JP2022050086A - 二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】二次電池において、電池ケースと捲回電極体との間のデッドスペースを小さくする。【解決手段】二次電池１００は、角形の電池ケース３０と、電池ケース３０に収容される捲回電極体２０とを備える。捲回電極体２０は、正極シート５０と、負極シート６０とが少なくとも重ね合わされて、捲回軸Ｗ１を中心に、捲回軸方向Ｄ１から見たときの形状が矩形状となるように捲回されている。捲回電極体２０は、捲回軸方向Ｄ１から見たときの捲回電極体２０の四隅に位置する隅部２５を有する。正極シート５０は、正極集電体５２と、正極集電体５２に形成された正極活物質層５４とを有する。負極シート６０は、負極集電体６２と、負極集電体６２に形成された負極活物質層６４とを有する。隅部２５に位置する正極活物質層５４の部分または負極活物質層６４の部分には、捲回軸方向Ｄ１に沿った折り目溝８０が形成されている。【選択図】図４
Description
本発明は、二次電池に関する。
例えば特許文献１には、角形の電池ケースと、電池ケースに収容される扁平捲回電極体と、非水電解液とを備えた二次電池が開示されている。扁平捲回電極体は、正極シートと、負極シートと、正極シートと負極シートとの間に介在するセパレータと、を重ね合わせて扁平状に捲回されたものである。また扁平捲回電極体は、捲回軸方向に直交する一の方向における両端に設けられた２つのＲ部と、２つのＲ部に挟まれた平面部とを備えている。捲回軸方向から見たとき、扁平捲回電極体の外周形状は、２つのＲ部と、平面部とから構成されている。
また特許文献２には、電池絶縁基板や半導体基板などによって構成された基体と、基体の片面に設けられた電池層とを有する電極体を備えた二次電池が開示されている。電池層は、正極集電体と、正極活物質層と、固体電解質層と、負極活物質層と、負極集電体を含む。基体における電池層が設けられた面とは反対側の面には、ノッチが形成されている。電極体は、ノッチの部分で折り曲げて捲回またはつづら折りされている。
ところで、特許文献１に開示された扁平捲回電極体を角形の電池ケースに収容したとき、扁平捲回電極体の２つのＲ部と、電池ケースの内周面との間に、空隙が形成される。当該空隙は、デッドスペースとなり得るため、当該空隙の大きさはより小さい方が好ましい。当該空隙を小さくするためには、例えばＲ部の曲率半径を小さくすることが考えられる。そこで、例えば上記扁平捲回電極体に、特許文献２に開示されたノッチを形成することで扁平捲回電極体を折り曲げ易くして、Ｒ部の曲率半径を小さくすることが考えられる。しかしながら、特許文献１に開示された扁平捲回電極体には、基材が設けられておらず、基材にノッチを形成することができない。
ここで提案される二次電池は、角形の電池ケースと、電池ケースに収容される捲回電極体と、を備える。捲回電極体は、正極シートと、負極シートとが少なくとも重ね合わされて、捲回軸を中心に、捲回軸方向から見たときの形状が矩形状となるように捲回される。捲回電極体は、捲回軸方向から見たときの捲回電極体の四隅に位置する隅部を有する。正極シートは、正極集電体と、正極集電体に形成された正極活物質層と、を有する。負極シートは、負極集電体と、負極集電体に形成された負極活物質層と、を有する。正極シートおよび負極シートには、捲回軸周りの隅部に対応する位置において、正極活物質層または負極活物質層の少なくとも何れか一方には、捲回軸方向に沿った折り目溝が形成されている。
ここで提案される二次電池によれば、捲回電極体を捲回するときに折り目溝に沿って正極シートまたは負極シートの少なくとも何れか一方を折り曲げることができるため、折り曲げ易い。よって、捲回軸方向から見たときの捲回電極体の形状を、矩形状にし易い。また、角形の電池ケースに、矩形状の捲回電極体が収容されるため、電池ケースと捲回電極体との間のデッドスペースを小さくすることができ、捲回電極体の体積効率を向上させることができる。
ここで提案される二次電池では、正極活物質層は、正極集電体における捲回軸側の面に形成された内側正極活物質層と、正極集電体における捲回軸と反対側の面に形成された外側正極活物質層と、を有してもよい。折り目溝は、内側正極活物質層に形成された内側正極折り目溝と、外側正極活物質層に形成された外側正極折り目溝と、を有してもよい。
