JP2021061160A - 電気化学セル - Google Patents

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Abstract

【課題】小径化を図ることができ、体積効率のさらなる向上化に繋げること。【解決手段】電池軸Ｏ方向に互いに積層された複数の電極を有する電極体２と、第１ラミネート部材３０及び第２ラミネート部材４０を有し、電極体を内部に収容する外装体３とを備え、外装体は、電極体を内部に収容する収容部５０と、第１ラミネート部材及び第２ラミネート部材が重なり合った状態で互いに接合され、収容部の内部を封止する封止部５１とを備え、収容部は、電極体を挟んで電池軸方向に向かい合う頂壁部５５及び底壁部５６と、電極体を径方向の外側から囲む筒状の周壁部５７とを備え、封止部は、周壁部に沿って折り曲げられると共に周壁部を径方向の外側から全周に亘って囲む筒状に形成され、且つ周壁部に対して径方向の外側から接触している電気化学セル１を提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、電気化学セルに関する。
従来、スマートフォン、ウエアラブル機器、補聴器等の小型機器の電源として、リチウムイオン二次電池、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。
近年、この種の電気化学セルとして、電極体を内部に収容する外装体にラミネートフィルムを用いる、いわゆるラミネートタイプの電気化学セルが知られている。このラミネートタイプの電気化学セルは、小型且つ形状自由度が高く、さらに高容量化に繋がる電気化学セルとして知られている。
例えば下記特許文献１には、電極体と、第１ラミネート部材及び第２ラミネート部材を有し、第１ラミネート部材と第２ラミネート部材との間に電極体を収容する外装体と、を備えた電気化学セルが開示されている。
外装体は、電極体を収容する収容部と、収容部の外周に沿って折り曲げられた封止部と、を備えている。封止部は、第１ラミネート部材と第２ラミネート部材との溶着部を、成形用金型を利用して、収容部の外周に沿うように折り曲げ成形されることで形成されている。
特開２０１８−８５２１４号公報
上記従来のラミネートタイプの電気化学セルは、外装体の封止部が収容部の外周に沿うように折り曲げられたコイン型とされているので、平面視矩形状に形成されたラミネート電池に比べて小型化され、体積効率の向上化が図られている。
なお、体積効率とは、電池全体の体積に対する電極が占める体積の割合、すなわち「電極部分体積／電池全体体積」を言う。
しかしながら、封止部は、成形用金型を利用した折り曲げ成形によって形成されるので、成形用金型の構造上、収容部の外周と封止部との間に環状の隙間空間が形成されてしまうものであった。そのため、隙間空間のスペース分だけ大径化してしまうので、さらなる小径化を図ることが難しく、改善の余地があった。
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、小径化を図ることができ、体積効率のさらなる向上化に繋げることができるラミネートタイプの電気化学セルを提供することである。
（１）本発明に係る電気化学セルは、電池軸方向に互いに積層された複数の電極を有する電極体と、第１ラミネート部材及び第２ラミネート部材を有し、前記電極体を内部に収容する外装体と、を備え、前記外装体は、前記第１ラミネート部材及び前記第２ラミネート部材が前記電極体を挟んで前記電池軸方向に配置されることで形成され、前記電極体を内部に収容する収容部と、前記第１ラミネート部材及び前記第２ラミネート部材が重なり合った状態で互いに接合され、前記収容部の内部を封止する封止部と、を備え、前記収容部は、前記電極体を挟んで前記電池軸方向に向かい合う頂壁部及び底壁部と、前記電極体を径方向の外側から囲む筒状の周壁部と、を備え、前記封止部は、前記周壁部に沿って折り曲げられると共に前記周壁部を径方向の外側から全周に亘って囲む筒状に形成され、且つ前記周壁部に対して径方向の外側から接触していることを特徴とする。
本発明に係る電気化学セルによれば、収容部の内部を封止する封止部を、収容部における周壁部に沿って折り曲げていると共に、周壁部を径方向の外側から全周に亘って囲む筒状に形成したうえで、周壁部に対して径方向の外側から接触させている。これにより、周壁部との間に環状の隙間をあけることなく、周壁部を囲むように封止部を配置させることができる。従って、上記隙間を省略できる分、従来に比べて電気化学セル全体の小径化を図ることができる。
特に、電極体を収容する収容部のサイズを変えることなく、電気化学セル全体の小径化を図ることができるので、電気化学セル全体の体積に対する電極体が占める体積比率を向上できる。従って、体積効率の向上化に繋げることができる。
また、厚みの薄い第１ラミネート部材及び第２ラミネート部材を利用して外装体を形成しているので、周壁部及び封止部の厚み自体を薄肉することができる。この点においても、電気化学セルの小径化を図り易い。
さらに、これら第１ラミネート部材及び第２ラミネート部材を例えば熱溶着等によって接合することで封止部を構成できるうえ、周壁部に沿って封止部を折り曲げている。従って、第１ラミネート部材と第２ラミネート部材との間を通じて、外部から収容部内に塵埃や水分等の外乱が侵入することを効果的に防止することができる。従って、作動信頼性が安定した電気化学セルとすることができる。
