CN101471451B - 卷绕型电化学装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种卷绕型电化学装置，其具备将包含正极(20)、隔离物(40)及负极(10)的叠层构造的叠层部件3卷绕而成的卷绕体(1)，正极(20)和负极(10)分别具有在集电体的两面上形成活性物质层的构造，卷绕体(1)在中心部具有空隙，在卷绕体(1)的最内周部分的弯曲部的最小曲率半径R满足下述式(1)的条件；R＝α×(T1+2T2)(1)；R表示卷绕体的最内周部分的弯曲部的最小曲率半径，单位μm；α表示3.33～7.12的范围内的数值；T1表示位于卷绕体的最内周的电极的集电体的厚度，单位μm；T2表示位于卷绕体的最内周的电极活性物质层的厚度，单位μm；T2为8～30的范围内的数值，单位μm。

Description

卷绕型电化学装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及卷绕型电化学装置及其制造方法。
背景技术
一直以来，卷绕型电化学装置有使用将加长电极平坦地卷起的椭圆或平坦的“平型卷绕体”的形式(参照特开2007-194130号公报、特开2006-286431号公报、特开2000-67907号公报及特开2001-345115号公报)。在这样的方式中，在平坦部分可以实现电极的叠层构造，同时在卷起时的弯曲部分可以维持电极的机械强度，并可以抑制变形。而且，由于卷绕后的形状是平坦的，所以在使用空间的方面有利。但是，电极上必须连接具有规定厚度的导线，由此，难于得到显著平坦的形状。
针对这样的问题，提案有：为了可靠地得到平坦的形状，通过在卷绕体的中心部赋予向内侧凸起的构造，吸收由导线产生的鼓起的方案(参照特开2003-109869号公报)。
发明内容
但是，本发明者们发现：如上述特开2003-109869号公报中所述，在卷绕体的中心部设置空间的情况下，对于保证该空间的部分(即，电极的弯曲部分)，会伴随着空间的变形而施加机械性应力，对电化学装置的特性自身也会带来坏影响。
而且，特别是在形成电极的集电体或活性物质层的厚度薄的情况下，容易产生以下问题：即，电极不能承受施加给卷绕体的弯曲部的机械性应力，将发生电极的欠缺或破损，从而使电化学装置的电容降低，在卷绕体中将产生变形，从而不能得到平坦的形状。
本发明是鉴于上述现有技术中所存在的课题而完成的，其目的在于提供卷绕后的形状为平坦形状并且具有充分的电容的薄型卷绕型电化学装置及其制造方法。
为了达成上述目的，本发明提供卷绕型电化学装置，它具备将包含正极、隔离物及负极的叠层构造的叠层部件卷绕而成的扁平状的卷绕体，上述正极及上述负极分别具有在集电体的两面上形成活性物质层的构造，上述卷绕体在中心部具有空隙，在将上述卷绕体的最内周部分的弯曲部的最小曲率半径记为R的情况下，上述R满足下述式(1)表示的条件，
R＝α×(T1+2T2)        (1)
式中，R表示上述卷绕体的最内周部分的弯曲部的最小曲率半径(单位：μm)，α表示3.33～7.12的范围内的数值，T1表示位于上述卷绕体的最内周的电极的集电体的厚度(单位：μm)，T2表示位于上述卷绕体的最内周的电极的活性物质层的厚度(单位：μm)。在此，T2为8～30的范围内的数值(单位：μm)。
根据这样的卷绕型电化学装置，在卷绕体的中心部具有空隙，同时，界定该空隙的最内周部分的弯曲部的最小曲率半径R满足上述规定的关系式，由此，可以将向弯曲部的电极的机械性应力控制到该电极的集电体及活性物质层的厚度所能承受的水平，防止由于电极的曲折造成的破损或欠缺，可以得到充分的电容，同时可以得到没有变形的平坦的形状。
而且，本发明的卷绕型电化学装置的特征之一是，位于卷绕体最内周的电极上的活性物质层的厚度(T2)比现有的卷绕型电化学装置薄。在使用这样的薄型电极来形成卷绕型电化学装置的情况下，由于易于在卷绕体的弯曲部产生电极的欠缺或破损，一般而言，采用将板状的电极叠层的叠层型电化学装置的构造。相对于此，根据本发明，在使用薄型的电极的情况下，通过使上述弯曲部的最小曲率半径R满足上述规定的关系式，可以抑制在卷绕体的弯曲部发生的电极的欠缺或破损，从而能够得到具有充分的电容的薄型的卷绕型电化学装置。
而且，本发明的卷绕型电化学装置优选：在将上述卷绕体以与其侧面平行的面进行切断的剖面中，在以连结位于上述卷绕体的最内周的电极的集电体的中心线来描述的茧型形状中，将与上述卷绕体的短轴方向平行的第一直线和茧型形状的弯曲部的交点记为点A，在与上述第一直线平行的直线中，将在比上述卷绕体的卷绕开始部更靠近上述第一直线一侧、且与上述茧型形状有2个交点交差、这2个交点之间的距离最大时的离上述第一直线最近的直线作为第二直线的情况下，将该第二直线和上述茧型形状的2个交点分别记为点B及点C，将与上述第一直线垂直并通过点A的直线和上述第二直线的交点记为点O，OA之间的距离记为D0(单位：μm)，OB之间的距离记为D1(单位：μm)，OC之间的距离记为D2(单位：μm)，在此情况下，(D0-D1)的值和(D0-D2)的值优选都在±5μm以下。
由于上述(D0-D1)的值和(D0-D2)的值表示卷绕体中弯曲部的均一性的程度，这些值越大表示弯曲部的形状为椭圆。弯曲部的形状为椭圆时，易于施加局部性机械应力，易于产生电极的破损或欠缺。相对于此，通过使上述(D0-D1)的值和(D0-D2)的值都在±5μ以下的范围内，使施加在弯曲部上的机械应力可以充分地均一化，能够更加充分地抑制电极的破损或欠缺。
本发明还提供以下的卷绕型电化学装置的制造方法，该方法具有：叠层部件准备工序，准备叠层部件，该叠层部件包含正极、隔离物及负极的叠层构造；卷绕工序，在剖面为茧型形状的芯材上卷绕上述叠层部件以形成扁平状的卷绕体。其中，使用在将上述茧型形状的弯曲部的最小曲率半径记为R0的情况下，所述R0满足下述式(2)表示的条件的芯材作为上述芯材；
R0＝α×(T1+2T2)        (2)
式中，R0表示上述茧型形状中的弯曲部的最小曲率半径(单位：μm)，α表示3.33～7.12的范围内的数值，T1表示位于上述卷绕体的最内周的电极的集电体的厚度(单位：μm)，T2表示位于上述卷绕体的最内周的电极的活性物质层的厚度(单位：μm)。在此，T2为8～30的范围内的数值(单位：μm)。
根据这样的卷绕型电化学装置的制造方法，通过使用所述弯曲部的最小曲率半径R0满足所述规定的关系式的芯材，可以高效且可靠地制造所述本发明的卷绕型电化学装置。通过使用所述芯材来卷绕电极，在抽出芯材后，卷绕体中的最内周部分的弯曲部的最小曲率半径R也满足上述式(1)的条件。因此，根据本发明的卷绕型电化学装置的制造方法，在使用薄型电极的情况下，可以抑制由于卷绕体的弯曲部的电极的曲折而造成的破损或欠缺，具有充分的电容，同时能够得到没有变形的平坦的形状的卷绕型电化学装置。
如上所述，根据本发明可以提供卷绕后的形状为平坦的形状且具有充分的电容的薄型卷绕型电化学装置及其制造方法。
附图说明
图1为表示构成本发明的卷绕型电化学装置的卷绕体的一个实施方式的立体图。
图2为表示构成卷绕体的叠层部件的叠层构造的模式剖面图。
