JP2019145200A - 電池およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】異形状を有する外装体の内部に電解液を注液して、電極体の内部全体に電解液を浸透させるまでの時間を短くする。【解決手段】電池１００は、正極、負極、および正極と負極との間に配置されているセパレータを有する電極体と、電解液と、直方体および立方体以外の形状を有し、電極体および電解液を収容した外装体２０とを備える。正極、セパレータ、および負極の並ぶ方向は、外装体の最も広い内面と平行な方向である。外装体２０は、最も広い内面と垂直な方向であって、最も広い内面から最も遠い位置に、電解液を注液するための注液口３０を有する。外装体２０と電極体との間には、注液口３０から注液された電解液が外装体２０の最も広い内面へと流動可能な隙間が設けられている。【選択図】図１
Description
本発明は、電極体および電解液を外装体に収容してなる電池、およびその製造方法に関する。
セパレータを間に挟んだ正極および負極を有する電極体と、電解液とを外装体に収容した電池が知られている。このような電池には、外装体に注液口が設けられており、電池の製造時に、電極体を収容した外装体の注液口から電解液を注液する。注液口から注液された電解液は電極体の内部に少しずつ浸透していくが、内部に浸透していくのに時間がかかるため、電解液は複数回に分けて注液する必要がある。
特許文献１には、注液口を複数設けた電池が開示されている。注液口を複数設けることにより、いずれかの注液口から電解液を注液すると、他の注液口から外装体内の気体が排出されるので、排出された気体に相当する量の電解液をスムーズに外装体内に注入することができる。
ここで、電極体および電解液を収容する外装体の形状として、直方体や立方体の形状はよく知られている。特許文献１に開示されている外装体の形状も、角部が丸みを帯びているものの、略直方体の形状である。
しかしながら、外装体が直方体や立方体以外の形状（以下、「異形状」ともいう）を有するものである場合においては、注液口の位置によって電極体の内部全体に電解液を浸透させるのに要する時間が変動する。そのため、どの位置に注液口を設けるかによって電池の生産性が左右されることになるが、これまで、外装体の形状と注液口の最適な位置との関係については、必ずしも十分な知見が共有されておらず、効率のよい注液を行うことができにくい場合があった。
本発明は、異形状を有する外装体の内部に電解液を注液して、電極体の内部全体に電解液を浸透させるまでの時間を短くすることができる電池およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の電池は、正極、負極、および前記正極と前記負極との間に配置されているセパレータを有する電極体と、電解液と、直方体および立方体以外の形状を有し、前記電極体および前記電解液を収容した外装体と、を備え、前記正極、前記セパレータ、および前記負極の並ぶ方向は、前記外装体の最も広い内面と平行な方向であり、前記外装体は、前記最も広い内面と垂直な方向であって、前記最も広い内面から最も遠い位置に、前記電解液を注液するための注液口を有し、前記外装体と前記電極体との間に、前記注液口から注液された電解液が前記外装体の最も広い内面へと流動可能な隙間が設けられている、ことを特徴とする。
前記隙間を構成する前記外装体と前記電極体との間の距離は、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下としてもよい。
また、前記電極体は、前記正極および前記負極が前記セパレータを介して交互に複数積層された積層電極体であってもよい。
本発明の電池の製造方法は、直方体および立方体以外の形状を有する外装体の内部に、正極、負極、および前記正極と前記負極との間に配置されているセパレータを有する電極体と、電解液とが収容された構造を有する電池の製造方法であって、（ａ）前記外装体の最も広い内面と垂直な方向であって、前記最も広い内面から最も遠い位置に注液口が設けられている外装体に前記電極体が収容され、前記外装体と前記電極体との間に、前記注液口から注液された電解液が前記外装体の最も広い内面へと流動可能な隙間が設けられている電極体収容体を用意する工程と、（ｂ）前記注液口から前記外装体の内部に前記電解液を注液する工程と、（ｃ）注液を一旦停止して、注液された前記電解液を前記電極体の内部に浸透させる工程と、（ｄ）前記電極体の内部全体への前記電解液の浸透が終了するまで、前記（ｂ）の工程および前記（ｃ）の工程を繰り返す工程と、を備えていることを特徴とする。
