JP6793703B2 - 電気化学セル - Google Patents
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Description
このような電気化学セルにおいては、電池容量並びに充電電流および放電電流を大きくする観点から、電気化学セル内で対向している電極同士の面積を大きくすることが必要である。電気化学セルの構造としては、一対の帯状の電極を帯状のセパレータを介して対向させてケースに収め、電解液を電極及びセパレータに含浸させた構造が知られている。例えば、帯状の電極および帯状のセパレータを巻回し、筒状またはコイン状のケースに収容した構造や、扁平状に変形させた後にラミネートフィルムに収容した構造が知られている。
ここで、展開状態で隣り合う一対の負極本体、および一対の負極本体を接続する負極接続部に着目する。負極接続部は、一対の負極本体が互いに重なり合うように折り曲げられるので、複数の負極本体が重なる方向(以下、積層方向という)から見て、負極本体から突出するように設けられる。負極接続部は、一対の外縁が第1方向の中間部において互いに近付くように窪んでいるので、積層方向から見て負極本体から離れるに従い幅を狭めながら突出する。よって、負極接続部が一定の幅で延在する構成と比較して、積層方向から見て負極体を凹凸の少ない形状に捲回できる。
しかも、正極接続部の一対の外縁は、第2方向の中間部において互いに近付くように窪み、かつ負極体の主面に対向している。これにより、正極接続部の一対の外縁を負極接続部の外縁に沿うように配置できる。このため、正極接続部が一定の幅で延在する場合と比較して、正極接続部の面積を大きくすることができるので、電気化学セルの容量の向上を図ることができる。また、正極接続部の一対の外縁は、負極体の主面に対向しているので、正極接続部が負極体から突出することを回避できる。
したがって、負極体および正極体を凹凸の少ない所望の扁平形状に捲回でき、負極体および正極体を外装体内に隙間なく配置することが可能となる。
以上により、形状の自由度の向上、および容量の確保が図られた電気化学セルを提供できる。
また、内層側に配置される正極接続部ほど一対の外縁の最小間隔が大きくなる。これにより、負極接続部の一対の外縁の最小間隔の変化に合わせて、内層側に配置される正極接続部ほど面積を大きくすることができる。したがって、複数の正極接続部の一対の外縁の最小間隔が互いに等しい場合と比較して正極体の面積を大きくすることができ、電気化学セルの容量の向上を図ることができる。
しかも、本発明によれば、一対の負極本体のうち外周側の負極本体は、内周側の負極本体よりも第1方向に大きく形成される。このため、複数の負極本体が互いに重なった状態で、積層方向から見て、外周側の負極本体には内周側の負極本体が重ならない非重畳領域が設けられる。内周側の負極本体に接続して積層方向に延びる負極接続部を、積層方向から見て外周側の負極本体における非重畳領域に配置することで、積層方向から見て負極接続部が外周側の負極本体から突出することを抑制できる。
以上により、積層方向から見て、複数の負極本体の位置ずれ、および外端側負極本体からの負極接続部の突出が抑制される。したがって、負極体を所望の扁平形状に捲回でき、形状の自由度の向上、および容量の確保が図られた電気化学セルを提供できる。
図1および図2に示すように、電池1は、平面視長円形状(角丸長方形状)の電池である。電池1は、積層電極体2と、積層電極体2に含浸される電解質溶液(図示せず)と、積層電極体2が収容された外装体3と、を備える。
収容部4には、第1容器10と第2容器20とが重ね合されることにより密封空間が形成される。具体的には、収容部4は、第1底壁部11、第2底壁部21、および第2周壁部22により画成され、平面視で長円形状に形成されている。