ここで提案される二次電池では、内側正極折り目溝の幅は、外側正極折り目溝の幅よりも大きくてもよい。内側正極折り目溝の幅は、内側正極活物質層の厚みと同じ、または、内側正極活物質層の厚みよりも大きくてもよい。また、内側正極折り目溝の断面形状と、外側正極折り目溝の断面形状とは異なっていてもよい。
ここで提案される二次電池では、折り目溝は、正極活物質層に形成されている。捲回軸方向から見たときに、捲回軸を通過し、かつ、捲回軸方向と交差する基準方向に延びた軸を基準軸としたとき、隅部は、捲回軸方向から見たとき、基準軸の一方側に位置する第１隅部および第２隅部を有してもよい。捲回軸周りの第１隅部に対応する位置において、正極活物質層に形成された折り目溝を、第１正極折り目溝とし、捲回軸周りの第２隅部に対応する位置において、正極活物質層に形成された折り目溝を、第２正極折り目溝としたとき、第１正極折り目溝と第２正極折り目溝との間隔は、捲回軸に向かうにしたがって小さくなっていてもよい。
ここで提案される二次電池では、二次電池は、電池ケースに収容される非水電解液を備えてもよい。
以下、ここで開示される二次電池の一実施形態について図面を参照して説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施されることができる。なお、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚みなど）は実際の寸法関係を反映するものではない。
本明細書において、「電池」とは、電気エネルギーを取り出し可能な蓄電デバイス一般を指す用語であって、一次電池および二次電池を含む概念である。「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、リチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などのいわゆる蓄電池を包含する。以下、二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池を例示して、ここで開示される二次電池について詳細に説明する。ただし、ここで開示される二次電池は、ここで説明される実施形態に限定されるものではない。
図１は、本実施形態に係る二次電池１００の内部構造を模式的に示す断面図である。本実施形態では、二次電池１００は、互いに交差（ここでは直交）する第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２（図３参照）および第３方向Ｄ３で示される３次元空間に配置されているものとする。図面において、符号Ｆ、Ｒｒ、Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｄは、それぞれ前、後、左、右、上、下を示している。例えば第１方向Ｄ１は前後方向を示し、第２方向Ｄ２は左右方向を示し、第３方向Ｄ３は上下方向を示している。第１方向Ｄ１は、捲回軸Ｗ１（図２参照）が延びた方向であり、捲回軸方向Ｄ１ともいう。第２方向Ｄ２は、基準方向Ｄ２ともいう。基準方向Ｄ２は、捲回軸方向Ｄ１と交差（ここでは直交）する方向である。
図１に示すように、本実施形態に係る二次電池１００は、電池ケース３０と、捲回電極体２０と、非水電解液１０とを備えた密閉型のリチウムイオン二次電池である。
電池ケース３０は、捲回電極体２０および非水電解液１０を内部に密閉した状態で収容する。本実施形態では、電池ケース３０の形状は、直方体形状であり、扁平な角形である。電池ケース３０は、本体３１と、蓋体３２とを備えている。本体３１は、一端（例えば上端）に開口部（図示せず）を有する角形の中空の部材である。蓋体３２は、本体３１の上記開口部を塞ぐ板状のものである。蓋体３２は、本体３１に取り付けられている。
蓋体３２には、外部接続用の正極端子４２および負極端子４４と、安全弁３６とが設けられている。安全弁３６は、電池ケース３０の内圧が所定圧力以上に上昇した場合、当該内圧を開放するものである。また、電池ケース３０には、非水電解液１０を本体３１内に注入するための注入口（図示せず）が設けられている。電池ケース３０の材質は特に限定されるものではないが、電池ケース３０の材質としては、例えばアルミニウムなどの軽量で熱伝導性が高い金属材料が用いられる。
