JP2020080277A - 電気化学セル - Google Patents

Abstract

【課題】容量の向上が図られた電気化学セルを提供する。【解決手段】電池は、扁平に捲回された負極体３０および正極体４０を備える。負極体３０は、複数の負極本体３１と、少なくとも１つの負極接続部３２と、を有する。正極体４０は、複数の正極本体４１と、少なくとも１つの正極接続部４２と、を有する。複数の負極本体３１は、最内周に配置される第１負極本体３１Ａを有する。少なくとも１つの負極接続部３２は、第１負極本体３１Ａに接続する第１負極接続部３２Ａを有する。複数の正極本体４１は、最内周に配置され、第１負極本体３１Ａにセパレータを介して対向する第１正極本体４１Ａを有する。第１正極本体４１Ａは、セパレータを介して第１負極接続部３２Ａに対向する直線部４３ａを備える。第１正極本体４１Ａの長軸Ａ２と直線部４３ａとの間隔Ｇ１は、第１負極本体３１Ａの長軸Ａ１と第１負極接続部３２Ａとの間隔Ｇ２以上である。【選択図】図７

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、一対の帯状の電極を帯状のセパレータを介して対向させてケースに収め、電解液を電極及びセパレータに含浸させた構造が知られている。例えば、帯状の電極および帯状のセパレータを巻回し、筒状またはコイン状のケースに収容した構造や、扁平状に変形させた後にラミネートフィルムに収容した構造が知られている。

また、下記特許文献１には、正極板および負極板がそれぞれ複数の積層面を連結片で連結した帯状に形成され、正極板の積層面と負極板の積層面とがセパレータを介して交互に積層されるように、正極板および負極板を連結片で折り曲げて扁平形状に捲回して極板群を形成した電池が開示されている。

国際公開第０２／１３３０５号

しかしながら、上記従来技術の電気化学セルにあっては、さらなる容量の向上が望まれている。

そこで本発明は、容量の向上が図ら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、セパレータを介して互いに重ね合わされて扁平に捲回された負極体および正極体を備え、前記負極体は、展開状態で第１方向に並んで配置され、前記第１方向に直交する方向に指向した長軸を有する複数の負極本体と、展開状態で隣り合う一対の前記負極本体を接続し、前記一対の負極本体が互いに重なり合うように折り返された少なくとも１つの負極接続部と、を有し、前記正極体は、展開状態で第２方向に並んで配置され、前記第２方向に直交する方向に指向した長軸を有する複数の正極本体と、展開状態で隣り合う一対の前記正極本体を接続し、前記一対の正極本体が前記負極本体に重なるように折り返された少なくとも１つの正極接続部と、を有し、前記複数の負極本体は、最内周に配置される内端側負極本体を有し、前記少なくとも１つの負極接続部は、前記内端側負極本体に接続する内端側負極接続部を有し、前記複数の正極本体は、最内周に配置され、前記内端側負極本体に前記セパレータを介して対向する内端側正極本体を有し、前記内端側正極本体は、前記第２方向に直交する方向に沿って延び前記セパレータを介して前記内端側負極接続部に対向する外縁を備え、前記内端側正極本体の前記長軸と前記外縁との間隔は、前記内端側負極本体の前記長軸と前記内端側負極接続部との間隔以上である、ことを特徴とする。

リチウムイオン電池においては、正極活物質が配置された正極体に負極体と対向しない領域が存在すると、電気化学セルの充電時において正極体から移動してきたリチウムイオンが、エッジ効果によって正極体に対向する負極体の端縁に集中して針状に析出する可能性がある。このように、リチウムイオンがリチウム金属として析出すると、セパレータを突き抜けて、負極体と正極体とを短絡させる可能性がある。
本発明によれば、内端側正極本体は、内端側負極接続部に隣接する内端側負極本体を含む一対の負極本体の層間に配置される。また、内端側正極本体の外縁は、内端側負極本体を含む一対の負極本体および内端側負極接続部に囲まれる。このため、内端側正極本体の外縁が一対の負極本体の層間から突出して、内端側正極本体に負極体と対向しない領域が形成されることを抑制できる。
そして、内端側正極本体の長軸と外縁との間隔は、内端側負極本体の長軸と内端側負極接続部との間隔以上となっている。このため、内端側正極本体を内端側負極本体に対して互いに長軸が重なるように配置した場合、上述したように負極体によって内端側正極本体の外縁を囲みつつ、内端側正極本体の面積の確保を図ることができる。
以上により、容量の向上が図られた電気化学セルを提供できる。

上記の電気化学セルにおいて、前記内端側正極本体の前記外縁の全体は、前記セパレータを介して前記内端側負極接続部に対向している、ことが望ましい。

本発明によれば、内端側正極本体の外縁が内端側負極接続部から突出することをより確実に抑制できる。これにより、内端側正極本体に負極体と対向しない領域が形成されることを抑制できる。

上記の電気化学セルにおいて、前記セパレータは、前記内端側負極接続部と前記内端側正極本体の前記外縁との間で、前記内端側負極接続部および前記内端側正極本体の前記外縁に接触している、ことが望ましい。

本発明によれば、セパレータによって内端側正極本体と負極体との直接的な接触による短絡を防止しつつ、内端側正極本体の外形を内端側負極接続部側に最大限広げることができる。よって、内端側正極本体の面積の確保を図ることができる。したがって、容量の向上が図られた電気化学セルを提供できる。

