JP7412928B2 - 電気化学セル - Google Patents

Description

本発明は、電気化学セルに関するものである。

従来、スマートフォンやウエアラブル機器、補聴器などの小型機器の電源として、リチウムイオン二次電池や電気化学キャパシタ等の電気化学セルが広く活用されている。
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、セパレータを介して互い違いに積層された負極電極と正極電極とを備えた電極体をケースに収め、電解液を電極体に含浸させた構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

セパレータは、対向している電極同士のショートを防止するため、電極同士の積層面全体を覆うように電極よりも大きく形成される。その一方で、電気化学セルの体積効率を確保するためには、電極からはみ出したセパレータの寸法をできる限り小さくする必要がある。

国際公開第０２／０１３３０５号

しかしながら、電極からはみ出したセパレータの寸法をできる限り小さくすると、電極の端縁が露出する可能性がある。電極の端縁が露出すると、他の電極や外装体の金属部等に接触して、内部ショートのリスクが上昇する。したがって、従来技術にあっては、電気化学セルのショートリスクを抑制するという点で改善の余地がある。

そこで本発明は、ショートリスクが抑制された電気化学セルを提供するものである。

本発明の電気化学セルは、交互に積層された正極体および負極体、並びに前記正極体と前記負極体との間に介在するセパレータを有し、前記正極体および前記負極体が前記セパレータを挟んで扁平に捲回された電極構造体と、前記電極構造体を収容する外装体と、を備え、前記電極構造体の平面視の外形は、捲回軸方向に交差する方向に延びる側縁を有し、前記側縁の少なくとも一部は、平面視で前記捲回軸方向に直交する方向に交差する方向に延び、前記セパレータは、前記正極体および前記負極体よりも捲回軸方向に張り出した複数層の張り出し部を有し、前記電極構造体における前記捲回軸方向、および前記電極構造体の厚さ方向に沿う断面上で、前記正極体および前記負極体における前記捲回軸方向の端部を通り前記厚さ方向に延びる基準線を定義し、前記断面上での前記基準線に対する前記張り出し部の長さを張り出し量と定義した場合、前記複数層の張り出し部のうち前記断面上で前記厚さ方向に並ぶ少なくとも一部の層の張り出し部は、前記電極構造体の捲回中心側から外周側に向かうに従い前記張り出し量が大きくなるように形成され、前記複数層の張り出し部は、前記捲回軸方向の外側から見て前記正極体および前記負極体のうち少なくともいずれか一方の端縁に重なっている、ことを特徴とする。

この構成によれば、セパレータの張り出し部によって正極体および負極体の端縁を捲回軸方向の外側から覆うことができる。このため、電極構造体を捲回軸方向から見た場合に正極体および負極体の端縁が露出することを抑制できる。よって、正極体と負極体との接触、並びに正極体および負極体と外装体との接触を抑制できる。したがって、ショートリスクが抑制された電気化学セルを提供できる。
ここで、電極構造体の製造時において一定の幅を有する帯状のセパレータ用のシート部材を正極体および負極体とともに扁平に捲回する場合には、捲回体の平面視の外形が捲回軸方向に直交する方向に延びる側縁を有する。このため、上記構成のように電極構造体の平面視の側縁が捲回軸方向に交差する方向、かつ捲回軸方向に直交する方向に交差する方向に延びる構成では、電極構造体の製造時に捲回体のセパレータ用のシート部材を切断して、セパレータの張り出し部を成形する必要がある。セパレータ用のシート部材の切断ラインが一直線ではない場合には、切断位置のずれにより正極体および負極体の端縁が電極構造体の平面視の側縁に近接するおそれがある。また、正極体および負極体が巻きずれしている場合には、電極構造体の平面視の側縁が捲回軸方向に直交する方向に延びる構成と比較して、正極体および負極体の端縁が電極構造体の平面視の側縁に近接しやすい。よって、上述したようにセパレータの張り出し部が正極体および負極体の端縁を覆うことで、正極体および負極体の端縁が電極構造体の平面視の側縁に近接していても、ショートリスクの低減を図ることができる。
さらに、正極体および負極体が巻きずれしている場合には、正極体および負極体の端縁は電極構造体の外周側ほど捲回軸方向の外側に位置し得る。上記構成によれば、厚さ方向に並ぶ少なくとも一部の層の張り出し部は、電極構造体の捲回中心側から外周側に向かうに従い張り出し量が大きくなるように形成されているので、正極体および負極体が巻きずれしていても、セパレータの張り出し部によって正極体および負極体の端縁を確実に覆うことができる。

上記の電気化学セルにおいて、前記複数層の張り出し部は、前記厚さ方向で両端に位置する第１張り出し部および第２張り出し部と、前記第１張り出し部と前記第２張り出し部との間に位置する中間張り出し部と、を備え、前記第１張り出し部および前記第２張り出し部の前記張り出し量は、前記中間張り出し部の前記張り出し量よりも大きくてもよい。

