JP2015115293A - 電池および組電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】巻回電極体と外装材とを備える小型の電池を提供する。
【解決手段】電池は、中心に中空部を有する略円柱状の巻回電極体と、巻回電極体を外装する、可撓性を有する外装材とを備え、中空部の幅が、２．５ｍｍ以下である電池である。
【選択図】図１

Description

本技術は、電池および組電池に関する。詳しくは、巻回電極体と外装材とを備える電池およびそれを備える組電池に関する。
近年、携帯電話、携帯オーディオプレイヤー、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの携帯機器の小型化や軽量化は著しく向上している。その技術向上の一端を担っているのは、搭載される電池の小型化である。
小型の電池としては、成型自由度の高いフィルム状外装材に扁平状巻回型電極体を収容したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなフィルム状外装材を用いることで、多様化するポータブル電子機器に合わせた電池設計が可能となる。近年では、このような外装材を用いた電池の小型化が望まれている。
特開２０００−１３３２１５号公報
したがって、本技術の目的は、巻回電極体と外装材とを備える小型の電池およびそれを備える組電池を提供することにある。
上述の課題を解決するために、第１の技術は、
中心に中空部を有する略円柱状の巻回電極体と、
巻回電極体を外装する、可撓性を有する外装材と
を備え、
中空部の幅が、２．５ｍｍ以下である電池とする。
第２の技術は、
並列および直列の少なくとも一方で電気的に接続された複数の電池を備え、
電池は、
中心に中空部を有する円柱状の巻回電極体と、
巻回電極体を外装する、可撓性を有する外装材と
を備え、
中空部の幅が、２．５ｍｍ以下である組電池とする。
以上説明したように、本技術によれば、巻回電極体と外装材とを備える電池を小型化することができる。
図１Ａは、本技術の第１の実施形態に係る電池の外観の一例を示す斜視図である。図１Ｂは、本技術の第１の実施形態に係る電池の構成の一例を示す分解斜視図である。 図２Ａは、巻回電極体の一方の端部に設けられた正極リードの一形状例を示す斜視図である。図２Ｂは、巻回電極体の他方の端部に設けられた負極リードの一形状例を示す斜視図である。 図３Ａは、本技術の第１の実施形態に係る電池の形状の一例を示す上面図である。図３Ｂは、図３ＡのＩ−Ｉ線に沿った断面構造の一例を示す断面図である。図３Ｃは、図３ＡのII−II線に沿った断面構造の一例を示す断面図である。 図４は、第１、第２の外装材の構成の一例を示す断面図である。 図５Ａは、巻回電極体の形状の一例を示す上面図である。図５Ｂは、図５Ａに示した巻回電極体の断面構造の一例を拡大して表す断面図である。 図６Ａは、図５ＡのＩ−Ｉ線に沿った断面構造の一例を示す断面図である。図６Ｂは、図５ＡのII−II線に沿った断面構造の一例を示す断面図である。 図７は、図５ＡのIII−III線に沿った断面構造の一例を示す断面図である。 図８Ａは、巻き解かれた状態の正極の構成の一例を示す平面図である。図８Ｂは、図８ＡのＩ−Ｉ線に沿った断面構造の一例を示す断面図である。 図９Ａは、保護層が設けられた正極の構成の一例を示す平面図である。図９Ｂは、図９ＡのＩ−Ｉ線に沿った断面構造の一例を示す断面図である。図９Ｃは、保護層が設けられた正極の構成の他の例を示す断面図である。 図１０Ａは、巻き解かれた状態の負極の構成の一例を示す平面図である。図１０Ｂは、図１０ＡのＩ−Ｉ線に沿った断面構造の一例を示す断面図である。 図１１Ａ〜図１１Ｄは、本技術の第１の実施形態に係る電池の製造方法の一例を説明するための工程図である。 図１２Ａ、図１２Ｂは、本技術の第１の実施形態に係る電池の製造方法の一例を説明するための工程図である。 図１３Ａは、本技術の第１の実施形態の第１の変形例に係る電池の外観の一例を示す斜視図である。図１３Ｂは、図１３ＡのＩ−Ｉ線に沿った断面構造の一例を示す断面図である。図１３Ｃは、図１３ＡのII−II線に沿った断面構造の一例を示す断面図である。 図１４Ａは、本技術の第１の実施形態の第２の変形例に係る電池の構成の一例を示す分解斜視図である。図１４Ｂは、本技術の第１の実施形態の第２の変形例に係る電池の構成の一例を示す断面図である。 図１５は、本技術の第１の実施形態の第３の変形例に係る電池の構成の一例を示す断面図である。 図１６Ａは、本技術の第１の実施形態の第４の変形例に係る電池の外観の第１の例を示す斜視図である。図１６Ｂは、本技術の第１の実施形態の第４の変形例に係る電池の構成の第１の例を示す分解斜視図である。 図１７Ａは、本技術の第１の実施形態の第４の変形例に係る電池の外観の第２の例を示す斜視図である。図１７Ｂは、本技術の第１の実施形態の第４の変形例に係る電池の外観の第３の例を示す斜視図である。 図１８Ａは、本技術の第１の実施形態の第５の変形例に係る電池の外装材の構成の一例を示す平面図である。図１８Ｂは、図１８ＡのＩ−Ｉ線に沿った断面構造の一例を示す断面図である。 図１９Ａは、本技術の第１の実施形態の第５の変形例に係る電池の外装材の構成の他の例を示す平面図である。図１９Ｂは、図１９ＡのＩ−Ｉ線に沿った断面構造の一例を示す断面図である。 図２０Ａは、本技術の第２の実施形態に係る電子機器の構成の一例を示すブロック図である。図２１は、本技術の第２の実施形態の変形例に係る電子機器の構成の一例を示すブロック図である。
本技術の実施形態について以下の順序で説明する。
１．第１の実施形態（電池の例）
１．１ 電池の構成
１．２ 電池の製造方法
１．３ 効果
１．４ 変形例
２．第２の実施形態（組電池の例）
２．１ 電子機器の構成
２．２ 変形例
＜１．第１の実施形態＞
［１．１ 電池の構成］
図１Ａは、本技術の第１の実施形態に係る電池の外観の一例を示す。図１Ｂは、本技術の第１の実施形態に係る電池の構成の一例を示す。電池は、いわゆるリチウムイオン二次電池であり、中心に中空部を有する略円柱状の巻回電極体１と、巻回電極体１を外装する、可撓性を有する外装材２と、巻回電極体１の外周部に電気的に接続された正極リード３ａおよび負極リード４ａとを備える。外装材２は、略円柱状の空間部を有し、この空間部に巻回電極体１が収容されている。そして、空間部に収容された巻回電極体１の四方を囲むように、熱融着部などの接合部２３が設けられている。
以下、電池を構成する正極、負極リード３ａ、４ａ、外装材２および巻回電極体１について順次説明する。
（正極、負極リード）
正極リード３ａの一端は巻回電極体１の一方の端部の外周に電気的に接続され、正極リード３ａの他端は巻回電極体１の一方の端部から外装材２の外側に導出されている。外装材２は、巻回電極体１の一方の端部側において正極リード３ａを挟んで接合されている。一方、負極リード４ａの一端は巻回電極体１の他方の端部の外周に電気的に接続され、負極リード４ａの他端は巻回電極体１の他方の端部から外装材２の外側に導出されている。外装材２は、巻回電極体１の他方の端部側において負極リード４ａを挟んで接合されている。
図２Ａは、巻回電極体１の一方の端部に設けられた正極リード３ａの一形状例を示す。正極リード３ａは、巻回電極体１の一方の端面１Ｓａの中央にて、この端面１Ｓａに対して略垂直に屈曲されて、外装材２の外側に導出されている。正極リード３ａは、巻回電極体１に含まれる正極の最外周部に電気的に接続される接続部３１と、巻回電極体１の一方の端面１Ｓａに倣うように屈曲された屈曲部３２と、その端面１Ｓａに対して略垂直方向に導出された導出部３３とを有している。この導出部３３のうち外装材２に挟み込まれる部分には、熱融着シール材などのシーラント材３ｂが設けられている。これにより、外装材２から導出される正極リード３ａと外装材２の内側面との接着性を向上させることができる。
図２Ｂは、巻回電極体１の他方の端部に設けられた負極リード４ａの一形状例を示す。負極リード４ａは、巻回電極体１の他方の端面１Ｓｂの中央にて、この端面１Ｓｂに対して略垂直に屈曲されて、外装材２の外側に導出されている。負極リード４ａは、巻回電極体１に含まれる負極の最外周部に電気的に接続される接続部４１と、巻回電極体１の一方の端面１Ｓｂに倣うように屈曲された屈曲部４２と、その端面１Ｓｂに対して略垂直方向に導出された導出部４３とを有している。この導出部４３のうち外装材２に挟み込まれる部分には、熱融着シール材などのシーラント材４ｂが設けられている。これにより、外装材２から導出される負極リード４ａと外装材２の内側面との接着性を向上させることができる。