図２は、本実施形態に係る二次電池１００の捲回電極体２０の構成を示す模式図である。図２に示すように、捲回電極体２０は、長尺状の正極シート５０と、長尺状の負極シート６０と、長尺状のセパレータ７０とを有する。本実施形態では、セパレータ７０は、第１セパレータ７１と、第２セパレータ７２とを有し、２枚のセパレータによって構成されている。捲回電極体２０は、正極シート５０と、負極シート６０とを少なくとも重ね合わせて、捲回軸Ｗ１を中心に捲回させたものである。ここでは、正極シート５０と、負極シート６０と、セパレータ７０とを重ね合わせている。詳しくは、正極シート５０、第１セパレータ７１、負極シート６０、および、第２セパレータ７２の順に重ね合わされている。
正極シート５０では、長尺状の正極集電体５２の両面に、長手方向に沿って、正極活物質を含む正極活物質層５４が形成されている。正極集電体５２における捲回軸Ｗ１が延びる方向（ここでは第１方向Ｄ１）の一端側（図２では左端側）の端部には、正極活物質層５４が形成されていない未形成部５２ａが設けられている。正極シート５０の未形成部５２ａは、正極集電体５２が露出した部分である。図１に示すように、正極シート５０の未形成部５２ａには、正極集電板４２ａが接合されている。正極集電板４２ａには、正極端子４２が電気的に接続されている。
本実施形態では、正極集電体５２には、この種の二次電池の正極集電体として用いられるものを特に制限なく使用し得る。正極集電体５２として、良好な導電性を有する金属製の正極集電体が用いられることが好ましい。正極集電体５２として、例えばアルミニウム、ニッケル、チタン、ステンレス鋼などの金属材を採用することが可能である。特にアルミニウム（例えばアルミニウム箔）を正極集電体５２として用いることが好ましい。
正極活物質層５４に含まれる正極活物質として、例えば層状構造やスピネル構造などのリチウム複合金属酸化物（例えば、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４，ＬｉＣｒＭｎＯ４、ＬｉＦｅＰＯ４など）が挙げられる。正極活物質層５４は、正極活物質と、必要に応じて用いられる材料（例えば導電材、バインダなど）と、を適当な溶媒（例えばＮ－メチル－２－ピロリドン：ＮＭＰ）に分散させ、ペースト状（またはスラリー状）の組成物を調整し、当該組成物の適当量を正極集電体５２の表面に付与し、乾燥することによって形成されることができる。
図２に示すように、負極シート６０では、長尺状の負極集電体６２の片面または両面（本実施形態では両面）に、長手方向に沿って、負極活物質を含む負極活物質層６４が形成されている。負極集電体６２における捲回軸Ｗ１が延びる方向の他端側（図２では右端側）の端部には、負極活物質層６４が形成されていない未形成部６２ａが設けられている。負極シート６０の未形成部６２ａは、負極集電体６２が露出した部分である。図１に示すように、負極シート６０の未形成部６２ａには、負極集電板４４ａが接合されている。負極集電板４４ａには、負極端子４４が電気的に接続されている。
本実施形態では、負極集電体６２には、この種の二次電池の負極集電体として用いられるものを特に制限なく使用し得る。負極集電体６２として、良好な導電性を有する金属製の負極集電体が用いられることが好ましい。負極集電体６２として、例えば銅（例えば銅箔）、または、銅を主体とする合金を用いることができる。
負極活物質層６４に含まれる負極活物質として、例えば少なくとも一部にグラファイト構造（例えば層状構造）を含む粒子状（あるいは球状、鱗片状）の炭素材料、リチウム遷移金属複合酸化物（例えば、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２等のリチウムチタン複合酸化物）、リチウム遷移金属複合窒化物などが挙げられる。負極活物質層６４は、負極活物質と、必要に応じて用いられる材料（例えばバインダなど）と、を適当な溶媒（例えばイオン交換水）に分散させ、ペースト状（またはスラリー状）の組成物を調整し、当該組成物の適当量を負極集電体６２の表面に付与し、乾燥することによって形成されることができる。
図２に示すように、セパレータ７０（詳しくは第１セパレータ７１および第２セパレータ７２）として、従来公知の多孔質シートから成るセパレータを特に制限なく使用することができる。セパレータ７０として、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル、セルロース、ポリアミドなどの樹脂から成る多孔質シート（例えばフィルム、不織布など）が挙げられる。かかる多孔質シートは、単層構造であってもよく、二層以上の複数構造（例えばＰＥ層の両面にＰＰ層が積層された三層構造）であってもよい。また、多孔質シートの片面または両面に、多孔質の耐熱層を備える構成のものであってもよい。この耐熱層は、例えば無機フィラーとバインダとを含む層（例えばフィラー層）であり得る。無機フィラーとしては、例えばアルミナ、ベーマイト、シリカなどを好ましく採用し得る。
