JP2023066921A - 電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】電極タブ群の損傷が好適に防止された電池を提供する。【解決手段】ここで開示される電池１００の好適な一実施形態では、正極タブ２２ｔに、保護層が形成された形成領域Ｑと、正極タブ２２ｔが露出したタブ露出領域Ｐと、の境界部分２が存在している。積層構造を有する電極体２０ａを構成するセパレータ２６のうち少なくとも一部のセパレータ２６どうしが接合されており、接合部１の少なくとも一部は、境界部分２に近接している。【選択図】図１０

Description

本発明は、電池に関する。
下記特許文献１には、電極体の長手方向の一方の端部に正極タブ群が設けられ、他方の端部に負極タブ群が設けられた電池が開示されている。そして、かかる電極タブ群を折り曲げた状態で電極集電部に接続する技術が開示されている。
特開２０１７－０５００６９号公報
本発明の目的は、電極タブ群の損傷が好適に防止された電池を提供することである。
かかる目的を実現するべく、本発明は、第１電極と、上記第１電極の対極である第２電極とが、セパレータを介在させつつ重なり合って構成された積層構造を有する１つまたは複数の電極体と、上記電極体を収容する電池ケースと、を備えた電池を提供する。上記電池ケースは、底壁と、上記底壁から延び相互に対向する一対の第１側壁と、上記底壁から延び相互に対向する一対の第２側壁と、上記底壁に対向する開口部と、を有する外装体と、上記開口部を封口する封口板であって、上記第１電極と電気的に接続される端子が取り付けられた封口板と、を備えている。上記電極体は、上記一対の第２側壁のうち一方の第２側壁と対向する端部から突出した複数のタブを含む第１電極タブ群と、上記一対の第２側壁のうち他方の第２側壁と対向する端部から突出した複数のタブを含む第２電極タブ群と、を備えており、上記第１電極タブ群および上記端子は、集電部を介して電気的に接続されており、上記第１電極タブ群は、上記第１電極タブ群の一部が上記一対の第２側壁のうち一方の第２側壁に沿って配置されるように湾曲した状態で、上記集電部と接合されており、上記タブには、活物質層または保護層が形成された形成領域と、上記タブが露出したタブ露出領域と、の境界部分が存在している。ここで、上記積層構造を有する電極体を構成するセパレータのうち少なくとも一部のセパレータどうしが接合されており、接合部の少なくとも一部は、上記境界部分に近接している。
本発明者らの検討によると、電極タブにおいて、活物質層または保護層が形成された形成領域と、該電極タブが露出したタブ露出領域との境界部分において、当該電極タブが損傷し易いことが分かった。電極体を構成するセパレータのうち少なくとも一部のセパレータどうしが接合されており、接合部の少なくとも一部がかかる境界部分に近接している電池によると、電極タブにかかる負荷がセパレータへと分散され易くなるため、電極タブ群の損傷を好適に防止できることが分かった。また、かかる境界部分の機械的強度は、接合されたセパレータが存在することで補強されるものと考えられ得る。したがって、電極タブ群の損傷を好適に防止することができる。
ここで開示される電池の好適な一態様では、上記接合部が形成されたセパレータは、上記第１電極タブ群の湾曲の緩い方に偏在している。電極タブ群のなかでも特に折り曲げ部分（換言すると、電極タブ群における湾曲が緩い部分）が損傷し易いため、接合部が形成されたセパレータがかかる部分に存在することで、電極タブ群の損傷をより好適に防止することができる。
ここで開示される電池の好適な一態様では、上記接合部の少なくとも一部は、上記境界部分に隣接している。セパレータに形成された接合部が境界部分に隣接する位置に存在することで、該境界部分にかかる負荷をセパレータに効率よく分散させることができる。これによって、電極タブ群の損傷をより好適に防止することができる。
ここで開示される電池の好適な一態様では、上記タブの根本部分から上記セパレータの上記タブの突出方向における端部に至るまでの最短距離は、上記タブの根元部分から上記境界部分に至るまでの最短距離の２倍以上である。かかる構成の電池によると、接合部の面積を確保し易くなるため、好ましい。
ここで開示される電池の好適な一態様では、上記接合部の、上記タブの突出方向における長さＡと、上記タブの突出方向に直交する方向における長さＢの比（Ｂ／Ａ）は、１．３以上である。かかる構成の接合部を備えた電池によると、セパレータどうしの接合強度がより好適に向上するため、好ましい。
ここで開示される電池の好適な一態様では、上記接合部が形成されたセパレータの枚数は、３枚以上であり、かつ、上記積層構造を有する電極体を構成するセパレータの全枚数を１００％としたときの４０％以下である。かかる構成の電池によると、電極タブ群を折り曲げる際に生じる荷重をより適切なものとすることができるため、好ましい。
