JP2020087914A - 電気化学セル - Google Patents
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Abstract
Description
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。
しかも、第1の態様に係る電気化学セルによれば、一対の負極本体のうち外周側に位置する負極本体は、内周側に位置する負極本体よりも第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、外周側に位置する負極本体には内周側に位置する負極本体が重ならない非重畳領域が設けられる。内周側に位置する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に位置する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に位置する負極本体から突出することを抑制できる。
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、および外端側負極本体からの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。
本発明の第3の態様に係る電気化学セルは、前記負極体の厚さ、前記正極体の厚さ、および前記セパレータの2層分の厚さの和を合計寸法として定義し、前記一対の負極本体のうち、外周側に位置する負極本体の前記第1方向の寸法は、内周側に位置する負極本体の前記第1方向の寸法よりも、前記合計寸法分、大きく形成されている。
以上により、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。
第6の態様に係る電気化学セルによれば、内端側負極接続部の第1方向における寸法は、正極体の厚さ、セパレータ1層分の厚さ、および内端側負極本体と内端側正極本体との間隔の和以上になっている。このため、内端側負極本体と内端側正極本体との間の空隙が形成されても、一対の負極本体を互いに平行、かつ一対の負極本体それぞれにおける内端側負極接続部との境界が積層方向から見て互いに重なるように配置できる。これにより、積層方向から見て、一対の負極本体の位置ずれが抑制される。
以上により、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。
図1は、第1実施形態の電池の斜視図である。図2は、第1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、第1実施形態の電池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、を備える。
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。
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の最外周部は、上述した銅プレート15に直接、またはリードタブ等を介して接続している。正極体40の最外周部は、上述したアルミニウムプレート26に直接、またはリードタブ等を介して接続している。
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。
図6は、第1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7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6個)の負極接続部32と、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)。
正極体40は、一列に並んで配置された複数(図示の例では7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6個)の正極接続部42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)。
図7は、第1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7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。
ここで、展開状態で隣り合う第1負極本体31Aおよび第2負極本体31Bに着目する。第1負極本体31Aと第2負極本体31Bとの間には、第1正極本体41Aと、第1正極本体41Aを挟むように設けられた2層のセパレータ50(図4参照)と、が配置されている。上述したように、第1負極接続部32Aの負極連結方向における寸法は、正極体40の厚さ、およびセパレータ50の2層分の厚さの和になっているので、第1負極本体31Aおよび第2負極本体31Bそれぞれにおける第1負極接続部32Aとの境界が積層方向から見て互いに重なる。これにより、積層方向から見て第1負極本体31Aと第2負極本体31Bとの位置ずれが抑制されている。
以上により、複数の負極本体31の位置ずれが抑制される。
以上により、積層方向から見て第7負極本体31Gから負極接続部32および正極接続部42が突出することを抑制できるので、積層方向から見て積層電極体2が上記基本形状から崩れることを抑制できる。したがって、負極体30および正極体40を所望の扁平形状に捲回できる。
しかも、負極本体31それぞれの負極連結方向における寸法は、最外周に配置される第7負極本体31Gから離れるに従い小さくなっている。これにより、展開状態で隣り合う一対の負極本体31のうち外周側に位置する負極本体31は、内周側に位置する負極本体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、外周側に位置する負極本体31には内周側に位置する負極本体31が重ならない非重畳領域が設けられる。内周側に位置する負極本体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に位置する負極本体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が外周側に位置する負極本体31から突出することを抑制できる。
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、および最外周の第7負極本体31Gから負極接続部32が突出することが抑制される。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。
図8は、第2実施形態の積層電極体の断面図である。
図3に示す第1実施形態では、積層電極体2が捲回中心で密に捲回されている。これに対して図8に示す第2実施形態では、積層電極体102が捲回中心に空隙Cを有している点で、第1実施形態と異なる。なお、以下で説明する以外の構成は、第1実施形態と同様である。