图3为表示卷绕体的位于最内周的电极的要件构成的模式剖面图。
图4为表示在图3所示的卷绕体的要件剖面中，以连结集电体的中心线来描述的茧型形状的要件的图。
图5为表示在卷绕体的剖面中，连结集电体的中心线来描述的其它的茧型形状的要件的图。
图6为表示在卷绕体的剖面中，以连结集电体的中心线来描述的其它的茧型形状的要件的图。
图7为表示卷绕工序中使用的芯材的最佳实施方式的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的最佳实施方式进行详细说明。在此，在附图说明中，对相同或相当部分标记相同符号，省略重复的说明。而且，在没有特别的说明的情况下，上下左右等的位置关系基于图面中所示的位置关系。而且，图面的尺寸比率不限于图示的比率。
(卷绕型电化学装置)
与本发明的最佳实施方式相关的卷绕型电化学装置具备将包含正极、隔离物及负极的叠层构造的叠层部件卷绕成扁平状的卷绕体。在此，图1为表示构成卷绕型电化学装置的卷绕体的一个实施方式的立体图。如图1所示，卷绕体1具有从卷绕开始部1c将带状的叠层部件3卷绕成扁平状并用卷绕固定胶带固定卷绕终止部1d的构造。
而且，卷绕体1的最内周部分具有2个弯曲部1a和将2个弯曲部1a连接的2个长边部1b，利用弯曲部1a和长边部1b界定空隙部S。该空隙部S中，将卷绕体1以与其侧面(具有空隙部S的开口部的面)平行的面进行切断的剖面形状为如图1所示的茧型形状。但是，卷绕体1的最内周部分和叠层结构3的卷绕开始部1c存在高低差。该空隙部S保持电解质溶液，同时可以吸收由导线厚度造成的鼓起。
在此，图2为表示叠层部件3的叠层构造的模式剖面图。如图2所示，叠层部件3具有以带状的正极20、带状的隔离物40、带状的负极10及带状的隔离物40的顺序叠层的构造。而且，正极20具有在正极集电体22的两面上将正极活性物质24叠层的构造，负极10具有在负极集电体12的两面上将负极活性物质14叠层的构造。而且，本实施方式中，叠层部件3的正极20以成为卷绕体1的中心侧的方式卷绕。
而且，卷绕体1中，在正极集电体22和负极集电体12上分别电连接有正极导线和负极导线。而且，具有如上所述的构造的卷绕体1和电解质溶液一起容纳于外装体内，正极导线和负极导线以延伸至外装体的外部的状态进行封装，从而形成卷绕型电化学装置。
卷绕体1中，长轴方向(将卷绕体1在和其侧面平行的面切断的茧型剖面中的长轴方向)的长度L为16～18mm左右，短轴方向(和上述长轴方向垂直的方向)的长度H为1.0～1.3mm左右，宽度W为13.5～15.0mm左右。而且，在卷绕体1的中心形成的空隙部S的短轴方向的长度T为0.4～0.8mm左右。
图3为表示卷绕体1的位于最内周的电极(正极20)的要件构成的模式剖面图。如图3所示，在卷绕型电化学装置中，在将卷绕体1的最内周部分的弯曲部1a的最小曲率半径记为R的情况下，上述R有必要满足下述式(1)中表示的条件；
R＝α×(T1+2T2)        (1)
式中，R表示上述卷绕体的最内周部分的弯曲部的最小曲率半径(单位：μm)，α表示3.33～7.12的范围内的数值，T1表示位于上述卷绕体的最内周的电极的集电体的厚度(单位：μm)，T2表示位于上述卷绕体的最内周的电极的活性物质层的厚度(单位：μm)。在此，T2为8～30的范围内的数值(单位：μm)。
卷绕体1的最内周部分具有2个弯曲部1a，但是，上述R为2个弯曲部1a中的最小值。在此，如图1所示的卷绕体1中，通常，从叠层部件3的卷绕开始部1c开始的最初的(图中左侧的)弯曲部1a的曲率半径为最小曲率半径R。而且，在1个弯曲部1a内的曲率半径变动的情况下，其中最小的曲率半径为最小曲率半径R。
R是否满足上述式(1)中表示的条件，可以通过测量卷绕型电化学装置的R、T1及T2的值、将这些值代入上述式(1)中求得的α的值是否落在3.33～7.12的范围内来判定。在算出的α的值不到3.33的情况下，易于产生活性物质层的欠缺或破损、脱落等，从而导致电容降低。另一方面，在α的值超过7.12的情况下，难于保证在弯曲部1a的卷绕体1的强度，易于产生卷绕体1整体的变形，同时向内侧的变形增大而难于作成平坦的形状。而且，从更加充分地抑制这样的问题的发生的观点出发，算出的α的值的范围优选为3.50～7.00，更优选为3.60～6.80。
而且，上述T2的值为8～30(单位：μm)，但是，当该值不到8时，会显著地发生活性物质层的未涂布部分，产生针孔等而使电极特性降低，当其值超过30时，由于电极切断时的欠缺等使电容的降低变得显著。从更加充分地抑制这样的问题的发生的观点出发，上述T2的值优选为10～25。
上述T1的值只要是满足上述式(1)就没有特定的限制，从抑制变形、抑制电极的欠缺或破损、提高体积电容等观点出发，其值优选为15～40，更优选20～30。
上述R的值的范围由上述α、T1及T2的值决定。
而且，在卷绕型电化学装置中，卷绕体1优选具有满足下述条件的形状。在此，图4为表示在图3所示的卷绕体1的要件剖面中，以连结集电体(正极集电体22)的中心线CL来描述的茧型形状7的要件的图。如图4所示，将与卷绕体1的短轴方向平行的第一直线X1和茧型形状7的弯曲部1e的交点记为点A；在与第一直线X1平行的直线中，将在比卷绕体1的卷绕开始部1c更靠近第一直线X1的一侧、且与茧型形状7有2个交点交差、这2个交点之间的距离最大时的离第一直线X1最近的直线作为第二直线X2的情况下，将该第二直线X2和茧型形状7的上述2个交点分别记为点B及点C；将与第一直线X1垂直并通过点A的直线X3和第二直线X2的交点记为点O；将OA之间的距离记为D0(单位：μm)，OB之间的距离记为D1(单位：μm)；OC之间的距离记为D2(单位：μm)；在此情况下，(D0-D1)的值和(D0-D2)的值优选都在±5μm以下。而且，卷绕体1具有2个弯曲部1a，但是，优选双方都满足上述条件。通过使卷绕体1具有满足上述条件的形状，可以更加充分地抑制电极的破损或欠缺的发生和得到更加充分的电容，同时可以更加充分地抑制变形的发生。在此，优选随着上述(D0-D1)的值和(D0-D2)的值接近于0，弯曲部1a的形状接近于半圆形。
而且，图5及图6为表示在其它的卷绕体的剖面中，以连结集电体的中心线CL来描述的其它的茧型形状8、9的要件的图。如图5所示，茧型形状可以是卷绕体1的最内周的长边部1b的中央部分朝向卷绕体1的中心凹陷的形状。进一步，如图6所示，茧型形状可以使弯曲部1e内的曲率半径变动。但是，在如图6所示的茧型形状的情况下，由于最小曲率半径R难以满足上述式(1)中表示的条件，同时(D0-D1)的值和(D0-D2)的值也难以成为±5μm以下，所以，优选成为如图4及图5所示的形状。
接着，在本发明的卷绕型电化学装置的各构成要素中，对电化学装置为锂离子二次电池的情况进行举例说明。
对于正极集电体22和负极集电体12，可以使用公知的电化学装置中所使用的集电体，例如，可以使用铜、铝、镍等成形为带状的集电体。
