁部(好ましくは、封口板14)に沿って配置される領域に接合されることが好ましい。同様に負極タブ群27は、負極集電部60において、電池ケースの壁部(好ましくは、封口板14)に沿って配置される領域に接合されることが好ましい。
正極集電部50は、電極体20の正極タブ群25と正極端子30とを電気的に接続している。正極集電部50は、図2に示すように、封口板14の内側面に沿って長辺方向Yに延びる板状の導電部材である。正極集電部50の一方(図2の右側)の端部は、正極タブ群25と電気的に接続されている。正極集電部50の他方(図2の左側)の端部は、正極端子30の下端部30cと電気的に接続されている。正極端子30および正極集電部50は、導電性に優れた金属から構成されていることが好ましく、例えばアルミニウムやアルミニウム合金で構成されている。
負極集電部60は、電極体20の負極タブ群27と負極端子40とを電気的に接続している。負極集電部60は、図2に示すように、封口板14の内側面に沿って長辺方向Yに延びる板状の導電部材である。負極集電部60の一方(図2の左側)の端部は、負極タブ群27と電気的に接続されている。負極集電部60の他方(図2の右側)の端部は、負極端子40の下端部40cと電気的に接続されている。負極端子40および負極集電部60は、導電性に優れた金属から構成されていることが好ましく、例えば銅や銅合金で構成されている。
電池100では、電極体20と電池ケース10との導通を防止するために、種々の絶縁部材が用いられている。例えば、図1に示すように、正極外部導電部材32および負極外部導電部材42は、外部絶縁部材92によって封口板14と絶縁されている。また、図2に示すように、封口板14の端子引出孔18、19には、それぞれガスケット90が装着されている。これによって、端子引出孔18、19に挿通された正極端子30および負極端子40が封口板14と導通することを防止できる。また、正極集電部50および負極集電部60と、封口板14の内面側との間には、内部絶縁部材94が配置されている。これにより、正極集電部50および負極集電部60が封口板14と導通することを防止できる。なお、内部絶縁部材94は、電極体20に向かって突出する突出部を備えていてもよい。
さらに、複数の電極体20は、絶縁性の樹脂シートからなる電極体ホルダ29(図3参照)に覆われた状態で、外装体12の内部に配置されている。これによって、電極体20が外装体12と直接接触することを防止できる。なお、上述した各々の絶縁部材の材質は、所定の絶縁性を有している限りにおいて特に限定されない。そのような材質の一例として、ポリプロピレン(PP)やポリエチレン(PE)等のポリオレフィン樹脂、パーフルオロアルコキシアルカン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系樹脂等の合成樹脂材料が挙げられる。
図5は、電極体20の構成を示す模式図である。図5に示すように、電極体20は、帯状の正極22と帯状の負極24とが2枚の帯状のセパレータ70(第1セパレータ70A,第2セパレータ70B)を介して絶縁された状態で積層され、巻回軸WLを中心として長手方向に巻回されて構成されている。なお、図5等における符号LDは、帯状に製造される電極体20およびセパレータ70の長手方向(即ち、搬送方向)を示している。符号WDは、長手方向LDと略直交する方向であり、電極体20およびセパレータ70の巻回軸方向(幅方向でもある)を示している。巻回軸方向WDは、上記した電池100の上下方向Zと略平行である。
電極体20は、ここでは外形が扁平形状である。電極体20は、扁平形状であることが好ましい。扁平形状の電極体20は、例えば筒状に巻回した電極体(筒状体)を扁平にプレス成形することによって形成し得る。扁平形状の電極体20は、図3に示すように、外表面が湾曲した一対の湾曲部20rと、一対の湾曲部20rを連結する外表面が平坦な一対の平坦部20fと、を有している。平坦部20fは、厳密に平坦でなくてもよく、例えばわずかな段差や凹凸があってもよい。
図6は、電極体20(巻回電極体)を示す模式図である。図6中のPは、電極体20の高さ(換言すると、電極体20の巻回軸WLに沿った方向における長さ。外装体12の底壁12aと、封口板14とを結ぶ方向における長さともいう。)を示している。また、図6中のQは、電極体20の幅(換言すると、電極体20の厚み方向Xと直交する方向における長さ。外装体12の一対の短側壁12cを結ぶ方向における長さともいう。)を示している。ここで、電極体20の高さPに対する電極体20の幅Qの比(Q/P)は、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて特に制限されないが、例えば2以上であり、電解液の液回りを良くし、ハイレート特性や急速充電特性をより好適に向上させるという観点から、好ましくは3以上であり、例えば4以上であってもよい。また、上記比(Q/P)の上限は、特に制限されないが、例えば10以下であり、7以下や5以下であってもよい。電極体20の高さPは、5cm以上であることが好ましく、例えば10cm以上であってもよい。また、電極体20の高さPは、20cm以下であることが好ましく、15cm以下であることがより好ましい。電極体20の幅Qは、20cm以上であることが好ましく、30cm以上であることがより好ましい。また、電極体20の幅Qは、例えば60cm以下であってもよく、50cm以下や40cm以下であってもよい。ただし、これらに限定されることを意図したものではない。
図6中のTは、電極体20の厚みを示している。電極体20の厚みTは、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて特に制限されないが、例えば1cm以上であり、電池100の体積エネルギーをより好適に向上させるという観点から、1.5cm以上であることが好ましく、2cm以上であることがより好ましく、3cm以上であることが更に好ましい。電極体20の厚みTの上限は、特に制限されないが、例えば30cm以下であってもよく、25cm以下や20cm以下であってもよい。ただし、これらに限定されることを意図したものではない。
電池100において、電極体20は、巻回軸方向WDが上下方向Zと略一致するように電池ケース10の内部に収容されている。換言すると、電池ケース10は注液孔15が形成された第1面(ここでは、封口板14に対応)を有しており、第1電極体の巻回軸WL1および第2電極体の巻回軸WL2がそれぞれ封口板14に対して垂直となる向きに、第1電極体20aおよび第2電極体20bが電池ケース10に配置されている。あるいは、第1電極体の巻回軸WL1および第2電極体の巻回軸WL2が、同じ向きとなるように電池ケース10内に配置されているということもできる。また、電池100の厚み方向(図3のX方向)に、第1電極体20aおよび第2電極体20bの平坦部20fを並べた状態で配置されているということもできる。このように、巻回電極体が上下に開口している構成によると、電解液の含浸時間を好適に短縮することができるため、電池特性の観点から好ましい。図3に示すように、一対の湾曲部20rは、外装体12の一対の短側壁12cと対向している。一対の平坦部20fは、外装体12の長側壁12bと対向している。電極体20の端面(すなわち、正極22と負極24とが積層された積層面、図5の巻回軸方向WDの両端部)は、底壁12aおよび封口板14と対向している。