正極、負極リード３ａ、４ａは、例えば、アルミニウム、銅、ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料により構成されている。シーラント材３ｂ、４ｂはそれぞれ、正極リード３ａ、負極リード４ａに対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンまたは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されている。
正極、負極リード３ａ、４ａはそれぞれ、例えば、主面３Ｓ、４Ｓを有する薄板状または網目状などを有している。正極、負極リード３ａ、４ａの主面３Ｓ、４Ｓと、巻回電極体１の端面１Ｓａ、１Ｓｂおよび周面に対して略垂直に立設された状態にある接合部２３とが、略平行な関係にあることが好ましい。巻回電極体１の両端側における外装材２の接合が容易になるからである。
巻回電極体１をその端面１Ｓａまたは端面１Ｓｂに垂直な方向から見て、正極リード３ａの接続部３１と負極リード４ａの接続部４１とが、例えば、重なる位置に設けられていているか、もしくは巻回電極体１の周面上の対向する位置に設けられている。なお、図１Ｂでは、前者の例が示されている。
上述のように、接続部３１、４１が重なる位置に設けられていている場合には、接続部３１、４１が、巻回電極体１の周面上で重ならないように設けられていることが好ましい。より具体的には、正極、負極リード３ａ、４ａの接続部３１、４１の長さＬａ、Ｌｂはそれぞれ、巻回電極体１の長さ（高さ）Ｌの半分以下（（Ｌａ／２）、（Ｌｂ／２）≦Ｌ）であることが好ましい。接続部３１、４１の重なりによる巻回電極体１の変形を防ぎ、巻回電極体１の断面形状の真円度を向上することができるからである。ここで、巻回電極体１の長さＬ、および正極、負極リード３ａ、４ａの接続部の長さＬａ、Ｌｂとは、図２Ａ、図２Ｂに示すように、中心軸Ｏの方向の長さを意味する。
（外装材）
外装材２は、第１の外装材２１と、第２の外装材２２とを備える。第１、第２の外装材２１、２２は、例えば、可撓性を有する矩形状のフィルムからなる。フィルムとしては、ラミネートフィルムを用いることが好ましい。第１、第２の外装材２１、２２は、略同一の形状を有している。具体的には、第１の外装材２１は、一方の主面に設けられた略半円柱状の第１の空間部２１ａと、この第１の空間部２１ａの四方を囲むように設けられた周縁部２１ｂとを有する。一方、第２の外装材２２は、一方の主面に設けられた略半円柱状の第２の空間部２２ａと、この第２の空間部２２ａの四方を囲むように設けられた周縁部２２ｂとを有する。ここで、半円柱状とは、円柱を軸方向に２つに分割した形状、いわゆるシリンドリカル形状のことをいう。以下では、第１、第２の外装材２１、２２の両主面のうち、巻回電極体１が収容される側の主面、すなわち第１、第２の空間部２１ａ、２２ａが設けられた側の主面を収容面と適宜称する。
第１、第２の外装材２１、２２の収容面同士が対向するように両者を重ね合わせた状態において、それらの周縁部２１ｂ２２ｂが巻回電極体１の四方を囲むようにして熱融着部などにより接合されている。これにより、第１、第２の外装材２１、２２の間に略円柱状の空間部が形成されている。空間部には、上述したように略円柱状の巻回電極体１が収容される。空間部は、巻回電極体１と略同一の大きさを有していることが好ましい。巻回電極体１を外装材２に収容した状態において、両者の密着性を高めることができるからである。
図３Ａは、本技術の第１の実施形態に係る電池の形状の一例を示す。図３Ｂは、図３Ａに示したＩ−Ｉ線に沿った断面構造の一例を示す。図３Ｃは、図３Ａに示したII−II線に沿った断面構造の一例を示す。正極リード３ａは、巻回電極体１に含まれる正極の最外周部のうち、第１、第２の空間部２１ａ、２２ａのいずれかの底部に対向する位置に設けられている。一方、負極リード４ａは、巻回電極体１に含まれる負極の最外周部のうち、第１、第２の空間部２１ａ、２２ａのいずれかの底部に対向する位置に設けられている。
巻回電極体１の周囲に設けられた接合部２３は、巻回電極体１の両端側に設けられた短辺側接合部２４Ｗａ、２４Ｗｂと、巻回電極体１の周面側に設けられた周面側接合部２５Ｌａ、２５Ｌｂとを備える。周面側接合部２５Ｌａ、２５Ｌｂは、巻回電極体１の中心軸に対して対向な位置に設けられている。図１Ａ、図１Ｂ、図３Ａ〜図３Ｃでは、短辺側接合部２４Ｗａ、２４Ｗｂが端面１Ｓａ、１Ｓｂに対して略垂直に立設するとともに、周面側接合部２５Ｌａ、２５Ｌｂが周面に対してほぼ垂直に立設されている例が示されているが、短辺側接合部２４Ｗａ、２４Ｗｂ、および周面側接合部２５Ｌａ、２５Ｌｂの形状はこれに限定されるものではない。例えば、短辺側接合部２４Ｗａ、２４Ｗｂ、および周面側接合部２５Ｌａ、２５Ｌｂが屈曲や湾曲などして変形されていてもよい。正極、負極リード３ａ、４ａは、例えば、巻回電極体１の周面上のうち、短辺側接合部２４Ｗａ、２４Ｗｂが設けられている位置を基準として時計回りにまたは反時計周りに９０度の位置に設けられている。
図４は、第１、第２の外装材２１、２２の構成の一例を示す断面図である。第１、第２の外装材２１、２２は、例えば、防湿性および絶縁性を有するラミネートフィルムであり、第１の樹脂層である熱融着樹脂層５１、金属層５２、第２の樹脂層である表面保護層５３がこの順序で積層された積層構造体を有している。外装材２が、必要に応じて、熱融着樹脂層５１と金属層５２との間に接着層５４をさらに備えるようにしてもよい。また、金属層５２と表面保護層５３との間に接着層５５をさらに備えるようにしてもよい。なお、熱融着樹脂層５１側の面が、巻回電極体１を収容する側の収容面となる。
熱融着樹脂層５１の材料としては、熱や超音波で溶融可能な樹脂を用いることが好ましい。このような樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系樹脂が用いることが好ましく、例えば、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）が用いられる。第１、第２の外装材２１、２２に熱を加えて巻回電極体１の周縁を封止する場合には、この熱融着樹脂層５１が溶けて第１、第２の外装材２１、２２の周縁が接合される。
金属層５２は、水分、酸素および光などの進入を防ぎ、内容物である巻回電極体１を守る役割を担うものである。この金属層５２の材料としては、軽さ、伸び性、価格および加工のしやすさなどの点から、例えば、アルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム合金などからなる金属箔が用いられる。
表面保護層５３は、第１、第２の外装材２１、２２の表面を保護するためのものである。この表面保護層５３の材料としては、外観の美しさや強靱さや柔軟性などの点から、例えば、ナイロン（Ｎｙ）またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などが用いられる。
接着層５４、５５の材料としては、例えば、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂などの接着剤が用いられる。
なお、第１、第２の外装材２１、２２は、上述した構成を有するものに限定されるわけではない。例えば、第１、第２の外装材２１、２２として、上述の構成とは異なる構成を有するラミネートフィルム、ポリプロピレンなどの高分子フィルムまたは金属フィルムを用いるようにしてもよい。また、第１、第２の外装材２１、２２としては、外観の美しさの点から、有色層をさらに備えるもの、および／または、熱融着層５１、表面保護層５３、接着層５４および接着層５５のうちから選ばれる少なくとも一種の層に着色材を含むものを用いてもよい。より具体的には、表面保護層５３の表面に有色層をさらに備えるもの、金属層５２と表面保護層５３との間の接着層５４に着色剤を含むもの、表面保護層５４自体に着色剤を含むものなどを用いてもよい。
巻回電極体１の端面側における第１、第２の外装材２１、２２の厚さと、巻回電極体１の周面側における第１、第２の外装材２１、２２の厚さとが異なっていてもよい。より具体的には例えば、巻回電極体１の端面側における第１、第２の外装材２１、２２の厚さは、巻回電極体１の周面側における第１、第２の外装材２１、２２の厚さに比して薄くなっていてもよい。