図3および図4に示すように、積層電極体2は、シート状の負極体30、正極体40およびセパレータ50を備える。積層電極体2は、負極体30および正極体40を互い違いに積層するように折り畳まれた積層タイプの電極体である。具体的に、積層電極体2は、セパレータ50を介して負極体30と正極体40とを重ね合わせて扁平に捲回されることにより形成されている。負極体30の最外周部は、上述した銅プレート15に直接、またはリードタブ等を介して接続している。正極体40の最外周部は、上述したアルミニウムプレート26に直接、またはリードタブ等を介して接続している。
図5に示すように、積層電極体2は、外装体3の収容部4内に高密度で配置されるように、収容部4内の密封空間の形状に対応する形状に形成されている(図2参照)。すなわち、積層電極体2は、積層方向から見て、長円形状(角丸長方形状)に形成されている。なお、積層電極体2を積層方向から見た形状を基本形状と定義する。
図6は、実施形態の負極体および正極体を示す平面図である。
図6に示すように、負極体30は、一列に並んで配置された複数(図示の例では7個)の負極本体31と、隣り合う一対の負極本体31を接続する少なくとも1つ(図示の例では6個)の負極接続部32と、を有する。負極本体31は、積層電極体2において積層方向の垂直面に沿って平坦に延びる部分である(図3および図5参照)。負極接続部32は、複数の負極本体31が互いに重なるように、積層電極体2の側部において折り返される部分である(図3および図5参照)。
図7に示すように、複数の負極接続部32は、負極連結方向で隣り合う一対の負極本体31の間に設けられている。負極接続部32における負極幅方向を向く一対の外縁35は、負極連結方向の中間部において、互いに近付くように負極幅方向に曲線状に窪んでいる。なお、中間部とは、対象の両端間の中央のみならず、対象の両端間の内側の範囲を含む意とする。負極接続部32の一対の外縁35は、負極本体31の曲線部34に変曲点P1を介して接続している。換言すると、負極体30の負極幅方向を向く外縁における変曲点P1を通り負極幅方向を延びる直線が、負極本体31と負極接続部32との境界になる。負極接続部32の一対の外縁35は、円弧状に延び、負極本体31の曲線部34に正接している。
正極体40は、一列に並んで配置された複数(図示の例では7個)の正極本体41と、隣り合う一対の正極本体41を接続する少なくとも1つ(図示の例では6個)の正極接続部42と、を有する。正極本体41は、積層電極体2において積層方向の垂直面に沿って平坦に延びる部分である(図3参照)。正極接続部42は、複数の正極本体41が負極本体31に重なるように、積層電極体2の側部において折り返される部分である(図3参照)。
図8は、実施形態の負極体および正極体の捲回方法を示す図である。
図8に示すように、最初に、負極体30の第1負極本体31Aと正極体40の第1正極本体41Aとを互いに重ねる。この際、第1負極本体31A、および第1正極本体41Aは、それぞれの長軸A1,A2(図6参照)が互いに重なるとともに、長軸A1の中心点と長軸A2の中心点とが重なるように配置される。また、負極体30および正極体40は、第1負極本体31Aおよび第1正極本体41Aから互いに反対方向に延びるように配置される。以下、第1負極本体31Aと第1正極本体41Aとが重ねられた部分を基準重ね合わせ部と称する。
図3に示すように、複数の正極接続部42は、セパレータ50を介して負極接続部32に対向している。第1正極接続部42Aおよび第6正極接続部42Fは、セパレータ50を介して1つの負極接続部32に対向している。第1正極接続部42Aおよび第6正極接続部42Fを除く正極接続部42は、セパレータ50を介して一対の負極接続部32に対向している。例えば、第2正極接続部42Bは、第1負極接続部32Aおよび第3負極接続部32Cに対向している。