正極22は、図5に示すように、帯状の部材である。正極22は、帯状の正極集電体22cと、正極集電体22cの少なくとも一方の表面上に固着された正極活物質層22aおよび正極保護層22pと、を備えている。正極活物質層22aは、電池性能の観点から、正極集電体22cの両面に形成されていることが好ましい。
正極22を構成する各部材には、一般的な電池(例えば、リチウムイオン二次電池)で使用され得る従来公知の材料を特に制限なく使用できる。例えば、正極集電体22cは、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性金属からなることが好ましく、ここでは金属箔、具体的にはアルミニウム箔である。正極集電体22cの厚みは、5μm~30μmであることが好ましく、8μm~25μmであることがより好ましい。
正極22では、図5に示すように、巻回軸方向WDの一方の端辺から外側(図5の上側)に向かって複数の正極タブ22tが突出している。複数の正極タブ22tは、長手方向LDに沿って所定の間隔を空けて(間欠的に)設けられている。正極タブ22tは、ここでは正極22の一部である。正極タブ22tは、正極活物質層22aが形成されていない領域である。正極タブ22tの一部には、ここでは正極保護層22pが設けられている。ただし、正極タブ22tには正極保護層22pが設けられていなくてもよい。正極タブ22tの少なくとも一部には正極集電体22cが露出している。正極タブ22tは正極22と別の部材であってもよい。
複数の正極タブ22tは、ここではそれぞれ台形状である。ただし、正極タブ22tの形状はこれに限定されない。また、複数の正極タブ22tのサイズも特に限定されない。正極タブ22tの形状やサイズは、例えば正極集電部50に接続される状態を考慮し、その形成位置等によって、適宜調整することができる。複数の正極タブ22tは、正極22の巻回軸方向WDの一方の端部(図5の上端部)で積層され、正極タブ群25を構成している(図2参照)。
正極活物質層22aは、図5に示すように、正極集電体22cの長手方向LDに沿って、帯状に設けられている。正極活物質層22aの幅(巻回軸方向WDの長さ。以下同じ)は、負極活物質層24aの幅よりも小さい。正極活物質層22aは、電荷担体を可逆的に吸蔵および放出可能な正極活物質を含んでいる。正極活物質は、リチウム遷移金属複合酸化物であることが好ましく、なかでもNi(ニッケル)およびCo(コバルト)の少なくとも一方を含むものがより好ましい。かかるリチウム遷移金属複合酸化物の一例として、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物が挙げられる。正極活物質層22aの固形分全体を100質量%としたときに、正極活物質は、概ね80質量%以上、典型的には90質量%以上、例えば95質量%以上を占めていてもよい。正極活物質層22aは、正極活物質以外の任意成分、例えば、バインダ、導電材、各種添加成分等を含んでいてもよい。正極活物質層22aは、正極活物質に加えて、バインダと導電材とを含むことが好ましい。バインダは、典型的には樹脂製であり、なかでもポリフッ化ビニリデン(PVdF)等のフッ素系樹脂が好ましい。導電材としては、アセチレンブラック(AB)等の炭素材料が好ましい。また、正極活物質層22a密度は、3.0g/cm3以上が好ましく、3.2g/cm3以上がより好ましい。このように正極活物質層22aの密度が高い場合、正極集電体22cがより破断し易くなるため、ここで開示される技術の効果を適用する対象として好適である。
正極保護層22pは、正極活物質層22aよりも電気伝導性が低くなるように構成された層である。正極保護層22pは、図5に示すように、正極集電体22cの長手方向LDに沿って、帯状に設けられている。正極保護層22pは、巻回軸方向WDにおいて正極集電体22cと正極活物質層22aとの境界部分に設けられている。正極保護層22pは、ここでは正極集電体22cの巻回軸方向WDの一方の端部、具体的には、正極タブ22tのある側の端部(図5の上端部)に設けられている。正極保護層22pを備えることで、セパレータ70が破損した際に正極22が負極活物質層24aと直接接触して電池100が内部短絡することを防止できる。
正極保護層22pは、絶縁性の無機フィラーを含んでいる。無機フィラーの一例として、アルミナ等のセラミック粒子が挙げられる。正極保護層22pは、無機フィラー以外の任意成分、例えば、バインダ、導電材、各種添加成分等を含んでいてもよい。バインダおよび導電材は、正極活物質層22aに含み得るとして例示したものと同じであってもよい。ただし、正極保護層22pは必須ではなく、他の実施形態において省略することもできる。
負極24は、図5に示すように、帯状の部材である。負極24は、帯状の負極集電体24cと、負極集電体24c少なくとも一方の表面上に固着された負極活物質層24aと、を備えている。負極活物質層24aは、電池性能の観点から、負極集電体24cの両面に形成されていることが好ましい。
負極24を構成する各部材には、一般的な電池(例えば、リチウムイオン二次電池)で使用され得る従来公知の材料を特に制限なく使用できる。例えば、負極集電体24cは、銅、銅合金、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性金属からなることが好ましく、ここでは金属箔、具体的には銅箔である。負極集電体24cの厚みは、5μm~30μmであることが好ましく、8μm~25μmであることがより好ましい。
負極24では、図5に示すように、巻回軸方向WDの一方の端辺から外側(図5の上側)に向かって負極タブ24tが突出している。複数の負極タブ24tは、長手方向LDに沿って所定の間隔を空けて(間欠的に)設けられている。巻回軸方向WDにおいて、負極タブ24tは正極タブ22tと同じ側の端部に設けられている。負極タブ24tは、ここでは負極24の一部である。負極タブ24tは、ここでは負極活物質層24aが形成されておらず、負極集電体24cが露出した領域である。ただし、負極活物質層24aの一部が負極タブ24tにまではみ出して付着してもよい。また、負極タブ24tは負極24とは別の部材であってもよい。
複数の負極タブ24tは、ここではそれぞれ台形状である。ただし、複数の負極タブ24tの形状やサイズは、正極タブ22tと同様に適宜調整することができる。複数の負極タブ24tは、負極24の巻回軸方向WDの一方の端部(図5の上端部)で積層され、負極タブ群27を構成している(図2参照)。
