JP2009289609A - リチウムイオン電池 - Google Patents

Abstract

【課題】充放電に用いられるリチウムイオンの濃度が低下してしまうのを抑制することができるリチウムイオン電池を提供する。
【解決手段】集電板上に形成された正極層を含む正極素子と、集電板上に形成された負極層１３ｂを含む負極素子１３と、正極層及び負極層の間に配置され、電解液を含むセパレータと、を有する。負極素子は、負極層の変形によって負極層の外部に向かって移動する電解液を収容し、この電解液を負極素子内に保持させておくための収容部１３ｄを有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、充放電を行う際の電解液中に含まれるリチウムイオンの濃度が低下するのを抑制することができるリチウムイオン電池に関するものである。

図１４は、リチウムイオン電池（単電池）の構成を示している。ここで、正極素子１２及び負極素子１３の間には、電解液を含むセパレータ１４が配置されている。正極素子１２は、集電板１２ａと、集電板１２ａの表面に形成され、正極に応じた活物質を含む正極層１２ｂとを有している。また、負極素子１３は、集電板１３ａと、集電板１３ａの表面に形成され、負極に応じた活物質を含む負極層１３ｂとを有している。なお、図１４では、正極素子１２及び負極素子１３をセパレータ１４から離して示しているが、実際には、正極層１２ｂ及び負極層１３ｂがセパレータ１４に接触している。

図１４に示すリチウムイオン電池の構成において、充電を行うときには、正極層１２ｂから負極層１３ｂに向かってリチウムイオンが移動し、放電を行うときには、負極層１３ｂから正極層１２ｂに向かってリチウムイオンが移動する。なお、図１４では、放電時におけるリチウムイオンの移動を示している。

一方、複数のリチウムイオン電池を並列に配置して電池モジュールを構成する場合には、電池モジュールを狭持するための力（外力）Ｆを、電池モジュールの両端部に対して作用させている。この場合には、１つのリチウムイオン電池に対しても外力Ｆが作用することになる。
特開２００６−３１８８６７号公報 特開平０５−３１４９６９号公報 特開２００５−１１６６０号公報

図１４に示すように、リチウムイオン電池に対して外力Ｆが作用している状態において、リチウムイオン電池の放電を行うと、負極層１３ｂからリチウムイオンが離れることにより、負極層１３ｂの体積が減少することになる。すなわち、負極層１３ｂは、外力Ｆを受けることにより、外力Ｆが作用する方向において縮むことになる。

そして、負極層１３ｂが縮む際に、負極層１３ｂの表面や内部に存在する電解液が、リチウムイオンとともに負極層１３ｂの外部に移動してしまうことがある。具体的には、図１５の矢印Ｄで示す方向に、電解液が移動してしまうことがある。ここで、図１５は、負極層１３ｂを外力Ｆが作用する方向から見たときの正面図である。

上述したように、電解液がリチウムイオンとともに負極層１３ｂの外部に移動してしまうと、充放電に用いられるリチウムイオンの濃度が低下してしまい、リチウムイオン電池の出力性能が低下してしまうおそれがある。

そこで、本発明の目的は、充放電に用いられるリチウムイオンの濃度が低下してしまうのを抑制することができるリチウムイオン電池を提供することにある。

本発明であるリチウムイオン電池は、集電板上に形成された正極層を含む正極素子と、集電板上に形成された負極層を含む負極素子と、正極層及び負極層の間に配置され、電解液を含むセパレータと、を有する。そして、負極素子は、負極層の変形によって負極層の外部に向かって移動する電解液を収容し、この電解液を負極素子内に保持させておくための収容部を有する。

ここで、収容部を、負極層の表面に形成された凹部で構成することができる。また、負極素子の集電板上において、負極層が形成されていない領域を設けることによって、収容部を形成することができる。

負極素子の端部に沿って延びるように、収容部を配置することにより、負極素子の端部から電解液が漏れてしまうのを抑制することができる。また、収容部を、負極素子の端部に沿って延びる第１の領域と、第１の領域と接続され、負極素子の中心部に向かって延びる第２の領域とで構成することができる。