正极活性物质层24为含有正极活性物质(阴极活性物质)、导电助剂、粘结剂等的层。阴极活性物质只要是可以可逆地进行锂离子的吸藏及放出、锂离子的脱离及嵌入(intercalation)、或是、锂离子和该锂离子的共存阴离子(例如，PF6 -)的掺杂和脱掺杂，就没有特别的限定，可以使用公知的电极活性物质。例如，可以举出钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、锂锰尖晶石(LiMnO4)、及以通式：LiNixCoyMnzMaO2(x+y+z+a＝1、0≤x≤1、0≤y≤1、0≤z≤1、0≤a≤1、M为选自Al、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn、Cr的一种以上的元素)表示的复合金属氧化物、锂钒化合物(LiV2O5)、橄榄石型LiMPO4(在此，M表示选自Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zr的一种以上元素或是VO)、钛酸锂(Li4Ti5O12)等复合金属氧化物。
导电助剂只要是使正极活性物质层24的导电性良好的物质，就没有特别的限定，可以使用公知的导电助剂。作为导电助剂，例如可以举出炭黑类、碳素材料、铜、镍、不锈钢、铁等金属微粉、碳素材料及金属微粉的混合物、ITO等导电性氧化物。
粘结剂只要是可以使上述正极活性物质的粒子和导电助剂的粒子粘结在正极集电体22上的物质，就没有特别的限定，可以使用公知的粘结剂。例如，可以举出聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-全氟代烷基乙烯基醚共聚物(PEA)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)、聚氟乙烯(PVF)等氟树脂及丁苯橡胶(SBR)。
负极活性物质层14为含有负极活性物质(阳极活性物质)、导电助剂、粘结剂等的层。阳极活性物质只要是可以可逆地进行锂离子的吸藏及放出、锂离子的脱离及嵌入(intercalation)、或是、锂离子和该锂离子的共存阴离子(例如，PF6 -)的掺杂和脱掺杂，就没有特别的限定，可以使用公知的阳极活性物质。对于这样的活性物质，例如，可以举出天然石墨、人造石墨、难石墨化碳素、易石墨化碳素、低温烧成碳素等碳素材料，Al、Si、Sn等可以和锂化合的金属，以SiO、SiOx、SiO2、SnO2等氧化物为主体的非结晶化合物，钛酸锂(Li4Ti5O12)、TiO2。其中，尤其优选碳素材料、更优选层间距离d002为0.335～0.338nm、且微晶的大小Lc002为30～120nm的碳素材料。作为满足这样的条件的碳素材料，可以举出人造石墨、MCF(中间相碳纤维)、MCMB(中间相碳微球)等。在此，上述层间距离d002及微晶大小Lc002可以通过X射线衍射法求得。
负极活性物质层14中含有的负极活性物质以外的各构成要素可以使用和构成正极活性物质层24的物质同样的物质。
隔离物40例如可以使用由电绝缘性的多孔体形成的隔离物。作为电绝缘性的多孔体，例如，可以举出由聚乙烯、聚丙烯或聚烯烃形成的薄膜的单层体或叠层体，树脂混合物的延伸膜，或是由选自纤维素、聚酯及聚丙烯的至少一种构成材料构成的纤维无纺布等。
对于隔离物40，从防止短路的观点出发，优选使用具有比正极20和负极10大一圈的平面尺寸的隔离物，形成叠层部件3时，各侧面的隔离物40优选突出于正极20及负极10的状态。而且，隔离物40的厚度为15～30μm左右。
卷绕固定胶带可以使用公知的胶带，没有特别的限定，它的厚度为50μm左右。
电解质溶液含于外装体的内部空间、卷绕体1的空隙部S等中，同时也含于正极活性物质层24、负极活性物质层14及隔离物40的孔内。电解质溶液可以使用公知的锂离子二次电池中所使用的含有锂盐的电解质溶液(电解质水溶液、使用有机溶剂的电解液)，没有特别的限定。但是，由于电解质水溶液的电化学分解电压低，从而使充电时的耐用电压限制在低值，因此，优选为使用有机溶剂的电解质溶液(非水电解质溶液)。作为二次电池的电解质溶液，适合使用将锂盐溶解于非水溶剂(有机溶剂)中的溶液。锂盐例如可使用LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiCF3、CF2SO3、LiC(CF3SO2)3、LiN(CF3SO2)3、LiN(CF3CF2SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiN(CF3CF2CO)2等盐。而且，这些盐可以单独地使用一种，也可以2种以上并用。
而且，作为有机溶剂可以使用公知的二次电池中所使用的溶剂。例如，可以优选举出碳酸亚丙基酯、碳酸亚乙酯及碳酸二乙酯等。它们可以单独地使用，也可以以任意的比率混合2种以上来使用。
而且，本发明中，电解质也可以是通过添加液状以外的胶凝剂得到的凝胶状电解质。而且，也可以使用固体电解质(固体高分子电解质或由离子传导性无机材料形成的电解质)来代替电解质溶液。
外装体密封卷绕体1，只要可以防止向外装体内部进入空气或水分，就对外装体没有特别的限定，可以使用公知的二次电池中所使用的箱体。例如，可以使用将环氧树脂等合成树脂、或将铝等金属片作成树脂层压板的箱体。
正极导线及负极导线由金属等导体材料形成。作为该导体材料，例如，可以利用铜或镍等导电材料。正极导线及负极导线从外装体内和外装体的密封部交差并延伸至外装体外侧。正极导线及负极导线外部在和卷绕体1的短轴方向垂直的方向上间隔。正极导线及负极导线的被外装体的密封部所夹的部分被绝缘体覆盖，在密封部中绝缘体和外装体相粘结。
(卷绕型电化学装置的制造方法)
本发明的卷绕型电化学装置的制造方法如下，其具有：准备包含正极、隔离物及负极的叠层构造的叠层部件的叠层部件准备工序；和在剖面为茧型形状的芯材上卷绕上述叠层部件以形成扁平状的卷绕体的卷绕工序，作为上述芯材使用如下芯材，即，在将上述茧型形状的弯曲部的最小曲率半径记为R0的情况下，上述R0满足下述式(2)中表示的条件，
R0＝α×(T1+2T2)        (2)
式中，R0表示上述茧型形状中的弯曲部的最小曲率半径(单位：μm)，α表示3.33～7.12的范围内的数值，T1表示位于上述卷绕体的最内周的电极的集电体的厚度(单位：μm)，T2表示位于上述卷绕体的最内周的电极的活性物质层的厚度(单位：μm)。在此，T2为8～30的范围内的数值(单位：μm)。
上述叠层部件准备工序中，预备带状的正极集电体22，在它的两面涂布正极活性物质层形成用涂布液并干燥，从而在其两面上形成正极活性物质层24，由此得到带状的正极20。同样地，预备带状的负极集电体12，在它的两面涂布负极活性物质层形成用涂布液并干燥，从容在其两面上形成负极活性物质层14，由此得到带状的负极10。
在此，对于在各集电体上涂布各涂布液时的方法没有特别的限定，可以根据集电体用金属板的材质及形状等进行适当地选定。例如，可以举出金属掩膜印刷法、静电涂装法、浸渍涂布法、喷涂法、辊涂法、刮刀法、照相凹板式涂布法、网版印刷法等。涂布后，必要时，通过平板加压、砑光辊等进行压延处理。
接着，以正极20、隔离物40、负极10及隔离物40的顺序进行叠层，形成带状的叠层部件3。必要时，可以对叠层部件3在叠层方向上进行热压等。