ここで開示される電池の好適な一態様では、上記接合部の少なくとも一部は、上記タブおよび上記セパレータの重なり部分にも存在しており、上記タブにおける上記重なり部分の少なくとも一部には、上記保護層が具備されている。かかる構成の接合部を備えた電池によると、電極タブに加わり得る振動を接合部によって好適に抑制することができるため、好ましい。
一実施形態に係る電池を模式的に示す斜視図である。 図１のII－II線に沿う模式的な縦断面図である。 図１のIII－III線に沿う模式的な縦断面図である。 図１のIV－IV線に沿う模式的な横断面図である。 封口板に取り付けられた電極体群を模式的に示す斜視図である。 正極第２集電部および負極第２集電部が取り付けられた電極体を模式的に示す斜視図である。 捲回電極体の構成を示す模式図である。 正極第２集電部および負極第２集電部を取り付ける前の電極体を模式的に示す斜視図である。 図８のIＸ－IＸ線に沿う模式的な断面図である。 図８のセパレータ２６’および正極２２’の構成を示す模式図である。 図８のセパレータ２６’および正極２２’の構成を示す模式図である。 正極端子と負極端子と正極第１集電部と負極第１集電部と正極絶縁部材と負極絶縁部材とが取り付けられた封口板を模式的に示す斜視図である。 図１２の封口板を裏返した斜視図である。 一実施形態に係る電池が備える接合部の形成方法について説明するための模式的な説明図である。 第２実施形態に係る図１０対応図である。 第３実施形態に係る図１０対応図である。 第４実施形態に係る図１０対応図である。 第５実施形態に係る図１０対応図である。
以下、図面を参照しながら、ここに開示される技術のいくつかの好適な実施形態を説明する。なお、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本発明の実施に必要な事柄（例えば、本発明を特徴付けない電池の一般的な構成および製造プロセス）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することができる。以下の説明は、ここで開示される技術を以下の実施形態に限定することを意図したものではない。また、本明細書において数値範囲を示す「Ａ～Ｂ」の表記は、Ａ以上Ｂ以下を意味する。したがって、Ａを上回りＢを下回る場合を包含する。
なお、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全般を指す用語であって、一次電池と二次電池とを包含する概念である。また、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電が可能な蓄電デバイス全般を指す用語であって、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池等のいわゆる蓄電池（化学電池）と、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ（物理電池）と、を包含する概念である。
また、以下では、第１電極を正極とした場合について説明するが、これに限定することを意図したものではない。ここで開示される技術は、例えば、第１電極を負極とした場合についても適用することができる。
先ず、本実施形態に係る電池１００の構成について説明する。図１は、電池１００の斜視図である。図２は、図１のII－II線に沿う模式的な縦断面図である。図３は、図１のIII－III線に沿う模式的な縦断面図である。図４は、図１のIV－IV線に沿う模式的な横断面図である。以下の説明において、図面中の符号Ｌ、Ｒ、Ｆ、Ｒｒ、Ｕ、Ｄは、左、右、前、後、上、下を表し、図面中の符号Ｘ、Ｙ、Ｚは、電池１００の短辺方向、短辺方向と直交する長辺方向（電極体の長手方向ともいう）、上下方向を、それぞれ表すものとする。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、電池１００の設置形態を何ら限定するものではない。
図２に示すように、電池１００は、電池ケース１０と、電極体（ここでは、電極体群２０）と、を備えている。また、本実施形態に係る電池１００は、電池ケース１０と電極体群２０の他に、正極端子３０と、正極外部導電部材３２と、負極端子４０と、負極外部導電部材４２と、外部絶縁部材９２と、正極集電部５０と、負極集電部６０と、正極内部絶縁部材７０と、負極内部絶縁部材８０と、を備えている。また、図示は省略するが、本実施形態に係る二次電池１００は、さらに電解液を備えている。電池１００は、ここではリチウムイオン二次電池である。電池１００の内部抵抗は、例えば０．２～２．０ｍΩ程度であり得る。