この構成では、第１の領域において、負極素子の外部に漏れてしまう電解液を収容しておくことができる。しかも、第１の領域で収容された電解液を、第２の領域を介して負極素子の中心部に戻すことができる。これにより、負極素子の面内において、電解液に含まれるリチウムイオンの濃度のバラツキを抑制することができる。

ここで、第２の領域を、重力が作用する方向に延ばすことにより、重力の作用を用いて電解液を負極素子の中心部に戻すことができる。すなわち、リチウムイオン電池を放置させておくだけで、第１の領域に収容された電解液を、第２の領域を介して負極素子の中心部に戻すことができる。

また、第２の領域を、負極素子の両端部に位置する第１の領域に接続し、重力が作用する方向に向かって凸となる軌跡に沿って配置することができる。この場合であっても、重力の作用を用いて、第１の領域に収容された電解液を、第２の領域を介して負極素子の中心部に戻すことができる。

なお、負極層は、リチウムイオン電池を狭持するための外力を受けることによって変形することがある。また、正極素子、負極素子及びセパレータからなる発電要素を収容するケースにおいて、発電要素の周囲に位置する領域に、電解液を収容させておくことができる。

本発明では、負極素子に、電解液を収容するための収容部を設けている。これにより、リチウムイオンを含む電解液が、負極層の変形によって負極素子の外部に移動しようとするときに、この電解液を収容部に保持させておくことができる。このように、リチウムイオンを含む電解液が負極素子の外部に漏れてしまうのを阻止することにより、リチウムイオン電池の充放電に用いられるリチウムイオンの濃度が低下してしまうのを抑制することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１であるリチウムイオン電池について説明する。

図１は、本実施例のリチウムイオン電池の内部構成を示す図である。ここで、図１に示すＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、互いに直交する軸を示している。そして、Ｚ軸は、重力が作用する方向を示している。

リチウムイオン電池１は、電池ケース１０と、電池ケース１０の内部に収容された発電要素１１とを有している。発電要素１１とは、充放電を行うことができる要素であり、図２に示すように、電池ケース１０の内部において巻かれた状態で収容されている。ここで、図２は、リチウムイオン電池１をＸ−Ｚ平面で切断したときの断面図である。

発電要素１１は、図３に示すように、正極素子１２と、負極素子１３と、正極素子１２及び負極素子１３の間に配置され、電解液を含むセパレータ１４とで構成されている。ここで、正極素子１２は、図１４に示す構成と同様に、集電板１２ａと、集電板１２ａの表面に形成された正極層１２ｂとを有している。正極層１２ｂは、集電板１２ａのうち、セパレータ１４と向かい合う面に形成されている。なお、集電板１２ａの両面に正極層１２ｂを形成することもできる。

正極層１２ｂとは、正極に応じた活物質や導電剤等を含む層である。正極層１２ｂの活物質としては、例えば、リチウム−遷移金属複合酸化物を用いることができる。また、導電剤としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、カーボンナノチューブを用いることができる。

また、負極素子１３は、図１４に示す構成と同様に、集電板１３ａと、集電板１３ａの表面に形成された負極層１３ｂとを有している。負極層１３ｂは、集電板１３ａのうち、セパレータ１４と向かい合う面に形成されている。なお、集電板１３ａの両面に負極層１３ｂを形成することもできる。負極層１３ｂとは、負極に応じた活物質や導電剤等を含む層である。負極層の活物質としては、例えば、カーボンを用いることができる。

なお、集電板の一方の面に正極層１２ｂを形成するとともに、集電板の他方の面に負極層１３ｂを形成した電極を用いることもできる。この電極は、いわゆるバイポーラ電極と呼ばれるものである。また、本実施例では、図１及び図２に示すように、リチウムイオン電池１をいわゆる角型の構成としているが、これに限るものではなく、いわゆる円筒型の構成とすることもできる。すなわち、電池ケース１０を矩形状又は円筒形状とし、この電池ケース１０の内部に、発電要素１１を巻いた状態で収容すればよい。