本発明によれば、注液口から外装体の内部に注液された電解液は、外装体と電極体との間の隙間を通って外装体の最も広い内面に流動し、最も広い内面上に溜まっていく。そして、最も広い内面に溜まった電解液は、電極体の内部に少しずつ浸透していく。外装体の最も広い内面上に電解液が溜まるようにすることにより、単位時間あたりの電解液の内部浸透量を多くすることができるので、外装体が直方体および立方体以外の異形状を有するものである場合でも、電極体の内部全体に電解液を浸透させるための時間を確実に短くすることができる。
以下に本発明の実施形態を示して、本発明の特徴とするところをさらに具体的に説明する。以下では、本発明の電池として、リチウムイオン電池を例に挙げて説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態におけるリチウムイオン電池１００の外観形状を示す斜視図である。図２は、図１に示すリチウムイオン電池１００のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図３は、図１に示すリチウムイオン電池１００のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
図１は、第１の実施形態におけるリチウムイオン電池１００の外観形状を示す斜視図である。図２は、図１に示すリチウムイオン電池１００のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図３は、図１に示すリチウムイオン電池１００のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
リチウムイオン電池１００は、電極体１０と、電極体１０および非水電解液（不図示）を収容する外装体としての外装缶２０とを備える。
電極体１０は、図３に示すように、正極１１と負極１４とがセパレータ１７を介して交互に複数積層されることによって構成された積層電極体である。本明細書では、正極１１および負極１４が積層されている方向（ｙ軸方向）を積層方向と呼ぶ。
正極１１は、アルミニウムなどの金属箔からなる正極集電体１２の両面に、正極活物質１３が塗工されることによって形成されている。正極集電体１２は、図２に示すように、Ｌ字状の形状を有する。正極活物質１３としては、例えばコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム、または、それらの遷移金属の一部を別の金属で置き換えたものが用いられている。これらを単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。全ての正極集電体１２は、図示しない正極端子と接続されている。
負極１４は、銅などの金属箔からなる負極集電体１５の両面に、負極活物質１６が塗工されることによって形成されている。負極集電体１５は、Ｌ字状の形状を有する。負極活物質１６としては、例えば黒鉛（天然黒鉛、人造黒鉛）、ハードカーボン、ソフトカーボン、などの炭素材料、酸化シリコン、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛および酸化リチウムなどの酸化物、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｂａ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｌａなどの金属とリチウムとの２元、３元またはそれ以上の合金が用いられている。これらを単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。全ての負極集電体１５は、図示しない負極端子と接続されている。
セパレータ１７としては、シート状のものが用いられており、例えば、絶縁性に優れたポリプロピレン製の微多孔性薄膜によって構成されている。セパレータ１７もＬ字状の形状を有する。セパレータ１７が微多孔性薄膜によって構成されていることにより、リチウムイオンはセパレータ１７を透過する。なお、セパレータ１７は、シート状のものに限定されることはなく、正極１１または負極１４を個別に収容可能な袋状の形態であってもよいし、九十九折りの形態であってもよい。