負極活物質層24aは、図5に示すように、負極集電体24cの長手方向LDに沿って、帯状に設けられている。負極活物質層24aの幅は、正極活物質層22aの幅よりも大きい。なお、負極活物質層24aの幅とは、厚みが略一定である部分の巻回軸方向WDの長さをいい、例えば負極活物質層24aの一部が負極タブ24tにまではみ出して付着していても、負極タブ24tの部分を含まないものとする。負極活物質層24aは、電荷担体を可逆的に吸蔵および放出可能な負極活物質を含んでいる。負極活物質は、例えば、黒鉛等の炭素材料や、シリコン材料が好ましい。負極活物質層24aの固形分全体を100質量%としたときに、負極活物質は、概ね80質量%以上、典型的には90質量%以上、例えば95質量%以上を占めていてもよい。負極活物質層24aは、負極活物質以外の任意成分、例えば、バインダ、導電材、各種添加成分等を含んでいてもよい。負極活物質層24aは、負極活物質に加えて、バインダを含むことが好ましい。バインダは、スチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴム類や、カルボキシメチルセルロース(CMC)等のセルロース類を含むことが好ましい。負極活物質層24aは、必要に応じて導電材として炭素材料を含んでもよい。
セパレータ70は、図5に示すように、帯状の部材である。セパレータ70は、電荷担体が通過し得る微細な貫通孔が複数形成された絶縁シートである。セパレータ70の幅は、負極活物質層24aの幅よりも大きい。正極22と負極24との間にセパレータ70を介在させることによって、正極22と負極24との接触を防止すると共に、正極22と負極24との間に電荷担体(例えばリチウムイオン)を移動させることができる。特に限定されるものではないが、セパレータ70の厚み(積層方向MDの長さ。以下同じ)は、8μm以上が好ましく、10μm以上がより好ましい。また、セパレータ70の厚みは、25μm以下が好ましく、22μm以下がより好ましく、20μm以下がさらに好ましい。
セパレータ70は、ここでは1つの電極体20に2枚使用されている。セパレータ70は、本実施形態のように1つの電極体20に2枚、すなわち、第1セパレータ70Aおよび第2セパレータ70Bを含むことが好ましい。2枚のセパレータは、それぞれ異なる構成であってもよいし、それぞれ同様の構成であってもよい。
セパレータ70は、正極22の正極活物質層22aと、負極24の負極活物質層24aと、を絶縁する部材である。セパレータ70としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン樹脂からなる多孔性の樹脂シートが好適である。なお、セパレータ70の表面には、無機フィラーを含む耐熱層(Heat Resistance Layer:HRL)が設けられていてもよい。無機フィラーとしては、例えば、アルミナ、ベーマイト、水酸化アルミニウム、チタニア等を使用し得る。
図9は、正極22と負極24とセパレータ70との界面を模式的に示す拡大図である。図9に示すように、セパレータ70は基材層72を含む。基材層72としては、従来公知の電池のセパレータに用いられる微多孔膜を特に制限なく使用できる。基材層72は、多孔質のシート状部材であることが好ましい。基材層72は、単層構造であってもよく、2層以上の構造、例えば3層構造であってもよい。基材層72は、少なくとも負極24と対向する面が、ポリオレフィン樹脂からなることが好ましい。基材層72は、全体がポリオレフィン樹脂からなることがより好ましい。これによって、セパレータ70の柔軟性を充分に確保し、電極体20の作製(巻回およびプレス成形)を容易に実施できる。ポリオレフィン樹脂としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、またはこれらの混合物が好ましく、PEからなることがさらに好ましい。
特に限定されるものではないが、基材層72の厚み(積層方向MDの長さ。以下同じ)は、3μm以上が好ましく、5μm以上がより好ましい。また、基材層72の厚みは、25μm以下が好ましく、18μm以下がより好ましく、14μm以下がさらに好ましい。基材層72の透気度は、30sec/100cc~500sec/100ccが好ましく、30sec/100cc~300sec/100ccがより好ましく、50sec/100cc~200sec/100ccがさらに好ましい。基材層72は、例えば加熱やプレス成形等によって負極活物質層24aと接着される程度の接着性を有していてもよい。
図9に示すように、耐熱層73は、基材層72の上に設けられている。耐熱層73は、基材層72の上に形成されていることが好ましい。耐熱層73は、基材層72の表面に直接設けられていてもよいし、他の層を介して基材層72の上に設けられていてもよい。ただし、耐熱層73は必須ではなく、他の実施形態において省略することもできる。耐熱層73は、ここでは基材層72の正極22と対向する面全体に設けられている。これにより、セパレータ70の熱収縮をより的確に抑え、電池100の安全性の向上に貢献できる。耐熱層73は、例えば加熱やプレス成形等によって正極活物質層22aと接着される程度の接着性を有していない。耐熱層73の目付は、ここではセパレータ70の長手方向LDおよび巻回軸方向WDに均質である。特に限定されるものではないが、耐熱層73の厚み(積層方向MDの長さ。以下同じ)は、0.5μm以上が好ましく、1μm以上がより好ましく、2μm以上がさらに好ましい。また、耐熱層73の厚みは、8μm以下が好ましく、6μm以下がより好ましい。耐熱層73は、無機フィラーと耐熱層バインダとを含むことが好ましい。
無機フィラーとしては、従来公知この種の用途で使用されているものを特に制限なく使用できる。無機フィラーは、絶縁性のセラミック粒子を含むことが好ましい。なかでも、耐熱性、入手容易性等を考慮すると、アルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニア等の無機酸化物や、水酸化アルミニウム等の金属水酸化物、ベーマイト等の粘土鉱物が好ましく、アルミナ、ベーマイトがより好ましい。また、セパレータ70の熱収縮を抑制する観点からは、特にアルミニウムを含む化合物が好ましい。耐熱層73の総質量に対する無機フィラーの割合は、85質量%以上が好ましく、90質量%以上、さらには95質量%以上がより好ましい。
耐熱層バインダとしては、従来公知この種の用途で使用されているものを特に制限なく使用できる。具体例として、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂等が挙げられる。なかでもアクリル系樹脂が好ましい。