（２）前記封止部には、前記封止部の全周に亘って、径方向の外側に向けた突出と径方向の内側に向けた突出とを繰り返しながら周方向に延びるしわ部が形成されても良い。
この場合には、しわ部を利用して、封止部の折り曲げ時に生じる応力歪み等を吸収できるので、例えば絞り成形によって封止部を形成することができる。従って、封止部の全周に亘って均等な外力を加えながら折り曲げつつ、周壁部に対して封止部の全体を一様に接触させることが可能である。従って、電気化学セルの小径化に一層繋げることができる。
（３）前記しわ部は、前記封止部における開口端側にむけてしわ深さが深くなるように形成されても良い。
この場合には、電池軸方向に沿った封止部の長さ（高さ）が長い場合であっても、例えば絞り成形によって封止部を適切に形成することができ、周壁部と封止部との間に隙間を生じさせることなく、周壁部に対して封止部を接触させ易い。
本発明によれば、小径化を図ることができると共に、体積効率のさらなる向上化に繋げることができるラミネートタイプの電気化学セルとすることができる。従って、小径化、小型化、軽量化を図ることができると共に、体積容量密度が高い高性能な電気化学セルとすることができる。
本発明に係る二次電池（電気化学セル）の実施形態を示す斜視図である。 図１に示すＡ−Ａ線に沿った二次電池の縦断面図である。 図２に示す仮想円Ｂで囲んだ部分を拡大した二次電池の縦断面図である。 図２に示す二次電池の分解斜視図である。 図４に示すＣ−Ｃ線に沿った電極体の縦断面図である。 図５に示す正極電極の捲回前における展開図である。 図５に示す負極電極の捲回前における展開図である。 図１に示す二次電池の製造途中の一工程を示す図であって、封止部を折り曲げ成形する前の成形前電池の斜視図である。 図８に示す成形前電池を別の視点から見た斜視図である。 図８に示す成形前電池を成形用金型の第１金型にセットした状態を示す断面図である。 図１０に示す状態の後、第１金型と第２金型との間で成形前電池の封止部を挟み込んで固定した状態を示す断面図である。 図１１に示す状態の後、パンチ部を上昇させた状態を示す断面図である。 図１２に示す状態の後、パンチ部の成形部を利用して封止部を折り曲げ成形している状態を示す断面図である。 図１３に示す状態の後、成形用金型から封止部が折り曲げ成形された成形後電池を取り出した状態を示す断面図である。 図１４に示す状態の後、成形後電池を絞り成形用金型にセットした状態を示す断面図である。 図１５に示す状態の後、成形後電池の封止部を絞り成形している状態を示す断面図である。 本発明に係る二次電池の変形例を示す断面図である。
以下、本発明に係る電気化学セルの実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、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、単に二次電池という。）を例に挙げて説明する。
図１〜図４に示すように、本実施形態の二次電池１は、いわゆるコイン型（ボタン型）の電池とされ、電池軸Ｏ方向に沿って互いに積層された複数の電極、すなわち正極電極１０及び負極電極２０を有する電極体２と、ラミネートフィルムで形成され、電極体２を内部に収容する外装体３と、を主に備えている。なお、各図面では、電極体２を適宜簡略化して図示している。
本実施形態では、電極体２の中心を通り上下方向に沿って延びる軸線を電池軸Ｏという。また、電池軸Ｏ方向から見た平面視で、電池軸Ｏに交差する方向を径方向といい、電池軸Ｏ回りに周回する方向を周方向という。
図４及び図５に示すように、電極体２は、正極電極１０及び負極電極２０が図示しないセパレータを挟んで積層された、いわゆる積層型電極とされている。
電極体２は、平面視で外形が円形状となるように形成されている。ただし、電極体２の外形形状は、この場合に限定されるものではなく、その他の形状、例えば楕円状、長円形状或いは菱形状等であっても良く、適宜変更して構わない。
本実施形態の正極電極１０及び負極電極２０は、セパレータを挟んで捲回されることで互い違いに積層されている。ただし、この場合に限定されるものではなく、例えば正極電極１０及び負極電極２０が互いに交差する方向からそれぞれつづら折り形状に折り畳まれることで、互い違いに積層されても構わない。さらには、セパレータの両面に正極電極１０と負極電極２０とを具備する、いわゆるペレット型の電極体としても構わない。
電極体２の構造について簡単に説明する。
図６に示すように、正極電極１０は、捲回前における展開した状態において第１方向Ｌ１に沿って延びる帯状に形成された正極集電体１１と、正極集電体１１の両面に形成された図示しない正極活物質層と、を備えている。
正極集電体１１は、例えばアルミニウム、ステンレス等の金属材料で厚みの薄いシート状に形成され、複数の正極本体１２及び複数の正極接続片１３を備えている。正極本体１２は、円板状に形成され、第１方向Ｌ１に一列に並ぶように間隔をあけて配置されている。図示の例では、正極本体１２の数は８個とされている。ただし、正極本体１２の数は、８個に限定されるものではなく、適宜変更して構わない。
正極接続片１３は、第１方向Ｌ１に隣接する正極本体１２の間に配置され、隣接する正極本体１２同士を接続している。従って、図示の例では、正極接続片１３の数は７個とされている。なお、正極接続片１３は、平面視で第１方向Ｌ１に直交する第２方向Ｌ２に沿った幅が、正極本体１２の第２方向Ｌ２に沿った幅よりも短く形成されている。