上記の電気化学セルにおいて、前記複数の負極本体は、最外周に配置される外端側負極本体を有し、前記複数の負極本体それぞれの前記第１方向の寸法は、前記外端側負極本体から離れるに従い小さくなり、前記少なくとも１つの負極接続部それぞれの前記第１方向の寸法は、前記内端側負極接続部から離れるに従い大きくなり、前記複数の正極本体のうち前記内端側正極本体を除く前記正極本体の外形は、前記セパレータを介して対向する前記負極本体の外形よりも小さい、ことが望ましい。

ここで、展開状態で隣り合う一対の負極本体に着目する。一対の負極本体の捲回状態における間隔は、一対の負極本体が外周側に位置する負極本体の対であるほど、一対の負極本体の間に配置される負極本体等の層数が増える分、大きくなる。本発明によれば、負極接続部の第１方向の寸法が内端側負極接続部から離れるに従い大きくなることで、一対の負極本体の間隔を確保でき、一対の負極本体の捲回状態における互いの位置ずれを抑制できる。よって、複数の負極本体が重なる方向（以下、積層方向という）から見て、複数の負極本体の位置ずれが抑制され、負極体を所望の扁平形状に捲回できる。
しかも、本発明によれば、一対の負極本体のうち外周側の負極本体は、内周側の負極本体よりも第１方向に大きく形成される。このため、複数の負極本体が互いに重なった状態で、積層方向から見て、外周側の負極本体には内周側の負極本体が重ならない非重畳領域が設けられる。内周側の負極本体に接続して積層方向に延びる負極接続部を、積層方向から見て外周側の負極本体における非重畳領域に配置することで、積層方向から見て負極接続部が外周側の負極本体から突出することを抑制できる。よって、積層電極体を突出部のない所望の扁平形状に捲回して外装体内に高密度で配置することが可能となる。
以上により、積層方向から見て、複数の負極本体の位置ずれ、および負極接続部の突出が抑制される。したがって、負極体を所望の扁平形状に捲回でき、形状の自由度の向上、および容量の確保が図られた電気化学セルを提供できる。

上記の電気化学セルにおいて、前記正極体は、正極活物質としてリチウム化合物を含む、ことが望ましい。

本発明によれば、内端側正極本体が対向する部分に負極体の端縁が存在することを回避することで、リチウムイオンを負極体の負極活物質に吸収させることができる。よって、負極体から針状のリチウムが析出することを抑制できる。したがって、電気化学セルの信頼性を向上させることができる。

本発明によれば、容量の向上が図られた電気化学セルを提供できる。

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。 実施形態の積層電極体の断面図である。 実施形態の積層電極体の一部を拡大して示す断面図である。 実施形態の積層電極体を示す斜視図である。 実施形態の負極体および正極体を示す平面図である。 実施形態の負極体および正極体を互いに重ね合わせた状態を示す平面図である。 実施形態の負極体および正極体の捲回方法を示す図である。

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。

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、平面視長円形状（角丸長方形状）の電池である。電池１は、積層電極体２と、積層電極体２に含浸される電解質溶液（図示せず）と、積層電極体２が収容された外装体３と、積層電極体２に貼り付けられた第１絶縁テープ６０および第２絶縁テープ７０（いずれも図５参照）と、を備える。

（外装体）
外装体３は、積層電極体２が収容される収容部４と、収容部４の外周４ａに沿って折り曲げられた封止部５と、を備える。封止部５は、例えば絞り成形によって、収容部４の外周４ａに沿って折り曲げられている。

また、外装体３は、積層電極体２を間に挟む第１容器１０および第２容器２０を備える。第１容器１０および第２容器２０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）に設けられ金属箔を被覆する樹脂製の融着層と、外側面に設けられ金属箔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１０は、長円形状の第１底壁部１１と、第１底壁部１１の外周から筒状に延びる第１周壁部１２と、を備える。第１底壁部１１には、第１貫通孔１３が形成されている。第１貫通孔１３は、第１底壁部１１の中心に形成されている。

第１底壁部１１の内面には、第１シーラントリング１４を介して銅プレート１５が熱融着されている。第１シーラントリング１４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た、シーラントフィルムをリング状にしたものである。

銅プレート１５の内面は、積層電極体２の後述する負極体３０（図３参照）に接続されている。銅プレート１５の外面の中央には、ニッケルプレート１６が溶接されている。ニッケルプレート１６は、第１貫通孔１３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１５をニッケル製とすれば、ニッケルプレート１６はなくともよい。

第２容器２０は、長円形状の第２底壁部２１と、第２底壁部２１の外周から筒状に延びる第２周壁部２２と、第２周壁部２２の開口縁から第２周壁部２２の外側に向けて折り曲げられて第２底壁部２１側に延びる折曲部２３と、を備える。

第２底壁部２１は、積層電極体２を挟んで第１容器１０の第１底壁部１１とは反対側に配置されている。第２底壁部２１は、第１容器１０の第１底壁部１１よりも僅かに小さく形成されている。第２底壁部２１には、第２貫通孔２４が形成されている。第２貫通孔２４は、第２底壁部２１の中心に形成されている。

第２底壁部２１の内面には、第２シーラントリング２５を介してアルミニウムプレート２６が熱融着されている。第２シーラントリング２５は、第１シーラントリング１４と同様に、熱可塑性樹脂により形成されている。

アルミニウムプレート２６の内面は、積層電極体２の後述する正極体４０（図３参照）に接続されている。アルミニウムプレート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２貫通孔２４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、アルミニウムプレート２６に代えて、ステンレス鋼製のプレート材を用いることもできる。