この構成では、中間張り出し部に厚さ方向で隣り合う正極体および負極体の端縁は外装体の内面に捲回軸方向のみで対向し得るのに対し、第１張り出し部に厚さ方向で隣り合う正極体または負極体の端縁、および第２張り出し部に厚さ方向で隣り合う正極体または負極体の端縁は、外装体の内面に捲回軸方向および厚さ方向の２方向で対向し得る。よって、第１張り出し部および第２張り出し部の張り出し量を中間張り出し部の張り出し量よりも大きくすることで、電極構造体において外装体の内面に接触しやすい位置にある正極体または負極体の端縁を確実に覆うことができる。したがって、電気化学セルのショートリスクをより一層抑制できる。

上記の電気化学セルにおいて、前記複数層の張り出し部のうち前記中間張り出し部以外の張り出し部は、前記厚さ方向で前記中間張り出し部側に撓んでいてもよい。

ここで、仮に中間張り出し部以外の張り出し部が厚さ方向で中間張り出し部とは反対側に撓んでいると、中間張り出し部に隣り合う正極体および負極体の端縁が張り出し部によって覆われない。これに対して上記構成によれば、第１張り出し部および第２張り出し部よりも捲回中心側に位置する全ての正極体および負極体の端縁が中間張り出し部以外の張り出し部によって覆われる。したがって、電気化学セルのショートリスクをより一層抑制できる。

上記の電気化学セルにおいて、前記外装体は、第１容器および第２容器を前記厚さ方向に重ね合わせて形成され、前記第１容器と前記第２容器との間で前記電極構造体を収容する収容部、および前記厚さ方向から見て前記収容部の周囲の全周で前記第１容器と前記第２容器とが互いに重なり合う封止部を有し、前記中間張り出し部は、捲回軸方向から見て前記封止部の内周縁に重なっていてもよい。

この構成では、中間張り出し部が捲回軸方向から見て封止部の内周縁に重なっているので、中間張り出し部よりも第１張り出し部側の張り出し部は、第１容器および第２容器の一方の内側に配置され、中間張り出し部よりも第２張り出し部側の張り出し部は、第１容器および第２容器の他方の内側に配置される。このため、電極構造体を外装体の収容部に収容する際、中間張り出し部よりも第１張り出し部側の張り出し部には、第１容器および第２容器の一方の内面が中間張り出し部に向けて摺接し、中間張り出し部よりも第２張り出し部側の張り出し部には、第１容器および第２容器の他方の内面が中間張り出し部に向けて摺接する。つまり、電極構造体を外装体の収容部に収容する際、張り出し部の撓む方向に倣って張り出し部に第１容器および第２容器それぞれの内面を摺接させることができる。よって、張り出し部を確実に撓ませて、正極体および負極体の端縁を張り出し部によって確実に覆うことができる。

上記の電気化学セルにおいて、前記複数層の張り出し部のうち少なくとも１つの層の張り出し部は、撓んだ状態で前記外装体の内面に接触していてもよい。

この構成によれば、張り出し部が撓んだ状態を外装体の内面によって維持できる。したがって、正極体および負極体の端縁を張り出し部によって確実に覆うことができる。

本発明によれば、ショートリスクが抑制された電気化学セルを提供することができる。

実施形態の電池の斜視図である。 実施形態の電池の断面図である。 実施形態の電極構造体の平面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線における断面図である。 実施形態の正極体の捲回前における展開図である。 実施形態の負極体の捲回前における展開図である。 図１のＶＩＩ－ＶＩＩ線における断面図である。 図７に示す電極構造体の断面図であって、張り出し部の撓みを解消した状態を示すものである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。また以下の説明では、電気化学セルとして、非水電解質二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池（以下、単に「電池」という。）を例に挙げて説明する。

（電池）
図１は、実施形態の電池の斜視図である。図２は、実施形態の電池の断面図である。
図１および図２に示すように、電池１は、平面視円形状のいわゆるボタン形の電池である。電池１は、正極活物質および負極活物質を有する発電要素の電極構造体４０と、電極構造体４０に含浸される電解液（図示せず）と、電極構造体４０を収容する外装体１０と、を備える。

（外装体）
外装体１０は、電池１の外郭を形成している。外装体１０は、電極構造体４０が収容される収容部１１と、収容部１１の外周１１ａに沿って折り曲げられた封止部１２と、を備える。封止部１２は、例えば絞り成形によって、収容部１１の外周１１ａに沿って折り曲げられている。

また、外装体１０は、電極構造体４０を間に挟む第１容器２０および第２容器３０を備える。第１容器２０および第２容器３０は、それぞれラミネートフィルムにより形成されている。ラミネートフィルムは、金属層（金属箔）と、重ね合わせ面（内側面）に設けられ金属層を被覆する樹脂製の融着層と、外側面に設けられ金属層を被覆する樹脂製の保護層と、を有する。金属層は、例えばステンレスやアルミニウム等の外気や水蒸気を遮断する金属材料を用いて形成されている。重ね合わせ面の融着層は、例えば、ポリオレフィンのポリエチレンやポリプロピレン等の熱可塑性樹脂を用いて形成されている。外側面の保護層は、例えば、上述のポリオレフィンや、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ナイロン等を用いて形成されている。