正極接続片１３の外縁は、平面視で内側に窪む円弧状に形成されていると共に、正極本体１２における円弧状の外縁に滑らかに繋がるように連設されている。ただし、正極接続片１３の外縁は、必ずしも円弧状である必要はなく、例えば直線状に形成されていても構わない。
特に、各正極接続片１３における第１方向Ｌ１に沿った寸法は、捲回状態における電極体１２において外周側に配置される正極接続片１３ほど大きくなっている。これにより、展開状態で第１方向Ｌ１に隣り合う一対の正極本体１２同士の間隔は、捲回状態で外周側に位置するほど大きくなっている。
複数の正極本体１２のうち、第１方向Ｌ１における一方のエンド位置に位置している正極本体１２（すなわち、捲回状態において最外周に配置される正極本体１２）には、第１方向Ｌ１の外側に向けてさらに延びるように正極端子タブ１４が形成されている。
なお、本実施形態では、第１方向Ｌ１における他方のエンド位置に位置している正極本体１２を、１段目の正極本体１２と称し、正極端子タブ１４が形成されている正極本体１２に向けて順に２段目、３段目、４段目、５段目、６段目、７段目、８段目の正極本体１２と称する。従って、正極端子タブ１４が形成されている正極本体１２は、８段目の正極本体１２に相当する。
正極活物質層は、正極端子タブ１４を除いた正極集電体１１の両面に形成されている。正極活物質層は、正極活物質、導電助剤、結着剤及び増粘剤等を含んでおり、例えばコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム等の複合金属酸化物で形成されている。
導電助剤としては、例えば、カーボンブラック類、炭素材料及び金属微粉等が挙げられる。結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂材料が挙げられる。増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の樹脂材料が挙げられる。
図７に示すように、負極電極２０は、捲回前における展開した状態において第１方向Ｌ１に沿って延びる帯状に形成された負極集電体２１と、負極集電体２１の両面に形成された図示しない負極活物質層と、を備えている。
負極集電体２１は、例えば銅、ニッケル及びステンレス等の金属材料で厚みの薄いシート状に形成され、複数の負極本体２２及び複数の負極接続片２３を備えている。負極本体２２は、正極本体１２と同様に円板状に形成され、第１方向Ｌ１に一列に並ぶように間隔をあけて配置されている。図示の例では、負極本体２２の数は正極本体１２の数に対応して８個とされている。ただし、負極本体２２の数は８個に限定されるものではなく、正極本体１２の数に対応して適宜変更して構わない。
負極接続片２３は、第１方向Ｌ１に隣接する負極本体２２の間に配置され、隣接する負極本体２２同士を接続している。従って、図示の例では、負極接続片２３の数は７個とされている。なお、負極接続片２３は、平面視で第１方向Ｌ１に直交する第２方向Ｌ２に沿った幅が、負極本体２２の第２方向Ｌ２に沿った幅よりも短く形成されている。
負極接続片２３の外縁は、平面視で内側に窪む円弧状に形成されていると共に、負極本体２２における円弧状の外縁に滑らかに繋がるように連設されている。ただし、負極接続片２３の外縁は、必ずしも円弧状である必要はなく、例えば直線状に形成されていても構わない。
特に、各負極接続片２３における第１方向Ｌ１に沿った寸法は、捲回状態における電極体１２において外周側に配置される負極接続片２３ほど大きくなっている。これにより、展開状態で第１方向Ｌ１に隣り合う一対の負極本体２２同士の間隔は、捲回状態で外周側に位置するほど大きくなっている。
複数の負極本体２２のうち、第１方向Ｌ１における一方のエンド位置に位置している負極本体２２（すなわち、捲回状態において最外周に配置される負極本体２２）には、第１方向Ｌ１の外側に向けてさらに延びるように負極端子タブ２４が形成されている。
なお、本実施形態では、第１方向Ｌ１における他方のエンド位置に位置している負極本体２２を、１段目の負極本体２２と称し、負極端子タブ２４が形成されている負極本体２２に向けて順に２段目、３段目、４段目、５段目、６段目、７段目、８段目の負極本体２２と称する。従って、負極端子タブ２４が形成されている負極本体２２は、８段目の負極本体２２に相当する。
上述のように構成された負極電極２０は、外形形状が先に述べた正極電極１０の外形形状に対して同等の相似形状とされている。ただし、正極電極１０の外形サイズは、負極電極２０の外形サイズよりも僅かに小さく（一回り小さく）形成されている。
負極活物質層は、負極端子タブ２４を除いた負極集電体２１の両面に形成されている。負極活物質層は、負極活物質、導電助剤、結着剤及び増粘剤等を含んでおり、例えば黒鉛等の炭素材料で形成されている。
導電助剤としては、例えば、カーボンブラック類、炭素材料及び金属微粉等が挙げられる。結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂材料が挙げられる。増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の樹脂材料が挙げられる。
上述のように構成された正極電極１０及び負極電極２０は、先に述べたようにセパレータを挟んで捲回されることで、互い違いに積層されている。