非水電解液は、溶質と溶媒を含む。溶質には、例えば、ＬｉＰＦ6やＬｉＢＦ4などのＬｉ塩が好ましく用いられる。溶媒には、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）などの有機溶媒が好ましく用いられる。電解質は液体でもよいし、ポリマー状のものを用いてもよい。
外装缶２０は、例えばステンレス、アルミニウム、ニッケル、鉄などの金属からなり、直方体および立方体以外の異形の形状を有する。直方体には、角部が丸みを帯びている略直方体のものも含まれる。また、立方体には、角部が丸みを帯びている略立方体のものも含まれる。
この実施形態では、外装缶２０は、ｘｙ平面と平行な第１の面２１、第２の面２２、および第３の面２３と、ｙｚ平面と平行な第４の面２４、第５の面２５、および第６の面２６と、ｘｚ平面と平行な第７の面２７および第８の面２８とを有する。
第１の面２１および第２の面２２はそれぞれ、第３の面２３と対向する。第５の面２５および第６の面２６はそれぞれ、第４の面２４と対向する。また、第７の面２７は、第８の面２８と対向する。第１の面２１〜第６の面２６の形状はそれぞれ長方形であり、第７の面２７および第８の面２８の形状はそれぞれ、Ｌ字形状である。
第１の面２１〜第８の面２８のうち、最も広い面積を有する面は、第３の面２３である。外装缶２０を構成する部材の厚みは、全ての面において略同じであるため、この実施形態の外装缶２０の内面のうち、最も広い内面は、第３の面２３の内側の面２３ａである。
外装缶２０には、非水電解液を注液するための注液口３０が設けられている。注液口３０は、封止栓３１によって封止されている。
注液口３０は、外装缶２０の最も広い内面と垂直な方向であって、最も広い内面から最も遠い位置に設けられている。上述したように、外装缶２０の最も広い内面は、第３の面２３の内側の面２３ａである。図２に示すように、外装缶２０の最も広い内面２３ａに対して垂直な方向であって、かつ、内面２３ａから最も遠い位置とは、第１の面２１上の位置である。すなわち、注液口３０は、第１の面２１に設けられている。
外装缶２０と電極体１０との間には、注液口３０から注液された非水電解液が外装缶２０の最も広い内面である内面２３ａへと流動可能な隙間４０が設けられている。また、最も広い内面２３ａと電極体１０との間にも隙間４０が設けられている。隙間４０が広いと、多くの非水電解液を内面２３ａへと流動させることが可能となるが、十分な体積エネルギー密度の電池を得ることができなくなる。一方、隙間４０が狭いと、リチウムイオン電池１００の体積エネルギー密度は高くなるが、非水電解液が内面２３ａへと流動する量が少なくなる。したがって、隙間４０は、上記事情を鑑みて適切に設計する必要がある。この実施形態では、隙間４０を構成する外装缶２０と電極体１０との間の距離を、例えば、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とする。
［リチウムイオン電池の製造方法］
リチウムイオン電池１００の製造方法について説明する。
まず初めに、最も広い内面２３ａと垂直な方向であって、最も広い内面２３ａから最も遠い位置に注液口３０が設けられている外装缶２０に電極体１０が収容され、外装缶２０と電極体１０との間に、注液口３０から注液された電解液が外装缶２０の最も広い内面２３ａへと流動可能な隙間４０が設けられている電極体収容体を用意する。この電極体収容体は、外装缶２０の最も広い内面２３ａ側を下側として載置する。この状態では、外装缶２０の第３の面２３が下面となる。なお、外装缶２０は、例えば、第７の面２７側を蓋のように取り外して電極体１０を内部に収容可能な構造となっている。
リチウムイオン電池１００の製造方法について説明する。
まず初めに、最も広い内面２３ａと垂直な方向であって、最も広い内面２３ａから最も遠い位置に注液口３０が設けられている外装缶２０に電極体１０が収容され、外装缶２０と電極体１０との間に、注液口３０から注液された電解液が外装缶２０の最も広い内面２３ａへと流動可能な隙間４０が設けられている電極体収容体を用意する。この電極体収容体は、外装缶２０の最も広い内面２３ａ側を下側として載置する。この状態では、外装缶２０の第３の面２３が下面となる。なお、外装缶２０は、例えば、第７の面２７側を蓋のように取り外して電極体１０を内部に収容可能な構造となっている。