第１容器２０は、円形状の第１底壁部２１と、第１底壁部２１の外周から筒状に延びる第１周壁部２２と、第１周壁部２２の開口縁から拡径して筒状に延びる第１鍔部２３と、を備える。第１底壁部２１には、第１貫通孔２４が形成されている。例えば、第１貫通孔２４は、第１底壁部２１の中心に形成されている。

第１底壁部２１の内面には、第１シーラントリング２５を介して銅プレート２６が熱融着されている。第１シーラントリング２５は、シーラントフィルムをリング状にしたものである。シーラントフィルムは、ポリオレフィンのポリエチレンやポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂を用いて形成されている。

銅プレート２６の内面は、後述する負極リード３（図３参照）に接続されている。銅プレート２６の外面の中央には、ニッケルプレート２７が溶接されている。ニッケルプレート２７は、第１貫通孔２４を貫通して外部に露出され、電池１の負極端子として機能する。また、銅プレート２６に代えて、ニッケル製のプレート材を用いることもできる。この場合、ニッケルプレート２７を設けなくてもよい。

第１周壁部２２は、収容部１１の外周１１ａの一部を形成する。第１鍔部２３は、第１周壁部２２の開口縁から径方向外方に突出し、さらに略一定の径で第１底壁部２１から離れる側に延びている。

第２容器３０は、円形状の第２底壁部３１と、第２底壁部３１の外周から筒状に延びる第２周壁部３２と、第２周壁部３２の開口縁から拡径して筒状に延びる第２鍔部３３と、を備える。

第２底壁部３１は、電極構造体４０を挟んで第１容器２０の第１底壁部２１とは反対側に配置されている。第２底壁部３１は、第１容器２０の第１底壁部２１と略同径に形成されている。第２底壁部３１には、第２貫通孔３４が形成されている。例えば、第２貫通孔３４は、第２底壁部３１の中心に形成されている。

第２底壁部３１の内面には、第２シーラントリング３５を介してステンレスプレート３６が熱融着されている。第２シーラントリング３５は、第１シーラントリング２５と同様に、熱可塑性樹脂により形成されている。

ステンレスプレート３６の内面は、後述する正極リード２（図３参照）に接続されている。ステンレスプレート３６の外面の中央には、ニッケルプレート３７が溶接されている。ニッケルプレート３７は、第２貫通孔３４を貫通して外部に露出され、電池１の正極端子として機能する。なお、例えば、ステンレスプレート３６に代えて、アルミニウム製のプレート材を用いることもできる。

第２周壁部３２は、第２底壁部３１の外周から第１容器２０の第１底壁部２１に向けて延びている。第２周壁部３２は、第１周壁部２２とともに、収容部１１の外周１１ａを形成する。第２鍔部３３は、第２周壁部３２の開口縁から径方向外方に突出し、さらに略一定の径で第２周壁部３２に沿って第２底壁部３１側に延びている。第２鍔部３３は、第２周壁部３２に対して外側に間隔をおいて配置されている。

第２周壁部３２は、第１鍔部２３の内側で、かつ、第２鍔部３３の内側に配置されている。また、第２鍔部３３は、第１鍔部２３の内側に配置されている。第２鍔部３３の融着層は、第１鍔部２３の融着層に熱融着されている。

収容部１１は、第１容器２０と第２容器３０との間で電極構造体４０を収容する。具体的に、収容部１１は、第１底壁部２１、第１周壁部２２、第２底壁部３１、および第２周壁部３２により形成され、平面視で円形状に形成されている。封止部１２は、平面視で収容部１１の周囲の全周で第１容器２０と第２容器３０とが重なり合って形成されている。具体的に、封止部１２は、第１容器２０の第１鍔部２３の融着層と、第２容器３０の第２鍔部３３の融着層と、が熱融着されることにより形成されている。これにより、第１容器２０および第２容器３０が重ね合わされて外装体１０が形成される。封止部１２は、外装体１０の第１容器２０と第２容器３０との重ね合わせ方向で、収容部１１の中間部から突出している。

（電極構造体）
図３は、実施形態の電極構造体の平面図である。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線における断面図である。
図３および図４に示すように、電極構造体４０は、交互に積層されたシート状の正極体５０および負極体６０と、正極体５０と負極体６０との間に介在するシート状のセパレータ７０と、を備える。正極体５０および負極体６０は、セパレータ７０を挟んで扁平に捲回されている。正極体５０および負極体６０は、所定の捲回軸線Ｏを中心として捲回されている。なお、本実施形態では、正極体５０および負極体６０が交互に積層された部分を電極構造体４０と称し、後述する正極リード２および負極リード３は電極構造体４０に含まれないものとする。また、以下の説明では、電極構造体４０の厚さ方向を単に厚さ方向といい、捲回軸線Ｏに沿う方向を軸方向（捲回軸方向）といい、厚さ方向および軸方向に直交する方向を軸直方向という。厚さ方向は、外装体１０の第１容器２０と第２容器３０との重ね合わせ方向に一致している。