第１、第２の外装材２１、２２が金属層を含む積層構造を有する場合には、巻回電極体１の端面側における金属層の厚さと、巻回電極体１の周面側における金属層の厚さとが異なっていてもよい。より具体的には例えば、巻回電極体１の端面側における金属層の厚さは、巻回電極体１の周面側における金属層の厚さに比して薄くなっていてもよい。
巻回電極体１の端面側における第１、第２の外装材２１、２２、およびそれに含まれる金属層の厚さは、例えば以下のようにして測定することができる。まず、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）加工により、第１、第２の外装材２１、２２の融着面に対して垂直方向で、かつ、巻回電極体１の中心軸を含むようにして第１、第２の外装材２１、２２の断面を切り出す。次に、この断面をＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）により観察し、巻回電極体１の端面側における第１、第２の外装材２１、２２、およびそれに含まれる金属層の厚さを求める。
巻回電極体１の周面側における第１、第２の外装材２１、２２、およびそれに含まれる金属層の厚さは、例えば以下のようにして測定することができる。まず、ＦＩＢ加工により、巻回電極体１の中心を含むようにして、巻回電極体１の中心軸に対して垂直な方向に第１、第２の外装材２１、２２の断面を切り出す。次に、この断面をＴＥＭにより観察し、巻回電極体１の周面側における第１、第２の外装材２１、２２、およびそれに含まれる金属層の厚さを求める。
（巻回電極体）
図５Ａは、巻回電極体１の形状の一例を示す。巻回電極体１の周面には、巻回電極体１の巻止をするための巻止部５ａ、５ｂが設けられている。巻止部５ａ、５ｂは、巻回電極体１の周面を１周以上覆っているとともに、巻回電極体１の周面のうちの少なくとも両端部を覆っていることが好ましい。充放電に伴う巻回電極体１の変形などを抑制することができるからである。巻止部５ａ、５ｂとしては、例えば矩形状のテープなどが用いられるが、これに限定されるものではない。図５Ａでは、２つの巻止部５ａ、５ｂにより巻回電極体１の周面の両端を巻止している例が示されているが、巻止部の数および巻止部の配置位置はこれに限定されるものではない。例えば、巻止部の数を１つまたは３つ以上としてもよい。また、巻止部の配置位置を巻回電極体１の周面の中央部としてもよい。また、巻回電極体１の周面に巻かれる巻止部５ａ、５ｂの巻数は、１周以上に限定されるものではなく、１周未満とすることもの可能である。
図５Ｂは、図５に示した巻回電極体１の断面構造の一例を拡大して表す。図６Ａは、図５ＡのＩ−Ｉ線に沿った断面構造の一例を示す。図６Ｂは、図５ＡのII−II線に沿った断面構造の一例を示す。巻回電極体１は、正極１１と、負極１２と、セパレータ１３と、電解質層１４とを備え、正極１１、負極１２およびセパレータ１３は、例えば、細長い矩形状を有している。巻回電極体１は、正極１１と負極１２とをセパレータ１３を介して、それらの長手方向に巻回した巻回構造を有している。巻回電極体１は、例えば、最内周電極および最外周電極の両方が負極１２となるように巻回されている。正極１１とセパレータ１３との間、および負極１２とセパレータ１３との間には、電解質層１４が設けられている。なお、図５Ａ、図５Ｂでは、正極１１、負極１２およびセパレータ１３の巻回構造の理解を容易とするために、電解質層１４の図示を省略している。
セパレータ１３は、負極１２を挟むようにして巻回電極体１の内周側において折り返されている。セパレータ１３の長手方向の両端は、巻回電極体１の外周を覆い、巻回電極体１の最外周に位置している。より具体的には、正極１１および負極１２が露出しないように、巻回電極体１の外周において、正極１１および負極１２の最外周を覆っている。セパレータ１３は、例えば正極１１または負極１２の端部より１周以上長く巻回されている。正極１１および負極１２の最外周にそれぞれ、正極リード３ａおよび負極リード４ａが設けられている。正極１１は、内周側において折返されたセパレータ１３の外側に配置されている。
巻回電極体１は、略円柱状を有し、その中心に中空部１ｈを有している。中空部１ｈの幅Ｄは、中空部１ｈに位置する最内周電極の内側面で形成される空間部の幅である。中空部１ｈの幅Ｄは、例えば２．５ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下、さらに好ましくは１．５ｍｍ以下である。ここで、中空部１ｈの幅Ｄとは、円柱状の巻回電極体１の中心軸に対して垂直な方向における中空部１ｈの幅を意味する。中空部１ｈの幅Ｄが方向によって異なる場合、中空部１ｈの幅のうち最大の値を有するものを中空部１ｈの幅Ｄと定義する。中空部１ｈは、例えば、略円柱状の空間である。中空部１ｈが略円柱状である場合には、中空部１ｈの幅Ｄは直径となる。
図７は、図５ＡのIII−III線に沿った断面構造の一例を示す。セパレータ１３の短手方向の幅Ｗｂは、正極１１および負極１２の短手方向の幅Ｗａよりも狭く、セパレータ１３の短手方向の両端は、正極１１および負極１２の短手方向の両端よりも外側に位置していることが好ましい。このような構成を採用する場合、セパレータ１３の短手方向の両端が、巻回電極体１の中心軸の方向に屈曲されていることが好ましい。正極１１および負極１２の短手方向の両端をセパレータ１３により覆うことで、安全性を向上することができるからである。また、上述の構成を採用する場合、セパレータ１３の短手方向の両端において、巻回電極体１の径方向に隣り合うセパレータ１３の端部同士が、融着などにより接合されるようにしてもよい。この場合、その接合部分が、巻回電極体１の中心軸の方向に屈曲されていてもよい。
図８Ａは、巻き解かれた状態の正極１１の構成の一例を示す。図８Ｂは、図８Ａに示したＩ−Ｉ線に沿った断面構造の一例を示す。正極１１は、例えば、正極集電体１１Ａと、正極集電体１１Ａの両面に設けられた正極活物質層１１Ｂとを備える。なお、図示はしないが、正極集電体１１Ａの片面のみに正極活物質層１１Ｂを設けるようにしてもよい。
正極１１の長手方向の一端が巻回電極体１の内周側となり、正極１１の長手方向の他端が巻回電極体１の外周側となる。外周側となる正極１１の他端には正極集電体露出部１１Ｃが設けられ、内周側となる正極１１の一端には正極集電体露出部１１Ｃが設けられず、正極活物質層１１Ｂが先端まで設けられている。正極集電体露出部１１Ｃは、例えば、正極１１の他端の両面に設けられている。その両面に設けられた正極集電体露出部１１Ｃのうち、外周側となる面の露出部には、正極リード３ａが設けられている。シーラント材３ｂは、正極集電体露出部１１Ｃとは重ならないように、正極１１の長辺から離して設けられていることが好ましい。
図９Ａ、図９Ｂに示すように、正極リード３ａが電気的に接続された正極集電体露出部１１Ｃを覆う保護層１５をさらに設けることが好ましい。また、図９Ｃに示すように、保護層１５により正極活物質層１１Ｂの端部を覆うことが好ましい。保護層１５としては、例えば保護テープなどが用いられる。
図１０Ａは、巻き解かれた状態の負極１２の構成の一例を示す。図１０Ｂは、図１０Ａに示したＩ−Ｉ線に沿った断面構造の一例を示す。負極１２は、例えば、負極集電体１２Ａと、負極集電体１２Ａの両面に設けられた負極活物質層１２Ｂとを備える。なお、図示はしないが、負極集電体１２Ａの片面のみに負極活物質層１２Ｂを設けるようにしてもよい。
負極１２の長手方向の一端が巻回電極体１の内周側となり、負極１２の長手方向の他端が巻回電極体１の外周側となる。外周側となる負極１２の他端には正極集電体露出部１２Ｃが設けられ、内周側となる負極１２の一端には正極集電体露出部１２Ｃが設けられず、負極活物質層１２Ｂが先端まで設けられている。負極集電体露出部１２Ｃは、例えば、負極１２の他端の両面に設けられている。その両面に設けられた負極集電体露出部１２Ｃのうち、外周側となる面の露出部には、負極リード４ａが設けられている。負極集電体露出部１２Ｃにも、正極集電体露出部１１Ｃと同様に保護層をさらに設けることが好ましい。シーラント材４ｂは、負極集電体露出部１２Ｃとは重ならないように、負極１２の長辺から離して設けられていることが好ましい。
上述したように、正極１１、負極１２それぞれの最外周に正極リード３ａ、負極リード４ａを設けることで、巻回電極体１のサイズを小型化することができる。また、正極集電体露出部１１Ｃ、負極集電体露出部１２Ｃをそれぞれ正極１１、負極１２の最外周側の端部にのみ設けることで、巻回電極体１のサイズをさらに小型化することができる。