一方、電池ケース１０の内部には、図１に示すように、余剰液としての電解液２０が収容されている。電解液２０は、発電要素１１の周囲に位置しており、発電要素１１と接触している。電解液２０は、発電要素１１における充放電の性能を担保するために設けられている。なお、電解液２０の量は、適宜設定することができる。

図１において、正極素子１２の集電板１２ａに接続された正極タブ１２ｃには、正極端子２１が電気的及び機械的に接続されている。ここで、正極端子２１に接続される正極タブ１２ｃは、図１に示すように、巻かれた状態の発電要素１１のうちＹ方向における一端部から突出している。正極タブ１２ｃは、正極素子１２の集電板１２ａと一体として構成することもできるし、別体として構成することもできる。

また、負極素子１３の集電板１３ａに接続された負極タブ１３ｃには、負極端子２２が電気的及び機械的に接続されている。ここで、負極端子２２に接続される負極タブ１３ｃは、巻かれた状態の発電要素１１のうちＹ方向における他端部から突出している。負極タブ１３ｃは、負極素子１３の集電板１３ａと一体として構成することもできるし、別体として構成することもできる。

正極端子２１及び負極端子２２は、電池ケース１０の上面から突出しており、配線（不図示）を介して電子機器（不図示）に電気的に接続される。これにより、リチウムイオン電池１の出力を用いて、電子機器を駆動することができる。

ここで、リチウムイオン電池１を車両の駆動源として用いる場合には、リチウムイオン電池１を複数用意しておき、これらのリチウムイオン電池１を電気的に直列に接続することにより、電池モジュールを構成することができる。そして、電池モジュールから車両の走行に必要なエネルギを取り出すことができる。なお、各リチウムイオン電池１における正極端子２１及び負極端子２２は、他のリチウムイオン電池１における正極端子２１及び負極端子２２と、バスバーを介して電気的に接続される。また、電池モジュールを備えた車両としては、内燃機関又は燃料電池といった他の動力源と共に用いられるハイブリッド自動車や、電池モジュールだけを動力源として備えた電気自動車が挙げられる。

次に、負極素子１３の構成について説明する。

図４に示すように、負極素子１３のうち、Ｙ方向における両端部には、負極層１３ｂが形成されていない領域である収容部１３ｄが設けられている。ここで、図４は、巻かれた状態の発電要素１１における負極素子１３の構成を示す図である。また、図５には、図４のＡ−Ａ断面図を示している。

収容部１３ｄにおいては、集電板１３ａが外部に露出している。収容部１３ｄは、後述するように、負極層１３ｂにおける電解液が負極層１３ｂの外部に移動しようとする際に、この電解液を収容して、負極素子１３に保持させておくために用いられる。

ここで、図６に示す負極素子１３を用意しておき、この負極素子１３を図６の点線で示す位置で折り曲げることにより、巻かれた状態の負極素子１３を得ることができる。なお、負極素子１３を巻く場合には、上述したように、セパレータ１４及び正極素子１２を重ねた状態で巻くことになる。

なお、図６に示す構成の負極素子１３は、以下に説明する工程によって得ることができる。

まず、シート状の集電板１３ａに対して、収容部１３ｄに対応した位置にマスク部材を配置しておく。そして、集電板１３ａのうち、マスク部材で覆われた領域以外の領域に対して、負極層１３ｂを構成する材料を塗布する。これにより、図６に示す負極素子１３が得られる。なお、図６に示す負極素子１３は、上述した製造方法に限るものではなく、収容部１３ｄが設けられる領域に、負極層１３ｂを構成する材料が塗布されないようにすればよい。