図３に示すように、電極構造体４０は、電極構造体４０の厚さ方向から見た平面視で非矩形状に形成されている。具体的に、電極構造体４０は、収容部１１内の密封空間の形状に対応し、平面視で円形状に形成されている。これにより、電極構造体４０の平面視の外形は、軸方向に交差する方向に延びる一対の側縁４１を有する。各側縁４１は、円弧状に延びている。各側縁４１は、中間部を除いて軸直方向に交差する方向に延びている。

図５は、実施形態の正極体の捲回前における展開図である。
図５に示すように、正極体５０は、捲回される前の展開状態で、全体として帯状に形成されている。正極体５０は、金属材料により形成された正極集電箔と、正極集電箔の表面に配置された正極活物質と、を備える。正極集電箔は、例えばアルミニウムやステンレス等の金属箔により形成されている。正極活物質は、例えば、コバルト酸リチウムやチタン酸リチウム、マンガン酸リチウム等のように、リチウムと遷移金属とを含む複合酸化物である。以下、展開状態における正極体５０の長手方向を正極長手方向といい、展開状態における正極体５０の短手方向を正極短手方向という。

正極体５０は、正極長手方向に一列に並んで配置された複数の正極本体５１と、隣り合う一対の正極本体５１を接続する少なくとも１つの正極連結部５２と、を有する。複数の正極本体５１は、電極構造体４０において厚さ方向の垂直面に沿って平坦に延びる部分である。正極連結部５２は、電極構造体４０の側部において折り返される部分である。図示の例では、正極本体５１の数は７個とされ、正極連結部５２の数は６個とされている。ただし、正極本体５１および正極連結部５２の数はこれに限定されるものではなく、適宜変更して構わない。

複数の正極本体５１は、展開状態で、正極短手方向におけるそれぞれの中心が正極長手方向に沿う同一直線上に位置するように配置されている。各正極本体５１は、所定の径の円に対し、正極長手方向における両端部を切り欠いた形状に形成されている。

正極連結部５２は、正極短手方向で複数の正極本体５１よりも内側に位置するように形成されている。すなわち、正極連結部５２は、正極短手方向で複数の正極本体５１よりも小さく形成されている。正極連結部５２の外縁は、平面視で内側に窪む円弧状に延びている。正極連結部５２の外縁は、正極本体５１の外縁の円弧部に接続している。ただし、正極連結部５２の外縁は、必ずしも円弧状に延びていなくてもよく、例えば直線状に延びていてもよい。各正極連結部５２における正極長手方向の寸法は、捲回状態で外周側に配置される正極連結部５２ほど大きくなっている。これにより、展開状態で隣り合う一対の正極本体５１の間隔は、捲回状態で外周側ほど大きくなっている。

正極体５０の一端部には、正極リード２が接続されている。正極リード２は、上述したステンレスプレート３６に接続される部分である。正極リード２は、最外周に配置される正極本体５１から正極長手方向に沿って延出している。正極リード２は、正極体５０の正極集電箔と同一部材により一体的に形成されている。

図６は、実施形態の負極体の捲回前における展開図である。
図６に示すように、負極体６０は、捲回される前の展開状態で、全体として帯状に形成されている。負極体６０は、金属材料により形成された負極集電箔と、負極集電箔の表面に配置された負極活物質と、を備える。負極集電箔は、例えば銅やステンレス等の金属箔により形成されている。負極活物質は、例えば、シリコン酸化物やグラファイト、ハードカーボン、チタン酸リチウム、ＬｉＡｌ等である。以下、展開状態における負極体６０の長手方向を負極長手方向といい、展開状態における負極体６０の短手方向を負極短手方向という。

負極体６０は、負極長手方向に一列に並んで配置された複数の負極本体６１と、隣り合う一対の負極本体６１を接続する少なくとも１つの負極連結部６２と、を有する。複数の負極本体６１は、電極構造体４０において厚さ方向の垂直面に沿って平坦に延びる部分である。負極連結部６２は、電極構造体４０の側部において折り返される部分である。図示の例では、負極本体６１の数は７個とされ、負極連結部６２の数は６個とされている。ただし、負極本体６１および負極連結部６２の数はこれに限定されるものではなく、適宜変更して構わない。

複数の負極本体６１は、展開状態で、負極短手方向におけるそれぞれの中心が負極長手方向に沿う同一直線上に位置するように配置されている。各負極本体６１は、正極本体５１よりも大径の円に対し、負極長手方向における両端部を切り欠いた形状に形成されている。