したがって、負極体30および正極体40を凹凸の少ない所望の扁平形状に捲回でき、負極体30および正極体40を外装体3内に隙間なく配置することが可能となる。
以上により、形状の自由度の向上、および容量の確保が図られた電池1を提供できる。
また、正極接続部42の一対の外縁45は、正極本体41の曲線部44に正接する円弧状に延びている。
これらの構成によれば、正極接続部42の一対の外縁45が正極本体41の曲線部44に滑らかに接続する。これにより、正極接続部42の外縁45と正極本体41の曲線部44との接続部において応力集中が生じて正極体40に破れ等の破損が生じることを抑制できる。したがって、正極体40の強度を向上させることができる。
また、負極接続部32の一対の外縁35は、負極本体31の曲線部34に正接する円弧状に延びている。
これらの構成によれば、負極接続部32の一対の外縁35が負極本体31の曲線部34に滑らかに接続する。これにより、負極接続部32の外縁35と負極本体31の曲線部34との接続部において応力集中が生じて負極体30に破れ等の破損が生じることを抑制できる。したがって、負極体30の強度を向上させることができる。
また、複数の正極接続部42それぞれにおける一対の外縁45の最小間隔は、第6正極接続部42Fから離れるに従い大きくなる。この構成によれば、内層側に配置される正極接続部42ほど一対の外縁45の最小間隔が大きくなる。これにより、負極接続部32の一対の外縁45の最小間隔の変化に合わせて、内層側に配置される正極接続部42ほど面積を大きくすることができる。したがって、複数の正極接続部の一対の外縁の最小間隔が互いに等しい場合と比較して正極体40の面積を大きくすることができ、電池1の容量の向上を図ることができる。
しかも、負極本体31それぞれの負極連結方向における寸法は、最外周に配置される第7負極本体31Gから離れるに従い小さくなっている。これにより、展開状態で隣り合う一対の負極本体31のうち外周側の負極本体31は、内周側の負極本体31よりも負極連結方向に大きく形成される。このため、複数の負極本体31が互いに重なった状態で、積層方向から見て、外周側の負極本体31には内周側の負極本体31が重ならない非重畳領域が設けられる。例えば、図3に示すように、積層方向から見て、第7負極本体31Gには第6負極本体31Fが重ならない非重畳領域Rが設けられる。内周側の負極本体31に接続して積層方向に延びる負極接続部32を、積層方向から見て外周側の負極本体31における非重畳領域に配置することで、積層方向から見て負極接続部32が外周側の負極本体31から突出することを抑制できる。
以上により、積層方向から見て、複数の負極本体31の位置ずれ、および最外周の第7負極本体31Gから負極接続部32が突出することが抑制される。したがって、負極体30を所望の扁平形状に捲回でき、形状の自由度の向上、および容量の確保が図られた電池1を提供できる。
例えば、上記実施形態では、電気化学セルの一例として、二次電池を例に挙げて説明したが、これに限らず、電気二重層キャパシタおよび一次電池等に上述した構成を適用してもよい。また、電池としてリチウムイオン二次電池を例に挙げて説明したが、これに限らず、金属リチウム二次電池等のリチウムイオン二次電池以外の二次電池であってもよい。
なお、電気二重層キャパシタに上述した構成を適用する場合、電気二重層キャパシタは機能上正負の区別がない一対の電極を備えるが、一方の電極を上記負極体と同様に構成し、他方の電極を上記正極体と同様に構成すればよい。
Claims (6)
- 互いに重ね合わされて扁平に捲回された負極体および正極体を備え、
前記負極体は、
展開状態で第1方向に並んで配置された複数の負極本体と、
展開状態で隣り合う一対の前記負極本体を接続し、表面に負極活物質が配置され、前記一対の負極本体が互いに重なり合うように折り返された少なくとも1つの負極接続部と、
を有し、
前記正極体は、