接着，进行卷绕工序。在此，图7为表示卷绕工序中使用的芯材的最佳实施方式的立体图。如图7所示的芯材50的剖面为茧型形状，它的弯曲部的最小曲率半径R0满足上述的条件。通过使用这样的形状的芯材，可以高效地且可靠地制造上述的本发明的卷绕型电化学装置中的卷绕体1。
而且，使用上述芯材50形成的卷绕体1的弯曲部的最小曲率半径R，通常与芯材50的弯曲部中的最小曲率半径R0一致。另外，即使卷绕体1受到由于引线的厚度引起的鼓起或者由于电解液的浸渗而引起的鼓起等的影响，只要使用满足上述式(2)的条件的芯材50的话，那么所形成的卷绕体1就能满足上述式(1)的条件。上述式(2)中的α的值的范围也和上述式(1)的情况相同，优选3.50～7.00，更优选3.60～6.80。
芯材50中，长轴方向的长度L0为14～17mm左右，短轴方向的长度H0为0.4～0.8mm左右，宽度W0为15～30mm左右。
在芯材50上卷绕叠层部件3后，通过抽出芯材50可以得到在中心具有空隙部S的卷绕体1。该空隙部S保持电解质溶液，同时可以吸收由导线的厚度造成的鼓起。使用上述芯材50形成的卷绕体1中，空隙部S的形状必然由芯材50的形状决定。
正极导线向正极集电体22的连接及负极导线向负极集电体12的连接可以通过公知的方法进行。
制造卷绕体1之后，将卷绕体1容纳于具有开口部的外装体内。接着，在真空容器内向外装体内注入电解质溶液，将卷绕体1浸渍于电解质溶液中。而且，正极导线及负极导线分别以从外装体内和开口部交差并延伸至外部的方式配置。接着，使用热封机将外装体的密封部热密封。此时，将正极导线及负极导线的绝缘体夹入到开口部以进行热密封。热密封优选在减压环境下例如在真空容器内进行。由此，结束电化学装置的制造。
以上对本发明的最佳实施方式进行了详细的说明，但是，本发明不限定于上述实施方式。
例如，在上述实施方式的说明中，对卷绕型电化学装置为锂离子二次电池的情况进行了说明，但是，本发明的卷绕型电化学装置不限定于锂离子二次电池，也可以是金属锂二次电池等的锂离子二次电池以外的二次电池、或双电层电容器、假电容电容器(pseudo-capacitycapacitor)、假电容器(pseudocapacitor)、氧化还原电容器等电化学电容器。而且，在电化学装置为锂离子二次电池以外的情况下，对于电极活性物质，可以使用适合于各自的电化学装置的电极活性物质。例如，在双电层电容器的情况下，作为阴极活性物质含有层及阳极活性物质含有层中所含有的活性物质，例如，可以使用乙炔炭黑、石墨、活性炭等。而且，作为电解质溶液，例如可以使用将如四乙基四氟硼酸铵的季铵盐溶解于碳酸亚丙基酯、碳酸二乙酯、乙腈等有机溶剂中的溶液。
本发明的卷绕型电化学装置可以使用于自走式微电机、IC卡等的电源，以及配置在印刷基板上或印刷基板内的分散电源等用途。
[实施例]
以下，基于实施例和比较例对本发明进行更加具体的说明，但是，本发明不限定于以下的实施例。
[实施例1]
(电极的制造)
将87质量％的粒状活性炭(可乐丽化学株式会社制、商品名：RP-20)、3质量％的乙炔炭黑、10质量％的作为粘结剂的聚偏氟乙烯进行混合，在得到的混合物中加入作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮并进行混炼，从而调制活性物质层形成用涂布液。而且，在带状的铝箔(厚度：20μm)上通过超音波熔接法电连接由铝箔形成的导线(厚度：100μm)。接着，通过刮刀法将上述活性物质层形成用涂布液涂布在上述带状铝箔(厚度：20μm)的两面上，将其干燥而形成活性物质层(厚度：8μm)。由此，得到在厚度20μm的集电体的两面上叠层有厚度8μm的活性物质层的带状电极(正极和负极)。
(叠层部件的制造)
如图2所示，以带状的电极(正极)、带状的隔离物(再生纤维素无纺布)、带状的电极(负极)及带状的隔离物(再生纤维素无纺布)的顺序进行叠层，在180℃、1kg/cm2、10秒的条件下进行加压加热，得到带状叠层部件。此时，带状的隔离物使用比带状的正极和负极大一圈的尺寸的隔离物，以隔离物在叠层部件的侧面比正极和负极稍微突出的方式进行叠层。具体而言，正极：13mm×50mm、负极：13mm×50mm、隔离物：15mm×52mm。
(卷绕体的制造)
预备如图7所示的剖面为茧型形状的芯材。该芯材使用茧型形状的弯曲部的最小曲率半径R0为119.88μm的芯材。在该芯材上以如图1所示方式、并且正极朝向芯材一侧的方式卷绕上述叠层部件约2周半。接着，用卷绕固定胶带固定卷绕终止部，抽出芯材，从而得到卷绕体。
(卷绕型双电层电容器的制造)
将上述卷绕体放入由铝层压板薄膜形成的外装体内，注入电解质溶液(1.0mol/L的四乙基四氟硼酸铵的碳酸亚丙基酯溶液)，真空封入。由此，得到卷绕型双电层电容器。
在得到的卷绕型双电层电容器中，卷绕体的最内周部分的弯曲部的最小曲率半径R和芯材的最小曲率半径R0相同。而且，算出将R、T1及T2的值代入到上述式(1)中的情况下的α的值。如果α的值落在3.33～7.12的范围内，则上述R满足上述式(1)的条件。进一步，测量卷绕体1的D0、D1及D2的值，算出(D0-D1)和(D0-D2)的值。这些结果如表1所示。而且，表1中所示的值为卷绕体的2个地方的弯曲部中，(D0-D1)和(D0-D2)的值的绝对值大的一方的弯曲部相关的值。
[实施例2～84以及比较例1～42]
除了变更集电体的厚度、活性物质层的厚度、以及制造卷绕体时的芯材的形状中的任一个以上以外，和实施例1相同地进行制造，从而制得实施例2～84及比较例1～42的卷绕型双电层电容器。芯材的弯曲部的最小曲率半径R0、所得到的卷绕型双电层电容器的卷绕体的D0、D1、D2、(D0-D1)及(D0-D2)的值如表1～4所示。而且，所得到的卷绕型双电层电容器的卷绕体的最内周部分的弯曲部的最小曲率半径R，与芯材的最小曲率半径R0相同。
<电容的测定>
对制造的卷绕型双电层电容器进行3.3V、5分钟的CV充电后，在3～2V、5mA条件下进行定电流放电，测量此时的放电电容。其结果如表1～4所示。
<变形的评价>
各制造50个实施例及比较例的卷绕型双电层电容器，对于卷绕型双电层电容器的长度方向上的平行度，将存在±100μm以上的偏差的样品数量为30个以下的情况作为“A”、超过30个的情况作为“B”，以评价变形。其结果如表1～4所示。
[表1]
  T1[μm]   T2[μm]   α   R0(R)[μm]   D0[μm]   D1[μm]   D0-D1[μm]   D2[μm]   D0-D2[μm]   电容[mF]   变形
  比较例1   20   8   2.83   101.88   119.88   124.68   4.80   124.63   4.75   275.2   A
  实施例1   20   8   3.33   119.88   137.88   133.07   -4.81   142.44   4.56   295.6   A
  实施例2   20   8   3.58   128.88   146.88   142.20   -4.68   150.13   3.25   298.5   A