図１４及び図１５を用いて説明したように、発電要素１１に対して外力Ｆが加わると、負極層１３ｂの内部や表面に存在する電解液が、リチウムイオンとともに負極層１３ｂの外部に漏れてしまうことがある。ここで、リチウムイオン電池１を連続放電させた場合には、負極層１３ｂの表層部分に位置する電解液において、リチウムイオンの濃度が一次的に上昇することになる。すなわち、放電時には、リチウムイオンが負極層１３ｂから正極層１２ｂに向かって移動することになるため、負極層１３ｂの表層部分には、リチウムイオンが多く存在することになる。

ここで、負極層１３ｂの表層部分に位置する電解液が、負極層１３ｂの外部に漏れてしまう場合には、電解液とともに、より多くのリチウムイオンが負極層１３ｂの外部に漏れてしまうことになる。

負極層１３ｂから漏れた電解液は、発電要素１１の外部に位置する余剰液としての電解液２０と混ざることになる。ここで、負極層１３ｂから漏れる電解液の量は、電解液２０の量よりも少ないため、電解液２０におけるリチウムイオンの濃度はほとんど変化しない。そして、負極層１３ｂから漏れる電解液におけるリチウムイオンの濃度が、電解液２０におけるリチウムイオンの濃度よりも高くなっている場合には、負極層１３ｂからの電解液が電解液２０と混ざることにより、リチウムイオンの濃度が希釈されることになる。

負極層１３ｂから漏れて電解液２０と混ざった電解液は、発電要素１１を充電させたり、放置させたりしたときに、発電要素１１の内部に戻ることがある。そして、発電要素１１に戻る電解液におけるリチウムイオンの濃度は、電解液２０におけるリチウムイオンの濃度と等しくなっている。

ここで、電解液２０におけるリチウムイオンの濃度よりも高い濃度のリチウムイオンを含む電解液が、負極層１３ｂから漏れてしまった場合には、負極層１３ｂから漏れたときのリチウムイオンの濃度よりも低い濃度のリチウムイオンが発電要素１１に戻ることになる。すなわち、発電要素１１内におけるリチウムイオンの濃度を、負極層１３ｂから電解液が漏れる前の濃度に戻すことができなくなってしまう。

このような場合には、発電要素１１内におけるリチウムイオンの濃度が低下してしまい、リチウムイオン電池１の出力性能が低下してしまうことになる。

そこで、本実施例では、負極素子１３に収容部１３ｄを形成しておき、収容部１３ｄにおいて、負極層１３ｂから漏れてしまう電解液を保持させるようにしている。これにより、電解液がリチウムイオンとともに負極層１３ｂから漏れて、発電要素１１内におけるリチウムイオンの濃度が低下してしまうのを抑制することができる。そして、収容部１３ｄに収容された電解液に含まれるリチウムイオンは、発電要素１１の充放電に用いることができる。

ここで、収容部１３ｄに収容される電解液としては、負極層１３ｂの内部に存在する電解液や、負極層１３ｂの表面に存在する電解液がある。

本実施例では、図４に示すように、負極素子１３の両端部に収容部１３ｄを形成しているため、負極層１３ｂにおける電解液が外力Ｆを受けて矢印Ｄの方向に移動しても、この電解液を収容部１３ｄに収容させておくことができる。ここで、図５に示す収容部１３ｄの上部は、セパレータ１４によって塞がれているため、収容部１３ｄにおいて電解液を保持させておくことができる。

ここで、収容部１３ｄを形成する位置は、適宜設定することができる。すなわち、図４に示す構成において、Ｙ方向における収容部１３ｄの位置は適宜設定することができる。ただし、負極層１３ｂにおける電解液は、外力Ｆを受けることによって、図４の矢印Ｄで示す方向に移動するため、この電解液が発電要素１１から漏れてしまうのを防止するためには、負極素子１３の端部に近づいた位置に収容部１３ｄを設けることが好ましい。

なお、本実施例では、負極素子１３の両端部に収容部１３ｄを設けているが、負極素子１３の一端部に収容部１３ｄを設けるだけでも、負極層１３ｂにおける電解液が発電要素１１の外部に漏れてしまうのを抑制することができる。これにより、本実施例と同様の効果を得ることができる。