第２周壁部２２は、第２底壁部２１の外周から第１容器１０の第１底壁部１１に向けて延びている。第２周壁部２２は、収容部４の外周４ａを形成する。折曲部２３は、第２周壁部２２のうち、第１底壁部１１側の端部から第２周壁部２２に沿って第２底壁部２１側へ筒状に折り曲げられている。折曲部２３は、第２周壁部２２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２２は、第１周壁部１２の内側で、かつ、折曲部２３の内側に配置されている。また、折曲部２３は、第１周壁部１２の内側に配置されている。折曲部２３の融着層と第１周壁部１２の融着層とが熱融着されている。

折曲部２３の融着層と第１周壁部１２の融着層とが熱融着されることにより、封止部５が形成される。よって、収容部４の外周が封止部５で封止される。これにより、第１容器１０および第２容器２０が重ね合わされて外装体３が形成される。封止部５は、収容部４の外側に筒状に形成され、かつ、収容部４の外周４ａに沿って折り曲げられている。
収容部４には、第１容器１０と第２容器２０とが重ね合されることにより密封空間が形成される。具体的には、収容部４は、第１底壁部１１、第２底壁部２１、および第２周壁部２２により画成され、平面視で長円形状に形成されている。

（積層電極体）
図３は、実施形態の積層電極体の断面図である。図４は、実施形態の積層電極体の一部を拡大して示す断面図である。
図３および図４に示すように、積層電極体２は、シート状の負極体３０、正極体４０およびセパレータ５０を備える。積層電極体２は、負極体３０および正極体４０を互い違いに積層するように折り畳まれた積層タイプの電極体である。具体的に、積層電極体２は、セパレータ５０を介して負極体３０と正極体４０とを重ね合わせて扁平に捲回されることにより形成されている。負極体３０は、上述した銅プレート１５に接続している。正極体４０は、上述したアルミニウムプレート２６に接続している。

セパレータ５０は、負極体３０および正極体４０の層間に配置され、負極体３０と正極体４０とを絶縁している。例えば、セパレータ５０は、正極体４０をその厚み方向の両側から挟むように配置された状態で、負極体３０および正極体４０とともに捲回される。なお、図３においてはセパレータ５０の図示を省略しているが、セパレータ５０は少なくとも負極体３０と正極体４０とが対向する領域の全体で負極体３０と正極体４０との間に介在するように配置されているものとする。以下、負極体３０および正極体４０が互い違いに積層された方向を積層方向と称する。なお、捲回とは、特定の位置の周囲を一方向に周回するように巻かれることである。

負極体３０は、金属材料により形成された負極集電箔と、負極集電箔に塗工された負極活物質と、を備えた１枚のシート状の部材である。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。

正極体４０は、金属材料により形成された正極集電箔と、正極集電箔に塗工された正極活物質と、を備えた１枚のシート状の部材である。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。

セパレータ５０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５０は、例えばポリオレフィン製の樹脂ポーラスフィルムやガラス製不織布、樹脂製不織布、セルロース繊維の積層体等により形成されている。

図５は、実施形態の積層電極体を示す斜視図である。なお、図５では、負極体３０の外周面および内周面に沿って配置されたセパレータ５０を、厚みを無視してハッチングで図示している。また、正極体４０の一部は、後述するように負極体３０よりも小さく形成されているので、負極体３０の層間に配置されることで図５の視点では積層電極体２の表面に露出していない。
図５に示すように、積層電極体２は、外装体３の収容部４内に高密度で配置されるように、収容部４内の密封空間の形状に対応する形状に形成されている（図２参照）。すなわち、積層電極体２は、積層方向から見て、長円形状（角丸長方形状）に形成されている。なお、積層電極体２を積層方向から見た形状を基本形状と定義する。

ここで、積層電極体２の展開状態における負極体３０の形状について説明する。
図６は、実施形態の負極体および正極体を示す平面図である。
図６に示すように、負極体３０は、一列に並んで配置された複数（図示の例では８個）の負極本体３１と、隣り合う一対の負極本体３１を接続する少なくとも１つ（図示の例では７個）の負極接続部３２と、負極本体３１から延出する負極タブ３５と、を備える。を有する。負極本体３１は、積層電極体２において積層方向の垂直面に沿って平坦に延びる部分である（図３および図５参照）。負極接続部３２は、複数の負極本体３１が互いに重なるように、積層電極体２の側部において折り返される部分である（図３および図５参照）。負極タブ３５は、上述した銅プレート１５に接続される部分である。負極本体３１および負極接続部３２それぞれの全体の表面には、負極活物質が配置されている。負極タブ３５の先端部の表面には、負極集電箔が露出している。

以下、複数の負極本体３１が並ぶ方向を負極連結方向（第１方向）と称し、負極連結方向に直交する方向を負極幅方向と称する。また、負極連結方向において、複数の負極本体３１のうち積層電極体２の最も捲回中心側に配置される負極本体３１に対し、積層電極体２の外周側に配置される負極本体３１側を「外周側」と定義し、その反対方向を「内周側」と定義する。また、以下では、複数の負極本体３１について、最内周の負極本体３１から外周側に順に序数を付して説明する。換言すると、Ｎを自然数とし、最内周の負極本体３１から外周側に数えてＮ番目の負極本体を第Ｎ負極本体と称する。例えば、最内周の負極本体３１は、第１負極本体である。複数の負極接続部３２についても同様である。第１負極本体は、「内端側負極本体」の一例である。第８負極本体は、「外端側負極本体」の一例である。第１負極接続部は、「内端側負極接続部」の一例である。