電池ケース１０は、電極体群２０を収容する筐体である。電池ケース１０は、ここでは扁平かつ有底の直方体形状（角形）の外形を有する。電池ケース１０の材質は、従来から使用されているものと同じでよく、特に制限はない。電池ケース１０は、金属製であることが好ましく、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金等からなることがより好ましい。また、電池ケース１０は、外装体１２と、封口板１４と、ガス排出弁１７を備えている。外装体１２は、一つの面が開口部１２ｈとなった扁平な角型の容器である。具体的には、外装体１２は、図１に示すように、略矩形状の底壁１２ａと、底壁１２ａの短辺から上方Ｕに延びて相互に対向する一対の第１側壁１２ｂと、底壁１２ａの長辺から上方Ｕに延びて相互に対向する一対の第２側壁１２ｃと、を備えている。第１側壁１２ｂの面積は、第２側壁１２ｃの面積よりも大きい。そして、開口部１２ｈは、上記一対の第１側壁１２ｂと一対の第２側壁１２ｃに囲まれた外装体１２の上面に形成されている。封口板１４は、外装体１２の開口部１２ｈを塞ぐように外装体１２に取り付けられている。封口板１４は、平面視において略矩形状の板材である。封口板１４は、外装体１２の底壁１２ａと対向している。電池ケース１０は、外装体１２の開口部１２ｈの周縁に封口板１４が接合（例えば溶接接合）されることによって形成される。封口板１４の接合は、例えばレーザ溶接等の溶接によって行うことができる。
図１および図２に示すように、ガス排出弁１７は、封口板１４に形成されている。ガス排出弁１７は、電池ケース１０内の圧力が所定値以上になった際に開口して、電池ケース１０内のガスを排出するように構成される。また、封口板１４には、ガス排出弁１７の他に、注液孔１５と、２つの端子挿入穴１８、１９と、が設けられている。注液孔１５は、外装体１２の内部空間と連通しており、電池１００の製造工程において電解液を注液するために設けられた開口である。注液孔１５は、封止部材１６により封止されている。かかる封止部材１６としては、例えば、ブラインドリベットが好適である。これによって、電池ケース１０の内部で封止部材１６を強固に固定できる。
図５は、嵌合前の封口板１４に取り付けられた電極体群２０を模式的に示す斜視図である。本実施形態では、複数個（ここでは３個）の電極体２０ａ、２０ｂ、２０ｃが電池ケース１０の内部に収容される。なお、１つの電池ケース１０の内部に収容される電極体の数は特に限定されず、１つであってもよいし、２つ以上（複数）であってもよい。図２に示すように、各々の電極体の長辺方向Ｙの一方側（図２の左側）には正極集電部５０が配置され、長辺方向Ｙの他方（図２の右側）には負極集電部６０が配置される。そして、電極体２０ａ、２０ｂ、２０ｃの各々は、並列に接続されている。ただし、電極体２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、直列に接続されていてもよい。電極体２０ａは、ここでは樹脂製シートからなる電極体ホルダ２９（図３参照）に覆われた状態で電池ケース１０の外装体１２の内部に収容される。また、図５に示すように、本実施形態に係る電池１００では、接合部１が形成されたセパレータ２６が、正極タブ群２３の湾曲が緩い方（換言すると、正極タブ群２３の折り曲げ部）に偏在した構成となっている。なお、接合部１が形成されたセパレータ２６の詳細については、後述する。
図６は、電極体２０ａを模式的に示す斜視図である。図７は、電極体２０ａの構成を示す模式図である。なお、以下では電極体２０ａを例として詳しく説明するが、電極体２０ｂ、２０ｃについても同様の構成とすることができる。
図７に示すように、電極体２０ａは、正極２２と負極２４とセパレータ２６とを有する。電極体２０ａは、ここでは、帯状の正極２２と帯状の負極２４とが２枚の帯状のセパレータ２６を介して積層され、捲回軸ＷＬを中心として捲回された捲回電極体である。かかる捲回電極体は、正極２２と負極２４とが、セパレータ２６を介在させつつ複数重なり合って構成された正負極積層構造を有する。ただし、電極体の構造は、ここに開示される技術を限定するものではない。例えば、電極体は、複数枚の方形状（典型的には矩形状）の正極と、複数枚の方形状（典型的には矩形状）の負極とが、絶縁された状態で積み重ねられてなる積層電極体であってもよい。
電極体２０ａは、扁平形状を有している。電極体２０ａは、捲回軸ＷＬが長辺方向Ｙと略平行になる向きで、外装体１２の内部に配置されている。具体的には、図３に示すように、電極体２０ａは、外装体１２の底壁１２ａおよび封口板１４と対向する一対の湾曲部（Ｒ部）２０ｒと、一対の湾曲部２０ｒを連結し、外装体１２の第２側壁１２ｃに対向する平坦部２０ｆとを有している。平坦部２０ｆは、第２側壁１２ｃに沿って延びている。
正極２２は、図７に示すように、正極集電体２２ｃと、当該正極集電体２２ｃの少なくとも一方の表面上に固着された正極活物質層２２ａおよび正極保護層２２ｐと、を有する。ただし、正極保護層２２ｐは必須ではなく、他の実施形態において省略することもできる。正極集電体２２ｃは、帯状である。正極集電体２２ｃは、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性金属からなっている。正極集電体２２ｃは、ここでは金属箔、具体的にはアルミニウム箔である。