また、本実施例では、図５に示すように、集電板１３ａ上で負極層１３ｂを形成しないことにより、収容部１３ｄを設けているが、これに限るものではない。具体的には、図７に示すように、負極層１３ｂに凹形状の収容部１３ｄを設けることもできる。この場合において、収容部１３ｄが設けられた領域では、集電板１３ａが外部に露出しておらず、負極層１３ｂの一部によって集電板１３ａが覆われている。このように、収容部１３ｄが設けられる領域にも負極層１３ｂを形成しておくことにより、収容部１３ｄが設けられた領域も充放電に用いることができる。なお、１つの負極素子１３において、図５及び図７に示す収容部１３ｄを併用することもできる。

ここで、収容部１３ｄの深さ、言い換えれば、図７の上下方向における長さは、適宜設定することができる。例えば、負極層１３ｂのうち収容部１３ｄが設けられた領域における厚さを、収容部１３ｄが設けられていない領域における厚さの半分以上とすることができる。

また、収容部１３ｄの深さを、図４に示す構成のＺ方向に関して、段階的又は連続的に変化させることもできる。具体的には、図４に示す構成において、収容部１３ｄのうち最上部に位置する領域における深さを最も大きくするとともに、収容部１３ｄのうち最下部に位置する領域における深さを最も小さくする。そして、最上部から最下部に向かって、収容部１３ｄの深さを連続的又は段階的に小さくすることができる。このように構成することによって、収容部１３ｄの全体に電解液を収容させておくことができる。

さらに、収容部１３ｄの形状も、適宜設定することができる。例えば、収容部１３ｄの一部に、集電板１３ａの表面に対して傾斜する傾斜面を設けておくことができる。上述したように、収容部１３ｄは、発電要素１１の外部に漏れようとする電解液を収容できるスペースを有していればよい。

なお、図７に示す構成は、以下の説明する工程によって得ることができる。

まず、シート状の集電板１３ａに対して負極層１３ｂを構成する材料を塗布することにより、集電板１３ａの表面に、略均一の厚さを有する負極層を形成しておく。そして、収容部１３ｄに相当する位置にマスク部材を配置しておき、マスク部材で覆われた領域以外の領域に対して、再度、負極層１３ｂを構成する材料を塗布すれば、図７に示す構成の負極素子１３が得られる。

本実施例では、発電要素１１を巻くようにしているが、これに限るものではない。具体的には、図８に示すように、正極素子１２及び負極素子１３を、セパレータ１４を挟んだ状態で、交互に配置する構成であってもよい。

図８に示す構成では、負極素子１３の外縁に沿って収容部１３ｄが形成されている。図８に示す構成では、平板状の負極素子１３を用いているため、発電要素１１が積層方向に作用する外力を受けた際に、負極層１３ｂにおける電解液が図８の上下左右に移動して、発電要素１１の外部に漏れてしまうおそれがある。そこで、負極素子１３の外縁に沿って収容部１３ｄを形成することにより、発電要素１１から漏れようとする電解液を収容部１３ｄ内にとどめておくことができる。これにより、発電要素１１内におけるリチウムイオンの濃度が低下するのを防止でき、発電要素１１の出力性能が低下してしまうのを防止することができる。

なお、図８に示す構成では、負極素子１３の４つの外縁に沿って収容部１３ｄを形成しているが、これに限るものではない。例えば、負極素子１３の４つの外縁のうち、少なくとも１つの外縁に沿って収容部１３ｄを形成するだけでもよい。この場合であっても、収容部１３ｄを用いて、電解液が発電要素１１の外部に漏れてしまうのを防止することができる。ここで、重力が作用することを考慮すると、負極素子１３の底面に位置する外縁に沿って、収容部１３ｄを形成しておくことができる。

また、図８に示す構成では、収容部１３ｄを矩形状に形成しているが、これに限るものではない。すなわち、収容部１３ｄに曲率を持たせることもできる。例えば、収容部１３ｄをリング状に形成することもできる。