複数の負極本体３１は、負極連結方向から見て負極幅方向の中心が互いに重なるように配置されている。複数の負極本体３１は、上記基本形状の一部が欠けた形状に形成されている。すなわち、複数の負極本体３１は、長円形状の一部が欠けた形状に形成されている。複数の負極本体３１は、長軸Ａ１が負極幅方向に指向するように配置されている。各負極本体３１の外形は、負極幅方向に直線状に延びる一対の直線部３３と、一対の直線部３３の端部同士を接続する円弧状の一対の曲線部３４と、により形成されている。曲線部３４は、負極体３０の外縁のうち、負極幅方向を向く部分の一部を構成している。負極本体３１のうち最外周に配置される第８負極本体３１Ｈを除く負極本体３１は、上記基本形状に対して負極連結方向の寸法を小さくするように、負極連結方向の直線部３３全体が上記基本形状に対して長軸Ａ１寄りに設けられている。複数の負極本体３１のうち第８負極本体３１Ｈを除く負極本体３１それぞれの負極連結方向における寸法Ｄ１は、第８負極本体３１Ｈから離れるに従い小さくなっている。換言すると、複数の負極本体３１のうち第８負極本体３１Ｈを除く負極本体３１は、内周側に隣り合う負極本体３１よりも負極連結方向に大きく形成されている。

第８負極本体３１Ｈの外形は、第８負極本体３１Ｈの２つ内周側に配置された第６負極本体３１Ｆの外形よりも小さい。すなわち、第８負極本体３１Ｈは、第６負極本体３１Ｆに重ねられた場合、全体が第６負極本体３１Ｆに重なるように形成されている。第６負極本体３１Ｆは、捲回状態で第８負極本体３１Ｈよりも１層内側に配置される負極本体３１である。

複数の負極接続部３２は、負極連結方向で隣り合う一対の負極本体３１の間に設けられている。各負極接続部３２は、負極連結方向の中間部が最も幅狭になるように形成されている。なお、中間部とは、対象の両端間の中央のみならず、対象の両端間の内側の範囲を含む意とする。負極接続部３２の負極幅方向の両側の外縁は、負極幅方向に窪む円弧状に延びている。負極接続部３２の負極幅方向両側の外縁は、負極本体３１の曲線部３４に連続的に接続している。具体的に、負極接続部３２の負極幅方向両側の外縁は、負極本体３１の曲線部３４に対して変曲点を介して接続している。換言すると、負極体３０の負極幅方向の外縁における変曲点を通り負極幅方向を延びる直線が、負極本体３１と負極接続部３２との境界になる。複数の負極接続部３２の負極連結方向における寸法Ｄ２は、最内周に配置される第１負極接続部３２Ａから離れるに従い大きくなっている。換言すると、複数の負極接続部３２は、内周側に隣り合う負極接続部３２よりも負極連結方向に大きく形成されている。

負極タブ３５は、第８負極本体３１Ｈから第１負極本体３１Ａとは反対側に延出している。負極タブ３５は、複数の負極接続部３２よりも狭い幅で負極連結方向に延びている。負極タブ３５は、第８負極本体３１Ｈの外周側の直線部３３全体に接続している。負極タブ３５の外縁は、変曲点を介して第８負極本体３１Ｈの一対の曲線部３４に接続している。

次に、積層電極体２の展開状態における正極体４０の形状について説明する。
正極体４０は、一列に並んで配置された複数（図示の例では８個）の正極本体４１と、隣り合う一対の正極本体４１を接続する少なくとも１つ（図示の例では７個）の正極接続部４２と、正極本体４１から延出する正極タブ４５と、を有する。正極本体４１は、積層電極体２において積層方向の垂直面に沿って平坦に延びる部分である（図３参照）。正極接続部４２は、複数の正極本体４１が負極本体３１に重なるように、積層電極体２の側部において折り返される部分である（図３参照）。正極タブ４５は、上述したアルミニウムプレート２６に接続される部分である。正極本体４１および正極接続部４２それぞれの全体の表面には、正極活物質が配置されている。正極タブ４５の先端部の表面には、正極集電箔が露出している。

以下、複数の正極本体４１が並ぶ方向を正極連結方向（第２方向）と称し、正極連結方向に直交する方向を正極幅方向と称する。また、正極連結方向において、複数の正極本体４１のうち積層電極体の最も捲回中心側に配置される正極本体４１に対し、積層電極体２の外周側に配置される正極本体４１側を「外周側」と定義し、その反対方向を「内周側」と定義する。また、以下では、複数の正極本体４１および複数の正極接続部４２について、負極本体３１および負極接続部３２と同様に序数を付して説明する。第１正極本体は、「内端側正極本体」の一例である。

複数の正極本体４１は、負極本体３１と同数設けられている。複数の正極本体４１は、正極連結方向から見て正極幅方向の中心が互いに重なるように配置されている。各正極本体４１の外形は、正極幅方向に延びる一対の直線部４３と、一対の直線部４３の端部同士を接続する円弧状の一対の曲線部４４と、により形成されている。複数の正極本体４１は、正極幅方向に指向する長軸Ａ２を有する長円形状に対し、直線部４３が長軸Ａ２寄りに設けられた形状に形成されている。複数の正極本体４１のうち最内周に配置される第１正極本体４１Ａを除く正極本体４１は、積層電極体２においてセパレータ５０を介して対向する負極本体３１の外形よりも小さく形成されている。例えば、第７正極本体４１Ｇの外形は、セパレータ５０を介して対向する第８負極本体３１Ｈおよび第６負極本体３１Ｆの外形よりも小さい。第８正極本体４１Ｈの外形は、セパレータ５０を介して対向する第７負極本体３１Ｇの外形よりも小さい。