巻回電極体１の長手方向において正極活物質層１１Ｂおよび負極活物質層１２Ｂの先端位置が、巻回電極体１の径方向に対して一致していてもよい。また、正極１１および負極１２の短手方向において、正極活物質層１１Ｂおよび負極活物質層１２Ｂの先端位置が、巻回電極体１の径方向に対して一致していてもよい。
正極１１および負極１２は、薄型電極であることが好ましい。これにより、正極活物質層１１Ｂと負極活物質層１２Ｂのエッジ位置が、巻回電極体１の径方向で揃っている場合であっても、優れた安全性が得られるからである。正極１１の厚さは、好ましくは１５０μｍ以下、より好ましくは１２０μｍ以下、更に好ましくは６０μｍ以上１１０μｍ以下である。負極１２の厚さは、好ましくは１５０μｍ以下、より好ましくは１２０μｍ以下、更に好ましくは６０μｍ以上１１０μｍ以下である。
正極集電体１１Ａは、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。正極活物質層１１Ｂは、例えば、正極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料の１種または２種以上を含んでおり、必要に応じてグラファイトなどの導電剤およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んで構成されている。
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、リチウム酸化物、リチウムリン酸化物、リチウム硫化物あるいはリチウムを含む層間化合物などのリチウム含有化合物が適当であり、これらの２種以上を混合して用いてもよい。エネルギー密度を高くするには、リチウムと遷移金属元素と酸素（Ｏ）とを含むリチウム含有化合物が好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、式（Ａ）に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、式（Ｂ）に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩などが挙げられる。リチウム含有化合物としては、遷移金属元素として、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）および鉄（Ｆｅ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものであればより好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、式（Ｃ）、式（Ｄ）もしくは式（Ｅ）に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、式（Ｆ）に示したスピネル型の構造を有するリチウム複合酸化物、または式（Ｇ）に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩などが挙げられ、具体的には、ＬｉＮｉ0.50Ｃｏ0.20Ｍｎ0.30Ｏ2、ＬｉaＣｏＯ2（ａ≒１）、ＬｉbＮｉＯ2（ｂ≒１）、Ｌｉc1Ｎｉc2Ｃｏ1-c2Ｏ2（ｃ１≒１，０＜ｃ２＜１）、ＬｉdＭｎ2Ｏ4（ｄ≒１）あるいはＬｉeＦｅＰＯ4（ｅ≒１）などがある。
ＬｉpＮｉ(1-q-r)ＭｎqＭ１rＯ(2-y)Ｘz ・・・（Ａ）
（但し、式（Ａ）中、Ｍ１は、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）を除く２族〜１５族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。Ｘは、酸素（Ｏ）以外の１６族元素および１７族元素のうち少なくとも１種を示す。ｐ、ｑ、ｙ、ｚは、０≦ｐ≦１．５、０≦ｑ≦１．０、０≦ｒ≦１．０、−０．１０≦ｙ≦０．２０、０≦ｚ≦０．２の範囲内の値である。）
ＬｉaＭ２bＰＯ4 ・・・（Ｂ）
（但し、式（Ｂ）中、Ｍ２は、２族〜１５族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。ａ、ｂは、０≦ａ≦２．０、０．５≦ｂ≦２．０の範囲内の値である。）
ＬｉfＭｎ(1-g-h)ＮｉgＭ３hＯ(2-j)Ｆk ・・・（Ｃ）
（但し、式（Ｃ）中、Ｍ３は、コバルト（Ｃｏ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｆ、ｇ、ｈ、ｊおよびｋは、０．８≦ｆ≦１．２、０＜ｇ＜０．５、０≦ｈ≦０．５、ｇ＋ｈ＜１、−０．１≦ｊ≦０．２、０≦ｋ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｆの値は完全放電状態における値を表している。）
ＬｉmＮｉ(1-n)Ｍ４nＯ(2-p)Ｆq ・・・（Ｄ）
（但し、式（Ｄ）中、Ｍ４は、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｍ、ｎ、ｐおよびｑは、０．８≦ｍ≦１．２、０．００５≦ｎ≦０．５、−０．１≦ｐ≦０．２、０≦ｑ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｍの値は完全放電状態における値を表している。）
ＬｉrＣｏ(1-s)Ｍ５sＯ(2-t)Ｆu ・・・（Ｅ）
（但し、式（Ｅ）中、Ｍ５は、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｒ、ｓ、ｔおよびｕは、０．８≦ｒ≦１．２、０≦ｓ＜０．５、−０．１≦ｔ≦０．２、０≦ｕ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｒの値は完全放電状態における値を表している。）
ＬｉvＭｎ2-wＭ６wＯxＦy ・・・（Ｆ）
（但し、式（Ｆ）中、Ｍ６は、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｖ、ｗ、ｘおよびｙは、０．９≦ｖ≦１．１、０≦ｗ≦０．６、３．７≦ｘ≦４．１、０≦ｙ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｖの値は完全放電状態における値を表している。）
ＬｉzＭ７ＰＯ4 ・・・（Ｇ）
（但し、式（Ｇ）中、Ｍ７は、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、タングステン（Ｗ）およびジルコニウム（Ｚｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｚは、０．９≦ｚ≦１．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｚの値は完全放電状態における値を表している。）
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、これらの他にも、ＭｎＯ2、Ｖ2Ｏ5、Ｖ6Ｏ13、ＮｉＳ、ＭｏＳなどのリチウムを含まない無機化合物も挙げられる。
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料は、上記以外のものであってもよい。また、上記で例示した正極材料は、任意の組み合わせで２種以上混合されてもよい。
負極集電体１２Ａは、例えば、銅箔、ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。負極活物質層１２Ｂは、負極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか１種または２種以上を含んで構成されており、必要に応じて正極活物質層１１Ｂと同様の結着剤を含んで構成されている。
なお、この電池では、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の電気化学当量が、正極１１の電気化学当量よりも大きくなっており、充電の途中において負極１２にリチウム金属が析出しないようになっている。