好適な一態様では、セパレータ70と、正極22および負極24の少なくとも一方との間に接着層74が形成されている。また、第1電極体20aおよび第2電極体20bの各々において、厚み方向Xにおけるセパレータ70の積層数(換言すると、第1セパレータ70Aおよび第2セパレータ70Bの総積層数)が20層以上である。かかる構成によると、電極体20が膨張した際に生じ得る荷重増加を、接着層74およびセパレータ70によって好適に吸収することができる。これによって、入出力特性の低下やLi析出耐性の向上を好適に実現することができる。
なお、図9に示すように、本実施形態では、セパレータ70(第1セパレータ70A,第2セパレータ70B)と正極22とが接着層74によって接着されている。接着層74は、ここでは、セパレータ70の表面に形成されている。また、他の実施形態では、セパレータ70と負極24とが接着層74によって接着されていてもよい。あるいは、セパレータ70と正極22とが接着層74によって接着されており、かつ、セパレータ70と負極24とが接着層74によって接着されていてもよい。
また、図9に示すように、本実施形態では、第1電極体20aにおいてセパレータ70の積層数を24層としており、第2電極体20bにおいてセパレータ70の積層数を26層としている。ここで、電極体20におけるセパレータ70の積層数は、上述したような効果をより得やすくするという観点から、30以上、40以上であることがより好ましい。また、電極体20におけるセパレータ70の積層数の上限は、例えば60以下であり、50以下であってもよい。ただし、これらに限られたものではない。
接着層74は、正極22と対向する面に設けられ、正極22と当接している。接着層74は、図9に示すように、少なくともセパレータ70の正極22側の面に形成されていることが好ましい。これにより、上記したような効果がより良く発揮される。接着層74は、例えば加熱や押圧(典型的にはプレス成形)等によって、正極22と接着されている。特に限定されるものではないが、接着層74の厚み(積層方向MDの長さ。以下同じ)は、0.1μm以上が好ましく、0.3μm以上がより好ましく、0.5μm以上がさらに好ましい。また、接着層74の厚みは、8μm以下が好ましく、5μm以下がより好ましい。
接着層74は、ここでは耐熱層73の上に設けられている。接着層74は、耐熱層73の上に形成されていることが好ましい。接着層74は、耐熱層73の表面に直接設けられていてもよいし、他の層を介して耐熱層73の上に設けられていてもよい。また、基材層72の表面に直接設けられていてもよいし、耐熱層73以外の層を介して基材層72の上に設けられていてもよい。接着層74の構成は特に限定されず、従来公知のものと同様であってよい。接着層74は、電解液との親和性が、例えば耐熱層73と比べて相対的に高く、電解液を吸収して膨潤する層であり得る。接着層74は、接着層バインダを含んでいる。
接着層バインダとしては、正極22に対して一定の粘性を有する従来公知の樹脂材料を特に制限なく使用できる。具体例として、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂、ポリアリルアミン(PAA)樹脂、カルボキシメチルセルロース(CMC)等のセルロース系樹脂等が挙げられる。なかでも、高い柔軟性を有し、正極22に対する接着性をより好適に発揮できることから、フッ素系樹脂やアクリル系樹脂が好ましい。フッ素系樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等が挙げられる。接着層バインダの種類は、耐熱層バインダと同じであってもよく、異なっていてもよい。接着層74の総質量に対する耐熱層バインダの割合は、20質量%以上が好ましく、50質量%以上、さらには70質量%以上がより好ましい。これにより、正極22に対して所定の接着性が的確に発揮されるとともに、プレス成形においてセパレータ70が変形しやすくなる。
接着層74は、接着層バインダに加えて、他の材料(例えば、耐熱層73の成分として挙げた無機フィラー等)を含んでいてもよい。接着層74が無機フィラーを含む場合、接着層74の総質量に対する無機フィラーの割合は、80質量%以下が好ましく、50質量%以下がより好ましく、30質量%以下がさらに好ましい。
特に限定されないが、接着層74の目付は、0.005g/m2~1.0g/m2が好ましく、0.02g/m2~0.06g/m2がより好ましい。ここで、接着層74の目付(目付量)とは、接着層の質量を形成領域の面積で割った値(接着層の質量/形成領域の面積)をいう。
接着層74は、全面形成されていてもよく、あるいは所定のパターンを有していてもよい。例えば、接着層は、平面視で、ドット状、ストライプ状、波状、帯状(筋状)、破線状、網目状、またはこれらの組み合わせ等のパターンを有していてもよい。特に、接着層74が、接着バインダをPVdFとし、パターンを網目状とした場合が好ましい。
次に、本実施形態に係る第1電極体20aおよび第2電極体20bの配置態様について説明する。ここで、図7は、図3の電極体20(巻回電極体)の断面の構成を示す模式図である。図8は、図7の電極体20(巻回電極体)の電極始端積層部28について説明するための説明図である。上述したように、電池100は、セパレータ70を介して正極22と負極24とが巻回された扁平状の巻回電極体である第1電極体20aおよび第2電極体20bと、第1電極体20aおよび第2電極体20bを収容する電池ケース10と、を備えた電池である。また、図8に示すように、第1電極体20aおよび第2電極体20bは、それぞれ、外表面が湾曲した一対の湾曲部20rと、当該一対の湾曲部20rを連結する平坦部20fと、を有している。そして、図8に示すように、正極巻き始め端部22sは、平坦部20fに沿って伸びる第1領域A1を有し、負極巻き始め端部24sは、平坦部20fに沿って伸びる第2領域A2と、当該第2領域A2の端部から折り返される折り返し部24mと、当該折り返し部24mの端部から平坦部20fに沿って伸びる第3領域A3と、を有している。電極体20は、一方の扁平面20f1から他方の扁平面20f2に至る厚み方向Xにおいて、第1領域A1と第2領域A2と第3領域A3とが重なった電極始端積層部28を有している。そして、第1電極体の電極始端積層部28a1と、第2電極体の電極始端積層部28a2とが、第1電極体の巻回軸WL1と第2電極体の巻回軸WL2とを通過し、当該第1電極体の巻回軸WL1および当該第2電極体の巻回軸WL2に沿った面Sに対して相互に異なる側に配置されている。電極始端積層部28の厚み方向Xと直交する方向(図7のY方向)における長さは、0.5mm~10mm(例えば、1mm~5mm)であってもよい。また、折り返し部24mは、湾曲部20rに沿うように第2領域A2の端部から折り返されていることが、好ましい。