正極集電体２２ｃの長辺方向Ｙの一方の端部２１ａ（図７の左端部）には、複数の正極タブ２２ｔが設けられている。複数の正極タブ２２ｔは、帯状の正極２２の長手方向に沿って間隔を置いて（間欠的に）設けられている。複数の正極タブ２２ｔは、捲回軸ＷＬの軸方向の一方側（図７の左側）に向かって、セパレータ２６よりも外側に突出している。なお、正極タブ２２ｔは、捲回軸ＷＬの軸方向の他方（図７で示すと右側）に設けられていてもよいし、捲回軸ＷＬの軸方向の両側の各々に設けられていてもよい。正極タブ２２ｔは、正極集電体２２ｃの一部であり、金属箔（アルミニウム箔）からなっている。ただし、正極タブ２２ｔは、正極集電体２２ｃとは別の部材であってもよい。正極タブ２２ｔは、ここでは矩形状であるが、これに限定されず、例えば台形形状等の種々の形状であってもよい。正極タブ２２ｔには、正極保護層２２ｐが形成された形成領域Ｑと、正極活物質層２２ａおよび正極保護層２２ｐが形成されずに、正極集電体２２ｃが露出したタブ露出領域Ｐとが存在している。また、図１０の境界部分２は、形成領域Ｑとタブ露出領域Ｐの境界部分を示している。なお、本実施形態では、正極タブ２２ｔ上に正極保護層２２ｐのみが形成されているがこれに限定されず、正極タブ上に正極活物質層および正極保護層が形成されていてもよい。この場合、正極保護層が形成された領域を形成領域とすることができる。
図４に示すように、複数の正極タブ２２ｔは、捲回軸ＷＬの軸方向の一方の端部（図４の左端部）で積層され、正極タブ群２３を構成する。正極タブ群２３は、第１側壁１２ｂに沿った面方向（図２のＹ方向）に存在する一方の端部２１ａから突出した複数の正極タブ２２ｔを含む。そして、複数の正極タブ２２ｔの各々は、外方側の端が揃うように折り曲げられている。これにより、電池ケース１０への収容性を向上して電池１００を小型化することができる。図２に示すように、正極タブ群２３は、正極集電部５０を介して正極端子３０と電気的に接続される。具体的には、正極タブ群２３は、該正極タブ群の先端部分の少なくとも一部が、一対の第２側壁１２ｃのうち一方の第２側壁１２ｃに沿って配置されるように湾曲した状態で、正極集電部５０と接合されている。正極タブ群２３と正極第２集電部５２とは接続部Ｊにおいて接続される（図４参照）。そして、正極第２集電部５２は、正極第１集電部５１を介して正極端子３０と電気的に接続される。なお、複数の正極タブ２２ｔのサイズ（長辺方向Ｙに沿った長さおよび長辺方向Ｙに直交する幅、図７参照）は、正極集電部５０に接続される状態を考慮し、例えばその形成位置等によって、適宜調整することができる。ここでは、湾曲させたときに外方側の端が揃うように、複数の正極タブ２２ｔの各々のサイズが相互に異なっている。
図７に示すように、正極活物質層２２ａは、帯状の正極集電体２２ｃの長手方向に沿って、帯状に設けられている。正極活物質層２２ａは、電荷担体を可逆的に吸蔵および放出可能な正極活物質（例えば、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物）を含んでいる。正極活物質層２２ａの固形分全体を１００質量％としたときに、正極活物質は、概ね８０質量％以上、典型的には９０質量％以上、例えば９５質量％以上を占めていてもよい。正極活物質層２２ａは、正極活物質以外の任意成分、例えば、導電材、バインダ、各種添加成分等を含んでいてもよい。導電材としては、例えばアセチレンブラック（ＡＢ）等の炭素材料を使用し得る。バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等を使用し得る。
正極保護層２２ｐは、図７に示すように、長辺方向Ｙにおいて正極集電体２２ｃと正極活物質層２２ａとの境界部に設けられている。また、図７に示すように、本実施形態に係る電池１００では、正極集電体２２ｃが備える正極タブ２２ｔにおいて、正極保護層２２ｐが形成されている形成領域Ｑと、正極タブ２２ｔが露出した正極タブ露出領域Ｐとの境界部分２が存在している。正極保護層２２ｐは、ここでは正極集電体２２ｃの捲回軸ＷＬの軸方向の一方の端部（図７の左端部）に設けられている。ただし、正極保護層２２ｐは、軸方向の両端部に設けられていてもよい。正極保護層２２ｐは、正極活物質層２２ａに沿って、帯状に設けられている。正極保護層２２ｐは、無機フィラー（例えば、アルミナ）を含んでいる。正極保護層２２ｐの固形分全体を１００質量％としたときに、無機フィラーは、概ね５０質量％以上、典型的には７０質量％以上、例えば８０質量％以上を占めていてもよい。正極保護層２２ｐは、無機フィラー以外の任意成分、例えば、導電材、バインダ、各種添加成分等を含んでいてもよい。導電材およびバインダは、正極活物質層２２ａに含み得るとして例示したものと同じであってもよい。
負極２４は、図７に示すように、負極集電体２４ｃと、負極集電体２４ｃの少なくとも一方の表面上に固着された負極活物質層２４ａと、を有する。なお、長辺方向Ｙにおいて負極集電体と負極活物質層との境界部に、負極保護層がさらに形成されていてもよい。負極集電体２４ｃは、帯状である。負極集電体２４ｃは、例えば銅、銅合金、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性金属からなっている。負極集電体２４ｃは、ここでは金属箔、具体的には銅箔である。