展開状態で第2方向に並んで配置され、前記負極本体に重なる複数の正極本体と、
展開状態で隣り合う一対の前記正極本体を接続し、表面に正極活物質が配置され、前記負極接続部に対向する少なくとも1つの正極接続部と、
を有し、
前記少なくとも1つの負極接続部は、前記第1方向に直交する方向を向く一対の外縁を有し、
前記少なくとも1つの正極接続部は、前記第2方向に直交する方向を向く一対の外縁を有し、
前記負極接続部の前記一対の外縁は、前記第1方向の中間部において互いに近付くように窪み、
前記正極接続部の前記一対の外縁は、前記第2方向の中間部において互いに近付くように窪み、かつ前記負極体の主面に対向し、
前記正極接続部の前記一対の外縁は、前記正極本体における前記第2方向に直交する方向を向く外縁に変曲点を介して接続している、
ことを特徴とする電気化学セル。 - 互いに重ね合わされて扁平に捲回された負極体および正極体を備え、
前記負極体は、
展開状態で第1方向に並んで配置された複数の負極本体と、
展開状態で隣り合う一対の前記負極本体を接続し、表面に負極活物質が配置され、前記一対の負極本体が互いに重なり合うように折り返された少なくとも1つの負極接続部と、
を有し、
前記正極体は、
展開状態で第2方向に並んで配置され、前記負極本体に重なる複数の正極本体と、
展開状態で隣り合う一対の前記正極本体を接続し、表面に正極活物質が配置され、前記負極接続部に対向する少なくとも1つの正極接続部と、
を有し、
前記少なくとも1つの負極接続部は、前記第1方向に直交する方向を向く一対の外縁を有し、
前記少なくとも1つの正極接続部は、前記第2方向に直交する方向を向く一対の外縁を有し、
前記負極接続部の前記一対の外縁は、前記第1方向の中間部において互いに近付くように窪み、
前記正極接続部の前記一対の外縁は、前記第2方向の中間部において互いに近付くように窪み、かつ前記負極体の主面に対向し、
前記正極接続部の前記一対の外縁は、前記正極本体における前記第2方向に直交する方向を向く外縁に正接する円弧状に延びている、
ことを特徴とする電気化学セル。 - 互いに重ね合わされて扁平に捲回された負極体および正極体を備え、
前記負極体は、
展開状態で第1方向に並んで配置された複数の負極本体と、
展開状態で隣り合う一対の前記負極本体を接続し、表面に負極活物質が配置され、前記一対の負極本体が互いに重なり合うように折り返された少なくとも1つの負極接続部と、
を有し、
前記正極体は、
展開状態で第2方向に並んで配置され、前記負極本体に重なる複数の正極本体と、
展開状態で隣り合う一対の前記正極本体を接続し、表面に正極活物質が配置され、前記負極接続部に対向する少なくとも1つの正極接続部と、
を有し、
前記少なくとも1つの負極接続部は、前記第1方向に直交する方向を向く一対の外縁を有し、
前記少なくとも1つの正極接続部は、前記第2方向に直交する方向を向く一対の外縁を有し、
前記負極接続部の前記一対の外縁は、前記第1方向の中間部において互いに近付くように窪み、
前記正極接続部の前記一対の外縁は、前記第2方向の中間部において互いに近付くように窪み、かつ前記負極体の主面に対向し、
前記負極接続部の前記一対の外縁は、前記負極本体における前記第1方向に直交する方向を向く外縁に変曲点を介して接続している、
ことを特徴とする電気化学セル。 - 互いに重ね合わされて扁平に捲回された負極体および正極体を備え、
前記負極体は、
展開状態で第1方向に並んで配置された複数の負極本体と、
展開状態で隣り合う一対の前記負極本体を接続し、表面に負極活物質が配置され、前記一対の負極本体が互いに重なり合うように折り返された少なくとも1つの負極接続部と、
を有し、
前記正極体は、
展開状態で第2方向に並んで配置され、前記負極本体に重なる複数の正極本体と、
展開状態で隣り合う一対の前記正極本体を接続し、表面に正極活物質が配置され、前記負極接続部に対向する少なくとも1つの正極接続部と、