図７は、実施形態の負極体および正極体を互いに重ね合わせた状態を示す平面図である。
ここで、図７に示すように、第１正極本体４１Ａの一対の直線部４３のうち第２正極本体４１Ｂとは反対側の直線部に符号４３ａを付す。第１正極本体４１Ａの直線部４３ａは、正極体４０の外縁の一部を構成している。第１正極本体４１Ａの直線部４３ａの全体は、セパレータ５０を介して第１負極接続部３２Ａに対向している（図４も併せて参照）。第１正極本体４１Ａの直線部４３ａと第１正極本体４１Ａの長軸Ａ２との間隔Ｇ１は、第１負極本体３１Ａの長軸Ａ１と第１負極接続部３２Ａとの間隔Ｇ２以上となっている。これにより、セパレータ５０は、第１負極接続部３２Ａと第１正極本体４１Ａの直線部４３ａとの間で、第１負極接続部３２Ａおよび第１正極本体４１Ａの直線部４３ａに接触している（図４参照）。図示の例では、第１正極本体４１Ａの直線部４３ａと第１正極本体４１Ａの長軸Ａ２との間隔Ｇ１は、第１負極本体３１Ａの長軸Ａ１と第１負極接続部３２Ａとの間隔Ｇ２に一致している。

図６に示すように、複数の正極接続部４２は、正極連結方向で隣り合う一対の正極本体４１の間に設けられている。各正極接続部４２は、正極連結方向の中間部が最も幅狭になるように形成されている。正極接続部４２の正極幅方向の両側の外縁は、正極幅方向に窪む円弧状に延びている。正極接続部４２の正極幅方向両側の外縁は、正極本体４１の曲線部４４に連続的に接続している。具体的に、正極接続部４２の正極幅方向両側の外縁は、正極本体４１の曲線部４４に対して変曲点を介して接続している。換言すると、正極体４０の正極幅方向の外縁における変曲点を通り正極幅方向を延びる直線が、正極本体４１と正極接続部４２との境界になる。

正極接続部４２の正極連結方向における寸法は、以下の条件に基づいて設定されている。第Ｎ正極接続部４２は、第Ｎ正極接続部４２に隣接する第Ｎ正極本体４１および第（Ｎ＋１）正極本体４１の長軸Ａ２間の距離Ｄ３が、第Ｎ負極本体３１および第（Ｎ＋１）負極本体３１の長軸Ａ１間の距離Ｄ４に一致するように形成されている。例えば、第１正極本体４１Ａの長軸Ａ２と第２正極本体４１Ｂの長軸Ａ２との距離は、第１負極本体３１Ａの長軸Ａ１と第２負極本体３１Ｂの長軸Ａ１との距離と一致している。

正極タブ４５は、第８正極本体４１Ｈから第１正極本体４１Ａとは反対側に延出している。正極タブ４５は、複数の正極接続部４２よりも狭い幅で正極連結方向に延びている。正極タブ４５は、第８正極本体４１Ｈの外周側の直線部４３全体に接続している。正極タブ４５の外縁は、変曲点を介して第８正極本体４１Ｈの一対の曲線部４４に接続している。

次に、負極体３０および正極体４０の捲回構造について説明する。
図８は、実施形態の負極体および正極体の捲回方法を示す図である。
図８に示すように、最初に、負極体３０の第１負極本体３１Ａと正極体４０の第１正極本体４１Ａとを互いに重ねる。この際、第１負極本体３１Ａ、および第１正極本体４１Ａは、それぞれの長軸Ａ１，Ａ２（図６および図７参照）が互いに重なるとともに、長軸Ａ１の中心点と長軸Ａ２の中心点とが重なるように配置される。また、負極体３０および正極体４０は、第１負極本体３１Ａおよび第１正極本体４１Ａから互いに反対方向に延びるように配置される。以下、第１負極本体３１Ａと第１正極本体４１Ａとが重ねられた部分を基準重ね合わせ部と称する。

続いて、基準重ね合わせ部を捲回中心とするように、負極体３０および正極体４０を基準重ね合わせ部回りに捲回する。具体的に、負極体３０および正極体４０を以下の手順で捲回する。負極体３０の第１負極接続部３２Ａを折り返し、第１負極本体３１Ａとは反対側で第１正極本体４１Ａに第２負極本体３１Ｂを重ねる。この際、第１負極本体３１Ａおよび第２負極本体３１Ｂは、積層方向から見て互いに長軸Ａ１が互いに重なるように配置される。また、正極体４０の第１正極接続部４２Ａを折り返し、第１正極本体４１Ａとは反対側で第１負極本体３１Ａに第２正極本体４１Ｂを重ねる。この際、第１正極本体４１Ａおよび第２正極本体４１Ｂは、積層方向から見て互いに長軸Ａ２が互いに重なるように配置される。その後も、各負極本体３１が互いに重なるように各負極接続部３２を折り返すとともに、各正極本体４１が互いに重なるように各正極接続部４２を折り返す。これにより、負極体３０および正極体４０の捲回が完了する。その後、負極タブ３５を第８負極本体３１Ｈの外周面に沿わせるように折り返すとともに、正極タブ４５を第８正極本体４１Ｈの外周面に沿わせるように折り返す。この際、負極タブ３５における負極集電箔が露出する部分が正極体４０に対向しないように負極タブ３５を折り返す。