図１に示すように、捲回電極体２０と共に電池ケース３０に収容される非水電解液１０は、適当な非水溶媒に支持塩を含有するものであり、従来公知の非水電解液を特に制限なく採用することができる。非水溶媒として、例えばエチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）などを用いることができる。また、支持塩としては、例えばリチウム塩（例えば、ＬｉＢＯＢ、ＬｉＰＦ６など）を好適に用いることができる。本実施形態では、支持塩として、ＬｉＢＯＢが採用されている。この場合、非水電解液１０におけるＬｉＢＯＢ含有量は、０．３ｗｔ％～０．６ｗｔ％であることが好ましい。
本実施形態では、上述のように、図２に示すように、捲回電極体２０は、正極シート５０と、負極シート６０とが少なくとも重ね合わされて、捲回軸Ｗ１を中心に捲回されて構成されている。図３に示すように、捲回された捲回電極体２０において、捲回軸方向Ｄ１から見たときの形状が矩形状である。なお、図３では、捲回電極体２０において、外周形状が図示されており、捲回された状態の図示は省略されている。
ここでは、捲回電極体２０は、第１平面２１と、第２平面２２と、第３平面２３と、第４平面２４とを有している。第１平面２１～第４平面２４は、それぞれ捲回電極体２０の外周面の一部を構成している。第１平面２１と第２平面２２とは、捲回軸Ｗ１を挟んで対向しており、第２方向Ｄ２に並んで配置されている。第３平面２３と第４平面２４とは、捲回軸Ｗ１を挟んで対向しており、第３方向Ｄ３に並んで配置されている。
本実施形態では、捲回電極体２０は、捲回軸方向Ｄ１から見たときの捲回電極体２０の四隅に位置する隅部２５を有している。本実施形態では、隅部２５は、先が尖った角形状であるが、角が丸い形状であってもよい。すなわち隅部２５には、アールが形成されていてもよい。ここでは、第１平面２１と第３平面２３との間に位置する隅部２５を、第１隅部２６といい、第２平面２２と第３平面２３との間に位置する隅部２５を、第２隅部２７という。また、第１平面２１と第４平面２４との間に位置する隅部２５を、第３隅部２８といい、第２平面２２と第４平面２４との間に位置する隅部２５を、第４隅部２９という。
ここでは、捲回軸方向Ｄ１から見たときに、捲回軸Ｗ１を通過し、かつ、基準方向Ｄ２に延びた軸を基準軸Ｗ２とする。第１隅部２６および第２隅部２７は、基準軸Ｗ２の一方側（ここでは下方側）に位置している。第３隅部２８および第４隅部２９は、基準軸Ｗ２の他方側（ここでは上方側）に位置している。
図４は、第１隅部２６および第２隅部２７に位置する正極シート５０および負極シート６０の一部を模式的に示した断面図である。なお、図４では、セパレータ７０は省略されている。本実施形態では、図４に示すように、正極シート５０および負極シート６０には、捲回軸Ｗ１周りの隅部２５に対応する位置において、正極活物質層５４および負極活物質層６４には、折り目溝８０が形成されている。換言すると、隅部２５に位置する正極活物質層５４の部分、および、負極活物質層６４の部分には、折り目溝８０が形成されている。なお、折り目溝８０の幅は特に限定されない。折り目溝８０の幅によっては、折り目溝８０の形状は線状となり得る。折り目溝８０は、線状のもの、言い換えると、折り目線であってもよい。折り目溝８０には、折り目線も含まれる。図２に示すように、折り目溝８０は、捲回軸方向Ｄ１に沿って延びた溝である。なお、図示は省略するが、捲回軸Ｗ１周りの隅部２５に対応する位置において、セパレータ７０（詳しくは第１セパレータ７１および第２セパレータ７２）に折り目溝８０が形成されていてもよい。以下の説明において、「隅部２５（または第１隅部２６～第４隅部２９）に位置する」とは、捲回軸Ｗ１周りの隅部２５（または第１隅部２６～第４隅部２９）に対応した位置において」のことを意味する。ここでは、図４に示すように、折り目溝８０は、隅部２５に位置する正極活物質層５４の部分に形成された正極折り目溝８１と、隅部２５に位置する負極活物質層６４の部分に形成された負極折り目溝８６とを有している。