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維あるいは活性炭などの炭素材料が挙げられる。黒鉛としては、球形化処理などを施した天然黒鉛、略球状の人造黒鉛を用いることが好ましい。人造黒鉛としては、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）を黒鉛化した人造黒鉛、またはコークス原料を黒鉛化、粉砕した人造黒鉛が好ましい。コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスあるいは石油コークスなどがある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素または易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。また、高分子材料としてはポリアセチレンあるいはポリピロールなどがある。これら炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができ好ましい。また、難黒鉛化性炭素は、優れた特性が得られるので好ましい。更にまた、充放電電位が低いもの、具体的には充放電電位がリチウム金属に近いものが、電池の高エネルギー密度化を容易に実現することができるので好ましい。
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、リチウムを吸蔵および放出することが可能であり、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を構成元素として含む材料も挙げられる。ここでは、このような負極材料を含む負極１２を合金系負極と称する。このような材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるからである。特に、炭素材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるのでより好ましい。この負極材料は金属元素あるいは半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、またこれらの１種または２種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本技術において、合金には２種以上の金属元素からなるものに加えて、１種以上の金属元素と１種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体、共晶（共融混合物）、金属間化合物あるいはそれらのうちの２種以上が共存するものがある。
この負極材料を構成する金属元素あるいは半金属元素としては、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、カドミウム（Ｃｄ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、パラジウム（Ｐｄ）あるいは白金（Ｐｔ）が挙げられる。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。
中でも、この負極材料としては、短周期型周期表における４Ｂ族の金属元素あるいは半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、特に好ましいのはケイ素（Ｓｉ）およびスズ（Ｓｎ）の少なくとも一方を構成元素として含むものである。ケイ素（Ｓｉ）およびスズ（Ｓｎ）は、リチウム（Ｌｉ）を吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。
スズ（Ｓｎ）の合金としては、例えば、スズ（Ｓｎ）以外の第２の構成元素として、ケイ素（Ｓｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、およびクロム（Ｃｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。ケイ素（Ｓｉ）の合金としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）以外の第２の構成元素として、スズ（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）およびクロム（Ｃｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。
スズ（Ｓｎ）の化合物あるいはケイ素（Ｓｉ）の化合物としては、例えば、酸素（Ｏ）あるいは炭素（Ｃ）を含むものが挙げられ、スズ（Ｓｎ）またはケイ素（Ｓｉ）に加えて、上述した第２の構成元素を含んでいてもよい。
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、更に、他の金属化合物あるいは高分子材料が挙げられる。他の金属化合物としては、ＭｎＯ2、Ｖ2Ｏ5、Ｖ6Ｏ13などの酸化物、ＮｉＳ、ＭｏＳなどの硫化物、あるいはＬｉＮ3などのリチウム窒化物が挙げられ、高分子材料としてはポリアセチレン、ポリアニリンあるいはポリピロールなどが挙げられる。
セパレータ１３は、正極１１と負極１２とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータ１３は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどよりなる合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多孔質膜により構成されており、これらの２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリオレフィン製の多孔質膜は短絡防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるので好ましい。特にポリエチレンは、１００℃以上１６０℃以下の範囲内においてシャットダウン効果を得ることができ、かつ電気化学的安定性にも優れているので、セパレータ１３を構成する材料として好ましい。また、ポリプロピレンも好ましく、他にも、化学的安定性を備えた樹脂であればポリエチレンあるいはポリプロピレンと共重合させたり、またはブレンド化することで用いることができる。
電解質層１４は、非水電解液と、この非水電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、高分子化合物は非水電解液により膨潤されている。高分子化合物の含有比率は適宜調整可能である。特にゲル状の電解質とする場合には、高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。
非水電解液は、例えば、溶媒と電解質塩とを含んでいる。溶媒としては、例えば、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ビニレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、３−メトキシプロピロニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルフォルムアミド、Ｎ−メチルピロリジノン、Ｎ−メチルオキサゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシド、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、エチレンスルフィト、およびビストリフルオロメチルスルホニルイミドトリメチルヘキシルアンモニウムなどの常温溶融塩が挙げられる。中でも、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ビニレン、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルおよびエチレンスルフィトからなる群のうちの少なくとも１種を混合して用いるようにすれば、優れた充放電容量特性および充放電サイクル特性を得ることができるので好ましい。電解質層１４が、電池特性を向上するために、公知の添加剤を含んでいてもよい。
電解質塩は、１種または２種以上の材料を混合して含んでいてもよい。電解質塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、ビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミドリチウム（Ｌｉ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）２Ｎ）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ化ヒ酸リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＳＯ3ＣＦ3）、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウム（Ｌｉ（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ）、トリス（トリフルオロメタンスルホニル）メチルリチウム（ＬｉＣ（ＳＯ2ＣＦ3）3）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）および臭化リチウム（ＬｉＢｒ）が挙げられる。