なお、例えば最初に第１負極接続部３２Ａを折り曲げて、第１負極本体３１Ａと第２負極本体３１Ｂとの層間に第１正極本体４１Ａを挿入して、捲回を開始してもよい。この場合には、第１正極本体４１Ａの直線部４３ａ（図７参照）を第１負極接続部３２Ａに突き当てるように、第１負極本体３１Ａと第２負極本体３１Ｂとの層間に第１正極本体４１Ａを挿入することができる。

なお、図示しないが、セパレータ５０は、負極体３０および正極体４０の両方よりも幅広の帯状に形成され、負極体３０および正極体４０とともに捲回された後、積層方向から見て負極体３０の外形に沿って余分な部分が切り落とされる。これにより、セパレータ５０は、負極体３０および正極体４０それぞれの内周面および外周面の略全面に沿って配置されている。

以上に説明したように、本実施形態では、第１正極本体４１Ａは、セパレータ５０を介して前記内端側負極接続部に対向する直線部４３ａを備え、第１正極本体４１Ａの長軸Ａ２と直線部４３ａとの間隔Ｇ１は、第１負極本体３１Ａの長軸Ａ１と第１負極接続部３２Ａとの間隔Ｇ２以上である。
この構成によれば、第１正極本体４１Ａは、第１負極接続部３２Ａに隣接する第１負極本体３１Ａを含む一対の負極本体３１の層間に配置される。また、第１正極本体４１Ａの直線部４３ａは、第１負極本体３１Ａを含む一対の負極本体３１および第１負極接続部３２Ａに囲まれる。このため、第１正極本体４１Ａの直線部４３ａが一対の負極本体３１の層間から突出して、第１正極本体４１Ａに負極体３０と対向しない領域が形成されることを抑制できる。
そして、第１正極本体４１Ａの長軸Ａ２と直線部４３ａとの間隔は、第１負極本体３１Ａの長軸Ａ１と第１負極接続部３２Ａとの間隔以上となっている。このため、第１正極本体４１Ａを第１負極本体３１Ａに対して互いに長軸Ａ１，Ａ２が重なるように配置した場合、上述したように負極体３０によって第１正極本体４１Ａの直線部４３ａを囲みつつ、第１正極本体４１Ａの面積の確保を図ることができる。
以上により、容量の向上が図られた電池１を提供できる。

また、第１正極本体４１Ａの直線部４３ａが負極体３０によって囲まれる。このため、負極体３０および正極体４０を捲回する際に、第１負極接続部３２Ａが折り曲げられた状態にある負極体３０に対して、第１正極本体４１Ａを直線部４３ａが第１負極接続部３２Ａに突き当たるように第１負極本体３１Ａを含む一対の負極本体３１の層間に挿入することができる。このため、負極体３０および正極体４０を捲回する際の位置ずれを抑制できるので、電池１を容易に製造できる。

また、第１正極本体４１Ａの直線部４３ａの全体は、セパレータ５０を介して第１負極接続部３２Ａに対向している。この構成によれば、第１正極本体４１Ａの直線部４３ａが第１負極接続部３２Ａから突出することをより確実に抑制できる。これにより、第１正極本体４１Ａに負極体３０と対向しない領域が形成されることを抑制できる。

また、セパレータ５０は、第１負極接続部３２Ａと第１正極本体４１Ａの直線部４３ａとの間で、第１負極接続部３２Ａおよび第１正極本体４１Ａの直線部４３ａに接触している。この構成によれば、セパレータ５０によって第１正極本体４１Ａと負極体３０との直接的な接触による短絡を防止しつつ、第１正極本体４１Ａの外形を第１負極接続部３２Ａ側に最大限広げることができる。よって、第１正極本体４１Ａの面積の確保を図ることができる。したがって、容量の向上が図られた電池１を提供できる。

また、負極接続部３２それぞれの負極連結方向の寸法は、第１負極本体３１Ａから離れるに従い大きくなっている。
ここで、複数の負極本体３１のうち第８負極本体３１Ｈを除き、展開状態で隣り合う一対の負極本体３１に着目する。一対の負極本体３１の捲回状態における間隔は、一対の負極本体３１が外周側に位置する負極本体３１の対であるほど、一対の負極本体３１の間に配置される負極本体３１等の層数が増える分、大きくなる。本実施形態によれば、負極接続部の第１方向の寸法が第１負極接続部３２Ａから離れるに従い大きくなることで、一対の負極本体３１の間隔を確保でき、一対の負極本体３１の捲回状態における互いの位置ずれを抑制できる。よって、積層方向から見て、複数の負極本体３１の位置ずれが抑制され、負極体３０を所望の扁平形状に捲回できる。
しかも、少なくとも１つの負極接続部３２それぞれの負極連結方向の寸法は、第１負極接続部３２Ａから離れるに従い大きくなる。この構成によれば、一対の負極本体３１のうち外周側の負極本体３１は、内周側の負極本体３１よりも負極連結方向に大きく形成される。このため、複数の負極本体３１が互いに重なった状態で、積層方向から見て、外周側の負極本体３１には内周側の負極本体３１が重ならない非重畳領域が設けられる。例えば、図３に示すように、積層方向から見て、第７負極本体３１Ｇには第６負極本体３１Ｆが重ならない非重畳領域Ｒが設けられる。内周側の負極本体３１に接続して積層方向に延びる負極接続部３２を、積層方向から見て外周側の負極本体３１における非重畳領域に配置することで、積層方向から見て負極接続部３２が外周側の負極本体３１から突出することを抑制できる。よって、積層電極体２を突出部のない所望の扁平形状に捲回して外装体３内に高密度で配置することが可能となる。
以上により、積層方向から見て、複数の負極本体３１の位置ずれ、および負極接続部３２の突出が抑制される。したがって、負極体３０を所望の扁平形状に捲回でき、形状の自由度の向上、および容量の確保が図られた電池１を提供できる。