  实施例3   20   8   4.77   171.72   189.72   193.95   4.23   185.94   -3.78   297.0   A
  实施例4   20   8   6.32   227.52   245.52   248.39   2.87   244.58   -0.94   289.6   A
  实施例5   20   8   7.12   256.32   274.32   270.16   -4.16   271.44   -2.88   294.8   A
  比较例2   20   8   7.55   271.80   289.80   294.68   4.88   294.12   4.32   295.7   B
  比较例3   20   10   2.83   113.20   133.20   138.00   4.80   137.95   4.75   283.1   A
  实施例6   20   10   3.33   133.20   153.20   148.39   -4.81   157.76   4.56   301.5   A
  实施例7   20   10   3.58   143.20   163.20   158.52   -4.68   166.45   3.25   302.4   A
  实施例8   20   10   4.77   190.80   210.80   215.03   4.23   207.02   -3.78   300.9   A
  实施例9   20   10   6.32   252.80   272.80   275.67   2.87   271.86   -0.94   302.8   A
  实施例10   20   10   7.12   284.80   304.80   300.64   -4.16   301.92   -2.88   304.8   A
  比较例4   20   10   7.55   302.00   322.00   326.88   4.88   326.32   4.32   305.9   B
  比较例5   20   18   2.83   158.48   186.48   184.50   -1.98   183.60   -2.88   284.5   A
  实施例11   20   18   3.33   186.48   214.48   211.49   -2.99   218.46   3.98   310.5   A
  实施例12   20   18   3.58   200.48   228.48   223.80   -4.68   231.73   3.25   312.0   A
  实施例13   20   18   3.58   200.48   228.48   223.36   -5.12   233.34   4.86   295.6   A
  实施例14   20   18   3.58   200.48   228.48   233.24   4.76   233.57   5.09   291.8   A
  实施例15   20   18   3.58   200.48   228.48   234.14   5.66   222.36   -6.12   290.4   A
  实施例16   20   18   3.58   200.48   228.48   234.36   5.88   234.80   6.32   289.6   A
  实施例17   20   18   3.58   200.48   228.48   225.26   -3.22   231.04   2.56   308.6   A
  实施例18   20   18   4.77   267.12   295.12   290.57   -4.55   299.23   4.11   305.4   A
  实施例19   20   18   5.71   319.76   347.76   351.65   3.89   344.20   -3.56   300.9   A
  实施例20   20   18   6.32   353.92   381.92   384.81   2.89   385.69   3.77   301.6   A
  实施例21   20   18   7.12   398.72   426.72   423.84   -2.88   425.44   -1.28   303.2   A
  比较例6   20   18   7.55   422.80   450.80   446.82   -3.98   453.47   2.67   304.5   B
[表2]
  T1[μm]   T2[μm]   α   R0(R)[μm]   D0[μm]   D1[μm]   D0-D1[μm]   D2[μm]   D0-D2[μm]   电容[mF]   变形
  比较例7   20   20   2.83   169.80   199.80   197.25   -2.55   201.49   1.69   283.6   A
  实施例22   20   20   3.33   199.80   229.80   233.69   3.89   228.93   -0.87   300.5   A
  实施例23   20   20   3.58   214.80   244.80   248.33   3.53   248.44   3.64   301.2   A
  实施例24   20   20   4.77   286.20   316.20   313.09   -3.11   319.41   3.21   301.4   A
  实施例25   20   20   6.32   379.20   409.20   405.52   -3.68   407.26   -1.94   301.6   A
  实施例26   20   20   7.12   427.20   457.20   458.79   1.59   460.97   3.77   303.2   A
  比较例8   20   20   7.45   447.00   477.00   476.14   -0.86   480.51   3.51   304.5   B
  比较例9   20   25   2.83   198.10   233.10   231.12   -1.98   235.65   2.55   286.5   A
  实施例27   20   25   3.33   233.10   268.10   270.76   2.66   267.24   -0.86   300.5   A
  实施例28   20   25   3.58   250.60   285.60   288.49   2.89   284.36   -1.24   301.2   A