具体的には、図６に示す正極電極１０及び図７に示す負極電極２０を、例えば正極端子タブ１４と負極端子タブ２４とが互いに逆側に配置されるように第１方向Ｌ１に沿って配置した状態で、１段目の正極本体１２と１段目の負極本体２２とを重ね合わせる。次いで、互いに重ね合わせた１段目の正極本体１２及び負極本体２２を起点として、正極電極１０及び負極電極２０を同じ方向に繰り返し捲回する。これにより、正極本体１２と負極本体２２とを交互に重ね合わせるように電池軸Ｏ方向に積層することができ、図５に示す電極体２とすることができる。なお、図５ではセパレータの図示を省略している。
上述の捲回によって得られた電極体２は、図５に示すように、正極端子タブ１４が形成された８段目の正極本体１２が最上段に位置し、負極端子タブ２４が形成された８段目の負極本体２２が最下段に位置する。従って、電極体２は、正極端子タブ１４が上方を向き、負極端子タブ２４が下方を向くように配置された状態で外装体３内に収容される。
なお、図５に示す電極体２において、正極電極１０に着目すると、上方から下方に向けて第８段目、第６段目、第４段目、第２段目、第１段目、第３段目、第５段目、第７段目の順に正極本体１２が電池軸Ｏ方向に互いに平行に並ぶように正極電極１０は捲回される。これに対して、負極電極２０に着目すると、上方から下方に向けて第７段目、第５段目、第３段目、第１段目、第２段目、第４段目、第６段目、第８段目の順に負極本体２２が電池軸Ｏ方向に互いに平行に並ぶように負極電極２０は捲回される。
図１〜図４に示すように、外装体３は、ラミネートフィルムによって形成された第１ラミネート部材３０及び第２ラミネート部材４０を備えている。
外装体３は、第１ラミネート部材３０及び第２ラミネート部材４０が電極体２を間に挟んで電池軸Ｏ方向に配置されることで形成され、電極体２を内部に収容する収容部５０と、第１ラミネート部材３０及び第２ラミネート部材４０が重なり合った状態で互いに接合され、収容部５０の内部を封止する封止部５１と、を備えている。これにより、外装体３は、収容部５０の内部に電極体２を密封した状態で収容している。収容部５０の内部には、図示しない電解質溶液が充填されている。
収容部５０は、電極体２を挟んで電池軸Ｏ方向に向かい合う頂壁部５５及び底壁部５６と、電極体２を径方向の外側から囲む環状の周壁部５７と、を備えている。
封止部５１は、周壁部５７に沿って折り曲げられると共に、周壁部５７を径方向の外側から全周に亘って囲む環状に形成され、且つ周壁部５７に対して径方向の外側から接触している。
収容部５０及び封止部５１を具備する外装体３について、以下に詳細に説明する。
図２及び図３に示すように、第１ラミネート部材３０は、電極体２を主に上方から覆う部材であって、金属層３１と、金属層３１の両面を被覆する内側樹脂層３２及び外側樹脂層３３とを有している。内側樹脂層３２及び外側樹脂層３３は、図示しない接合層を介して金属層３１の両面に対して、例えば熱融着或いは接着等によってそれぞれ密に接合されている。なお、各図面では、これら金属層３１、内側樹脂層３２及び外側樹脂層３３の図示を適宜省略している。
金属層３１は、外気や水蒸気の遮断に好適な金属材料、例えばステンレス、アルミニウム等によって形成されている。
内側樹脂層３２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る。ポリオレフィンとしては、例えば高圧法低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）や低圧法高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、インフレーションポリプロピレン（ＩＰＰ）フィルム、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）フィルム、二軸延伸ポリプロピレン（ＯＰＰ）フィルム、直鎖状短鎖分岐ポリエチレン（Ｌ−ＬＤＰＥ、メタロセン触媒仕様）の何れかの材質を用いることができる。特に、ポロプロピレン樹脂が好ましい。
外側樹脂層３３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る。
第１ラミネート部材３０は、電極体２を上方から覆う平面視円形状の頂壁部３５と、頂壁部３５の外周縁部から下方に向けて延びると共に電極体２を径方向の外側から囲む筒状の周壁部３６と、周壁部３６を径方向の外側から囲む筒状の第１封止部３７とを備えた、有頂の二重筒状に形成されている。
図示の例では、第１封止部３７の上端開口端の高さ位置は、頂壁部３５の高さ位置と同等とされている。これにより、第１封止部３７は、頂壁部３５よりも上方に突出することなく形成されている。
第２ラミネート部材４０は、電極体２を主に下方から覆う部材であって、金属層４１と、金属層４１の両面を被複する内側樹脂層４２及び外側樹脂層４３とを有している。内側樹脂層４２及び外側樹脂層４３は、図示しない接合層を介して金属層４１の両面に対して、例えば熱融着或いは接着等によってそれぞれ密に接合されている。
なお、金属層４１、内側樹脂層４２及び外側樹脂層４３の材質等は、第１ラミネート部材３０における金属層３１、内側樹脂層３２及び外側樹脂層３３と同様である。また、各図面では、これら金属層４１、内側樹脂層４２及び外側樹脂層４３の図示を適宜省略している。
第２ラミネート部材４０は、電極体２を下方から覆う底壁部４５と、底壁部４５の外周縁部から上方に向けて延びると共に、第１封止部３７を径方向の外側からさらに囲む筒状の第２封止部４６とを備えた有底筒状に形成されている。