また、正極体４０は、正極活物質としてリチウム化合物を含む。本実施形態では、上述したように、第１正極本体４１Ａが対向する部分に負極体３０の端縁が存在することを回避されているので、リチウムイオンを負極体３０の負極活物質に吸収させることができる。よって、負極体３０から針状のリチウムが析出することを抑制できる。したがって、電池１の信頼性を向上させることができる。

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、積層電極体２が積層方向から見て長円形状に形成されているが、これに限定されず、外装体の形状に応じて様々な形状に形成できる。例えば、積層電極体は、積層方向から見て円形状または楕円形状に形成されていてもよいし、菱形や矩形等の四角形状に形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、電池１は外装体３の貫通孔を通じて露出した正極端子および負極端子を備えているが、これに限定されない。電池は、外装体の封止部において第１容器と第２容器との間を通って外装体の内部から外部に延出するタブ状の端子を備えていてもよい。

また、上記実施形態では、第１容器１０に負極端子を設け、第２容器２０に正極端子を設けているが、これに限定されない。すなわち、第１容器に正極端子を設け、第２容器に負極端子を設けてもよい。

また、上記実施形態では、第１正極本体４１Ａの直線部４３ａと第１正極本体４１Ａの長軸Ａ２との間隔Ｇ１は、第１負極本体３１Ａの長軸Ａ１と第１負極接続部３２Ａとの間隔Ｇ２に一致しているが、これに限定されない。第１正極本体４１Ａの直線部４３ａと第１正極本体４１Ａの長軸Ａ２との間隔Ｇ１は、第１負極本体３１Ａの長軸Ａ１と第１負極接続部３２Ａとの間隔Ｇ２よりも大きくてもよい。この場合、第１正極本体４１Ａの直線部４３ａは、積層方向から見て第１負極本体３１Ａおよび第２負極本体３１Ｂよりも外側で、第１負極接続部３２Ａによって囲まれるように配置される。よって、第１正極本体４１Ａに負極体３０と対向しない領域が形成されることを抑制できる。

また、上記実施形態では、第８負極本体３１Ｈの外形が第６負極本体３１Ｆの外形よりも小さいので、第８負極本体３１Ｈの負極連結方向における寸法は、展開状態で内周側に隣り合う第７負極本体３１Ｇの負極連結方向における寸法よりも小さくなっている。しかしながら、これに限定されるものではなく、第８負極本体の負極連結方向における寸法は、第７負極本体３１Ｇの負極連結方向における寸法よりも大きくてもよい。すなわち、全ての負極本体の負極連結方向における寸法は、第８負極本体から離れるに従い小さくなってもよい。これにより、積層方向から見て負極接続部３２が第８負極本体から突出することを抑制でき、より確実に負極体を所望の扁平形状に形成できる。ただし、上記実施形態のように、第８負極本体３１Ｈの外形を第６負極本体３１Ｆの外形よりも小さくすることで、第８負極本体３１Ｈの周囲に巻き解け防止用の絶縁テープを貼り付ける貼り代を設けることができる。

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） ３０…負極体 ３１…負極本体 ３１Ａ…第１負極本体（内端側負極本体） ３１Ｈ…第８負極本体（外端側負極本体） ３２…負極接続部 ３２Ａ…第１負極接続部（内端側負極接続部） ４０…正極体 ４１…正極本体 ４１Ａ…第１正極本体（内端側正極本体） ４２…正極接続部 ４３ａ…直線部（外縁） ５０…セパレータ Ａ１…長軸 Ａ２…長軸

本発明の電気化学セルは、セパレータを介して互いに重ね合わされて扁平に捲回された負極体および正極体を備え、前記負極体は、展開状態で第１方向に並んで配置され、前記第１方向に直交する方向に指向した長軸を有する複数の負極本体と、展開状態で隣り合う一対の前記負極本体を接続し、前記一対の負極本体が互いに重なり合うように折り返された少なくとも１つの負極接続部と、を有し、前記正極体は、展開状態で第２方向に並んで配置され、前記第２方向に直交する方向に指向した長軸を有する複数の正極本体と、展開状態で隣り合う一対の前記正極本体を接続し、前記一対の正極本体が前記負極本体に重なるように折り返された少なくとも１つの正極接続部と、を有し、前記複数の負極本体は、最内周に配置される内端側負極本体を有し、前記少なくとも１つの負極接続部は、前記内端側負極本体に接続する内端側負極接続部を有し、前記複数の正極本体は、最内周に配置され、前記内端側負極本体に前記セパレータを介して対向する内端側正極本体を有し、前記内端側正極本体の全体は、前記セパレータを介して前記負極体に対向し、前記内端側正極本体は、前記第２方向に直交する方向に沿って延び前記セパレータを介して前記内端側負極接続部に対向する外縁を備え、前記内端側正極本体の前記長軸と前記外縁との間隔は、前記内端側負極本体の前記長軸と前記内端側負極接続部との間隔以上であり、前記複数の負極本体は、最外周に配置される外端側負極本体を有し、前記複数の負極本体のうち前記外端側負極本体を除く前記負極本体の前記第１方向の寸法は、前記外端側負極本体から離れるに従い小さくなり、前記少なくとも１つの負極接続部それぞれの前記第１方向の寸法は、前記内端側負極接続部から離れるに従い大きくなる、ことを特徴とする。