続いて、注液口３０から、外装缶２０の内部に非水電解液を注液する。注液口３０から注液された非水電解液は、重力によって、下面側である最も広い内面２３ａへと流れ落ちる。すなわち、注液口３０から注液された非水電解液は、外装缶２０と電極体１０との間の隙間４０を通って、内面２３ａの上に溜まっていく。
注液口３０から非水電解液が注液されていくにつれて、内面２３ａの上に非水電解液が少しずつ溜まっていく。非水電解液は、すぐには電極体１０の内部に浸透しない。したがって、注液口３０から非水電解液を注液していくと、非水電解液が電極体１０の内部に完全に浸透する前に、非水電解液の液面が注液口３０に近い高さまで上昇してくる。非水電解液の液面が注液口３０に近い高さまで上昇してくると、注液を一旦停止する。
非水電解液の注液を停止している間は、外装缶２０内の非水電解液が電極体１０の周囲から内部に少しずつ浸透していく。
正極１１、セパレータ１７、および負極１４の積層方向は、外装缶２０の最も広い内面２３ａと平行な方向である。本実施形態では、正極１１、セパレータ１７、および負極１４は、図１のｙ軸方向に積層されている。これにより、正極１１、セパレータ１７、および負極１４の端部は、少なくとも外装缶２０の最も広い内面２３ａ側に露出しているので、内面２３ａ上に溜まっている非水電解液は、電極体１０の下部から少しずつ内部に浸透していく。また、電極体１０の下部だけでなく、側部や上部など、正極１１、セパレータ１７、および負極１４の端部が露出している側からは、電極体１０の内部に非水電解液が浸透していく。
この実施形態では、電極体１０の積層方向の両外側からは、電極体１０の内部に非水電解液は浸透してこない。一方、電極体の積層方向の両外側以外の外側は、正極１１、セパレータ１７、および負極１４の端部が露出しており、そこから非水電解液が電極体１０の内部に浸透していく。
非水電解液が電極体１０の内部に浸透していくと、非水電解液の液面の高さは、少しずつ下がっていく。この実施形態では、外装缶２０の最も広い内面２３ａが注液口３０と垂直な方向における下面側に位置するため、非水電解液の液面が低下していっても、最も広い内面２３ａ上には常に非水電解液が溜まっている。したがって、最も広い内面２３ａ側から電極体１０の内部に非水電解液が浸透し続けるので、単位時間あたりの非水電解液の浸透量が多くなり、注液された非水電解液の浸透時間を短くすることができる。
非水電解液の液面の高さがある程度の高さまで低下すると、再び、注液口３０から外装缶２０の内部に非水電解液を注液する。そして、注液口３０に近い高さまで注液すると、注液を一旦停止して、非水電解液が電極体１０の内部に浸透するのを待つ。
電極体１０の内部全体への非水電解液の浸透が終了するまで、上述した処理を繰り返す。電極体１０の内部全体に非水電解液を浸透させると、非水電解液の注液を終了して、注液口３０を封止栓３１によって封止する。
上述したように、注液口３０から注液された非水電解液は、隙間４０を通って、外装缶２０の最も広い内面２３ａ上に溜まっていき、最も広い内面２３ａ側から電極体１０の内部に浸透していく。これにより、単位時間あたりの非水電解液の内部浸透量を多くすることができるので、再び注液口３０から非水電解液を注液するまでの時間を短くすることができ、非水電解液が電極体１０の内部に完全に浸透するまでの時間を短くすることができる。したがって、リチウムイオン電池１００の製造時間を短くすることができる。
ここで、比較例として、外装缶２０の最も広い内面２３ａと垂直な方向の面であるが、最も広い内面２３ａから最も遠い位置ではない第２の面２２に注液口が設けられている場合について考察する。この場合も、注液口から非水電解液を注液していくと、最も広い内面２３ａ上に非水電解液が溜まっていくが、非水電解液の液面が第２の面２２を超えると、注液口から非水電解液があふれてしまう。したがって、注液口から非水電解液があふれないようにするためには、非水電解液の液面が第２の面２２より低くなるように注液しなければならないため、一度に注液できる非水電解液の量が少なくなり、結果的に注液回数が多くなる。また、注液しても、第２の面２２より高い位置は、非水電解液が浸らないため、電極体１０の内部全体に非水電解液が浸透するまでにはかなり時間がかかり、未含浸の部分が残る可能性もある。