負極集電体２４ｃの捲回軸ＷＬの軸方向の一方の端部２１ｂ（図７の右端部）には、複数の負極タブ２４ｔが設けられている。複数の負極タブ２４ｔは、帯状の負極２４の長手方向に沿って間隔を置いて（間欠的に）設けられている。複数の負極タブ２４ｔの各々は、軸方向の一方側（図７の右側）に向かって、セパレータ２６よりも外側に突出している。ただし、負極タブ２４ｔは、軸方向の他方の端部（図７の左端部）に設けられていてもよいし、軸方向の両端部の各々に設けられていてもよい。負極タブ２４ｔは、負極集電体２４ｃの一部であり、金属箔（銅箔）からなっている。ただし、負極タブ２４ｔは、負極集電体２４ｃとは別の部材であってもよい。負極タブ２４ｔは、ここでは矩形状であるが、これに限定されず、例えば台形形状等の種々の形状であってもよい。負極タブ２４ｔの少なくとも一部には、負極活物質層２４ａが形成されずに、負極集電体２４ｃが露出した領域が設けられている。
図４に示すように、複数の負極タブ２４ｔは、軸方向の一方の端部（図４の右端部）で積層されて負極タブ群２５を構成する。負極タブ群２５は、第１側壁１２ｂに沿った面方向（図２のＹ方向）に存在する端部２１ａとは異なる端部２１ｂから突出した複数の負極タブ２４ｔを含む。負極タブ群２５は、軸方向において、正極タブ群２３と対称的な位置に設けられていることが好ましい。そして、複数の負極タブ２４ｔの各々は、外方側の端が揃うように折り曲げられている。これにより、電池ケース１０への収容性を向上して、電池１００を小型化することができる。図２に示すように、負極タブ群２５は、負極集電部６０を介して負極端子４０と電気的に接続されている。具体的には、負極タブ群２５は、該負極タブ群の先端部分の少なくとも一部が、一対の第２側壁１２ｃのうち一方の第２側壁１２ｃに沿って配置されるように湾曲した状態で、負極集電部６０と接合されている。負極タブ群２５と負極第２集電部６２とは接続部Ｊにおいて接続される（図４参照）。そして、負極第２集電部６２は、負極第１集電部６１を介して負極端子４０と電気的に接続される。複数の正極タブ２２ｔと同様に、ここでは、湾曲させたときの外方側の端が揃うように、複数の負極タブ２４ｔの各々サイズが相互に異なっている。
図７に示すように、負極活物質層２４ａは、帯状の負極集電体２４ｃの長手方向に沿って、帯状に設けられている。負極活物質層２４ａは、電荷担体を可逆的に吸蔵および放出可能な負極活物質（例えば、黒鉛等の炭素材料）を含んでいる。負極活物質層２４ａの固形分全体を１００質量％としたときに、負極活物質は、概ね８０質量％以上、典型的には９０質量％以上、例えば９５質量％以上を占めていてもよい。負極活物質層２４ａは、負極活物質以外の任意成分、例えば、バインダ、分散剤、各種添加成分等を含んでいてもよい。バインダとしては、例えばスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等のゴム類を使用し得る。分散剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等のセルロール類を使用し得る。
次に、セパレータ２６が備える接合部１について説明する。ここで、図８は、正極第２集電部５２および負極第２集電部６２を取り付ける前の電極体２０ａを模式的に示す斜視図である。図９は、図８のIＸ－IＸ線に沿う模式的な断面図である。図９に示すように、本実施形態においては、正負極積層構造を有する電極体２０ａを構成するセパレータ２６のうち５枚（５層）のセパレータどうしが接合されている。なお、図９においては、接合部１が形成されたセパレータ２６のうち、最外に存在するセパレータ層から数えて２枚目（２層目）のセパレータを２６’としており、かかるセパレータ２６’の直下に存在する正極、正極集電体、正極活物質層、正極保護層をそれぞれ２２’，２２ｃ’，２２ａ’，２２ｐ’としている。ここで、本実施形態では、正負極積層構造を有する電極体２０ａを構成するセパレータ２６のうち５枚（５層）のセパレータどうしを接合しているが、接合するセパレータ２６の枚数（換言すると、接合部１が形成されたセパレータ２６の枚数）は、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて特に制限されない。接合するセパレータ２６の枚数（層数）は、正極タブ２２ｔにかかる荷重をセパレータ２６へと好適に分散させるという観点から、好ましくは３枚（３層）以上であり、より好ましくは１０枚（１０層）以上であり、さらに好ましくは２０枚（２０層）以上である。一方、正極タブ群２３を折り曲げる際に生じ得る折り曲げ荷重をより適切なものにするという観点から、接合するセパレータ２６の枚数（層数）は、電極体２０ａを構成するセパレータ２６の全枚数（全層数）を１００％としたとき、例えば９０％以下であり、好ましくは６０％以下であり、より好ましくは４０％以下であり、さらに好ましくは３０％以下（例えば、２０％以下）である。また、本実施形態に係る電池１００では、接合部１が形成されたセパレータ２６が、正極タブ群２３の湾曲が緩い方に偏在した構成となっているが、これに限定されない。接合部が形成されたセパレータは、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて、正負極積層構造における任意の位置に存在させることができる。