  实施例29   20   25   4.77   333.90   368.90   371.78   2.88   368.13   -0.77   301.4   A
  实施例30   20   25   6.32   442.40   477.40   474.42   -2.98   480.19   2.79   301.6   A
  实施例31   20   25   7.12   498.40   533.40   536.06   2.66   530.84   -2.56   303.2   A
  比较例10   20   25   7.45   521.50   556.50   558.68   2.18   554.49   -2.01   304.5   B
  比较例11   20   27   2.83   209.42   246.42   247.65   1.23   248.07   1.65   285.4   A
  实施例32   20   27   3.33   246.42   283.42   285.48   2.06   281.66   -1.76   298.6   A
  实施例33   20   27   3.58   264.92   301.92   303.90   1.98   303.76   1.84   297.5   A
  实施例34   20   27   4.77   352.98   389.98   391.74   1.76   388.34   -1.64   299.1   A
  实施例35   20   27   6.32   467.68   504.68   502.78   -1.90   506.03   1.35   298.2   A
  实施例36   20   27   7.12   526.88   563.88   562.00   -1.88   565.10   1.22   296.8   A
  比较例12   20   27   7.45   551.30   588.30   590.60   2.30   587.32   -0.98   299.5   B
  比较例13   20   30   2.83   226.40   266.40   267.63   1.23   268.05   1.65   281.6   A
  实施例37   20   30   3.33   266.40   306.40   308.46   2.06   304.64   -1.76   296.5   A
  实施例38   20   30   3.58   286.40   326.40   328.38   1.98   328.24   1.84   298.1   A
  实施例39   20   30   3.58   286.40   326.40   332.26   5.86   332.65   6.25   297.3   A
  实施例40   20   30   4.77   381.60   421.60   423.36   1.76   419.96   -1.64   296.5   A
  实施例41   20   30   6.32   505.60   545.60   543.70   -1.90   546.95   1.35   291.6   A
  实施例42   20   30   7.12   569.60   609.60   607.72   -1.88   610.82   1.22   294.5   A
  比较例14   20   30   7.45   596.00   636.00   638.30   2.30   635.02   -0.98   297.4   B
[表3]
  T1[μm]   T2[μm]   α   R0(R)[μm]   D0[μm]   D1[μm]   D0-D1[μm]   D2[μm]   D0-D2[μm]   电容[mF]   变形
  比较例15   25   8   2.83   116.03   136.53   135.87   -0.66   140.88   4.35   263.5   A
  实施例43   25   8   3.33   136.53   157.03   160.24   3.21   154.49   -2.54   295.3   A
  实施例44   25   8   4.77   195.57   216.07   220.72   4.65   220.06   3.99   294.3   A
  实施例45   25   8   7.12   291.92   312.42   315.10   2.68   314.10   1.68   297.6   A
  比较例16   25   8   7.55   309.55   330.05   333.83   3.78   329.08   -0.97   289.7   B
  比较例17   25   10   2.83   127.35   149.85   147.86   -1.99   150.41   0.56   275.8   A
  实施例46   25   10   3.33   149.85   172.35   168.14   -4.21   168.15   -4.20   301.5   A
  实施例47   25   10   4.77   214.65   237.15   233.27   -3.88   238.71   1.56   302.5   A
  实施例48   25   10   7.12   320.40   342.90   339.92   -2.98   346.44   3.54   302.8   A
  比较例18   25   10   7.55   339.75   362.25   364.83   2.58   365.94   3.69   306.9   B
  比较例19   25   18   2.83   172.63   203.13   199.24   -3.89   200.69   -2.44   285.3   A
  实施例49   25   18   3.33   203.13   233.63   230.15   -3.48   235.69   2.06   300.1   A
  实施例50   25   18   4.77   290.97   321.47   325.35   3.88   318.35   -3.12   300.4   A
  实施例51   25   18   7.12   434.32   464.82   468.51   3.69   461.76   -3.05   300.8   A