また、比較例として、第６の面２６に注液口を設けた場合について考察する。この場合、第６の面２６と対向する第４の面２４が下面となる。この場合、第６の面２６に設けられている注液口から非水電解液を注液していくと、第４の面２４の内側の面上に非水電解液は溜まっていく。この第４の面２４の内側の面は、内面２３ａよりも面積が小さいため、第４の面２４の内側の面上に溜まった非水電解液が電極体１０の内部に浸透していく量は、最も広い内面２３ａ上に溜まった上記実施形態の状態で非水電解液が電極体１０の内部に浸透していく量よりも少なくなる。すなわち、第１の面２１に注液口３０を設けた構成と比べると、単位時間あたりの非水電解液の内部浸透量が少なくなるので、電極体１０の内部全体に非水電解液が浸透するまでの時間は長くなる。
すなわち、外装缶２０の最も広い内面２３ａと垂直な方向であって、かつ、最も広い内面２３ａから最も遠い位置以外の位置に注液口を設けた場合には、外装缶２０の最も広い内面２３ａと垂直な方向であって、かつ、最も広い内面２３ａから最も遠い位置に注液口３０を設けた場合と比べると、電極体１０の内部全体に非水電解液が浸透するまでの時間が長くなり、電池の製造時間が長くなる。
［第２の実施形態］
図４は、第２の実施形態におけるリチウムイオン電池１００Ａの外観形状を示す斜視図である。図５は、図４に示すリチウムイオン電池１００ＡのＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図４および図５において、図１〜図３に示す構成と同じ構成部分については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
図４は、第２の実施形態におけるリチウムイオン電池１００Ａの外観形状を示す斜視図である。図５は、図４に示すリチウムイオン電池１００ＡのＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図４および図５において、図１〜図３に示す構成と同じ構成部分については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
リチウムイオン電池１００Ａは、電極体１０と、電極体１０および非水電解液（不図示）を収容する外装体としての外装缶２０Ａとを備える。
外装缶２０Ａは、直方体および立方体以外の異形の形状を有する。この実施形態では、外装缶２０Ａは、第１の面４１と、第２の面４２と、第３の面４３と、第４の面４４と、第５の面４５と、第６の面４６とを備える。
第１の面４１および第２の面４２は、ｘｙ平面と平行であり、互いに対向する。第５の面４５および第６の面４６は、ｘｚ平面と平行であり、互いに対向する。第１の面４１〜第４の面４４の形状はそれぞれ長方形であり、第５の面４５および第６の面４６の形状はそれぞれ台形である。
第１の面４１〜第６の面４６のうち、最も広い面積を有する面は、第２の面４２である。外装缶２０Ａを構成する部材の厚みは、全ての面において略同じであるため、外装缶２０Ａの内面のうち、最も広い内面は、第２の面４２の内側の面４２ａである。
電極体１０の正極１１、セパレータ１７、および負極１４はそれぞれ、台形の形状を有する。正極１１、セパレータ１７、および負極１４の積層方向は、ｙ軸方向である。この積層方向は、電極体１０の最も広い内面４２ａと平行な方向である。
注液口３０は、外装缶２０Ａの最も広い内面と垂直な方向であって、かつ、最も広い内面から最も遠い位置に設けられている。上述したように、外装缶２０Ａの最も広い内面は、第２の面４２の内側の面４２ａである。図５に示すように、外装缶２０Ａの最も広い内面４２ａに対して垂直な方向であって、かつ、内面４２ａから最も遠い位置とは、第１の面４１上の位置である。すなわち、注液口３０は、第１の面４１に設けられている。
外装缶２０Ａと電極体１０との間には、注液口３０から注液された非水電解液が外装缶２０Ａの最も広い内面である内面４２ａへと流動可能な隙間４０が設けられている。第１の実施形態と同様に、隙間４０を構成する外装缶２０Ａと電極体１０との間の距離は、例えば０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。