を有し、
前記少なくとも1つの負極接続部は、前記第1方向に直交する方向を向く一対の外縁を有し、
前記少なくとも1つの正極接続部は、前記第2方向に直交する方向を向く一対の外縁を有し、
前記負極接続部の前記一対の外縁は、前記第1方向の中間部において互いに近付くように窪み、
前記正極接続部の前記一対の外縁は、前記第2方向の中間部において互いに近付くように窪み、かつ前記負極体の主面に対向し、
前記負極接続部の前記一対の外縁は、前記負極本体における前記第1方向に直交する方向を向く外縁に正接する円弧状に延びている、
ことを特徴とする電気化学セル。 - 互いに重ね合わされて扁平に捲回された負極体および正極体を備え、
前記負極体は、
展開状態で第1方向に並んで配置された複数の負極本体と、
展開状態で隣り合う一対の前記負極本体を接続し、表面に負極活物質が配置され、前記一対の負極本体が互いに重なり合うように折り返された少なくとも1つの負極接続部と、
を有し、
前記正極体は、
展開状態で第2方向に並んで配置され、前記負極本体に重なる複数の正極本体と、
展開状態で隣り合う一対の前記正極本体を接続し、表面に正極活物質が配置され、前記負極接続部に対向する少なくとも1つの正極接続部と、
を有し、
前記少なくとも1つの負極接続部は、前記第1方向に直交する方向を向く一対の外縁を有し、
前記少なくとも1つの正極接続部は、前記第2方向に直交する方向を向く一対の外縁を有し、
前記負極接続部の前記一対の外縁は、前記第1方向の中間部において互いに近付くように窪み、
前記正極接続部の前記一対の外縁は、前記第2方向の中間部において互いに近付くように窪み、かつ前記負極体の主面に対向し、
前記少なくとも1つの負極接続部は、最内周に配置される内端側負極接続部を有し、
前記少なくとも1つの正極接続部は、最外周に配置される外端側正極接続部を有し、
前記少なくとも1つの負極接続部それぞれにおける前記一対の外縁の最小間隔は、前記内端側負極接続部から離れるに従い小さくなり、
前記少なくとも1つの正極接続部それぞれにおける前記一対の外縁の最小間隔は、前記外端側正極接続部から離れるに従い大きくなる、
ことを特徴とする電気化学セル。 - 互いに重ね合わされて扁平に捲回された負極体および正極体を備え、
前記負極体は、
展開状態で第1方向に並んで配置された複数の負極本体と、
展開状態で隣り合う一対の前記負極本体を接続し、表面に負極活物質が配置され、前記一対の負極本体が互いに重なり合うように折り返された少なくとも1つの負極接続部と、
を有し、
前記正極体は、
展開状態で第2方向に並んで配置され、前記負極本体に重なる複数の正極本体と、
展開状態で隣り合う一対の前記正極本体を接続し、表面に正極活物質が配置され、前記負極接続部に対向する少なくとも1つの正極接続部と、
を有し、
前記少なくとも1つの負極接続部は、前記第1方向に直交する方向を向く一対の外縁を有し、
前記少なくとも1つの正極接続部は、前記第2方向に直交する方向を向く一対の外縁を有し、
前記負極接続部の前記一対の外縁は、前記第1方向の中間部において互いに近付くように窪み、
前記正極接続部の前記一対の外縁は、前記第2方向の中間部において互いに近付くように窪み、かつ前記負極体の主面に対向し、
前記複数の負極本体は、最外周に配置される外端側負極本体、および最内周に配置される内端側負極本体を有し、
前記少なくとも1つの負極接続部は、前記内端側負極本体に接続する内端側負極接続部を備え、
前記複数の負極本体それぞれの前記第1方向の寸法は、前記外端側負極本体から離れるに従い小さくなり、
前記少なくとも1つの負極接続部それぞれの前記第1方向の寸法は、前記内端側負極接続部から離れるに従い大きくなる、
ことを特徴とする電気化学セル。
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