負極連結部６２は、負極短手方向で複数の負極本体６１よりも内側に位置するように形成されている。すなわち、負極連結部６２は、負極短手方向で複数の負極本体６１よりも小さく形成されている。負極連結部６２の外縁は、平面視で内側に窪む円弧状に延びている。負極連結部６２の外縁は、負極本体６１の外縁の円弧部に接続している。ただし、負極連結部６２の外縁は、必ずしも円弧状に延びていなくてもよく、例えば直線状に延びていてもよい。負極連結部６２における負極長手方向の寸法は、捲回状態で外周側に配置される負極連結部６２ほど大きくなっている。これにより、展開状態で隣り合う一対の負極本体６１の間隔は、捲回状態で外周側ほど大きくなっている。

負極体６０の一端部には、負極リード３が接続されている。負極リード３は、上述した銅プレート２６に接続される部分である。負極リード３は、最外周に配置される負極本体６１から負極長手方向に沿って延出している。負極リード３は、負極体６０の負極集電箔と同一部材により一体的に形成されている。

図３および図４に示すように、正極体５０および負極体６０は、それぞれの展開状態における短手方向の中心が互いに重なるように配置された状態で捲回されている。複数の正極本体５１および複数の負極本体６１は、厚さ方向に交互に積層されている。複数の正極本体５１および複数の負極本体６１は、平面視でそれぞれの中心点が捲回軸線Ｏ上で互いに一致するように配置されている。複数の正極連結部５２および複数の負極連結部６２のそれぞれは、電極構造体４０における軸直方向の端部に配置されている。負極体６０は、正極体５０よりも軸方向の両側に張り出すように配置されている（図７参照）。

セパレータ７０は、リチウムイオンを通す特性を有する部材である。セパレータ７０は、例えば樹脂ポーラスフィルム等により形成されている。セパレータ７０を形成する樹脂材料としては、例えばポリプロピレン等のポリオレフィンを用いることができる。セパレータ７０は、少なくとも正極体５０および負極体６０それぞれの内周面全体に重なるように配置されている。これにより、セパレータ７０は、正極体５０および負極体６０の層間全体に配置され、正極体５０と負極体６０とを絶縁している。

図７は、図１のＶＩＩ－ＶＩＩ線における断面図である。なお、図７では、正極体５０、負極体６０およびセパレータ７０の層数を少なく図示している（以下の断面図でも同様）。
図７に示すように、セパレータ７０は、正極体５０および負極体６０の少なくともいずれか一方に対向する複数層の対向部７１と、正極体５０および負極体６０よりも軸方向の外側に張り出した複数層の張り出し部７２と、を有する。複数層の対向部７１は、正極本体５１および負極本体６１の層間に配置された対向部７１と、最外周の正極本体５１に厚さ方向の外側から重なる対向部７１と、最外周の負極本体６１に厚さ方向の外側から重なる対向部７１と、を備える。対向部７１は、正極本体５１および負極本体６１と平行に配置されている。複数層の張り出し部７２のそれぞれは、対向部７１に連なっている。なお、複数層の張り出し部７２は、正極体５０および負極体６０を挟んだ軸方向の両側で互いに同様に形成されている。このため、以下の複数層の張り出し部７２に関する説明では、正極体５０および負極体６０よりも軸方向の一方側に張り出した複数層の張り出し部７２について説明する。

図３に示すように、張り出し部７２は、電極構造体４０の軸直方向の一端部から他端部にわたって連続的に設けられている。張り出し部７２は、平面視で正極体５０および負極体６０の全体における外縁のうち軸直方向に交差する方向を向く部分（軸方向に交差する方向に延びる部分）に沿って延びている。張り出し部７２は、電極構造体４０の一対の側縁４１を形成している。

図８は、図７に示す電極構造体の断面図であって、張り出し部の撓みを解消した状態を示すものである。
ここで、図８に示すように、電極構造体４０における軸方向および厚さ方向に沿い捲回軸線Ｏを含む断面上で基準線Ｌを定義する。基準線Ｌは、前記断面上で正極体５０および負極体６０における軸方向の前記一方側の端部を通り、厚さ方向に延びている。また、前記断面上での基準線Ｌに対する張り出し部７２の長さを張り出し量と定義する。張り出し量は、撓みを解消して軸方向に延びている状態での張り出し部７２の端縁から基準線Ｌまでの寸法である。張り出し量は、張り出し部７２の厚さ方向の位置に応じて変化している。

複数層の張り出し部７２は、厚さ方向で両端に位置する第１張り出し部７２Ａおよび第２張り出し部７２Ｂと、第１張り出し部７２Ａおよび第２張り出し部７２Ｂとの間に位置する中間張り出し部７２Ｃと、を備える。本実施形態では、中間張り出し部７２Ｃは、最内周の正極本体５１と最内周の負極本体６１との間に介在する対向部７１から延びている。中間張り出し部７２Ｃは、軸方向から見て外装体１０の封止部１２の内周縁に重なっている（図７参照）。なお、中間張り出し部７２Ｃは、最内周の正極本体５１と最内周の負極本体６１との間に介在する対向部７１以外の対向部７１に連なっていてもよい。