リチウムイオン電池１００Ａの製造の一工程として、外装缶２０Ａの内部に非水電解液を注液する際、外装缶２０Ａの最も広い内面４２ａ側が下側となる。この状態で、注液口３０から非水電解液を注液すると、注液された非水電解液は、重力によって、下面側である最も広い内面４２ａへと流れ落ちる。すなわち、注液口３０から注液された非水電解液は、外装缶２０Ａと電極体１０との間の隙間４０を通って、内面４２ａの上に溜まっていく。
この実施形態でも、正極１１、セパレータ１７、および負極１４の端部は、少なくとも外装缶２０Ａの最も広い内面４２ａ側に露出しているので、内面４２ａ上に溜まっている非水電解液は、電極体１０の下部から少しずつ内部に浸透していく。非水電解液が電極体１０の内部に浸透していくと、非水電解液の液面の高さは、少しずつ下がっていく。図５に示すように、外装缶２０Ａの最も広い内面４２ａは、注液口３０と垂直な方向における下面側に位置するため、非水電解液の液面が低下していっても、最も広い内面４２ａ上には常に非水電解液が溜まっている。したがって、最も広い内面４２ａ側から電極体１０の内部に非水電解液が浸透し続けるので、単位時間あたりの非水電解液の浸透量が多くなり、注液された非水電解液の浸透時間を短くすることができる。
すなわち、外装缶２０Ａが図４に示すような形状であっても、注液口３０が外装缶２０Ａの最も広い内面と垂直な方向であって、かつ、最も広い内面から最も遠い位置に設けられていることにより、他の位置に注液口３０が設けられている構成と比べて、非水電解液が電極体１０の内部全体に浸透するまでの時間を短くすることができ、リチウムイオン電池１００Ａの製造時間を短くすることができる。
［第３の実施形態］
図６は、第３の実施形態におけるリチウムイオン電池１００Ｂの外観形状を示す斜視図である。図７は、図６に示すリチウムイオン電池１００ＢのＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。図６および図７において、図１〜図３に示す構成と同じ構成部分については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
図６は、第３の実施形態におけるリチウムイオン電池１００Ｂの外観形状を示す斜視図である。図７は、図６に示すリチウムイオン電池１００ＢのＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。図６および図７において、図１〜図３に示す構成と同じ構成部分については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
リチウムイオン電池１００Ｂは、電極体１０と、電極体１０および非水電解液（不図示）を収容する外装体としての外装缶２０Ｂとを備える。
外装缶２０Ｂは、直方体および立方体以外の異形の形状を有する。この実施形態では、外装缶２０Ｂは、ｘｙ平面と平行な第１の面６１、第２の面６２、第３の面６３、および第４の面６４と、ｙｚ平面と平行な第５の面６５、第６の面６６、第７の面６７、および第８の面６８と、ｘｚ平面と平行な第９の面６９、および第１０の面７０とを備える。
第１の面６１、第２の面６２、および第３の面６３はそれぞれ、第４の面６４と対向する。第５の面６５は第８の面６８と対向し、第６の面６６は、第７の面６７と対向する。第９の面６９は、第１０の面７０と対向する。第１の面６１〜第８の面６８の形状はそれぞれ長方形であり、第９の面６９および第１０の面７０の形状は、凸状である。
第１の面６１〜第１０の面７０のうち、最も広い面積を有する面は、第４の面６４である。外装缶２０Ｂの厚みは、全ての面において略同じであるため、外装缶２０Ｂの内面のうち、最も広い内面は、第４の面６４の内側の面６４ａである。
電極体１０の正極１１、セパレータ１７、および負極１４はそれぞれ、凸状の形状を有する。正極１１、セパレータ１７、および負極１４の積層方向は、ｙ軸方向である。この積層方向は、電極体１０の最も広い内面６４ａと平行な方向である。
注液口３０は、外装缶２０Ｂの最も広い内面と垂直な方向であって、かつ、最も広い内面から最も遠い位置に設けられている。上述したように、外装缶２０Ｂの最も広い内面は、第４の面６４の内側の面６４ａである。図７に示すように、外装缶２０Ｂの最も広い内面６４ａに対して垂直な方向であって、かつ、内面６４ａから最も遠い位置とは、第１の面６１上の位置である。すなわち、注液口３０は、第１の面６１に設けられている。