リチウムイオン電池においては、正極活物質が配置された正極体に負極体と対向しない領域が存在すると、電気化学セルの充電時において正極体から移動してきたリチウムイオンが、エッジ効果によって正極体に対向する負極体の端縁に集中して針状に析出する可能性がある。このように、リチウムイオンがリチウム金属として析出すると、セパレータを突き抜けて、負極体と正極体とを短絡させる可能性がある。
本発明によれば、内端側正極本体は、内端側負極接続部に隣接する内端側負極本体を含む一対の負極本体の層間に配置される。また、内端側正極本体の外縁は、内端側負極本体を含む一対の負極本体および内端側負極接続部に囲まれる。このため、内端側正極本体の外縁が一対の負極本体の層間から突出して、内端側正極本体に負極体と対向しない領域が形成されることを抑制できる。
そして、内端側正極本体の長軸と外縁との間隔は、内端側負極本体の長軸と内端側負極接続部との間隔以上となっている。このため、内端側正極本体を内端側負極本体に対して互いに長軸が重なるように配置した場合、上述したように負極体によって内端側正極本体の外縁を囲みつつ、内端側正極本体の面積の確保を図ることができる。
以上により、容量の向上が図られた電気化学セルを提供できる。
ここで、展開状態で隣り合う一対の負極本体に着目する。一対の負極本体の捲回状態における間隔は、一対の負極本体が外周側に位置する負極本体の対であるほど、一対の負極本体の間に配置される負極本体等の層数が増える分、大きくなる。本発明によれば、負極接続部の第１方向の寸法が内端側負極接続部から離れるに従い大きくなることで、一対の負極本体の間隔を確保でき、一対の負極本体の捲回状態における互いの位置ずれを抑制できる。よって、複数の負極本体が重なる方向（以下、積層方向という）から見て、複数の負極本体の位置ずれが抑制され、負極体を所望の扁平形状に捲回できる。
しかも、本発明によれば、一対の負極本体のうち外周側の負極本体は、内周側の負極本体よりも第１方向に大きく形成される。このため、複数の負極本体が互いに重なった状態で、積層方向から見て、外周側の負極本体には内周側の負極本体が重ならない非重畳領域が設けられる。内周側の負極本体に接続して積層方向に延びる負極接続部を、積層方向から見て外周側の負極本体における非重畳領域に配置することで、積層方向から見て負極接続部が外周側の負極本体から突出することを抑制できる。よって、積層電極体を突出部のない所望の扁平形状に捲回して外装体内に高密度で配置することが可能となる。
以上により、積層方向から見て、複数の負極本体の位置ずれ、および負極接続部の突出が抑制される。したがって、負極体を所望の扁平形状に捲回でき、形状の自由度の向上、および容量の確保が図られた電気化学セルを提供できる。

Claims (5)

1. セパレータを介して互いに重ね合わされて扁平に捲回された負極体および正極体を備え、
   前記負極体は、
   展開状態で第１方向に並んで配置され、前記第１方向に直交する方向に指向した長軸を有する複数の負極本体と、
   展開状態で隣り合う一対の前記負極本体を接続し、前記一対の負極本体が互いに重なり合うように折り返された少なくとも１つの負極接続部と、
   を有し、
   前記正極体は、
   展開状態で第２方向に並んで配置され、前記第２方向に直交する方向に指向した長軸を有する複数の正極本体と、
   展開状態で隣り合う一対の前記正極本体を接続し、前記一対の正極本体が前記負極本体に重なるように折り返された少なくとも１つの正極接続部と、
   を有し、
   前記複数の負極本体は、最内周に配置される内端側負極本体を有し、
   前記少なくとも１つの負極接続部は、前記内端側負極本体に接続する内端側負極接続部を有し、
   前記複数の正極本体は、最内周に配置され、前記内端側負極本体に前記セパレータを介して対向する内端側正極本体を有し、
   前記内端側正極本体は、前記第２方向に直交する方向に沿って延び前記セパレータを介して前記内端側負極接続部に対向する外縁を備え、
   前記内端側正極本体の前記長軸と前記外縁との間隔は、前記内端側負極本体の前記長軸と前記内端側負極接続部との間隔以上である、
   ことを特徴とする電気化学セル。
2. 前記内端側正極本体の前記外縁の全体は、前記セパレータを介して前記内端側負極接続部に対向している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
3. 前記セパレータは、前記内端側負極接続部と前記内端側正極本体の前記外縁との間で、前記内端側負極接続部および前記内端側正極本体の前記外縁に接触している、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気化学セル。
4. 前記複数の負極本体は、最外周に配置される外端側負極本体を有し、
   前記複数の負極本体のうち前記外端側負極本体を除く前記負極本体の前記第１方向の寸法は、前記外端側負極本体から離れるに従い小さくなり、
   前記少なくとも１つの負極接続部それぞれの前記第１方向の寸法は、前記内端側負極接続部から離れるに従い大きくなる、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電気化学セル。
5. 前記正極体は、正極活物質としてリチウム化合物を含む、
   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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