第１張り出し部７２Ａおよび第２張り出し部７２Ｂの張り出し量は、中間張り出し部７２Ｃの張り出し量よりも大きい。第１張り出し部７２Ａから中間張り出し部７２Ｃにわたって厚さ方向に並ぶ複数層の張り出し部７２は、電極構造体４０の捲回中心側（捲回軸線Ｏ側）から外周側に向かうに従い張り出し量が大きくなるように形成されている。第２張り出し部７２Ｂから中間張り出し部７２Ｃにわたって厚さ方向に並ぶ複数層の張り出し部７２は、電極構造体４０の捲回中心側から外周側に向かうに従い張り出し量が大きくなるように形成されている。

図７に示すように、複数層の張り出し部７２のうち中間張り出し部７２Ｃ以外の張り出し部７２は、対向部７１に対して厚さ方向に撓んでいる。図示の例では、複数層の張り出し部７２のうち中間張り出し部７２Ｃ以外の張り出し部７２は、対向部７１に対して厚さ方向で中間張り出し部７２Ｃ側に撓んでいる。これにより、張り出し部７２は、第１容器２０の内側では厚さ方向で第１周壁部２２の開口縁側に向けて撓み、第２容器３０の内側では厚さ方向で第２周壁部３２の開口縁側に向けて撓んでいる。例えば、張り出し部７２は、セパレータ７０を成形する際に、セパレータ７０用のシート部材を含む捲回体を剪断することで癖付けされて撓む。撓んだ複数層の張り出し部７２のうち少なくとも一部の層の張り出し部７２には、外装体１０の収容部１１の内面が軸方向の外側から接触している。

撓んだ張り出し部７２は、軸方向の外側から見て、厚さ方向で撓んだ側に隣り合う正極本体５１または負極本体６１の端縁に重なっている。これにより、撓んだ張り出し部７２は、厚さ方向で撓んだ側に隣り合う正極本体５１または負極本体６１の端縁を軸方向の外側から覆っている。

電極構造体４０は、例えば第１容器２０に電極構造体４０を収容した後、第２容器３０を電極構造体４０に被せることにより、外装体１０に収容される。第１容器２０に電極構造体４０を収容する際、張り出し部７２は第１周壁部２２の内周面に引き摺られて、対向部７１に対して厚さ方向で第１周壁部２２の開口側に確実に撓む。第２容器３０を電極構造体４０に被せる際、張り出し部７２は、第２周壁部３２の内周面に引き摺られて、対向部７１に対して厚さ方向で第２周壁部３２の開口側に確実に撓む。

以上に説明したように、本実施形態では、セパレータ７０の複数層の張り出し部７２は、軸方向の外側から見て正極体５０および負極体６０のうち少なくともいずれか一方の端縁に重なっている。この構成によれば、セパレータ７０の張り出し部７２によって正極体５０および負極体６０の端縁を軸方向の外側から覆うことができる。このため、電極構造体４０を軸方向から見た場合に正極体５０および負極体６０の端縁が露出することを抑制できる。よって、正極体５０と負極体６０との接触、並びに正極体５０および負極体６０と外装体１０との接触を抑制できる。したがって、ショートリスクが抑制された電池１を提供できる。

ここで、電極構造体４０の製造時において一定の幅を有する帯状のセパレータ７０用のシート部材を正極体５０および負極体６０とともに扁平に捲回する場合には、捲回体の平面視の外形が軸方向に直交する方向に延びる側縁を有する。このため、本実施形態のように電極構造体４０の平面視の側縁４１が軸方向に交差する方向、かつ軸直方向に交差する方向に延びる構成では、電極構造体４０の製造時に捲回体のセパレータ７０用のシート部材を切断して、セパレータ７０の張り出し部７２を成形する必要がある。セパレータ７０用のシート部材の切断ラインが一直線ではない場合には、切断位置のずれにより正極体５０および負極体６０の端縁が電極構造体４０の平面視の側縁４１に近接するおそれがある。また、正極体５０および負極体６０が巻きずれしている場合には、電極構造体の平面視の側縁が軸直方向に延びる構成と比較して、正極体５０および負極体６０の端縁が電極構造体４０の平面視の側縁４１に近接しやすい。よって、上述したようにセパレータ７０の張り出し部７２が正極体５０および負極体６０の端縁を覆うことで、正極体５０および負極体６０の端縁が電極構造体４０の平面視の側縁４１に近接していても、ショートリスクの低減を図ることができる。