外装缶２０Ｂと電極体１０との間には、注液口３０から注液された非水電解液が外装缶２０Ｂの最も広い内面である内面６４ａへと流動可能な隙間４０が設けられている。第１および第２の実施形態と同様に、隙間４０を構成する外装缶２０Ｂと電極体１０との間の距離は、例えば０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。
リチウムイオン電池１００Ｂの製造の一工程として、外装缶２０Ｂの内部に非水電解液を注液する際、外装缶２０Ｂの最も広い内面６４ａ側が下側となる。この状態で、注液口３０から非水電解液を注液すると、注液された非水電解液は、重力によって、下面側である最も広い内面６４ａへと流れ落ちる。すなわち、注液口３０から注液された非水電解液は、外装缶２０Ｂと電極体１０との間の隙間４０を通って、内面６４ａの上に溜まっていく。
この実施形態でも、正極１１、セパレータ１７、および負極１４の端部は、少なくとも外装缶２０Ｂの最も広い内面６４ａ側に露出しているので、内面６４ａ上に溜まっている非水電解液は、電極体１０の下部から少しずつ内部に浸透していく。非水電解液が電極体１０の内部に浸透していくと、非水電解液の液面の高さは、少しずつ下がっていく。図７に示すように、外装缶２０Ｂの最も広い内面６４ａは、注液口３０と垂直な方向における下面側に位置するため、非水電解液の液面が低下していっても、最も広い内面６４ａ上には常に非水電解液が溜まっている。したがって、最も広い内面６４ａ側から電極体１０の内部に非水電解液が浸透し続けるので、単位時間あたりの非水電解液の浸透量が多くなり、注液された非水電解液の浸透時間を短くすることができる。
すなわち、外装缶２０Ｂが図６に示すような形状であっても、注液口３０が外装缶２０Ｂの最も広い内面と垂直な方向であって、かつ、最も広い内面から最も遠い位置に設けられていることにより、他の位置に注液口３０が設けられている構成と比べて、非水電解液が電極体１０の内部全体に浸透するまでの時間を短くすることができ、リチウムイオン電池１００Ｂの製造時間を短くすることができる。
上述した実施形態では、電極体および非水電解液を収容する外装体は、外装缶であるものとして説明したが、外装缶に限定されることはなく、例えば、ラミネートフィルムであってもよい。
また、外装体の形状が上述した各実施形態で説明した形状に限定されることもない。すなわち、外装体は、直方体および立方体以外の異形の形状を有するものであればよい。
電極体は、上述した積層電極体に限定されることはなく、例えば、セパレータを間に挟んだ正極および負極が巻回された巻回電極体であってもよい。電極体を巻回電極体とした場合でも、正極、セパレータ、および負極の並ぶ方向は、外装体の最も広い内面と平行な方向とする。すなわち、正極、セパレータ、および負極の端部は、少なくとも外装体の最も広い内面側に露出するようにする。これにより、外装体の最も広い内面上に溜まった非水電解液は、その最も広い内面側から巻回電極体の内部に浸透していくので、単位時間あたりの電解液の内部浸透量を多くして、電解液が電極体の内部に完全に浸透するまでの時間を短くすることができる。
上述した実施形態では、リチウムイオン電池を例に挙げて説明したが、リチウムイオン電池以外の電池であってもよい。
本発明は、さらにその他の点においても上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
本発明による電池は、電極体および電解液を収容した外装体は、直方体および立方体以外の異形状を有しており、電極体の正極、セパレータ、および負極の並ぶ方向は、外装体の最も広い内面と平行な方向であり、外装体は、最も広い内面と垂直な方向であって、かつ、最も広い内面から最も遠い位置に、電解液を注液するための注液口を有し、外装体と電極体との間に、注液口から注液された電解液が外装体の最も広い内面へと流動可能な隙間が設けられている。この構成によれば、注液口から注液された電解液は、外装体と電極体との間の隙間を通って、外装体の最も広い内面上に溜まっていき、最も広い内面側から電極体の内部に浸透していく。これにより、外装体が直方体および立方体以外の異形状を有するものである場合において、単位時間あたりの電解液の内部浸透量を多くすることができるので、電解液が電極体の内部に完全に浸透するまでの時間を確実に短くすることができる。