本実施形態では、正極折り目溝８１のうち、第１隅部２６、第２隅部２７、第３隅部２８、および、第４隅部２９に位置する正極活物質層５４の部分に形成された溝を、それぞれ第１正極折り目溝８２ａ、第２正極折り目溝８２ｂ、第３正極折り目溝８２ｃ（図７参照）、および、第４正極折り目溝８２ｄ（図７参照）という。なお、図４では、第１隅部２６および第２隅部２７のみが図示されているが、第３隅部２８および第４隅部２９も、第１隅部２６および第２隅部２７に対応した構成を有している。
本実施形態では、上述のように正極活物質層５４は、図４に示すように、正極集電体５２の両面に形成されている。正極活物質層５４は、正極集電体５２における捲回軸Ｗ１側の面に形成された内側正極活物質層５６ａと、正極集電体５２における捲回軸Ｗ１と反対側の面に形成された外側正極活物質層５６ｂとを有している。ここでは、正極折り目溝８１は、内側正極活物質層５６ａおよび外側正極活物質層５６ｂに形成されている。第１正極折り目溝８２ａ～第４正極折り目溝８２ｄのそれぞれは、内側正極活物質層５６ａに形成された内側正極折り目溝８３と、外側正極活物質層５６ｂに形成された外側正極折り目溝８４とを有している。
本実施形態では、負極折り目溝８６のうち、第１隅部２６、第２隅部２７、第３隅部２８および第４隅部２９に位置する負極活物質層６４の部分に形成された溝を、それぞれ第１負極折り目溝８７ａ、第２負極折り目溝８７ｂ、第３負極折り目溝８７ｃ（図７参照）および第４負極折り目溝８７ｄ（図７参照）という。
上述のように、負極活物質層６４は、図４に示すように、負極集電体６２の両面に形成されている。負極活物質層６４は、負極集電体６２における捲回軸Ｗ１側の面に形成された内側負極活物質層６６ａと、負極集電体６２における捲回軸Ｗ１と反対側の面に形成された外側負極活物質層６６ｂとを有している。ここでは、負極折り目溝８６は、内側負極活物質層６６ａおよび外側負極活物質層６６ｂに形成されている。第１負極折り目溝８７ａ～第４負極折り目溝８７ｄのそれぞれは、内側負極活物質層６６ａに形成された内側負極折り目溝８８と、外側負極活物質層６６ｂに形成された外側負極折り目溝８９とを有している。
図７は、正極シート５０および負極シート６０を展開した図であり、正極シート５０および負極シート６０の内側の面を示す図である。図７では、長手方向Ｄ１０は、正極シート５０および負極シート６０の捲回する方向を示しており、図７の紙面上において下が捲回軸Ｗ１に近い方、すなわち正極シート５０および負極シート６０の巻き始め側を示し、下から上に向かうにしたがって捲回軸Ｗ１から離れている。本実施形態では、図７に示すように、正極折り目溝８１について、第１正極折り目溝８２ａ、第２正極折り目溝８２ｂ、第３正極折り目溝８２ｃ、および、第４正極折り目溝８２ｄは、それぞれ複数存在する。
ここでは、図７に示すように、正極シート５０の長手方向Ｄ１０に隣り合う（以下、単に隣り合うという。）第１正極折り目溝８２ａと第２正極折り目溝８２ｂとの間隔Ｌ１は、捲回軸Ｗ１に向かうにしたがって、すなわち正極シート５０の巻き始め側に向かうにしたがって小さくなる。詳しくは、隣り合う第１正極折り目溝８２ａと第２正極折り目溝８２ｂとにおける内側正極折り目溝８３同士の間隔は、捲回軸Ｗ１に向かうにしたがって小さくなる。図示は省略するが、隣り合う第１正極折り目溝８２ａと第２正極折り目溝８２ｂとにおける外側正極折り目溝８４同士の間隔も、捲回軸Ｗ１に向かうにしたがって小さくなる。同様に、図７に示すように、隣り合う第３正極折り目溝８２ｃと第４正極折り目溝８２ｄとの間隔は、捲回軸Ｗ１に向かうにしたがって小さくなる。隣り合う第１正極折り目溝８２ａと第３正極折り目溝８２ｃとの間隔は、捲回軸Ｗ１に向かうにしたがって小さくなる。隣り合う第２正極折り目溝８２ｂと第４正極折り目溝８２ｄとの間隔は、捲回軸Ｗ１に向かうにしたがって小さくなる。