高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレンまたはポリカーボネートが挙げられる。特に電気化学的な安定性の点からはポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレンあるいはポリエチレンオキサイドが好ましい。
［１．２ 電池の製造方法］
以下、図８Ａ、図８Ｂ、図１０Ａ〜図１２Ｂを参照して、本技術の第１の実施形態に係る電池の製造方法の一例について説明する。
まず、例えば、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーを作製する。次に、この正極合剤スラリーを正極集電体１１Ａに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機などにより圧縮成型することにより正極活物質層１１Ｂを形成し、正極１１を形成する。
また、例えば、負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーを作製する。次に、この負極合剤スラリーを負極集電体１２Ａに塗布し溶剤を乾燥させ、ロールプレス機などにより圧縮成型することにより負極活物質層１２Ｂを形成し、負極１２を作製する。
次に、正極１１および負極１２のそれぞれに、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させて電解質層１４を形成する。次に、図８Ａ、図８Ｂに示すように、正極１１の正極集電体露出部１１Ｃに対して正極リード３ａを電気的に接続する。次に、図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、負極リード４ａを、負極１２の負極集電体露出部１２Ｃに対して負極リード４ａを電気的に接続する。接続の方法としては、例えば、超音波溶接、抵抗溶接、半田付けなどが挙げられるが、熱による接続部のダメージを考慮すると、超音波溶、抵抗溶接などの熱影響の少ない方法を用いることが好ましい。
次に、図１１Ａに示すように、セパレータ１３の長手方向の略中央位置を、巻芯１０１の隙間１０１ａに差し込み、巻芯１０１により挟み込む。次に、図１１Ｂに示すように、矢印１０２ａに示す方向に巻芯１０１を回転させて、巻芯１０１の周面にセパレータ１３を巻きつける。次に、矢印１０２ｂに示す方向から、略中央位置から折返されたセパレータ１３の間に、負極１２を供給する。これにより、巻芯１０１の回転に伴って負極１２がセパレータ１３の間に巻き込まれる。
次に、図１１Ｃに示すように、正極１１と負極１２とがセパレータ１３を介して重なりあるように、矢印１０２ｃに示す方向から、セパレータ１３の間に正極１１を供給する。これにより、巻芯１０１の回転に伴って正極１１がセパレータ１３の間に巻き込まれる。この際、正極１１と負極１２との長手方向の先端位置が、一致するように正極１１の供給位置を調整することが好ましい。次に、図１１Ｄに示すように、巻芯１０１の回転を持続することにより、正極１１、負極１２およびセパレータ１３を所定回数巻回する。これにより、巻回電極体１が得られる。
次に、図１２Ａに示すように、第１の外装材２１の第１の空間部２１ａと第２の外装材２２の第２の空間部２２ａとに巻回電極体１を収容するようにして、第１の外装材２１と第２の外装材２２との収容面同士を重ねあわせる。次に、図１２Ｂに示すように、第１の外装材２１の周縁部２１ｂと第２の外装材２２の周縁部２２ｂとを、熱融着などにより接合する。これにより、巻回電極体１の周囲に接合部２３が形成されて、巻回電極体１が第１の外装材２１と第２の外装材２２とにより封止される。以上により、目的とする電池が得られる。
［１．３ 効果］
第１の実施形態に係る電池では、中空部１ｈの幅が２ｍｍ以下である巻回電極体１を、可撓性を有するフィルム状の外装材２に収容しているので、小型、かつ軽量の電池を実現することができる。また、電池は正極、負極リード４ａ、４ｂを有しているので、電子機器などの回路に電池を容易に接続することができる。また、正極、負極リード３ａ、４ａをそれぞれ、巻回電極体１に含まれる正極１１、負極１２の最外周に取り付けた場合には、巻回電極体１をさらに小型化することができる。
［１．４ 変形例］
（変形例１）
図１３Ａは、本技術の第１の実施形態の第１の変形例に係る電池の外観の一例を示す。図１３Ｂは、図１３ＡのＩ−Ｉ線に沿った断面構造の一例を示す。図１３Ｃは、図１３ＡのII−II線に沿った断面構造の一例を示す。巻回電極体１の周面側に設けられた周面側接合部２５Ｌａ、２５Ｌｂを、巻回電極体１の周面に倣うように屈曲するようにしてもよい。この場合、巻回電極体１の中心軸に対して垂直な電池の断面形状は、略円形状となる。したがって、電池を更に小型化することができる。
正極、負極リード３ａ、４ａの両方が、巻回電極体１の周面のうち、第１の空間部２１ａに収容される半周面、および第２の空間部２２ａに収容される半周面のいずれかの側に設けられていることが好ましい。この場合、周面側接合部２５Ｌａ、２５Ｌｂは、正極、負極リード３ａ、４ａが設けられているのとは反対側の半周面に倣うように設けられていることが好ましい。より具体的には、周面側接合部２５Ｌａ、２５Ｌｂは、正極、負極リード３ａ、４ａが設けられているのとは反対側の半周面の稜線の方向に向けて、その周面に倣うように屈曲されていることが好ましい。電池の断面形状の真円度を向上できるからである。ここで、半周面とは、巻回電極体１の周面をその軸方向に２つに分割した面のことをいう。
（変形例２）
図１４Ａ、図１４Ｂは、本技術の第１の実施形態の第２の変形例に係る電池の構成の一例を示す。この第２の変形例２に係る電池は、正極、負極リード３ａ、４ａの両方が、巻回電極体１の一方の端部から外装材２の外側に導出されている点において、第１の実施形態に係る電池とは異なっている。変形例２において、第１の実施形態と同様の箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
外装材６０は、一端が開放された略円柱状の空間部を有し、その空間部に巻回電極体１が収容されている。その空間部の開放端部には、蓋体として外装材２６が設けられ、外装材６０が封止されている。外装材２６と外装材６０とは、巻回電極体１の一方の端部側において正極、負極リード３ａ、４ａを挟んで接合されている。正極、負極リード３ａ、４ａの外装材２６、６０に挟まれる部分には、シーラント材３ｂ，４ｂを設けることが好ましい。外装材２６、６０としては、上述の第１の実施形態における外装材２と同様のラミネートフィルムを用いることができる。正極、負極リード３ａ、４ａは、巻回電極体１の最外周のうち、巻回電極体１の周面側に設けられた接合部と重ならない位置に設けることが好ましい。正極、負極リード３ａ、４ａは、例えば、巻回電極体１の中心軸に対して対称の位置に設けられる。
外装材６０は、第１の外装材６１と、第２の外装材６２とを備える。第１の外装材６１は、一方の主面に設けられた第１の空間部６１ａと、第１の空間部６１ａの周縁に設けられた周縁部６１ｂとを有する。第２の外装材６２は、一方の主面に設けられた第２の空間部６２ａと、第１の空間部６２ａの周縁に設けられた周縁部６２ｂとを有する。第１、第２の空間部６１ａ、６２ａは、略半円柱状を有し、その一方の端部は開放されている。周縁部６１ｂ、６２ｂはそれぞれ、コの字状を有し、第１、第２の空間部６１ａ、６２ａを三方から囲むように設けられている。蓋体としての外装材２６は、ほぼ円形状の形状を有し、その周縁部には、外装材６０と接合されるための接合部が立設されている。
（変形例３）
図１５は、本技術の第１の実施形態の第３の変形例に係る電池の構成の一例を示す断面図である。第１の実施形態において、正極、負極リード３ａ、４ａを巻回電極体１の一方の端部から外装材２の外側に導出するようにしてもよい。この場合、第１の外装材２１、２２は、巻回電極体１の一方の端部側において正極、負極リード３ａ、４ａを挟んで接合される。導出される正極、負極リード３ａ、４ａの間には、両者の電気的接触を防ぐために、絶縁部材７１が設けられている。絶縁部材としては、例えば、絶縁性の粘着シートなどが用いられる。正極、負極リード３ａ、４ａの第１、第２の外装材２１、２２により挟まれる部分には、シーラント材３ｂ、４ｂを設けることが好ましい。