  比较例20   25   18   7.55   460.55   491.05   487.26   -3.79   494.71   3.66   301.2   B
  比较例21   25   20   2.95   191.75   224.25   226.88   2.63   220.80   -3.45   284.8   A
  实施例52   25   20   3.33   216.45   248.95   247.97   -0.98   251.12   2.17   331.1   A
  实施例53   25   20   4.77   310.05   342.55   345.11   2.56   345.97   3.42   330.2   A
  实施例54   25   20   7.12   462.80   495.30   490.64   -4.66   499.81   4.51   330.0   A
  比较例22   25   20   7.55   490.75   523.25   527.78   4.53   519.03   -4.22   331.2   B
  比较例23   25   25   2.95   221.25   258.75   262.62   3.87   259.73   0.98   282.3   A
  实施例55   25   25   3.33   249.75   287.25   290.37   3.12   287.52   0.27   331.1   A
  实施例56   25   25   4.77   357.75   395.25   392.84   -2.41   397.71   2.46   330.2   A
  实施例57   25   25   7.12   534.00   571.50   573.18   1.68   570.62   -0.88   330.0   A
  比较例24   25   25   7.55   566.25   603.75   605.30   1.55   602.81   -0.94   331.2   B
  比较例25   25   27   2.95   233.05   272.55   271.87   -0.68   275.42   2.87   279.3   A
  实施例58   25   27   3.33   263.07   302.57   305.22   2.65   304.92   2.35   298.6   A
  实施例59   25   27   4.77   376.83   416.33   416.66   0.33   413.37   -2.96   299.1   A
  实施例60   25   27   7.12   562.48   601.98   599.39   -2.59   599.30   -2.68   298.7   A
  比较例26   25   27   7.55   596.45   635.95   638.94   2.99   638.39   2.44   298.5   B
  比较例27   25   30   2.83   240.55   283.05   284.71   1.66   284.70   1.65   268.4   A
  实施例61   25   30   3.33   283.05   325.55   324.35   -1.20   326.13   0.58   296.5   A
  实施例62   25   30   4.77   405.45   447.95   446.32   -1.63   446.58   -1.37   294.6   A
  实施例63   25   30   7.12   605.20   647.70   649.39   1.69   645.25   -2.45   295.4   A
  比较例28   25   30   7.63   648.55   691.05   692.04   0.99   692.14   1.09   294.3   B
[表4]
  T1[μm]   T2[μm]   α   R0(R)[μm]   D0[μm]   D1[μm]   D0-D1[μm]   D2[μm]   D0-D2[μm]   电容[mF]   变形
  比较例29   30   8   2.83   130.18   153.18   157.74   4.56   149.62   -3.56   255.9   A
  实施例64   30   8   3.58   164.68   187.68   190.93   3.25   184.35   -3.33   292.1   A
  实施例65   30   8   4.31   198.26   221.26   217.08   -4.18   225.38   4.12   296.4   A
  实施例66   30   8   7.12   327.52   350.52   354.49   3.97   346.85   -3.67   297.9   A
  比较例30   30   8   7.55   347.30   370.30   374.36   4.06   367.08   -3.22   287.9   B
  比较例31   30   10   2.83   141.50   166.50   168.48   1.98   169.16   2.66   278.3   A
  实施例67   30   10   3.33   166.50   191.50   187.62   -3.88   189.34   -2.16   301.5   A
  实施例68   30   10   4.77   238.50   263.50   260.64   -2.86   260.94   -2.56   302.8   A
  实施例69   30   10   7.12   356.00   381.00   379.03   -1.97   382.18   1.18   302.7   A
  比较例32   30   10   7.55   377.50   402.50   406.85   4.35   404.19   1.69   307.7   B
  比较例33   30   18   2.83   186.78   219.78   215.09   -4.69   215.77   -4.01   284.5   A
  实施例70   30   18   3.33   219.78   252.78   251.79   -0.99   256.87   4.09   300.3   A
  实施例71   30   18   4.77   314.82   347.82   351.84   4.02   344.13   -3.69   301.4   A