さらに、図８に示す構成において、収容部１３ｄは、図５に示した場合と同様に、負極層１３ｂを形成しないことによって形成することもできるし、図７に示した場合と同様に、負極層１３ｂを凹状とすることによって形成することもできる。

一方、本実施例では、発電要素１１に対して、電池モジュールを拘束したときの外力Ｆが作用する場合について説明したが、これに限るものではない。すなわち、負極層１３ｂを変形させる外力が発電要素１１に加わる状態であれば、本発明を適用することができる。この点を考慮すると、リチウムイオン電池１を円筒型とすることもできる。

次に、本発明の実施例２であるリチウムイオン電池について説明する。なお、実施例１で説明した部材と同一の機能を有する部材については同一符号を用い、詳細な説明は省略する。以下、実施例１と異なる点について、主に説明する。

本実施例における負極素子１３は、図９に示すように、負極素子１３のうちＹ方向における両端部に設けられた第１の収容部１３ｄ１と、Ｙ方向に延びて第１の収容部１３ｄ１に接続される第２の収容部１３ｄ２とを有している。ここで、図９は、図４に対応する図であり、負極素子１３のうち、セパレータ１４と向かい合う部分における構成を示す図である。また、図１０には、図９のＢ−Ｂ断面図を示している。

本実施例の負極素子１３は、Ｙ−Ｚ平面内において、２つの第２の収容部１３ｄ２を有しており、これらの第２の収容部１３ｄ２は、Ｚ方向において並んで配置されている。第２の収容部１３ｄ２は、曲率を有しており、重力が作用する方向（Ｚ方向）に向かって凸となる軌跡に沿って形成されている。

なお、図９に示す構成では、第２の収容部１３ｄ２に曲率を持たせているが、これに限るものではない。具体的には、第２の収容部１３ｄ２を階段状の軌跡に沿って配置することもできる。この場合にも、階段状の軌跡は、重力が作用する方向に向かって凸となればよい。

ここで、図１１に示す負極素子１３を用意しておき、この負極素子１３を図１１の点線で示す位置で折り曲げることにより、巻かれた状態の負極素子１３を得ることができる。なお、負極素子１３を巻く場合には、実施例１で説明したように、セパレータ１４及び正極素子１２を重ねた状態で巻くことになる。図１１に示す構成では、負極素子１３を折り曲げた際に、第２の収容部１３ｄ２がすべて重力方向に向かって凸となるように、折り曲げる部分を境として第２の収容部１３ｄ２を対称に配置している。

図１１に示す構成は、以下に説明する工程によって得ることができる。

まず、シート状の集電板１３ａに対して、第１及び第２の収容部１３ｄ１，１３ｄ２に対応した位置にマスク部材を配置しておく。そして、集電板１３ａのうち、マスク部材で覆われた領域以外の領域に対して、負極層１３ｂを構成する材料を塗布する。これにより、図１１に示す負極素子１３が得られる。なお、図１１に示す負極素子１３は、上述した製造方法に限るものではなく、第１及び第２の収容部１３ｄ１，１３ｄ２が設けられる領域に負極層１３ｂを構成する材料が塗布されないようにすればよい。

本実施例において、リチウムイオン電池１を狭持するための外力Ｆが発電要素１１に作用すると、実施例１で説明したように、負極層１３ｂにおける電解液が発電要素１１の外部に向かって移動することになる。このとき、負極素子１３の両端部には、実施例１と同様に第１の収容部１３ｄ１が設けられているため、発電要素１１の外部に漏れようとする電解液が第１の収容部１３ｄに収容されることになる。