（変形例４）
図１６Ａ〜図１７Ｂを参照して、本技術の第１の実施形態の第４の変形例に係る電池の一例について説明する。上述の第１の実施形態では、巻回電極体１の両端、すなわち外装材２の短辺側の接合部から正極、負極リード３ａ、４ａを外装材２の外側に導出する例を示したが、正極、負極リード３ａ、４ａの導出方向はこの例に限定されるものではない。例えば、図１６Ａ、図１７Ａに示すように、外装材２の長辺側の接合部から正極、負極リード３ａ、４ａを導出するようにしてもよい。
図１６Ａでは、正極、負極リード３ａ、４ａが、異なる長辺側の接合部から外装材２の外側に導出された例が示されている。図１６Ｂでは、正極、負極リード３ａ、４ａが、同一の長辺側の接合部から外装材２の外側に導出された例が示されている。このような構成を採用する場合、図１６Ｂに示すように、正極、負極リード３ａ、４ａの一端は、巻回電極体１の周面にならうように電気的に接続され、他端は、巻回電極体１の周面に略垂直な方向に立設されて外装材２の外側へと導出される。
また、図１７Ｂに示すように、正極、負極リード３ａ、４ａのうちの一方の電極を外装材２の短辺側の接合部から外装材２の外側に導出し、他方の電極を外装材２の長辺側の接合部から外装材２の外側に導出するようにしてもよい。
（変形例５）
図１８Ａは、本技術の第１の実施形態の第５の変形例に係る電池の外装材の構成の一例を示す。図１８Ｂは、図１８ＡのＩ−Ｉ線に沿った断面構造の一例を示す。第５の変形例に係る電池は、第１、第２の空間部２１ａ、２２ａを１枚の外装材８１に設けている点において、第１の実施形態に係る電池とは異なっている。外装材８１は細長い矩形状を有し、その中央には、外装材８１を長手方向に折り返すための折り返し部８１ａが設けられている。折り返し部８１ａには、例えば外装材８１の短手方向に延設された切り込みなどが設けられている。折り返される外装材８１の一方の収容面には第１の空間部２１ａが設けられ、他方の収容面には第２の空間部２２ａが設けられている。なお、図１８Ａ、図１８Ｂでは、第１、第２の空間部２１ａ、２２ａが長手方向にある程の距離離して設けられた例が示されているが、第１、第２の空間部２１ａ、２２ａが隣接して設けられるようにしてもよい。
また、図１９Ａ、図１９Ｂに示すように、第１、第２の空間部２１、２２が外装材８２に並列して設けられていてもよい。この場合、並列に並べられた第１、第２の空間部２１、２２の間に折り返し部８２ａが設けられる。折り返し部８２ａは、略半円柱状の第１、第２の空間部２１、２２の稜線方向に延設されている。
（変形例６）
第１の実施形態に係る電池は、次のようにして作製してもよい。まず、上述のようにして正極１１および負極１２を作製し、正極１１および負極１２に正極リード３ａおよび負極リード４ａを取り付ける。次に、正極１１と負極１２とをセパレータ１３を介して積層して巻回し、最外周部に保護テープを接着して、巻回電極体１の前駆体である巻回体を形成する。次に、この巻回体を外装材２に挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装材２の内部に収納する。次に、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を用意し、外装材２の内部に注入する。
次に、電解質用組成物を外装材２内に注入したのち、外装材２の開口部を真空雰囲気下で熱融着して密封する。次に、熱を加えてモノマーを重合させて高分子化合物とすることによりゲル状の電解質層１４を形成する。以上により、目的とする電池が得られる。
（変形例７）
第１の実施形態に係る電池は、次のようにして作製してもよい。この作製方法は、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ１３を用いることを除き、上記した変形例６と同様にして巻回電極体１を作製し、袋状の外装材２の内部に収納する。このセパレータ１３に塗布する高分子化合物は、例えば、フッ化ビニリデンを成分とする重合体（単独重合体、共重合体または多元共重合体）などである。具体的には、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを成分とする二元系共重合体、またはフッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンおよびクロロトリフルオロエチレンを成分とする三元系共重合体などである。なお、フッ化ビニリデンを成分とする重合体と一緒に、他の１種類または２種類以上の高分子化合物を用いてもよい。次に、電解液を調製して外装材２の内部に注入したのち、熱融着法などを用いて外装材２の開口部を密封する。続いて、外装材２に加重をかけながら加熱して、高分子化合物を介してセパレータ１３を正極１１および負極１２に密着させる。これにより、電解液が高分子化合物に含浸するため、その高分子化合物がゲル化して電解質層１４が形成される。
（変形例８）
上述の第１の実施形態では、ゲル状の電解質を用いる例について説明したが、ゲル状の電解質に代えて、液系の電解質である電解液を用いるようにしてもよい。この場合、電池は例えば次のようにして作製される。まず、変形例６と同様にして、巻回電極体１の前駆体である巻回体を形成する。次に、この巻回体を外装材２に挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装材２の内部に収納する。次に、電解液を用意し、外装材２の内部に注入し、巻回体に電解液を含浸させたのち、外装材２の開口部を真空雰囲気下で熱融着して密封する。以上により、目的とする電池が得られる。
＜２．第２の実施形態＞
［２．１ 電子機器の構成］
図２０Ａは、本技術の第２の実施形態に係る電子機器の構成の一例を示すブロック図である。電子機器４００は、電子機器本体の電子回路４０１と、電池パック３００とを備える。電池パック３００は、電子回路４０１に対して電気的に接続されている。電子機器４００は、例えば、ユーザにより電池パック３００を着脱自在な構成を有している。なお、電子機器４００の構成はこれに限定されるものではなく、ユーザにより電池パック３００を電子機器４００から取り外しできないように、電池パック３００が電子機器４００内に内蔵されている構成を有していてもよい。
電池パック３００の充電時には、電池パック３００の正極端子３３１ａ、負極端子３３１ｂがそれぞれ、充電器（図示せず）の正極端子、負極端子に接続される。一方、電池パック３００の放電時（電子機器４００の使用時）には、電池パック３００の正極端子３３１ａ、負極端子３３１ｂがそれぞれ、電子回路４０１の正極端子、負極端子に接続される。
電子機器４００は、例えば、携帯型の電子機器である。電子機器４００がウェアラブルな電子機器であってもよい。
（電子回路）
電子回路４０１は、例えば、ＣＰＵ、周辺ロジック部、インターフェース部および記憶部などを備え、電子機器４００の全体を制御する。
（電池パック）
電池パック３００は、二次電池３０１と、充放電回路３０２とを備える。二次電池３０１としては、上述の第１の実施形態およびその変形例１〜８のいずれかの電池を用いることができる。
充電時には、充放電回路３０２は、二次電池３０１に対する充電を制御する。一方、放電時（すなわち電子機器４００の使用時）には、充放電回路３０２は、電子機器４００に対する放電を制御する。
［２．２ 変形例］
図２１Ｂは、本技術の第２の実施形態の変形例に係る電子機器の構成の一例を示すブロック図である。第２の実施形態において、組電池３１０を用いるようにしてもよい。組電池３１０は、複数の二次電池３０１を並列および直列の少なくとも一方で電気的に接続して構成されている。複数の二次電池３０１は、例えばｎ並列ｍ直列（ｎ、ｍは正の整数）に接続される。複数の二次電池３０１の電気的な接続には、例えば、正極、負極リード４ａ、４ｂが用いられる（例えば図１Ａ参照）。なお、図２０Ｂでは、６つの二次電池３０１が２並列３直列（２Ｐ３Ｓ）に接続された例が示されている。
以上、本技術の実施形態について具体的に説明したが、本技術は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本技術の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。