なお、負極折り目溝８６同士の間隔についても、正極折り目溝８１同士の間隔と同様のことがいえる。本実施形態では、負極折り目溝８６について、第１負極折り目溝８７ａ、第２負極折り目溝８７ｂ、第３負極折り目溝８７ｃ、第４負極折り目溝８７ｄは、それぞれ複数存在する。負極シート６０の長手方向Ｄ１０に隣り合う（以下、単に隣り合うという。）第１負極折り目溝８７ａと第２負極折り目溝８７ｂとの間隔は、捲回軸Ｗ１に向かうにしたがって、すなわち負極シート６０の巻き始め側に向かうにしたがって小さくなる。詳しくは、隣り合う第１負極折り目溝８７ａと第２負極折り目溝８７ｂとにおける内側負極折り目溝８８同士の間隔は、捲回軸Ｗ１に向かうにしたがって小さくなる。図示は省略するが、隣り合う第１負極折り目溝８７ａと第２負極折り目溝８７ｂとにおける外側負極折り目溝８９同士の間隔も、捲回軸Ｗ１に向かうにしたがって小さくなる。同様に、隣り合う第３負極折り目溝８７ｃと第４負極折り目溝８７ｄとの間隔は、捲回軸Ｗ１に向かうにしたがって小さくなる。隣り合う第１負極折り目溝８７ａと第３負極折り目溝８７ｃとの間隔は、捲回軸Ｗ１に向かうにしたがって小さくなる。また、隣り合う第２負極折り目溝８７ｂと第４負極折り目溝８７ｄとの間隔は、捲回軸Ｗ１に向かうにしたがって小さくなる。
なお、折り目溝８０の形状は特に限定されない。本実施形態では、正極折り目溝８１の形状と、負極折り目溝８６の形状とは同じであるが、異なっていてもよい。また、本実施形態では、図５に示すように、内側正極折り目溝８３の形状と、外側正極折り目溝８４の形状とは異なる。同様に、内側負極折り目溝８８の形状は、外側負極折り目溝８９の形状と異なる。ただし、内側正極折り目溝８３は、外側正極折り目溝８４と形状が同じであってもよいし、内側負極折り目溝８８は、外側負極折り目溝８９と形状が同じであってもよい。本実施形態では、内側正極折り目溝８３は、内側負極折り目溝８８と形状が同じである。また、外側正極折り目溝８４は、外側負極折り目溝８９と形状が同じである。
詳しくは、図５に示すように、内側正極折り目溝８３および内側負極折り目溝８８の断面形状は、例えばそれぞれ矩形状である。ただし、内側正極折り目溝８３および内側負極折り目溝８８の断面形状は特に限定されず、例えば図６Ａに示すように、Ｖ字形状であってもよい。また、内側正極折り目溝８３および内側負極折り目溝８８の断面形状は、図６Ｂに示すように、半円形状であってもよい。図５に示すように、外側正極折り目溝８４および内側負極折り目溝８９の形状は、それぞれスリット状であるが、特に限定されるものではない。本実施形態において、スリットも溝に含まれるものとする。また、本実施形態では、折り目溝８０は、連続した溝である。しかしながら、折り目溝８０は、連続しておらず、点線溝であってもよい。
本実施形態では、内側正極折り目溝８３の幅Ｌ１２は、外側正極折り目溝８４の幅より大きい。ただし、内側正極折り目溝８３の幅Ｌ１２は、外側正極折り目溝８４の幅と同じであってもよいし、小さくてもよい。同様に、内側負極折り目溝８８の幅Ｌ２２は、外側負極折り目溝８９の幅よりも大きい。ただし、内側負極折り目溝８８の幅Ｌ２２は、外側負極折り目溝８９の幅と同じであってもよいし、小さくてもよい。なお、本実施形態において、溝８３、８４、８８、８９の幅とは、正極シート５０または負極シート６０の長手方向Ｄ１０、すなわち捲回する方向における溝８３、８４、８８、８９の長さのことをいう。
本実施形態では、図５に示すように、内側正極折り目溝８３の幅Ｌ１２は、内側正極活物質層５６ａの厚みＬ１１と同じ、または、内側正極活物質層５６ａの厚みＬ１１よりも大きい。同様に、内側負極折り目溝８８の幅Ｌ２２は、内側負極活物質層６６ａの厚みＬ２１と同じ、または、内側負極活物質層６６ａの厚みＬ２１よりも大きい。
なお、本実施形態では、内側正極折り目溝８３に対応した外側正極活物質層５６ｂの部分、言い換えると、正極集電体５２に対して内側正極折り目溝８３の反対側に位置する外側正極活物質層５６ｂの部分に、外側正極折り目溝８４が形成されている。同様に、内側負極折り目溝８８に対応した外側負極活物質層６６ｂの部分、言い換えると、負極集電体６２に対して内側負極折り目溝８８の反対側に位置する外側負極活物質層６６ｂの部分に、外側負極折り目溝８９が形成されている。
なお、折り目溝８０を形成する方法は特に限定されない。本実施形態では、例えば内側正極活物質層５６ａおよび内側負極活物質層６６ａに対してレーザ光を照射することで、内側正極活物質層５６ａおよび内側負極活物質層６６ａに、それぞれ内側正極折り目溝８３および内側負極折り目溝８８を形成することができる。例えば外側正極活物質層５６ｂおよび外側負極活物質層６６ｂに対してレーザ光を照射することで、外側正極活物質層５６ｂおよび外側負極活物質層６６ｂに、それぞれ外側正極折り目溝８４および外側負極折り目溝８９を形成することができる。なお、外側正極折り目溝８４および外側負極折り目溝８９は、いわゆるトムソン刃を外側正極活物質層５６ｂおよび外側負極活物質層６６ｂに当てつけることで形成されてもよい。