図１０および図１１は、図８のセパレータ２６’および正極２２’の構成を示す模式図（平面図）である。図１０に示すように、本実施形態においては、接合部１は、正極タブ２２ｔの根元部分に相当する端部ｒからセパレータ２６（詳しくは、セパレータ２６’）の正極タブ２２ｔの突出方向における端部ｓに至るまでの領域に形成されている。また、本実施形態においては、接合部１の少なくとも一部は、境界部分２に隣接する位置（換言すると、境界部分２に接する位置）に存在している。このように、接合部１の少なくとも一部を境界部分２に隣接する位置に配置することで、境界部分２にかかる負荷をセパレータ２６に効率よく分散させることができ、これによって正極タブ群２３の損傷をより好適に防止することができる。
図１１に示すように、端部ｒから端部ｓに至るまでの最短距離をｐ、端部ｒから境界部分２に至るまでの最短距離をｑとしたとき、最短距離ｐおよび最短距離ｑの大きさは、ここで開示される限りにおいて特に制限されない。最短距離ｑに対する最短距離ｐの比（ｐ／ｑ）は、接合部１の面積を好適に確保するという観点からは、例えば１．５以上であり、好ましくは２以上であり、より好ましくは２．５以上である。一方、セパレータのコストの観点から、上記比（ｐ／ｑ）は、例えば５以下であり、好ましくは４以下であり、より好ましくは３以下である。
また、接合部１の、正極タブ２２ｔの突出方向（図１１のＹ方向）における長さＡと、該突出方向に直交する方向（図１０のＺ方向）における長さＢの比（Ｂ／Ａ）は、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて特に制限されない。上記比（Ｂ／Ａ）は、セパレータ２６どうしの接合強度を好適に向上させるという観点から、例えば１．１以上であり、好ましくは１．３以上であり、より好ましくは１．５以上であり得る。また、上記比（Ｂ／Ａ）は、概ね３以下であり、例えば２以下とすることができる。
図７に示すように、セパレータ２６は、正極２２の正極活物質層２２ａと、負極２４の負極活物質層２４ａと、を絶縁する部材である。セパレータ２６としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン樹脂からなる樹脂製の多孔性シートが好適である。また、セパレータ２６は、樹脂製の多孔性シートからなる基材部と、基材部の少なくとも一方の表面上に設けられ、無機フィラーを含む耐熱層（Heat Resistance Layer：ＨＲＬ）と、を有していてもよい。無機フィラーとしては、例えば、アルミナ、ベーマイト、水酸化アルミニウム、チタニア等を使用し得る。あるいは、セパレータ２６は、樹脂製の多孔性シートからなる基材部と、基材部の少なくとも一方の表面上に設けられる接着層と、を有していてもよい。接着層としては、例えば、ＰＶｄＦやＳＢＲを含む層が挙げられる。また、上記接着層は、無機フィラー等他の成分をさらに含んでいてもよい。上記無機フィラーの一例としては、上述したようなものを用いることができる。ここで、上記接着層を構成する成分全体を１００質量％としたとき、ＰＶｄＦの含有量は、概ね５質量％以上とすることができ、好ましくは１０質量％以上、より好ましくは１５質量％以上、さらに好ましくは２０質量％以上とすることができる。また、ＰＶｄＦの含有量は１００質量％であってもよいし、例えば９０質量％以下とすることができ、好ましくは８０質量％以下とすることができる。ただし、ＰＶｄＦの含有量はこれらに限定されない。なお、詳細については後述するが、本実施形態のようにセパレータ２６どうしを熱プレスによって接合する場合は、セパレータとして、樹脂製の多孔性シートからなる基材部と、基材部の少なくとも一方の表面上に設けられる接着層と、を有するものを好ましく用いることができる。
電解液は従来と同様でよく、特に制限はない。電解液は、例えば、非水系溶媒と支持塩とを含有する非水電解液である。非水系溶媒は、例えば、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等のカーボネート類を含んでいる。支持塩は、例えば、ＬｉＰＦ６等のフッ素含有リチウム塩である。ただし、電解液は固体状（固体電解質）で、電極体群２０と一体化されていてもよい。