また、外装体と電極体との間の隙間の距離を、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とすることにより、十分な電池の体積エネルギー密度を確保しつつ、注液口から注液された電解液が外装体の最も広い内面に流動するための十分な空間を確保することができる。
また、電極体は、正極および負極がセパレータを介して交互に複数積層された積層電極体であっても、電解液が積層電極体の内部に完全に浸透するまでの時間を短くすることができる。
また、本発明による電池の製造方法は、直方体および立方体以外の形状を有する外装体の内部に電極体と電解液とが収容された構造を有する電池の製造方法であって、（ａ）外装体の最も広い内面と垂直な方向であって、最も広い内面から最も遠い位置に注液口が設けられている外装体に電極体が収容され、外装体と電極体との間に、注液口から注液された電解液が外装体の最も広い内面へと流動可能な隙間が設けられている電極体収容体を用意する工程と、（ｂ）注液口から外装体の内部に電解液を注液する工程と、（ｃ）注液を一旦停止して、注液された電解液を電極体の内部に浸透させる工程と、（ｄ）電極体の内部全体への電解液の浸透が終了するまで、（ｂ）の工程および（ｃ）の工程を繰り返す工程と、を備えている。これにより、外装体の最も広い内面上に電解液を溜めて電極体の内部に浸透させていくので、外装体が直方体および立方体以外の異形状を有するものである場合でも、単位時間あたりの電解液の内部浸透量を多くすることができ、電解液が電極体の内部に完全に浸透するまでの時間を短くすることができる。
１０ 電極体
１１ 正極
１２ 正極集電体
１３ 正極活物質
１４ 負極
１５ 負極集電体
１６ 負極活物質
１７ セパレータ
２０，２０Ａ，２０Ｂ 外装缶
２３ａ，４２ａ，６４ａ 外装缶の最も広い内面
３０ 注液口
３１ 封止栓
１００，１００Ａ，１００Ｂ リチウムイオン電池
１１ 正極
１２ 正極集電体
１３ 正極活物質
１４ 負極
１５ 負極集電体
１６ 負極活物質
１７ セパレータ
２０，２０Ａ，２０Ｂ 外装缶
２３ａ，４２ａ，６４ａ 外装缶の最も広い内面
３０ 注液口
３１ 封止栓
１００，１００Ａ，１００Ｂ リチウムイオン電池
Claims (4)
- 正極、負極、および前記正極と前記負極との間に配置されているセパレータを有する電極体と、
電解液と、
直方体および立方体以外の形状を有し、前記電極体および前記電解液を収容した外装体と、
を備え、
前記正極、前記セパレータ、および前記負極の並ぶ方向は、前記外装体の最も広い内面と平行な方向であり、
前記外装体は、前記最も広い内面と垂直な方向であって、前記最も広い内面から最も遠い位置に、前記電解液を注液するための注液口を有し、
前記外装体と前記電極体との間に、前記注液口から注液された電解液が前記外装体の最も広い内面へと流動可能な隙間が設けられている、
ことを特徴とする電池。 - 前記隙間を構成する前記外装体と前記電極体との間の距離は、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載の電池。 - 前記電極体は、前記正極および前記負極が前記セパレータを介して交互に複数積層された積層電極体である、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電池。 - 直方体および立方体以外の形状を有する外装体の内部に、正極、負極、および前記正極と前記負極との間に配置されているセパレータを有する電極体と、電解液とが収容された構造を有する電池の製造方法であって、
（ａ）前記外装体の最も広い内面と垂直な方向であって、前記最も広い内面から最も遠い位置に注液口が設けられている外装体に前記電極体が収容され、前記外装体と前記電極体との間に、前記注液口から注液された電解液が前記外装体の最も広い内面へと流動可能な隙間が設けられている電極体収容体を用意する工程と、
（ｂ）前記注液口から前記外装体の内部に前記電解液を注液する工程と、
（ｃ）注液を一旦停止して、注液された前記電解液を前記電極体の内部に浸透させる工程と、
（ｄ）前記電極体の内部全体への前記電解液の浸透が終了するまで、前記（ｂ）の工程および前記（ｃ）の工程を繰り返す工程と、
を備えていることを特徴とする電池の製造方法。
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