また、本実施例では、第１の収容部１３ｄ１に対して、Ｙ方向に延びる第２の収容部１３ｄ２が接続されている。このため、第１の収容部１３ｄ１に収容された電解液は、第２の収容部１３ｄ２を介して負極層１３ｂの中心部に向かって移動することになる。すなわち、第２の収容部１３ｄ２は、重力が作用する方向に向かって凸となる軌跡を描いているため、第１の収容部１３ｄ１に収容された電解液は、重力の作用を受けることにより、第２の収容部１３ｄ２を介して負極層１３ｂの中心部に向かって移動することになる。ここでいう負極層１３ｂの中心部とは、負極層１３ｂのＹ−Ｚ平面内において、Ｙ方向における中心部を意味する。

本実施例では、発電要素１１の外部に漏れようとする電解液を第１の収容部１３ｄ１に収容させることにより、実施例１と同様の効果を得ることができる。すなわち、リチウムイオンを含む電解液が発電要素１１の外部に漏れることにより、発電要素１１内におけるリチウムイオンの濃度が低下してしまうのを抑制することができる。これにより、リチウムイオン電池１の出力性能が低下してしまうのを抑制することができる。

また、本実施例では、第１の収容部１３ｄ１に収容された電解液を、第２の収容部１３ｄ２を介して負極層１３ｂの中心部に移動させることにより、負極層１３ｂの面内（Ｙ−Ｚ平面内）において、電解液中におけるリチウムイオンの濃度のバラツキを抑制することができる。これにより、セパレータ１４及び正極層１２ｂの面内（Ｙ−Ｚ平面内）において、電解液中におけるリチウムイオンの濃度のバラツキを抑制することができる。したがって、正極層１２ｂ及び負極層１３ｂの全面を用いて、充放電を効率良く行うことができる。

なお、本実施例では、図１０に示すように、負極層１３ｂを形成しないことによって第１及び第２の収容部１３ｄ１，１３ｄ２を設けるようにしているが、これに限るものではない。すなわち、図７に示す場合と同様に、負極層１３ｂに凹部を形成することにより、第１及び第２の収容部１３ｄ１，１３ｄ２とすることもできる。

また、本実施例では、負極素子１３のＹ−Ｚ平面内において、第２の収容部１３ｄ２を２つ設けているが、これに限るものではない。すなわち、Ｙ−Ｚ平面内における第２の収容部１３ｄ２の数は、適宜設定することができる。

次に、本実施例における変形例１について、図１２を用いて説明する。以下、本実施例と異なる点について説明する。

本実施例では、Ｙ方向に延びる第２の収容部１３ｄ２に曲率を持たせているが、本変形例では、図１２に示すように、Ｙ方向に延びる第２の収容部１３ｄ２を直線で構成している。具体的には、第２の収容部１３ｄ２は、重力が作用する方向に向かって凸となる軌跡を描いており、直線状の２つの領域を有している。

図１２に示す構成であっても、本実施例と同様の効果を得ることができる。すなわち、第１の収容部１３ｄ１に収容された電解液を、第２の収容部１３ｄ２を介して負極層１３ｂの中心部に移動させることができる。これにより、負極層１３ｂの面内（Ｙ−Ｚ平面内）において、電解液に含まれるリチウムイオンの濃度のバラツキを抑制することができる。

次に、本実施例における変形例２について、図１３を用いて説明する。以下、本実施例と異なる点について説明する。

本実施例及び変形例１では、負極素子１３の両端に位置する第１の収容部１３ｄ１を、Ｙ方向に延びる第２の収容部１３ｄ２を介して互いに接続している。一方、本変形例では、負極素子１３の両端に位置する第１の収容部１３ｄ１のそれぞれに対して、Ｙ方向に延びる第２の収容部１３ｄ２を接続している。

具体的には、負極素子１３の一端に位置する第１の収容部１３ｄ１に接続された第２の収容部１３ｄ２は、重力が作用する方向であって、負極層１３ｂの中心部に向かって延びている。また、負極素子１３の他端に位置する第１の収容部１３ｄ１に接続された第２の収容部１３ｄ２は、重力が作用する方向であって、負極層１３ｂの中心部に向かって延びている。ここで、Ｘ−Ｙ平面内に位置する２つの第２の収容部１３ｄ２は、互いに接続されていない。