図9に示すように、積層電極体102は、巻き芯60にセパレータ50、負極体30および正極体40を巻き付けることにより形成される。巻き芯60は、所定の回転軸線Pに沿って一定の幅で延びる平板状の部材である。巻き芯60の厚さは、巻き芯60の幅よりも小さい。巻き芯60には、回転軸線Pに沿ってスリット61が形成されている。積層電極体102は、帯状のセパレータ50を巻き芯60のスリット61に通して巻き芯60に絡ませた状態で、巻き芯60を挟むように第1負極本体31Aおよび第1正極本体41Aを配置して、巻き芯60を回転させる。これにより、負極体30および正極体40がセパレータ50を介して重なった状態で扁平に捲回される。捲回体から巻き芯60を引き抜くことで、捲回中心に空隙Cを有する積層電極体102が形成される。そして、空隙Cの積層方向における寸法の最大値は、巻き芯60の厚さに一致する。また、空隙Cの積層方向に直交する方向における寸法は、巻き芯60の幅に一致する。
展開状態で隣り合う第1負極本体31Aおよび第2負極本体31Bに着目する。第1負極本体31Aと第2負極本体31Bとの間には、第1正極本体41Aと、第1正極本体41Aを挟むように設けられた2層のセパレータ50と、が配置されている。第1負極本体31Aと第1正極本体41Aとの間には、セパレータ50が1層配置される。このため、第1負極本体31Aおよび第2負極本体31Bの間隔は、正極体40の厚さ、セパレータ50の1層分の厚さ、および第1負極本体31Aと第1正極本体41Aとの間隔の和に等しい。また、本実施形態では、第1負極本体31Aと第1正極本体41Aとの間隔がセパレータ50の1層分の厚さよりも大きく、第1負極本体31Aと第1正極本体41Aとの間に空隙Cが形成される。
本実施形態によれば、第1負極本体31Aの負極連結方向における寸法は、正極体40の厚さ、セパレータ50の1層分の厚さ、および第1負極本体31Aと第1正極本体41Aとの間隔の和以上になっている。このため、第1負極本体31Aと第1正極本体41Aとの間の空隙Cが形成されていても、第1負極本体31Aおよび第2負極本体31Bを互いに平行、かつ第1負極本体31Aおよび第2負極本体31Bそれぞれにおける第1負極接続部32Aとの境界が積層方向から見て互いに重なるように配置できる。これにより、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の位置ずれが抑制される。
以上により、複数の負極本体31の位置ずれが抑制される。
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。
Claims (9)
- 扁平に捲回された負極体を備え、
前記負極体は、
展開状態で第1方向に一列に並んで配置された複数の負極本体と、
前記複数の負極本体のうち展開状態で隣り合う一対の負極本体を接続する少なくとも1つの負極接続部と、
を有し、
前記少なくとも1つの負極接続部は、前記複数の負極本体が互いに重なるように折り返され、
前記複数の負極本体のうち最外周に配置される負極本体を外端側負極本体として定義するとともに、最内周に配置される負極本体を内端側負極本体として定義し、
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備え、
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、
ことを特徴とする電気化学セル。 - セパレータと、
前記セパレータを介して前記負極体に重ね合わされる正極体と、を備える、ことを特徴とする請求項1に記載の電気化学セル。 - 前記負極体の厚さ、前記正極体の厚さ、および前記セパレータの2層分の厚さの和を合計寸法として定義し、
前記一対の負極本体のうち、外周側に位置する負極本体の前記第1方向の寸法は、内周側に位置する負極本体の前記第1方向の寸法よりも、前記合計寸法分、大きく形成されている、
ことを特徴とする請求項2に記載の電気化学セル。 - 前記少なくとも1つの負極接続部は、展開状態で隣り合う一対の負極接続部を含み、
前記負極体の厚さ、前記正極体の厚さ、および前記セパレータの2層分の厚さの和を合計寸法として定義し、
前記一対の負極接続部のうち、外周側に位置する負極接続部の前記第1方向の寸法は、内周側に位置する負極接続部の前記第1方向の寸法よりも、前記合計寸法分、大きく形成されている、
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の電気化学セル。 - 前記内端側負極接続部の前記第1方向の寸法は、前記正極体の厚さ、および前記セパレータ2層分の厚さの和に等しい、
ことを特徴とする請求項4に記載の電気化学セル。 - 前記正極体は、展開状態で第2方向に一列に並んで配置された複数の正極本体を備え、
前記複数の正極本体は、前記複数の負極本体に重なるように配置され、
前記複数の正極本体のうちは、最内周に配置される正極本体を内端側正極本体と定義し、
前記内端側負極本体および前記内端側正極本体は、前記セパレータの1層分の厚さよりも大きい間隔をあけて配置され、
前記内端側負極接続部の前記第1方向の寸法は、前記正極体の厚さ、前記セパレータ1層分の厚さ、および前記内端側負極本体および前記内端側正極本体の間隔の和以上である、
ことを特徴とする請求項4に記載の電気化学セル。 - 前記複数の負極本体は、展開状態で前記第1方向に直交する方向に延びる長軸を有する形状に形成され、
前記正極体は、
展開状態で第2方向に一列に並んで配置され、展開状態で前記第2方向に直交する方向に延びる長軸を有する形状に形成された複数の正極本体と、
前記複数の正極本体のうち展開状態で隣り合う一対の正極本体を接続する少なくとも1つの正極接続部と、
を有し、
前記少なくとも1つの正極接続部は、前記複数の正極本体が前記複数の負極本体に重なるように折り返され、
Nを自然数とし、
前記複数の正極本体のうち最内周に配置される正極本体から外周側に向けてN番目に位置する正極本体を第N正極本体として定義し、
前記複数の負極本体のうち前記内端側負極本体から外周側に向けてN番目に位置する負極本体を第N負極本体として定義した場合に、
前記少なくとも1つの正極接続部のうち第N正極本体と第(N+1)正極本体とを接続する正極接続部は、前記第N正極本体および前記第(N+1)正極本体の長軸間の距離が、第N負極本体および第(N+1)負極本体の長軸間の距離に一致するように形成されている、
ことを特徴とする請求項2から請求項6のいずれか1項に記載の電気化学セル。 - 前記複数の正極本体それぞれの外形は、前記複数の正極本体のそれぞれが前記セパレータを介して対向する前記複数の負極本体に含まれる負極本体の外形よりも小さい、
ことを特徴とする請求項7に記載の電気化学セル。 - 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8に記載の電気化学セル。
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