図示の例では、第２封止部４６の上端開口端の高さ位置は、第１封止部３７の上端開口端の高さ位置と同等とされている。
上述のように構成された第１ラミネート部材３０及び第２ラミネート部材４０によって、外装体３が構成されている。
具体的には、第１ラミネート部材３０における頂壁部３５及び周壁部３６が、収容部５０としての頂壁部５５及び周壁部５７としてそれぞれ機能する。また、第２ラミネート部材４０における底壁部４５が収容部５０としての底壁部５６として機能する。さらに、第１ラミネート部材３０における第１封止部３７及び第２ラミネート部材４０における第２封止部４６が、封止部５１として機能する。
封止部５１として機能する第１封止部３７及び第２封止部４６は、互いに一体に接合され、これによって収容部５０の内部を密閉状態に封止している。
具体的には、第１封止部３７における内側樹脂層３２及び第２封止部４６における内側樹脂層４２同士が、例えば超音波溶着或いは熱溶着によって一体に接合されている。ただし、接合方法としては、超音波溶着或いは熱溶着に限定されるものではなく、例えば高周波溶着や接着剤を利用した接着等でも構わない。
特に第１封止部３７及び第２封止部４６は、互いに一体に接合された後、後述する成形用金型７０によって折り曲げ成形され、続けて、後述する絞り成形用金型８０によって縮径するように絞り成形されることで、形成されている。
これにより、第１封止部３７及び第２封止部４６で構成される封止部５１は、周壁部５７の外周面に対して全周に亘って径方向の外側から密に押し付けられた密着状態で接触している。
なお、第１封止部３７の下端部と周壁部３６の下端部との接続部分は、絞り成形によって生じる内側折曲部５２として機能する。また第２封止部４６の下端部と底壁部４５の外周縁部との接続部分は、絞り成形によって生じる外側折曲部５３として機能する。
さらに封止部５１には、径方向の外側に向けた突出と径方向の内側に向けた突出とを繰り返しながら周方向に延びるしわ部５８が形成されている。しわ部５８は、径方向に交互に凹凸を繰り返すように、封止部５１の全周に亘って形成されている。なお、しわ部５８は、内側折曲部５２側及び外側折曲部５３側から封止部５１の開口端側に向けてしわ深さが深くなるように形成されている。従って、しわ部５８は、図２に示すように、封止部５１における開口端側に主に集中して形成されている。
さらに本実施形態の二次電池１は、図２及び図４に示すように、第１電極板６０及び第２電極板６１と、第１電極端子板６２及び第２電極端子板６３と、第１シーラントフィルム６４及び第２シーラントフィルム６５と、を備えている。
これら第１電極板６０、第２電極板６１、第１電極端子板６２、第２電極端子板６３、第１シーラントフィルム６４及び第２シーラントフィルム６５は、外装体３における収容部５０の内部に電極体２と共に収容されている。
第１電極板６０、第１電極端子板６２及び第１シーラントフィルム６４は、電極体２と第１ラミネート部材３０における頂壁部３５との間に配設されている。第２電極板６１、第２電極端子板６３及び第２シーラントフィルム６５は、電極体２と第２ラミネート部材４０における底壁部４５との間に配設されている。
第１電極板６０は、平面視円形状に形成され、電極体２における正極電極１０に一体に接続されている。第１電極板６０は、例えばアルミニウム或いはステンレス等の金属材料によって電極体２よりも小さい直径で形成され、電池軸Ｏと同軸上に配置されている。
第１電極板６０は、電極体２における正極電極１０の８段目の正極本体１２に重なって配置されていると共に、電極体２側を向いた下面に正極端子タブ１４が例えば超音波溶接等により溶着されている。これにより、第１電極板６０は正極電極１０に一体に接続されている。
第１電極端子板６２は、例えばニッケル等の金属材料によって第１電極板６０よりも小さい直径の平面視円形状に形成され、第１電極板６０のうち第１ラミネート部材３０側を向いた上面に重なって配置されている。そして第１電極端子板６２は、第１電極板６０の上面に例えば抵抗溶接等による溶着等によって一体に固着されている。第１電極端子板６２は、正極電極１０の外部接続端子として機能する。
第１ラミネート部材３０の頂壁部３５には、第１電極端子板６２を外部に露出させる平面視円形状の第１貫通孔３５ａが形成されている。第１貫通孔３５ａは、頂壁部３５における中央部を上下に貫通するように形成され、電池軸Ｏと同軸上に形成されている。
第１シーラントフィルム６４は、第１電極端子板６２を径方向外側から囲む環状に形成され、第１電極端子板６２を囲んだ状態で第１電極端子板６２と第１ラミネート部材３０の頂壁部３５との間に電池軸Ｏと同軸上に配置されている。
第１シーラントフィルム６４は、第１ラミネート部材３０における頂壁部３５の内側樹脂層３２及び第１電極板６０の上面に対してそれぞれ熱溶着されている。これにより、第１電極板６０は、第１シーラントフィルム６４を介して第１ラミネート部材３０の頂壁部３５に対して熱溶着されている。
なお、第１シーラントフィルム６４は、例えばポレ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、或いは不織布で強化されたポリプロピレンで形成されている。
上述のように第１電極板６０、第１電極端子板６２及び第１シーラントフィルム６４が形成されているので、第１電極端子板６２は第１貫通孔３５ａを通じて全面が上方に露出している。