例えば、巻回電極体を複数備えた電池では、充放電による膨張によって部分的にセル反発が大きくなるおそれがある。その結果、巻き始め位置に相当する平坦部のセパレータが潰れ易くなってしまう。特に、各電極体の巻き始め位置が電池の膨張方向に重なっている場合に、当該巻き始め位置に位置するセパレータ等に対する付加荷重は増大する傾向にある。これによって、電池の入出力特性の低下やLi析出耐性の低下等が生じる可能性があるため、好ましくない。これに対して、例えばここで開示される電池100では、第1電極体の電極始端積層部28a1と、第2電極体の電極始端積層部28a2とが、面Sに対して相互に異なる側に配置されている。即ち、電池ケース10内に第1電極体20aおよび第2電極体20bを配置する際に、電極始端積層部28a1および電極始端積層部28a2が、第1電極体20aおよび第2電極体20bの膨張方向(ここでは、図8の厚み方向X)において重ならないようにする。かかる構成によると、巻き始め位置に相当するセパレータ70(第1セパレータ70A,第2セパレータ70B)の潰れを好適に抑制することができる(換言すると、第1電極体20aおよび第2電極体20bにおいて、バランスが悪く局所的に押圧力が増大する領域が生じることを抑制することができる)ため、上述したような課題を解消することができる。即ち、ここで開示される技術によると、複数の電極体20(巻回電極体)を備えた電池であって、信頼性が好適に向上された電池100を得ることができる。
図7に示すように、本実施形態では、正極の巻き始め端部22sは電極体20の内側に配置されており、正極の巻き終わり端部22eは電極体20の外側に配置されている。また、負極の巻き始め端部24sは電極体20の内側に配置されており、負極の巻き終わり端部24eは電極体20の外側に配置されている。なお、図7中70Asは、第1セパレータの巻き始め端部を示しており、70Bsは、第2セパレータの巻き始め端部を示しており、70Beは、第2セパレータの巻き終わり端部を示している。
一態様では、第1電極体20aおよび第2電極体20bの外周面に存在するセパレータ70の巻き終わり端部を止める巻き止めテープ200が、いずれも湾曲部20rに配置されている。かかる構成によると、電極体20が膨張した場合においても、巻き止めテープ200の位置での局所的荷重を好適に防止でき、Li析出を好適に抑制することができる。特に、第1電極体20aに存在する巻き止めテープ200および第2電極体20bに存在する巻き止めテープ200が、同じ側の湾曲部20rに配置されている場合、上述したような効果に加えて、電極体20の幅方向(図2の方向Y)における大きさを小さくすることができるため、電極体20の電池ケース10への挿入のし易さという観点から、より好ましい。なお、図7に示すように、本実施形態では、第1電極体20aに存在する巻き止めテープ200および第2電極体20bに存在する巻き止めテープ200は、同じ側の湾曲部20rに配置されている。
巻き止めテープ200としては、この種の電池に用いられ得る従来公知のもの(例えば、樹脂製のもの)を、特に制限することなく用いることができる。巻き止めテープ200の一例としては、例えば、基材と、当該基材の上に形成された接着層とを具備するものを好ましく用いることができる。上記基材の一例としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、ナイロン、塩化ビニル、テフロン(登録商標)、ポリイミド、カプトン(登録商標)、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンナフタレート等が挙げられる。上記基材の厚みは、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて特に制限されないが、概ね5μm~100μmであり(例えば、10μm~50μm)とすることができる。また、上記接着層を構成する材料の一例としては、アクリル系接着材、シリコン系接着材、ゴム接着材等が挙げられる。上記接着層は、常温(典型的には、20℃程度)で粘着性を有することが好ましい。上記接着層の厚みは、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて特に制限されないが、概ね5μm~100μm(例えば、5μm~20μm)とすることができる。
一態様では、電極始端積層部28が、正極タブ22tおよび負極タブ24tのいずれか一方のタブ位置と重なるようにしている。電極タブは束上に集められて電極集電部に溶接されるため、電極タブ下は電極が曲がり易く、極間距離が大きくなる可能性がある。一方、電極始端積層部28を電極タブの下に配置することによって、圧力をかけて極間距離を好適に保つことができるため、Li析出耐性を向上させるという観点から好ましい。なお、図10に示すように、本実施形態では、電極体20(即ち、第1電極体20aおよび第2電極体20b)の電極始端積層部(即ち、第1電極体の電極始端積層部28a1および第1電極体の電極始端積層部28a2)が、正極タブ22tのタブ位置(図10の網掛け領域Hに相当)と重なるようにしている。
<電池の製造方法>
次に、電池100の製造方法の一例について説明する。電極体20の製造において、先ず、第1セパレータ70A、正極22、第2セパレータ70B、および負極24を用意する。続いて、巻回ローラーによって各部材を巻回する。その後、所定の圧力によって巻き取り体をプレスし、第1セパレータの巻き終わり端部70Aeに巻き止めテープ200を付与することによって、電極体20を得ることができる。ここで、本実施形態では、第1電極体20aに存在する巻き止めテープ200および第2電極体20bに存在する巻き止めテープ200を、同じ側の湾曲部20rに配置するために、第2電極体20bの最外周を第1電極体20aよりも1周分多めに巻回している。上記のとおり作製した2つの電極体を、電極タブ群が封口板14に取り付けられた電極集電部に接合された状態で外装体12に挿入し、外装体12と封口板14とを接合(溶接)することによって電池ケース10を構築する。そして、封口板14の注液孔15から電池ケース10の内部に電解質を注入し、注液孔15を封止部材16で塞ぐ。以上によって、電池100を製造することができる。
次に、電池100の製造方法の一例について説明する。電極体20の製造において、先ず、第1セパレータ70A、正極22、第2セパレータ70B、および負極24を用意する。続いて、巻回ローラーによって各部材を巻回する。その後、所定の圧力によって巻き取り体をプレスし、第1セパレータの巻き終わり端部70Aeに巻き止めテープ200を付与することによって、電極体20を得ることができる。ここで、本実施形態では、第1電極体20aに存在する巻き止めテープ200および第2電極体20bに存在する巻き止めテープ200を、同じ側の湾曲部20rに配置するために、第2電極体20bの最外周を第1電極体20aよりも1周分多めに巻回している。上記のとおり作製した2つの電極体を、電極タブ群が封口板14に取り付けられた電極集電部に接合された状態で外装体12に挿入し、外装体12と封口板14とを接合(溶接)することによって電池ケース10を構築する。そして、封口板14の注液孔15から電池ケース10の内部に電解質を注入し、注液孔15を封止部材16で塞ぐ。以上によって、電池100を製造することができる。