また、上述の実施形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本技術の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
また、本技術は以下の構成を採用することもできる。
（１）
中心に中空部を有する略円柱状の巻回電極体と、
上記巻回電極体を外装する、可撓性を有する外装材と
を備え、
上記中空部の幅が、２．５ｍｍ以下である電池。
（２）
上記巻回電極体の外周部に設けられた正極リードおよび負極リードをさらに備える（１）に記載の電池。
（３）
上記正極リードは、上記巻回電極体の一方の端部から上記外装材の外側に導出され、
上記負極リードは、上記巻回電極体の他方の端部から上記外装材の外側に導出されている（２）に記載の電池。
（４）
上記外装材は、上記巻回電極体の一方の端部側において上記正極リードを挟んで接合されるとともに、上記巻回電極体の他方の端部側において上記負極リードを挟んで接合されている（３）に記載の電池。
（５）
上記正極リードおよび上記負極リードの両方が、上記巻回電極体の一方の端部から上記外装材の外側に導出されている（２）に記載の電池。
（６）
上記外装材は、上記巻回電極体の一方の端部側において上記正極リードおよび上記負極リードを挟んで接合されている（５）に記載の電池。
（７）
上記外装材は、上記巻回電極体の周面側に設けられた第１の接合部および第２の接合部を備え、
上記正極リードおよび上記負極リードは、上記巻回電極体の周面のうち第１の半周面上に設けられ、
上記第１の接合部および上記第２の接合部は、上記巻回電極体の周面のうちの第２の半周面に倣うように設けられている（２）から（６）のいずれかに記載の電池。
（８）
上記正極リードおよび上記負極リードは、上記巻回電極体の端面の中央にて、該端面に対して略垂直に屈曲されて、上記外装材の外側に導出されている（２）から（７）のいずれかに記載の電池。
（９）
上記巻回電極体は、正極と、負極と、セパレータとを備え、
上記セパレータは、上記巻回電極体の内周側で折り返されている（１）から（８）のいずれかに記載の電池。
（１０）
上記外装材は、ラミネートフィルムである（１）から（９）のいずれかに記載の電池。
（１１）
上記外装材は、フィルム状を有している（１）から（９）のいずれかに記載の電池。
（１２）
上記巻回電極体の端面側における上記外装材の厚さと、上記巻回電極体の周面側における上記外装材の厚さとが異なっている（１）から（１１）のいずれかに記載の電池。
（１３）
上記外装材は、
略半円柱状の第１の空間部を有する第１の外装材と、
略半円柱状の第２の空間部を有する第２の外装材と
を備え、
上記第１の空間部と上記第２の空間部とにより略円柱状の空間部が構成され、該空間部に上記巻回電極体が設けられている（１）から（１２）のいずれかに記載の電池。
（１４）
上記正極リードおよび上記負極リードはそれぞれ、上記巻回電極体の外周部のうち、上記第１の空間部または上記第２の空間部の底部に対向する位置に設けられている（１３）に記載の電池。
（１５）
上記巻回電極体は、正極と、負極と、セパレータとを備え、
上記セパレータの幅方向の両端は、上記正極および上記負極の幅方向の両端よりも外側に位置している（１）から（１４）のいずれかに記載の電池。
（１６）
上記セパレータは、上記巻回電極体の端部において融着されている（１５）に記載の電池。
（１７）
上記巻回電極体は、正極と、負極とを備え、
上記正極および上記負極の厚さは、１５０μｍ以下である（１）から（１６）のいずれかに記載の電池。
（１８）
上記巻回電極体は、電解液と高分子化合物とを含む電解質を備える（１）から（１７）のいずれかに記載の電池。
（１９）
上記巻回電極体の周面を１周以上覆う巻止部をさらに備え、
上記巻止部は、上記巻回電極体の周面のうちの少なくとも両端部を覆っている（１）から（１８）のいずれかに記載の電池。
（２０）
（１）から（１９）のいずれかに記載の電池を備える組電池。
（２１）
（１）から（１９）のいずれかに記載の電池を備える電子機器。
１ 巻回電極体
２ 外装材
３ａ 正極リード
３ｂ 負極リード
４ａ、４ｂ シーラント材
５ａ、５ｂ 巻止部
１１ 正極
１１Ａ 正極集電体
１１Ｂ 正極活物質層
１１Ｃ 正極集電体露出部
１２ 負極
１２Ａ 負極集電体
１２Ｂ 負極活物質層
１２Ｃ 負極集電体露出部
１３ セパレータ
１４ 電解質層
１５ 保護層
２１ 第１の外装材
２１ａ 第１の空間部
２２ 第２の外装材
２２ａ 第２の空間部

Claims (20)

  1. 中心に中空部を有する略円柱状の巻回電極体と、
    上記巻回電極体を外装する、可撓性を有する外装材と
    を備え、
    上記中空部の幅が、２．５ｍｍ以下である電池。
  2. 上記巻回電極体の外周部に設けられた正極リードおよび負極リードをさらに備える請求項１に記載の電池。
  3. 上記正極リードは、上記巻回電極体の一方の端部から上記外装材の外側に導出され、
    上記負極リードは、上記巻回電極体の他方の端部から上記外装材の外側に導出されている請求項２に記載の電池。
  4. 上記外装材は、上記巻回電極体の一方の端部側において上記正極リードを挟んで接合されるとともに、上記巻回電極体の他方の端部側において上記負極リードを挟んで接合されている請求項３に記載の電池。
  5. 上記正極リードおよび上記負極リードの両方が、上記巻回電極体の一方の端部から上記外装材の外側に導出されている請求項２に記載の電池。
  6. 上記外装材は、上記巻回電極体の一方の端部側において上記正極リードおよび上記負極リードを挟んで接合されている請求項５に記載の電池。
  7. 上記外装材は、上記巻回電極体の周面側に設けられた第１の接合部および第２の接合部を備え、
    上記正極リードおよび上記負極リードは、上記巻回電極体の周面のうち第１の半周面側に設けられ、
    上記第１の接合部および上記第２の接合部は、上記巻回電極体の周面のうちの第２の半周面に倣うように設けられている請求項２に記載の電池。
  8. 上記正極リードおよび上記負極リードは、上記巻回電極体の端面の中央にて、該端面に対して略垂直に屈曲されて、上記外装材の外側に導出されている請求項２に記載の電池。
  9. 上記巻回電極体は、正極と、負極と、セパレータとを備え、
    上記セパレータは、上記巻回電極体の内周側で折り返されている請求項１に記載の電池。
  10. 上記外装材は、ラミネートフィルムである請求項１に記載の電池。
  11. 上記外装材は、フィルム状を有している請求項１に記載の電池。
  12. 上記巻回電極体の端面側における上記外装材の厚さと、上記巻回電極体の周面側における上記外装材の厚さとが異なっている請求項１に記載の電池。
  13. 上記外装材は、
    略半円柱状の第１の空間部を有する第１の外装材と、
    略半円柱状の第２の空間部を有する第２の外装材と
    を備え、
    上記第１の空間部と上記第２の空間部とにより略円柱状の空間部が構成され、該空間部に上記巻回電極体が設けられている請求項１に記載の電池。
  14. 上記正極リードおよび上記負極リードはそれぞれ、上記巻回電極体の外周部のうち、上記第１の空間部または上記第２の空間部の底部に対向する位置に設けられている請求項１３に記載の電池。
  15. 上記巻回電極体は、正極と、負極と、セパレータとを備え、
    上記セパレータの幅方向の両端は、上記正極および上記負極の幅方向の両端よりも外側に位置している請求項１に記載の電池。
  16. 上記セパレータは、上記巻回電極体の端部において融着されている請求項１５に記載の電池。
  17. 上記巻回電極体は、正極と、負極とを備え、
    上記正極および上記負極の厚さは、１５０μｍ以下である請求項１に記載の電池。
  18. 上記巻回電極体は、電解液と高分子化合物とを含む電解質を備える請求項１に記載の電池。
  19. 上記巻回電極体の周面を１周以上覆う巻止部をさらに備え、
    上記巻止部は、上記巻回電極体の周面のうちの少なくとも両端部を覆っている請求項１に記載の電池。
  20. 並列および直列の少なくとも一方で電気的に接続された複数の電池を備え、
    上記電池は、
    中心に中空部を有する円柱状の巻回電極体と、
    上記巻回電極体を外装する、可撓性を有する外装材と
    を備え、
    上記中空部の幅が、２．５ｍｍ以下である組電池。
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