さらに、正極体５０および負極体６０が巻きずれしている場合には、正極体５０および負極体６０の端縁は電極構造体４０の外周側ほど軸方向の外側に位置し得る。本実施形態によれば、厚さ方向に並ぶ少なくとも一部の層の張り出し部７２は、電極構造体４０の捲回中心側から外周側に向かうに従い張り出し量が大きくなるように形成されているので、正極体５０および負極体６０が巻きずれしていても、セパレータ７０の張り出し部７２によって正極体５０および負極体６０の端縁を確実に覆うことができる。

また、本実施形態では、複数層の張り出し部７２は、厚さ方向で両端に位置する第１張り出し部７２Ａおよび第２張り出し部７２Ｂと、第１張り出し部７２Ａと第２張り出し部７２Ｂとの間に位置する中間張り出し部７２Ｃと、を備える。この構成では、中間張り出し部７２Ｃに厚さ方向で隣り合う正極本体５１および負極本体６１の端縁は外装体１０の内面に軸方向のみで対向し得るのに対し、第１張り出し部７２Ａに厚さ方向で隣り合う負極体６０の端縁、および第２張り出し部７２Ｂに厚さ方向で隣り合う正極体５０の端縁は、外装体１０の内面に軸方向および厚さ方向の２方向で対向し得る。

そこで、本実施形態では、第１張り出し部７２Ａおよび第２張り出し部７２Ｂの張り出し量は、中間張り出し部７２Ｃの張り出し量よりも大きい構成とした。これにより、第１張り出し部７２Ａおよび第２張り出し部７２Ｂの張り出し量を中間張り出し部７２Ｃの張り出し量よりも大きくすることで、電極構造体４０において外装体１０の内面に接触しやすい位置にある正極本体５１または負極本体６１の端縁を確実に覆うことができる。したがって、電池１のショートリスクをより一層抑制できる。

ここで、仮に中間張り出し部７２Ｃ以外の張り出し部７２が厚さ方向で中間張り出し部７２Ｃとは反対側に撓んでいると、中間張り出し部７２Ｃに隣り合う正極本体５１および負極本体６１の端縁が張り出し部７２によって覆われない。そこで、本実施形態では、複数層の張り出し部７２のうち中間張り出し部７２Ｃ以外の張り出し部７２は、厚さ方向で中間張り出し部７２Ｃ側に撓んでいる構成とした。この構成によれば、第１張り出し部７２Ａおよび第２張り出し部７２Ｂよりも捲回中心側に位置する全ての正極本体５１および負極本体６１の端縁が中間張り出し部７２Ｃ以外の張り出し部７２によって覆われる。したがって、電池１のショートリスクをより一層抑制できる。

また、本実施形態では、中間張り出し部７２Ｃは、軸方向から見て外装体１０の封止部１２の内周縁に重なっている。この構成では、中間張り出し部７２Ｃよりも第１張り出し部７２Ａ側の張り出し部７２は第２容器３０の内側に配置され、中間張り出し部７２Ｃよりも第２張り出し部７２Ｂ側の張り出し部７２は第１容器２０の内側に配置される。このため、電極構造体４０を外装体１０の収容部１１に収容する際、中間張り出し部７２Ｃよりも第１張り出し部７２Ａ側の張り出し部７２には、第２容器３０の第２周壁部３２の内周面が中間張り出し部７２Ｃに向けて摺接し、中間張り出し部７２Ｃよりも第２張り出し部７２Ｂ側の張り出し部７２には、第１容器２０の第１周壁部２２の内周面が中間張り出し部７２Ｃに向けて摺接する。つまり、電極構造体４０を外装体１０の収容部１１に収容する際、張り出し部７２の撓む方向に倣って張り出し部７２に第１容器２０および第２容器３０それぞれの内面を摺接させることができる。よって、張り出し部７２を確実に撓ませて、正極本体５１および負極本体６１の端縁を張り出し部７２によって確実に覆うことができる。

また、撓んだ複数層の張り出し部７２のうち少なくとも一部の層の張り出し部７２は、外装体１０の収容部１１の内面に接触している。この構成によれば、張り出し部７２が撓んだ状態を外装体１０の内面によって維持できる。したがって、正極本体５１および負極本体６１の端縁を張り出し部７２によって確実に覆うことができる。

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
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。

また、上記実施形態では、複数層の張り出し部７２は、電極構造体４０の捲回中心側から厚さ方向の両側に向かうに従い張り出し量が大きくなるように形成されている。しかしながら、これに限定されず、複数層の張り出し部は、電極構造体の捲回中心側から厚さ方向の一方に向かうに従い張り出し量が大きくなるとともに、捲回中心側から厚さ方向の他方に向かうに従い張り出し量が小さくなるように形成されていてもよい。つまり、複数層の張り出し部は、厚さ方向の一端に位置する第１張り出し部から、厚さ方向の他端に位置する第２張り出し部に向かうに従い張り出し量が小さくなるように形成されていてもよい。この構成では、負極体６０が正極体５０よりも軸方向に大きく形成されていることを前提として、第１張り出し部が最外周の負極本体６１の端縁を覆うように配置されていることが望ましい。この構成によれば、負極体６０が巻きずれした場合に軸方向で最も外側に位置し得る最外周の負極本体６１の端縁を、第２張り出し部よりも張り出し量の大きい第１張り出し部によって覆うことができるので、電池のショートリスクの低減を図ることができる。