電池100は各種用途に利用可能であるが、例えば、乗用車、トラック等の車両に搭載されるモータ用の動力源(駆動用電源)として好適に用いることができる。車両の種類は特に限定されないが、例えば、プラグインハイブリッド自動車(PHEV;Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、ハイブリッド自動車(HEV;Hybrid Electric Vehicle)、電気自動車(BEV;Battery Electric Vehicle)等が挙げられる。
以上、本開示のいくつかの実施形態について説明したが、上記実施形態は一例に過ぎない。本開示は、他にも種々の形態にて実施することができる。本開示は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。請求の範囲に記載の技術には、上記に例示した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、上記した実施形態の一部を他の変形態様に置き換えることも可能であり、上記した実施形態に他の変形態様を追加することも可能である。また、その技術的特徴が必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することも可能である。
例えば、上記実施形態では、第1電極体20aに存在する巻き止めテープ200および第2電極体20bに存在する巻き止めテープ200が、同じ側の湾曲部20rに配置されているが、これに限定されない。例えば図11は、他の実施形態に係る巻き止めテープの配置位置について説明するための説明図である。図11に示すように、他の実施形態では、第1電極体120aに存在する巻き止めテープ200Aと、第2電極体120bに存在する巻き止めテープ200Aとが、相異なる側の湾曲部に存在していてもよい。かかる構成によると、例えば電池が幅方向(図11の方向Y)に振動した際に、巻き止めテープ200Aが緩衝材となり、電極体120の損傷を好適に防止することができる。また、第1電極体120aおよび第2電極体120bの巻回数が同じとなるため、同じ電池容量とすることができる。
例えば、上記実施形態では、第1電極体20aに存在する巻き止めテープ200および第2電極体20bに存在する巻き止めテープ200が、同じ側の湾曲部20rに配置されているが、これに限定されない。例えば図12は、他の実施形態に係る巻き止めテープの配置位置について説明するための説明図である。図12に示すように、他の実施形態では、第1電極体220aに存在する巻き止めテープ200Bと、第2電極体220bに存在する巻き止めテープ200Bとが、相異なる側の平坦部に存在していてもよい。かかる構成によると、電極体220の中央部が加圧されることによって、幅方向(図12の方向Y)の極間距離のムラが小さくなり、電極体220の入出力特性を向上させたりLi析出耐性を向上させたりすることができるため、好ましい。また、電極体220を厚み方向Xにおいて電池ケース内に強く押し込むことで、電極体220の位置を固定することができるため、電池ケースが振動した際でも電極タブの破断や電極体220の損傷を好適に防止することができる。また、巻き止めテープ200Bが電極体220の外側に存在することによって、絶縁シートがクリープし屈曲を緩和すことができる。
例えば、上記実施形態では、電極体20の電極始端積層部28が、正極タブ22tのタブ位置と重なるようにしているが、これに限定されない。例えば図13は、他の実施形態に係る図10対応図である。図13に示すように、他の実施形態では、電極体320の電極始端積層部が、正極タブ322tおよび負極タブ324tのいずれか一方(ここでは、正極タブ322t)のタブ位置よりも、厚み方向Xと直交する方向(図13の方向Y)において外側に配置されていてもよい(図13の網掛け領域H’に相当)。かかる構成によると、充放電に関与しにくい負極領域を削減し、電池容量を好適に増大させることができるため、好ましい。また、電極タブは、巻回構造において中心部に近い程、電流密度を好適に分散させることができ、Li析出を好適に抑制することができる。
例えば、上記実施形態では、第1電極体20aおよび第2電極体20bの構成が、巻き数の点で異なっているが、他の実施形態では、第1電極体20aおよび第2電極体20bの構成を同じとしてもよい。
例えば、上記実施形態では、巻回軸方向WDにおいて、正極タブ22tおよび負極タブ24tが同じ側の端部に設けられているが、これに限定されない。ここで開示される技術は、巻回軸方向WDにおいて、正極タブおよび負極タブがそれぞれ異なる側の端部に設けられている巻回電極体を備えた電池に適用することもできる。あるいは、正極タブ22tおよび負極タブ24tが設けられていない巻回電極体を備えた電池にも適用することができる。
例えば、上記実施形態では、第1セパレータ70Aおよび第2セパレータ70Bの表面に接着層74が形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、接着層74は、正極22の表面や負極24の表面に形成されていてもよい。ここで、「正極(負極)の表面」とは、正極活物質層22a(負極活物質層24a)の表面であってもよいし、正極集電体22c(負極集電体24c)の表面であってもよい。正極22の表面(負極24)に接着層74を備える場合、好ましくは、正極22(負極24)は正極集電体22c(負極集電体24c)の両方の面に正極活物質層22a(負極活物質層24a)を備えており、当該正極活物質層22a(当該負極活物質層24a)の表面に接着層74が備えられているとよい。
例えば、上記実施形態では、電池ケース10内に電極体20が2個配置されているが、これに限定されるものではない。他の実施形態では、電池ケース10内に電極体20が2個よりも多く配置されていてもよい。かかる場合、電池ケース10内に配置されている複数の電極体20のうち、少なくとも2つの電極体20が、ここで開示される技術が適用されていればよい。例えば、電池ケース10内に電極体20が3つ配置されている場合、3つの電極体20の電極始端積層部28の位置を、面Sに対して交互に相異ならせてもよい。あるいは、3つの電極体20を厚み方向Xの並び順に第1電極体、第2電極体、第3電極体としたときに、第1電極体および第3電極体の電極始端積層部28の位置を面Sに対して相異ならせ、第1電極体および第2電極体の電極始端積層部28の位置を面Sに対して同じとしてもよい。そして、例えば、電池ケース10内に電極体20が4つ配置されている場合、4つの電極体20の電極始端積層部28の位置を、面Sに対して交互に相異ならせてもよい。また、4つの電極体20を厚み方向Xの並び順に第1電極体、第2電極体、第3電極体、第4電極体としたときに、第1電極体および第4電極体の電極始端積層部28の位置を面Sに対して相異ならせ、第2電極体および第3電極体の電極始端積層部28の位置を面Sに対して同じとしてもよい。あるいは、第2電極体および第3電極体の電極始端積層部28の位置を面Sに対して相異ならせ、第1電極体および第4電極体の電極始端積層部28の位置を面Sに対して同じとしてもよい。ただし、複数の電極体20の電極始端積層部28の位置を、これらに限定することを意図したものではない。