図１３に示す構成でも、第１の収容部１３ｄ１に収容された電解液を、第２の収容部１３ｄ２を介して負極層１３ｂの中心部に戻すことができる。これにより、負極層１３ｂの面内（Ｙ−Ｚ平面内）において、電解液に含まれるリチウムイオンの濃度のバラツキを抑制することができる。

なお、本実施例及び変形例では、第２の収容部１３ｄ２を、第１の収容部１３ｄ１に対して重力が作用する方向に傾斜させているが、これに限るものではない。すなわち、第１の収容部１３ｄ１が延びる方向に対して略直交する方向に延びるように、第２の収容部１３ｄ２を設けることもできる。この構成であっても、第１の収容部１３ｄ１に収容された電解液を、負極層１３ｂの中心部に向かって戻すことができる。

本発明の実施例１であるリチウムイオン電池の内部構成を示す図である。 実施例１であるリチウムイオン電池の内部構成を示す断面図である。 実施例１における発電要素の構成を示す概略図である。 実施例１において、巻かれた状態の負極素子における一部の構成を示す図である。 実施例１において、負極素子の断面を示す図である。 実施例１において、負極素子を巻く前の状態を示す図である。 実施例１の変形例である負極素子の断面を示す図である。 積層構造の発電要素を示す外観斜視図である。 本発明の実施例２において、巻かれた状態の負極素子における一部の構成を示す図である。 実施例２において、負極素子の断面を示す図である。 実施例２において、負極素子を巻く前の状態を示す図である。 実施例２の変形例１において、巻かれた状態の負極素子における一部の構成を示す図である。 実施例２の変形例２において、巻かれた状態の負極素子における一部の構成を示す図である。 リチウムイオン電池における充放電を説明するための図である。 負極層から電解液が漏れる状態を説明するための図である。

符号の説明

１：リチウムイオン電池 １０：電池ケース １１：発電要素
１２：正極素子 １２ｂ：正極層 １３：負極素子
１３ｂ：負極層 １２ａ，１３ａ：集電板
１３ｄ，１３ｄ１，１３ｄ２：収容部 １４：セパレータ
２０：電解液（余剰液） ２１：正極端子 ２２：負極端子

Claims (9)

1. 集電板上に形成された正極層を含む正極素子と、
   集電板上に形成された負極層を含む負極素子と、
   前記正極層及び前記負極層の間に配置され、電解液を含むセパレータと、を有し、
   前記負極素子は、前記負極層の変形によって前記負極層の外部に向かって移動する電解液を収容し、この電解液を前記負極素子内に保持させておくための収容部を有することを特徴とするリチウムイオン電池。
2. 前記収容部は、前記負極層の表面に形成された凹部であることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池。
3. 前記収容部は、前記負極素子の集電板上において、前記負極層が形成されていない領域であることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池。
4. 前記収容部は、前記負極素子の端部に沿って延びていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のリチウムイオン電池。
5. 前記収容部は、前記負極素子の端部に沿って延びる第１の領域と、前記第１の領域と接続され、前記負極素子の中心部に向かって延びる第２の領域とを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のリチウムイオン電池。
6. 前記第２の領域は、重力が作用する方向に延びていることを特徴とする請求項５に記載のリチウムイオン電池。
7. 前記第１の領域は、前記負極素子の両端部に沿って延びており、
   前記第２の領域は、前記負極素子の両端部に位置する前記第１の領域に接続され、重力が作用する方向に向かって凸となる軌跡に沿って配置されていることを特徴とする請求項５に記載のリチウムイオン電池。
8. 前記負極層は、前記リチウムイオン電池を狭持するための外力を受けることによって変形することを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載のリチウムイオン電池。
9. 前記正極素子、前記負極素子及び前記セパレータからなる発電要素を収容するケースを有しており、
   前記ケースは、前記発電要素の周囲に位置する領域において、電解液を収容していることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載のリチウムイオン電池。
   

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