正極端子３０は、図２に示すように、封口板１４の長辺方向Ｙの一方の端部（図２の左端部）に形成された端子挿入穴１８に挿入されている。正極端子３０は、金属製であることが好ましく、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることがより好ましい。一方、負極端子４０は、封口板１４の長辺方向Ｙの他方の端部（図２の右端部）に形成された端子挿入穴１９に挿入されている。なお、負極端子４０は、金属製であることが好ましく、例えば銅または銅合金からなることがより好ましい。これらの電極端子（正極端子３０、負極端子４０）は、ここでは、電池ケース１０の同じ面（具体的には封口板１４）からそれぞれ突出している。ただし、正極端子３０および負極端子４０は、電池ケース１０の異なる面からそれぞれ突出していてもよい。また、端子挿入穴１８、１９に挿入された電極端子（正極端子３０、負極端子４０）は、かしめ加工などによって封口板１４に固定されていることが好ましい。
上述したとおり、正極端子３０は、図２に示すように、外装体１２の内部で正極集電部５０（正極第１集電部５１、正極第２集電部５２）を介して、各々の電極体２０の正極２２（図７参照）と電気的に接続される。正極端子３０は、正極内部絶縁部材７０およびガスケット９０によって、封口板１４と絶縁される。なお、正極内部絶縁部材７０は、正極第１集電部５１と封口板１４との間に介在するベース部７０ａと、突出部７０ｂとを備えている。そして、端子挿入穴１８を通じて電池ケース１０の外部に露出した正極端子３０は、封口板１４の外部において正極外部導電部材３２と接続される。一方、負極端子４０は、図２に示すように、外装体１２の内部で負極集電部６０（負極第１集電部６１、負極第２集電部６２）を介して、各々の電極体の負極２４（図７参照）と電気的に接続される。負極端子４０は、負極内部絶縁部材８０およびガスケット９０によって、封口板１４と絶縁される。なお、正極内部絶縁部材７０と同様に、負極内部絶縁部材８０も、負極第１集電部６１と封口板１４との間に介在するベース部８０ａと、突出部８０ｂとを備えている。そして、端子挿入穴１９を通じて電池ケース１０の外部に露出した負極端子４０は、封口板１４の外部において負極外部導電部材４２と接続される。そして、上述した外部導電部材（正極外部導電部材３２、負極外部導電部材４２）と封口板１４との間には、外部絶縁部材９２が介在している。かかる外部絶縁部材９２によって外部導電部材３２、４２と封口板１４とを絶縁できる。
＜電池の製造方法＞
電池１００は、上記したような電池ケース１０（外装体１２および封口板１４）と、電極体群２０（電極体２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）と、電解液と、正極端子３０と、負極端子４０と、正極集電部５０（正極第１集電部５１および正極第２集電部５２）と、負極集電部６０（負極第１集電部６１および負極第２集電部６２）と、正極内部絶縁部材７０と負極内部絶縁部材８０と、を用意し、例えば、第１取付工程と、第２取付工程と、挿入工程と、封口工程と、を含む製造方法によって製造することができる。また、ここに開示される製造方法は、任意の段階でさらに他の工程を含んでもよい。
第１取付工程では、図１２、図１３に示すような第１合体物を作製する。具体的にはまず、封口板１４に、正極端子３０と、正極第１集電部５１と、正極内部絶縁部材７０と、負極端子４０と、負極第１集電部６１と、負極内部絶縁部材８０と、を取り付ける。
正極端子３０と正極第１集電部５１と正極内部絶縁部材７０とは、例えば、かしめ加工（リベッティング）によって封口板１４に固定する。かしめ加工は、封口板１４の外側の表面と正極端子３０との間にガスケット９０を挟み、さらに封口板１４の内側の表面と正極第１集電部５１との間に正極内部絶縁部材７０を挟んで行われる。なお、ガスケット９０の材質は、正極内部絶縁部材７０と同様であってもよい。詳しくは、かしめ加工前の正極端子３０を、封口板１４の上方から、ガスケット９０の貫通孔と、封口板１４の端子挿入穴１８と、正極内部絶縁部材７０の貫通孔と、正極第１集電部５１の貫通孔５１ｈと、に順番に挿入して、封口板１４の下方に突出させる。そして、上下方向Ｚに対して圧縮力が加わるように正極端子３０の封口板１４よりも下方に突出した部分をかしめる。これにより、正極端子３０の先端部（図２の下端部）に、かしめ部を形成する。
このようなかしめ加工によって、ガスケット９０と封口板１４と正極内部絶縁部材７０と正極第１集電部５１とが封口板１４に一体に固定されるとともに、端子挿入穴１８がシールされる。なお、かしめ部は、正極第１集電部５１に溶接接合されていてもよい。これにより、導通信頼性をさらに向上することができる。
負極端子４０と、負極第１集電部６１と、負極内部絶縁部材８０との固定は、上記した正極側と同様に行うことができる。すなわち、かしめ加工前の負極端子４０を、封口板１４の上方から、ガスケットの貫通孔と、封口板１４の端子挿入穴１９と、負極内部絶縁部材８０の貫通孔と、負極第１集電部６１の貫通孔６１ｈと、に順番に挿入して、封口板１４の下方に突出させる。そして、上下方向Ｚに対して圧縮力が加わるように負極端子４０の封口板１４よりも下方に突出した部分をかしめる。これにより、負極端子４０の先端部（図２の下端部）に、かしめ部を形成する。