例えば、上記実施形態では、第1電極体20aおよび第2電極体20bの巻回方向は同じであるが、これに限定されるものではない。他の実施形態では、第1電極体20aおよび第2電極体20bの巻回方向は異なっていてもよい。
例えば、上記実施形態では、巻回軸方向WDにおいて、正極タブ22tおよび負極タブ24tが同じ側の端部に設けられているが、これに限定されない。ここで開示される技術は、巻回軸方向WDにおいて、正極タブおよび負極タブがそれぞれ異なる側の端部に設けられている巻回電極体を備えた電池に適用することもできる。あるいは、正極タブ22tおよび負極タブ24tが形成されていない巻回電極体を備えた電池に適用することもできる。
例えば、上記実施形態では、巻回電極体の最外面に位置するセパレータの巻き終わり端部に巻き止めテープを付与しているが、これに限定されない。ここで開示される技術は、巻き止めテープが付与されていない電池に適用することもできる。かかる場合、巻回電極体の最外面に位置するセパレータの巻き終わり端部近傍の内側面に、接着層が形成されていることが好ましい。これによって、セパレータの巻き終わり端部を巻回電極体に好適に固定することができる。
以上のとおり、ここで開示される技術の具体的な態様として、以下の各項(item)に記載のものが挙げられる。
項1:セパレータを介して正極と負極とが巻回された扁平状の巻回電極体である第1電極体および第2電極体と、上記第1電極体および上記第2電極体を収容する電池ケースと、を備えた電池であって、上記第1電極体および上記第2電極体は、それぞれ、外表面が湾曲した一対の湾曲部と、当該一対の湾曲部を連結する平坦部と、を有し、正極巻き始め端部は、上記平坦部に沿って伸びる第1領域を有し、負極巻き始め端部は、上記平坦部に沿って伸びる第2領域と、当該第2領域の端部から折り返される折り返し部と、当該折り返し部の端部から上記平坦部に沿って伸びる第3領域と、を有し、上記巻回電極体の一方の扁平面から他方の扁平面に至る厚み方向において、上記第1領域と上記第2領域と上記第3領域とが重なった電極始端積層部を有しており、上記第1電極体の上記電極始端積層部と、上記第2電極体の上記電極始端積層部とが、上記第1電極体の巻回軸と上記第2電極体の巻回軸とを通過し、当該第1電極体の巻回軸および当該第2電極体の巻回軸に沿った面に対して相互に異なる側に配置された、電池。
項2:上記第1電極体および上記第2電極体の外周面に存在する上記セパレータの巻き終わり端部を止める巻き止めテープが、いずれも上記湾曲部に配置されている、項1に記載の電池。
項3:上記第1電極体に存在する上記巻き止めテープおよび上記第2電極体に存在する上記巻き止めテープが、同じ側の上記湾曲部に配置されている、項2に記載の電池。
項4:上記電池ケースは、注液孔が形成された第1面を有しており、上記第1電極体の巻回軸および上記第2電極体の巻回軸が、それぞれ上記第1面に対して垂直となる向きに、上記第1電極体および上記第2電極体が上記電池ケース内に配置されている、項1~項3のいずれか一つに記載の電池。
項5:上記セパレータと、上記正極および上記負極の少なくとも一方との間に接着層が形成されており、上記第1電極体および上記第2電極体の各々において、上記厚み方向における上記セパレータの積層数が30層以上である、項1~項4のいずれか一つに記載の電池。
項6:上記電極始端積層部が、正極タブおよび負極タブのいずれか一方のタブ位置と重なる、項1~項5のいずれか一つに記載の電池。
項7:上記電極始端積層部が、正極タブおよび負極タブのいずれか一方のタブ位置よりも、上記厚み方向と直交する方向において外側に配置されている、項1~項6のいずれか一つに記載の電池。
項1:セパレータを介して正極と負極とが巻回された扁平状の巻回電極体である第1電極体および第2電極体と、上記第1電極体および上記第2電極体を収容する電池ケースと、を備えた電池であって、上記第1電極体および上記第2電極体は、それぞれ、外表面が湾曲した一対の湾曲部と、当該一対の湾曲部を連結する平坦部と、を有し、正極巻き始め端部は、上記平坦部に沿って伸びる第1領域を有し、負極巻き始め端部は、上記平坦部に沿って伸びる第2領域と、当該第2領域の端部から折り返される折り返し部と、当該折り返し部の端部から上記平坦部に沿って伸びる第3領域と、を有し、上記巻回電極体の一方の扁平面から他方の扁平面に至る厚み方向において、上記第1領域と上記第2領域と上記第3領域とが重なった電極始端積層部を有しており、上記第1電極体の上記電極始端積層部と、上記第2電極体の上記電極始端積層部とが、上記第1電極体の巻回軸と上記第2電極体の巻回軸とを通過し、当該第1電極体の巻回軸および当該第2電極体の巻回軸に沿った面に対して相互に異なる側に配置された、電池。
項2:上記第1電極体および上記第2電極体の外周面に存在する上記セパレータの巻き終わり端部を止める巻き止めテープが、いずれも上記湾曲部に配置されている、項1に記載の電池。
項3:上記第1電極体に存在する上記巻き止めテープおよび上記第2電極体に存在する上記巻き止めテープが、同じ側の上記湾曲部に配置されている、項2に記載の電池。
項4:上記電池ケースは、注液孔が形成された第1面を有しており、上記第1電極体の巻回軸および上記第2電極体の巻回軸が、それぞれ上記第1面に対して垂直となる向きに、上記第1電極体および上記第2電極体が上記電池ケース内に配置されている、項1~項3のいずれか一つに記載の電池。
項5:上記セパレータと、上記正極および上記負極の少なくとも一方との間に接着層が形成されており、上記第1電極体および上記第2電極体の各々において、上記厚み方向における上記セパレータの積層数が30層以上である、項1~項4のいずれか一つに記載の電池。
項6:上記電極始端積層部が、正極タブおよび負極タブのいずれか一方のタブ位置と重なる、項1~項5のいずれか一つに記載の電池。
項7:上記電極始端積層部が、正極タブおよび負極タブのいずれか一方のタブ位置よりも、上記厚み方向と直交する方向において外側に配置されている、項1~項6のいずれか一つに記載の電池。
10 電池ケース
12 外装体
12a 底壁
12b 長側壁
12c 短側壁
12h 開口
14 封口板
15 注液孔
16 封止部材
17 ガス排出弁
18 端子引出孔
20 巻回電極体
20f 平坦部
20r 湾曲部
22 正極
22a 正極活物質層