また、本実施形態では、捲回電極体２０は、正極シート５０と、負極シート６０と、セパレータ７０とを重ね合わせた状態で、いわゆる捲回機で捲回させることで作製される。当該捲回機で、正極シート５０と、負極シート６０と、セパレータ７０とを重ね合わせた状態で捲回しているときに、所定のタイミング（例えば隅部２５（図４参照）に位置し得る正極活物質層５４および負極活物質層６４の部分が、レーザ光が照射される領域を通過するタイミング）で、正極活物質層５４および負極活物質層６４にレーザ光を照射することで、正極活物質層５４および負極活物質層６４に折り目溝８０を形成することができる。
以上、本実施形態では、図２に示すように、捲回電極体２０は、正極シート５０と、負極シート６０とが少なくとも重ね合わされて、捲回軸Ｗ１を中心に、捲回軸方向Ｄ１から見たときの形状が矩形状となるように捲回されている。図３に示すように、捲回電極体２０は、捲回軸方向Ｄ１から見たときの捲回電極体２０の四隅に位置する隅部２５を有する。図４に示すように、正極シート５０および負極シート６０には、捲回軸Ｗ１周りの隅部２５に対応する位置において、正極活物質層５４および負極活物質層６４には、捲回軸方向Ｄ１に沿った折り目溝８０が形成されている。このことによって、捲回電極体２０を捲回するときに折り目溝８０に沿って正極シート５０および負極シート６０を折り曲げることができるため、折り曲げ易い。よって、図３に示すように、捲回軸方向Ｄ１から見たときの捲回電極体２０の形状を、矩形状にし易い。また、図３に示すように、角形の電池ケース３０に、矩形状の捲回電極体２０が収容されるため、電池ケース３０と捲回電極体２０との間のデッドスペースを小さくすることができ、捲回電極体２０の体積効率を向上させることができる。
本実施形態では、図４に示すように、折り目溝８０は、正極集電体５２における捲回軸Ｗ１側の面に形成された内側正極活物質層５６ａに形成された内側正極折り目溝８３と、正極集電体５２における捲回軸Ｗ１と反対側の面に形成された外側正極活物質層５６ｂに形成された外側正極折り目溝８４と、を有する。このように、正極集電体５２の両面に正極活物質層５６ａ、５６ｂを形成した場合であっても、正極活物質層５６ａ、５６ｂのそれぞれに、折り目溝８３、８４を形成することで、隅部２５に位置する正極シート５０の部分を折り目溝８３、８４に沿って折り曲げ易い。
本実施形態では、正極シート５０を内側正極折り目溝８３で折り曲げたとき、内側正極折り目溝８３には、内側正極活物質層５６ａが入り込む。そのため、本実施形態では、図５に示すように、内側正極折り目溝８３の幅Ｌ１２を、外側正極折り目溝８４の幅よりも大きくする。また、内側正極折り目溝８３の幅Ｌ１２を、内側正極活物質層５６ａの厚みＬ１１と同じ、または、内側正極活物質層５６ａの厚みＬ１１よりも大きくする。このことで、図４に示すように、内側正極折り目溝８３に内側正極活物質層５６ａが入り込み易くなり、捲回電極体２０の隅部２５の部分が膨らみ難くすることができる。
本実施形態では、正極シート５０を正極折り目溝８１で折り曲げたとき、外側正極折り目溝８４は広がる状態になり、内側正極折り目溝８３は狭くなる状態になる。そのため、折り目溝８３、８４の上記状態に合うように、図５に示すように、内側正極折り目溝８３の断面形状と、外側正極折り目溝８４の断面形状とを異ならせることで、隅部２５に位置する正極シート５０を折り曲げ易くすることができる。
本実施形態では、図４に示すように、捲回軸Ｗ１周りの第１隅部２６に対応する位置において、正極活物質層５４に形成された折り目溝８０を、第１正極折り目溝８２ａとし、捲回軸Ｗ１周りの第２隅部２７に対応する位置において、正極活物質層５４に形成された折り目溝８０を、第２正極折り目溝８２ｂとする。図７に示すように、第１正極折り目溝８２ａと第２正極折り目溝８２ｂとの間隔Ｌ１は、捲回軸Ｗ１に向かうにしたがって（ここでは、図７の下方に向かうにしたがって）小さくなる。ここでは、捲回軸Ｗ１に向かう、すなわち捲回電極体２０の巻き数が少なくなるにしたがって第１隅部２６と第２隅部２７との間隔が小さくなる。よって、捲回軸Ｗ１に向かうにしたがって、第１隅部２６と第２隅部２７の間隔に合わせて、第１正極折り目溝８２ａと第２正極折り目溝８２ｂとの間隔Ｌ１を小さくすることで、隅部２５に位置する正極シート５０を折り曲げ易くなり、図３に示すように、捲回軸方向Ｄ１から見たときの形状が矩形状となる捲回電極体２０を作製し易い。