図２及び図４に示すように、第２電極板６１、第２電極端子板６３及び第２シーラントフィルム６５は、上述した第１電極板６０、第１電極端子板６２及び第１シーラントフィルム６４と同様に形成、及び同様に配置されている。
第２電極板６１は、平面視円形状に形成され、電極体２における負極電極２０に一体に接続されている。第２電極板６１は、例えば銅等の金属材料によって電極体２よりも小さい直径で形成され、電池軸Ｏと同軸上に配置されている。第２電極板６１は、電極体２における負極電極２０の８段目の負極本体２２に重なって配置されていると共に、電極体２側を向いた上面に負極端子タブ２４が例えば超音波溶接等により溶着されている。これにより、第２電極板６１は負極電極２０に一体に接続されている。
第２電極端子板６３は、例えばニッケル等の金属材料によって第２電極板６１よりも小さい直径の平面視円形状に形成され、第２電極板６１のうち第２ラミネート部材４０側を向いた下面上に配置されている。そして第２電極端子板６３は、第２電極板６１の下面に例えば抵抗溶接等による溶着等によって一体に固着されている。第２電極端子板６３は、負極の外部接続端子として機能する。
第２ラミネート部材４０の底壁部４５には、第２電極端子板６３を外部に露出させる平面視円形状の第２貫通孔４５ａが形成されている。第２貫通孔４５ａは、底壁部４５における中央部を上下に貫通するように形成され、電池軸Ｏと同軸上に形成されている。
第２シーラントフィルム６５は、第２電極端子板６３を径方向外側から囲む環状に形成され、第２電極端子板６３を囲んだ状態で第２電極端子板６３と第２ラミネート部材４０の底壁部４５との間に電池軸Ｏと同軸上に配置されている。
第２シーラントフィルム６５は、第２ラミネート部材４０における底壁部４５の内側樹脂層４２及び第２電極板６１の下面に対してそれぞれ熱溶着されている。これにより、第２電極板６１は、第２シーラントフィルム６５を介して第２ラミネート部材４０の底壁部４５に対して熱溶着されている。
なお、第２シーラントフィルム６５は、第１シーラントフィルム６４と同様に、例えばポレ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、或いは不織布で強化されたポリプロピレンで形成されている。
上述のように第２電極板６１、第２電極端子板６３及び第２シーラントフィルム６５が形成されているので、第２電極端子板６３は第２貫通孔４５ａを通じて全面が下方に露出している。
（二次電池の製造方法）
次に、上述のように構成された二次電池１を製造するにあたって、封止部５１を折り曲げ及び絞り成形する方法について説明する。
はじめに、図８及び図９に示すように、外装体３における収容部５０内に電極体２を収容し、且つ電解質溶液を充填した状態で、第１封止部３７と第２封止部４６とを超音波溶着等により一体に接合する工程を行う。
これにより、第１封止部３７と第２封止部４６とが一体に接合されることで、環状に形成された封止部５１を具備する成形前電池１Ａを得ることができる。
なお、この段階において、第１電極端子板６２は第１貫通孔３５ａを通じて全面が上方に露出している。また、第２電極端子板６３は第２貫通孔４５ａを通じて全面が下方に露出している。
次いで、図１０に示す成形用金型７０を利用して、封止部５１を折り曲げ成形する工程を行う。
成形用金型７０としては、成形前電池１Ａを支持する第１金型７１と、第１金型７１の上方に配置され、第１金型７１に対して電池軸Ｏ方向に接近離間可能とされた第２金型７２と、第１金型７１及び第２金型７２に対して電池軸Ｏ方向に相対移動可能に配置されたパンチ部７３と、を備えている。
第１金型７１には、該第１金型７１を電池軸Ｏ方向に貫通する第１成形孔７１ａが形成されている。第１成形孔７１ａは、平面視円形状に形成され、電池軸Ｏと同軸に配置されている。第１金型７１における上面は封止部５１が支持される載置面７５とされている。
第２金型７２には、該第２金型７２を電池軸Ｏ方向に貫通する第２成形孔７２ａが形成されている。第２成形孔７２ａは、第１金型７１と同径の平面視円形状に形成され、電池軸Ｏと同軸に配置されている。第２金型７２における下面は、載置面７５との間で封止部５１を上方から押え込むことが可能な押圧面７６とされている。
パンチ部７３は、第１金型７１よりも下方に配置されると共に、第１金型７１及び第２金型７２に対して上昇することで、第１成形孔７１ａ内及び第２成形孔７２ａ内に下方から入り込むことが可能とされている。
パンチ部７３は、第１成形孔７１ａ及び第２成形孔７２ａの内径よりも小さい外径を有する円柱状のパンチ部本体７７と、パンチ部本体７７の上面から上方に向かって突出するように形成された環状の成形部７８と、を備えている。成形部７８は、内径が収容部５０の外径と同等とされ、外径がパンチ部本体７７の外径よりも小さく形成されている。また、成形部７８の突出長さ（電池軸Ｏ方向に沿った長さ）は、収容部５０の高さと同等とされている。
上述のように構成された成形用金型７０を利用して、封止部５１の折り曲げ成形を行う場合には、まず図１０に示すように、収容部５０をパンチ部７３側に向けた状態で、成形前電池１Ａを第１金型７１に載置する。これにより、第１成形孔７１ａ内に収容部５０が配置され、環状の封止部５１が載置面７５上に載置される。
次いで、図１１に示すように、第１金型７１に対して第２金型７２を上方から接近移動させて、封止部５１を間にして第１金型７１に対して第２金型７２を電池軸Ｏ方向に重ね合わせる。これにより、第１金型７１の載置面７５と第２金型７２の押圧面７６との間で、封止部５１を挟み込んで固定することができる。