  实施例72   30   18   7.12   469.92   502.92   504.90   1.98   506.04   3.12   306.4   A
  比较例34   30   18   7.55   498.30   531.30   526.74   -4.56   535.07   3.77   304.7   B
  比较例35   30   20   2.95   206.50   241.50   244.38   2.88   245.70   4.20   284.5   A
  实施例73   30   20   3.33   233.10   268.10   270.14   2.04   265.93   -2.17   326.9   A
  实施例74   30   20   4.31   301.70   336.70   339.49   2.79   334.48   -2.22   332.7   A
  实施例75   30   20   7.12   498.40   533.40   529.34   -4.06   532.41   -0.99   331.9   A
  比较例36   30   20   7.55   528.50   563.50   559.53   -3.97   560.82   -2.68   326.7   B
  比较例37   30   25   2.95   236.00   276.00   279.75   3.75   276.88   0.88   280.6   A
  实施例76   30   25   3.33   266.40   306.40   308.94   2.54   307.05   0.65   329.4   A
  实施例77   30   25   4.77   381.60   421.60   419.26   -2.34   423.08   1.48   328.7   A
  实施例78   30   25   7.12   569.60   609.60   611.68   2.08   607.05   -2.55   327.9   A
  比较例38   30   25   7.55   604.00   644.00   648.55   4.55   647.14   3.14   330.1   B
  比较例39   30   27   2.95   247.80   289.80   289.12   -0.68   288.26   -1.54   272.3   A
  实施例79   30   27   3.33   279.72   321.72   324.25   2.53   323.81   2.00   297.3   A
  实施例80   30   27   4.77   400.68   442.68   441.32   -1.36   444.69   2.01   298.6   A
  实施例81   30   27   7.12   598.08   640.08   642.64   2.56   637.54   -2.54   298.3   A
  比较例40   30   27   7.55   634.20   676.20   673.31   -2.89   674.24   -1.96   297.8   B
  比较例41   30   30   2.83   254.70   299.70   301.02   1.32   302.48   2.78   265.7   A
  实施例82   30   30   3.33   299.70   344.70   345.79   1.09   343.72   -0.98   289.6   A
  实施例83   30   30   4.77   429.30   474.30   473.19   -1.11   476.68   2.38   292.3   A
  实施例84   30   30   7.12   640.80   685.80   684.71   -1.09   683.35   -2.45   295.8   A
  比较例42   30   30   7.63   686.70   731.70   733.34   1.64   735.77   4.07   293.7   B

Claims (3)

1.一种卷绕型电化学装置，其特征在于，
具备将包含正极、隔离物及负极的叠层构造的叠层部件卷绕而成的扁平状的卷绕体，
所述正极及所述负极分别具有在集电体的两面上形成活性物质层的构造，
所述卷绕体在中心部具有空隙，
在将所述卷绕体的最内周部分的弯曲部的最小曲率半径记为R的情况下，所述R满足下述式(1)表示的条件，
R＝α×(T1+2T2)        (1)
其中，R表示所述卷绕体的最内周部分的弯曲部的最小曲率半径，单位是μm；α表示3.33～7.12的范围内的数值；T1表示位于所述卷绕体的最内周的电极的集电体的厚度，单位是μm；T2表示位于所述卷绕体的最内周的电极的活性物质层的厚度，单位是μm；在此，T2为8～30的范围内的数值，单位是μm。
2.根据权利要求1所述的卷绕型电化学装置，其特征在于，
在将所述卷绕体以与其侧面平行的面进行切断的剖面中，在以连结位于所述卷绕体的最内周的电极的集电体的中心线来描述的茧型形状中，
将与所述卷绕体的短轴方向平行的第一直线和所述茧型形状的弯曲部的交点记为点A，
在与所述第一直线平行的直线中，将在比所述卷绕体的卷绕开始部更靠近所述第一直线的一侧、且与所述茧型形状有2个交点交差、这2个交点之间的距离最大时的离所述第一直线最近的直线作为第二直线的情况下，将该第二直线和所述茧型形状的2个交点分别记为点B及点C，
将与所述第一直线垂直并通过所述点A的直线和所述第二直线的交点记为点O，
OA之间的距离记为D0，单位是μm；OB之间的距离记为D1，单位是μm；OC之间的距离记为D2，单位是μm；
在此情况下，(D0-D1)的值和(D0-D2)的值都为+5μm～-5μm。
3.一种卷绕型电化学装置的制造方法，其特征在于，
具有：
叠层部件准备工序，准备叠层部件，该叠层部件包含正极、隔离物及负极的叠层构造；和
卷绕工序，在剖面为茧型形状的芯材上卷绕所述叠层部件以形成扁平状的卷绕体，
使用在将所述茧型形状的弯曲部的最小曲率半径记为R0的情况下，所述R0满足下述式(2)表示的条件的芯材作为所述芯材；
R0＝α×(T1+2T2)                 (2)
其中，R0表示所述茧型形状中的弯曲部的最小曲率半径，单位是μm；α表示3.33～7.12的范围内的数值；T1表示位于所述卷绕体的最内周的电极的集电体的厚度，单位是μm；T2表示位于所述卷绕体的最内周的电极的活性物质层的厚度，单位是μm；在此，T2为8～30的范围内的数值，单位是μm。
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