本実施形態では、図１に示すように、二次電池１００は、電池ケース３０に収容される非水電解液１０を備えている。電池ケース３０に非水電解液１０を注液するときに、折り目溝８０から捲回電極体２０の内部に非水電解液１０を浸透させることができる。よって、非水電解液１０の注液の際の浸透速度を向上させることができる。
なお、本実施形態では、折り目溝８０は、正極活物質層５４および負極活物質層６４の両方に形成されていた。しかしながら、折り目溝８０は、正極活物質層５４または負極活物質層６４の少なくとも何れか一方に形成されていてもよい。例えば折り目溝８０は、正極活物質層５４に形成され、かつ、負極活物質層６４に形成されていなくてもよい。例えば折り目溝８０は、正極活物質層５４に形成されておらず、かつ、負極活物質層６４に形成されていてもよい。
１０ 非水電解液
２０ 捲回電極体
２５ 隅部
２６ 第１隅部
２７ 第２隅部
３０ 電池ケース
５０ 正極シート
５２ 正極集電体
５４ 正極活物質層
５６ａ 内側正極活物質層
５６ｂ 外側正極活物質層
６０ 負極シート
６２ 負極集電体
６４ 負極活物質層
８０ 折り目溝
８２ａ 第１正極折り目溝
８２ｂ 第２正極折り目溝
８３ 内側正極折り目溝
８４ 外側正極折り目溝
１００ 二次電池
２０ 捲回電極体
２５ 隅部
２６ 第１隅部
２７ 第２隅部
３０ 電池ケース
５０ 正極シート
５２ 正極集電体
５４ 正極活物質層
５６ａ 内側正極活物質層
５６ｂ 外側正極活物質層
６０ 負極シート
６２ 負極集電体
６４ 負極活物質層
８０ 折り目溝
８２ａ 第１正極折り目溝
８２ｂ 第２正極折り目溝
８３ 内側正極折り目溝
８４ 外側正極折り目溝
１００ 二次電池
Claims (7)
- 角形の電池ケースと、
前記電池ケースに収容される捲回電極体と、
を備え、
前記捲回電極体は、正極シートと、負極シートとが少なくとも重ね合わされて、捲回軸を中心に、捲回軸方向から見たときの形状が矩形状となるように捲回され、
前記捲回電極体は、前記捲回軸方向から見たときの前記捲回電極体の四隅に位置する隅部を有し、
前記正極シートは、正極集電体と、前記正極集電体に形成された正極活物質層と、を有し、
前記負極シートは、負極集電体と、前記負極集電体に形成された負極活物質層と、を有し、
前記正極シートおよび前記負極シートには、前記捲回軸周りの前記隅部に対応する位置において、前記正極活物質層または前記負極活物質層の少なくとも何れか一方には、前記捲回軸方向に沿った折り目溝が形成されている、二次電池。 - 前記正極活物質層は、
前記正極集電体における前記捲回軸側の面に形成された内側正極活物質層と、
前記正極集電体における前記捲回軸と反対側の面に形成された外側正極活物質層と、
を有し、
前記折り目溝は、
前記内側正極活物質層に形成された内側正極折り目溝と、
前記外側正極活物質層に形成された外側正極折り目溝と、
を有する、請求項１に記載された二次電池。 - 前記内側正極折り目溝の幅は、前記外側正極折り目溝の幅よりも大きい、請求項２に記載された二次電池。
- 前記内側正極折り目溝の幅は、前記内側正極活物質層の厚みと同じ、または、前記内側正極活物質層の厚みよりも大きい、請求項２または３に記載された二次電池。
- 前記内側正極折り目溝の断面形状と、前記外側正極折り目溝の断面形状とは異なる、請求項２から４までの何れか１つに記載された二次電池。
- 前記折り目溝は、前記正極活物質層に形成され、
前記捲回軸方向から見たときに、前記捲回軸を通過し、かつ、前記捲回軸方向と交差する基準方向に延びた軸を基準軸としたとき、
前記隅部は、前記捲回軸方向から見たとき、前記基準軸の一方側に位置する第１隅部および第２隅部を有し、
前記捲回軸周りの前記第１隅部に対応する位置において、前記正極活物質層に形成された前記折り目溝を、第１正極折り目溝とし、前記捲回軸周りの前記第２隅部に対応する位置において、前記正極活物質層の部分に形成された前記折り目溝を、第２正極折り目溝としたとき、
前記第１正極折り目溝と前記第２正極折り目溝との間隔は、前記捲回軸に向かうにしたがって小さくなる、請求項１から５までの何れか１つに記載された二次電池。 - 前記電池ケースに収容される非水電解液を備えた、請求項１から６までの何れか１つに記載された二次電池。
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