次いで、図１２に示すように、互いに組み合わされた第１金型７１及び第２金型７２に対して、パンチ部７３を第１金型７１の下方から上昇移動させる。これにより、パンチ部７３を第１成形孔７１ａ内に入り込ませた後、さらに上昇移動させることができ、成形部７８を封止部５１に対して下方から接触させることができる。
そして、パンチ部７３のさらなる上昇移動によって、図１３に示すように、成形部７８を利用して封止部５１を持ち上げることができ、第２成形孔７２ａの内面と成形部７８の外面とを利用して、封止部５１を円筒状に折り曲げ成形することができる。
また、パンチ部本体７７の上端縁が、第２成形孔７２ａの下端縁よりも上方に移動することで、上端縁と下端縁との間で封止部５１を切断することができ、封止部５１のうち載置面７５と押圧面７６との間に挟まれている部分を切り離すことができる。
これにより、図１４に示すように、収容部５０を囲むように封止部５１が円筒状に折り曲げられた成形後電池１Ｂを得ることができる。
ただし、この成形後電池１Ｂは、パンチ部７３の成形部７８を利用して封止部５１を折り曲げ成形している関係上、収容部５０と封止部５１との間に環状の隙間部Ｓが画成されている。
次いで、図１５に示す絞り成形用金型８０を利用して、封止部５１を径方向の内側に絞り成形して、上述の環状の隙間部Ｓを埋める工程を行う。
絞り成形用金型８０は、第１絞り金型８１と、第１絞り金型８１に対して電池軸Ｏ方向に相対移動可能な第２絞り金型８２と、第２絞り金型８２との間で成形後電池１Ｂを電池軸Ｏ方向に挟み込んで固定すると共に、第２絞り金型８２と共に電池軸Ｏ方向に移動可能とされた可動治具８３と、を備えている。
第１絞り金型８１には、該第１絞り金型８１を電池軸Ｏ方向に沿って貫通する絞り孔８１ａが形成されている。絞り孔８１ａは、平面視円形状に形成され、電池軸Ｏと同軸に配置されている。絞り孔８１ａの内径は、収容部５０の外径に封止部５１の厚みの２倍を加えた大きさに相当する。
第２絞り金型８２は、絞り孔８１ａの内径よりも小さい外径を有する円柱状に形成され、電池軸Ｏと同軸に配置されている。第２絞り金型８２の上面は、成形後電池１Ｂが載置される載置面８２ａとされている。
可動治具８３は、絞り孔８１ａの内側に上方から挿入可能とされ、例えばコイルばね等の付勢部材８４による付勢力によって、載置面８２ａに載置された成形後電池１Ｂを第２絞り金型８２との間で所定の応力で挟み込んで固定することが可能とされている。
なお、可動治具８３は、成形後電池１Ｂを固定した状態を維持しながら、第２絞り金型８２と共に電池軸Ｏ方向に移動可能とされている。
上述のように構成された絞り成形用金型８０を利用して、封止部５１の絞り成形を行う場合には、図１５に示すように、成形後電池１Ｂを第２絞り金型８２の載置面８２ａに載置した後、可動治具８３によって成形後電池１Ｂを第２絞り金型８２との間で挟み込んで固定する。
次いで、図１６に示すように、第１絞り金型８１に対して第２絞り金型８２及び可動治具８３を上昇移動させる。これにより、絞り孔８１ａ内に成形後電池１Ｂを入り込ませることができ、絞り孔８１ａの内面を利用して封止部５１を絞り成形しながら、絞り孔８１ａの内側を通過するように成形後電池１Ｂを移動させることができる。
その結果、封止部５１に対して、該封止部５１の全体が径方向の内側に縮径するような外力を付与することができ、封止部５１の全体を絞り成形することができる。従って、上述した環状の隙間部Ｓを埋めることができ、収容部５０における周壁部５７に対して封止部５１を径方向の外側から密に接触させることができ、図１に示す二次電池１を得ることができる。
なお、上述した絞り成形によって、封止部５１には全周に亘ってしわ部５８が形成される。また絞り成形時、封止部５１の開口端側に向かうほど深く絞り成形されるので、開口端側に向けてしわ深さが深くなるようにしわ部５８が形成される。また、電池軸Ｏ方向に沿った封止部５１の長さ（高さ）が長い場合であっても、絞り成形によって封止部５１を適切に形成することができ、周壁部５７と封止部５１との間に隙間を生じさせることなく、周壁部５７に対して封止部５１を接触させ易い。
（二次電池の作用）
上述のように構成された二次電池１によれば、図２に示すように、第１電極板６０に固着されている第１電極端子板６２が外部に露出し、第２電極板６１に固着されている第２電極端子板６３が外部に露出しているので、これら第１電極端子板６２及び第２電極端子板６３をそれぞれ外部接続端子として機能させることができる。これにより、第１電極端子板６２及び第２電極端子板６３を利用して、二次電池１を使用することが可能となる。
特に、本実施形態の二次電池１では、収容部５０の内部を封止する封止部５１を、収容部５０における周壁部５７に沿って折り曲げていると共に、周壁部５７に対して径方向の外側から接触させている。これにより、周壁部５７との間に環状の隙間部Ｓ（図１５参照）をあけることなく、周壁部５７を囲むように封止部５１を配置させることができる。従って、上記隙間部Ｓを省略できる分、従来に比べて二次電池１全体の小径化を図ることができる。
しかも、電極体２を収容する収容部５０のサイズを変えることなく、二次電池１全体の小径化を図ることができるので、二次電池１全体の体積に対する電極体２が占める体積比率を向上できる。従って、体積効率の向上化に繋げることができる。