また、上記実施形態では、電極構造体４０の製造時に捲回体におけるセパレータ７０用のシート部材を剪断してセパレータ７０の張り出し部７２を成形する方法を説明したが、予め最終形状に成形されたセパレータを正極体５０および負極体６０とともに捲回してもよい。この場合であっても、複数層の張り出し部７２のうち少なくとも一部の層の張り出し部７２に、外装体１０の収容部１１の内面を軸方向の外側から接触させることで、張り出し部７２を撓ませることができる。

また、上記実施形態では、張り出し部７２の張り出し量を、電極構造体４０における捲回軸線Ｏを含む断面上で定義しているが、軸方向および厚さ方向に沿う他の断面上で定義してもよい。

また、上記実施形態では、負極体６０が正極体５０よりも軸方向の両側に張り出すように、負極体６０が正極体５０よりも大きく形成されている。しかしながら、正極体および負極体の大小関係はこれに限定されず、例えば正極体および負極体が同形同大に形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、電極構造体４０が平面視で円形状に形成されているが、これに限定されない。電極構造体は、長軸または短軸が軸方向に沿う長円形状や、対角線が軸方向に沿う菱形状に形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、外装体１０の封止部１２は、第１容器２０と第２容器３０との重ね合わせ方向で収容部１１の中間部から突出している。しかしながら、外装体は、封止部が第１容器と第２容器との重ね合わせ方向で収容部の端部から突出するように形成されていてもよい。さらに上記実施形態では、外装体１０の第１容器２０および第２容器３０の両方がラミネートフィルムにより形成されている。しかしながらこれに限定されず、第１容器および第２容器の一方が、ステンレスやアルミニウム等からなる金属缶により形成されていてもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１…電池（電気化学セル） １０…外装体 １１…収容部 １２…封止部 ２０…第１容器 ３０…第２容器 ４０…電極構造体 ４１…側縁 ５０…正極体 ６０…負極体 ７０…セパレータ ７２…張り出し部 ７２Ａ…第１張り出し部 ７２Ｂ…第２張り出し部 ７２Ｃ…中間張り出し部 Ｌ…基準線

Claims (5)

1. 交互に積層された正極体および負極体、並びに前記正極体と前記負極体との間に介在するセパレータを有し、前記正極体および前記負極体が前記セパレータを挟んで扁平に捲回された電極構造体と、
   前記電極構造体を収容する外装体と、
   を備え、
   前記電極構造体の平面視の外形は、捲回軸方向に交差する方向に延びる側縁を有し、
   前記側縁の少なくとも一部は、平面視で前記捲回軸方向に直交する方向に交差する方向に延び、
   前記セパレータは、前記正極体および前記負極体よりも捲回軸方向に張り出した複数層の張り出し部を有し、
   前記電極構造体における前記捲回軸方向、および前記電極構造体の厚さ方向に沿う断面上で、前記正極体および前記負極体における前記捲回軸方向の端部を通り前記厚さ方向に延びる基準線を定義し、
   前記断面上での前記基準線に対する前記張り出し部の長さを張り出し量と定義した場合、
   前記複数層の張り出し部のうち前記断面上で前記厚さ方向に並ぶ少なくとも一部の層の張り出し部は、前記電極構造体の捲回中心側から外周側に向かうに従い前記張り出し量が大きくなるように形成され、
   前記複数層の張り出し部は、前記捲回軸方向の外側から見て前記正極体および前記負極体のうち少なくともいずれか一方の端縁に重なっている、
   ことを特徴とする電気化学セル。
2. 前記複数層の張り出し部は、
   前記厚さ方向で両端に位置する第１張り出し部および第２張り出し部と、
   前記第１張り出し部と前記第２張り出し部との間に位置する中間張り出し部と、
   を備え、
   前記第１張り出し部および前記第２張り出し部の前記張り出し量は、前記中間張り出し部の前記張り出し量よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
3. 前記複数層の張り出し部のうち前記中間張り出し部以外の張り出し部は、前記厚さ方向で前記中間張り出し部側に撓んでいる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電気化学セル。
4. 前記外装体は、第１容器および第２容器を前記厚さ方向に重ね合わせて形成され、前記第１容器と前記第２容器との間で前記電極構造体を収容する収容部、および前記厚さ方向から見て前記収容部の周囲の全周で前記第１容器と前記第２容器とが互いに重なり合う封止部を有し、
   前記中間張り出し部は、捲回軸方向から見て前記封止部の内周縁に重なっている、
   ことを特徴とする請求項３に記載の電気化学セル。
5. 前記複数層の張り出し部のうち少なくとも１つの層の張り出し部は、撓んだ状態で前記外装体の内面に接触している、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電気化学セル。

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