22c 正極集電体
22p 正極保護層
22t 正極タブ
24 負極
24a 負極活物質層
24c 負極集電体
24t 負極タブ
25 正極タブ群
27 負極タブ群
29 電極体ホルダ
30 正極端子
30c 下端部
32 正極外部導電部材
34 耐熱層
40 負極端子
40c 下端部
42 負極外部導電部材
50 正極集電部
60 負極集電部
70 セパレータ
70A 第1セパレータ
70B 第2セパレータ
90 ガスケット
92 外部絶縁部材
94 内部絶縁部材
100 電池
200 巻き止めテープ
LD 長手方向
U 上方向
WL 巻回軸
Y 長手方向
Z 上下方向
12 外装体
12a 底壁
12b 長側壁
12c 短側壁
12h 開口
14 封口板
15 注液孔
16 封止部材
17 ガス排出弁
18 端子引出孔
20 巻回電極体
20f 平坦部
20r 湾曲部
22 正極
22a 正極活物質層
22c 正極集電体
22p 正極保護層
22t 正極タブ
24 負極
24a 負極活物質層
24c 負極集電体
24t 負極タブ
25 正極タブ群
27 負極タブ群
29 電極体ホルダ
30 正極端子
30c 下端部
32 正極外部導電部材
34 耐熱層
40 負極端子
40c 下端部
42 負極外部導電部材
50 正極集電部
60 負極集電部
70 セパレータ
70A 第1セパレータ
70B 第2セパレータ
90 ガスケット
92 外部絶縁部材
94 内部絶縁部材
100 電池
200 巻き止めテープ
LD 長手方向
U 上方向
WL 巻回軸
Y 長手方向
Z 上下方向
Claims (7)
- セパレータを介して正極と負極とが巻回された扁平状の巻回電極体である第1電極体および第2電極体と、
前記第1電極体および前記第2電極体を収容する電池ケースと、
を備えた電池であって、
前記第1電極体および前記第2電極体は、それぞれ、
外表面が湾曲した一対の湾曲部と、当該一対の湾曲部を連結する平坦部と、を有し、
正極巻き始め端部は、前記平坦部に沿って伸びる第1領域を有し、
負極巻き始め端部は、前記平坦部に沿って伸びる第2領域と、当該第2領域の端部から折り返される折り返し部と、当該折り返し部の端部から前記平坦部に沿って伸びる第3領域と、を有し、
前記巻回電極体の一方の扁平面から他方の扁平面に至る厚み方向において、前記第1領域と前記第2領域と前記第3領域とが重なった電極始端積層部を有しており、
前記第1電極体の前記電極始端積層部と、
前記第2電極体の前記電極始端積層部とが、
前記第1電極体の巻回軸と前記第2電極体の巻回軸とを通過し、当該第1電極体の巻回軸および当該第2電極体の巻回軸に沿った面に対して相互に異なる側に配置された、電池。 - 前記第1電極体および前記第2電極体の外周面に存在する前記セパレータの巻き終わり端部を止める巻き止めテープが、いずれも前記湾曲部に配置されている、請求項1に記載の電池。
- 前記第1電極体に存在する前記巻き止めテープおよび前記第2電極体に存在する前記巻き止めテープが、同じ側の前記湾曲部に配置されている、請求項2に記載の電池。
- 前記電池ケースは、注液孔が形成された第1面を有しており、
前記第1電極体の巻回軸および前記第2電極体の巻回軸が、それぞれ前記第1面に対して垂直となる向きに、前記第1電極体および前記第2電極体が前記電池ケース内に配置されている、請求項1または2に記載の電池。 - 前記セパレータと、前記正極および前記負極の少なくとも一方との間に接着層が形成されており、
前記第1電極体および前記第2電極体の各々において、前記厚み方向における前記セパレータの積層数が20層以上である、請求項1または2に記載の電池。 - 前記電極始端積層部が、正極タブおよび負極タブのいずれか一方のタブ位置と重なる、請求項1または2に記載の電池。
- 前記電極始端積層部が、正極タブおよび負極タブのいずれか一方のタブ位置よりも、前記厚み方向と直交する方向において外側に配置されている、請求項1または2に記載の電池。
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---|---|---|---|
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EP23199328.8A EP4358211A1 (en) | 2022-10-21 | 2023-09-25 | Battery |
CN202311358508.4A CN117917794A (zh) | 2022-10-21 | 2023-10-19 | 电池 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022169367A JP2024061427A (ja) | 2022-10-21 | 2022-10-21 | 電池 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2022169367A Pending JP2024061427A (ja) | 2022-10-21 | 2022-10-21 | 電池 |
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CN205828514U (zh) * | 2016-07-08 | 2016-12-21 | 宁德新能源科技有限公司 | 二次电芯 |
CN209401731U (zh) * | 2019-01-31 | 2019-09-17 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 二次电池 |
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2023
- 2023-09-21 US US18/471,300 patent/US20240234819A9/en active Pending
- 2023-09-25 EP EP23199328.8A patent/EP4358211A1/en active Pending
- 2023-10-19 CN CN202311358508.4A patent/CN117917794A/zh active Pending
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US20240136590A1 (en) | 2024-04-25 |
EP4358211A1 (en) | 2024-04-24 |
US20240234819A9 (en) | 2024-07-11 |
CN117917794A (zh) | 2024-04-23 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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