それに加え、厚みの薄い第１ラミネート部材３０及び第２ラミネート部材４０を利用して外装体３を形成しているので、周壁部５７及び封止部５１の厚み自体を薄肉することができる。この点においても、二次電池１の小径化を図り易い。
以上説明したように、本実施形態の二次電池１によれば、小径化を図ることができると共に、体積効率のさらなる向上化に繋げることができるラミネートタイプの二次電池とすることができる。従って、小径化、小型化、軽量化を図ることができると共に、体積容量密度が高い高性能な二次電池１とすることができる。
さらに、第１ラミネート部材３０及び第２ラミネート部材４０を例えば熱溶着等によって接合することで封止部５１を構成しているうえ、周壁部５７に沿って封止部５１を折り曲げているので、第１ラミネート部材３０と第２ラミネート部材４０との間を通じて、外部から収容部５０内に塵埃や水分等の外乱が侵入することを効果的に防止することができる。従って、作動信頼性が安定した二次電池１とすることができる。
さらに、しわ部５８を利用して、封止部５１の折り曲げ時に生じる応力歪み等を吸収できるので、絞り成形によって封止部５１を形成することができる。従って、封止部５１の全周に亘って均等な外力を加えながら折り曲げることができると共に、周壁部５７に対して封止部５１の全体を一様に接触させることが可能である。従って、二次電池１の小径化に一層繋げることができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形例には、例えば当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、均等の範囲のものなどが含まれる。
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１を例に挙げて説明したが、この場合に限定されるものではなく、例えばキャパシタ（例えばリチウムイオンキャパシタ等）或いは一次電池であっても構わない。
さらに、上記実施形態において、第２電極板６１を銅製としたが、例えばニッケル製としても構わない。この場合には、第２電極端子板６３を省略することも可能である。つまり、負極側については、必ずしも電極端子板が必須なものではなく、具備しなくても構わない。この場合には、第２電極板６１自体を負極側の外部接続端子として機能させることができる。
さらに、外装体３の全体がラミネートフィルムで形成されている必要はなく、少なくとも封止部５１がラミネートフィルムで形成されていれば良い。
さらに上記実施形態では、平面視円形状の二次電池１を例に挙げて説明したが、二次電池１の形状は適宜変更して構わない。例えば、平面視で直線部と半円部とが組み合わさった長円形状の二次電池としても構わない。なお、この場合には、電極体２の形状を、二次電池の外形に対応して平面視で長円形状に構成すれば良い。
さらに上記実施形態では、第１ラミネート部材３０の周壁部３６を、収容部５０として周壁部５７として機能させたが、この場合に限定されるものではない。
例えば、図１７に示すように、周壁部４７を有するように第２ラミネート部材４０を形成し、該周壁部４７と第１ラミネート部材３０の周壁部３６とで収容部５０の周壁部５７を構成するように二次電池９０を構成しても構わない。
この場合には、第１封止部３７及び第２封止部４６で構成される封止部５１を、第１ラミネート部材３０の周壁部３６を径方向の外側から全周に亘って囲むように形成し、且つ周壁部３６に対して径方向の外側から接触させれば良い。このように構成した二次電池９０の場合であっても、同様の作用効果を奏功することができる。
Ｏ…電池軸
１、９０…二次電池（電気化学セル）
２…電極体
３…外装体
１０…正極電極（電極）
２０…負極電極（電極）
３０…第１ラミネート部材
４０…第２ラミネート部材
５０…収容部
５１…封止部
５５…頂壁部
５６…底壁部
５７…周壁部
５８…しわ部

Claims (3)

  1. 電池軸方向に互いに積層された複数の電極を有する電極体と、
    第１ラミネート部材及び第２ラミネート部材を有し、前記電極体を内部に収容する外装体と、を備え、
    前記外装体は、
    前記第１ラミネート部材及び前記第２ラミネート部材が前記電極体を挟んで前記電池軸方向に配置されることで形成され、前記電極体を内部に収容する収容部と、
    前記第１ラミネート部材及び前記第２ラミネート部材が重なり合った状態で互いに接合され、前記収容部の内部を封止する封止部と、を備え、
    前記収容部は、前記電極体を挟んで前記電池軸方向に向かい合う頂壁部及び底壁部と、前記電極体を径方向の外側から囲む筒状の周壁部と、を備え、
    前記封止部は、前記周壁部に沿って折り曲げられると共に前記周壁部を径方向の外側から全周に亘って囲む筒状に形成され、且つ前記周壁部に対して径方向の外側から接触していることを特徴とする電気化学セル。
  2. 請求項１に記載の電気化学セルにおいて、
    前記封止部には、前記封止部の全周に亘って、径方向の外側に向けた突出と径方向の内側に向けた突出とを繰り返しながら周方向に延びるしわ部が形成されている、電気化学セル。
  3. 請求項２に記載の電気化学セルにおいて、
    前記しわ部は、前記封止部における開口端側にむけてしわ深さが深くなるように形成されている、電気化学セル。
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