次に、封口板１４の外側の表面に、外部絶縁部材９２を介して、正極外部導電部材３２と負極外部導電部材４２とを取り付ける。なお、外部絶縁部材９２の材質は、正極内部絶縁部材７０と同様であってもよい。また、正極外部導電部材３２と負極外部導電部材４２とを取り付けるタイミングは、挿入工程の後（例えば注液孔１５を封止した後）であってもよい。
第２取付工程では、第１取付工程で作製した第１合体物を用いて、図５に示すような第２合体物を作製する。すなわち、封口板１４と一体化された電極体群２０を作製する。先ず、電極体群２０が備える、接合部１を具備した電極体２０ａの作製について説明する。なお、以下では電極体２０ａの作製方法を例として詳しく説明するが、電極体２０ｂ、２０ｃについても同様に作製することができる。
先ず、図７に示すような電極体２０ａを用意する。かかる電極体２０ａの作製は、この種の捲回電極体の従来公知の作製方法に基づいて作成することができる。次に、電極体２０ａを構成するセパレータ２６のうち一部のセパレータどうしを接合する。上述したように、ここでは、正負極積層構造を有する電極体２０ａを構成するセパレータ２６のうち、正極タブ群２３を折り曲げた際に湾曲が緩い方から数えて５枚目（５層目）までのセパレータ２６どうしを接合する。
ここで、図１４は、接合部１の形成方法について説明するための模式図である。なお、図１４では、説明し易くするために、正極タブ群２３を省略している。図１４に示すように、本実施形態では、上述のとおり作製した電極体２０ａに対して熱プレスを行うことで、上記５枚（５層）のセパレータ２６どうしを接合する。より具体的には、所定の温度に加熱したアンビルＳ上に電極体２０ａを配置し、接合部１に対応する部分をホーンＴによってプレスすることで、上記５枚（５層）のセパレータ２６どうしを接合部１において接合する。なお、接合するセパレータの枚数（層数）は、例えばアンビルＳの加熱温度や加熱時間、ホーンＴのプレス圧等によって調整することができる。かかる加熱温度や加熱温度、ホーンのプレス圧等の条件は、セパレータを構成する材料等によって適宜調整することが好ましい。そして、かかる条件は、当業者が予備試験等を行うことで適宜決定することができる。
続いて、上述したとおり作製した、接合部１を具備した電極体２０ａに対して、正極第２集電部５２および負極第２集電部６２の付設された電極体２０ａ（図６を参照）を３つ用意し、電極体２０ａ、２０ｂ、２０ｃとして、短辺方向Ｘに並べて配置する。このとき、電極体２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、いずれも、正極第２集電部５２が長辺方向Ｙの一方側（図５の左側）に配置され、負極第２集電部６２が長辺方向Ｙの他方側（図５の右側）に配置されるように、並列に並べてもよい。
次に、図４に示すように複数の正極タブ２２ｔを湾曲させた状態で、封口板１４に固定された正極第１集電部５１と、電極体２０ａ、２０ｂ、２０ｃの正極第２集電部５２と、をそれぞれ接合する。また、複数の負極タブ２４ｔを湾曲させた状態で、封口板１４に固定された負極第１集電部６１と、電極体２０ａ、２０ｂ、２０ｃの負極第２集電部６２と、をそれぞれ接合する。接合方法としては、例えば、超音波溶接、抵抗溶接、レーザ溶接等の溶接を用いることができる。特に、レーザ等の高エネルギー線の照射による溶接を用いることが好ましい。このような溶接加工によって、正極第２集電部５２の凹部および負極第２集電部６２の凹部に、それぞれ接合部を形成する。
挿入工程では、第２取付工程で作製した第２合体物を外装体１２の内部空間に収容する。具体的には、まず、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）等の樹脂材料からなる絶縁性の樹脂シートを、袋状または箱状に折り曲げて、電極体ホルダ２９を用意する。次に、電極体ホルダ２９に電極体群２０を収容する。そして、電極体ホルダ２９で覆われた電極体群２０を、外装体１２に挿入する。電極体群２０の重量が重い場合、概ね１ｋｇ以上、例えば１．５ｋｇ以上、さらには２～３ｋｇである場合は、外装体１２の長側壁１２ｂが重力方向と交差するように（外装体１２を横向きに）配置して、電極体群２０を外装体１２に挿入するとよい。
封口工程では、外装体１２の開口１２ｈの縁部に封口板１４を接合して、開口１２ｈを封止する。封口工程は、挿入工程と同時または挿入工程の後に行うことができる。封口工程では、外装体１２と封口板１４とが溶接接合されることが好ましい。外装体１２と封口板１４との溶接接合は、例えばレーザ溶接等で行うことができる。その後、注液孔１５から電解液を注入し、注液孔１５を封止部材１６で塞ぐことによって、電池１００を密閉する。以上のようにして、電池１００を製造することができる。
電池１００は各種用途に利用可能であるが、使用時に振動や衝撃等の外力が加わり得る用途、例えば移動体（典型的には、乗用車、トラック等の車両）に搭載されるモータ用の動力源（駆動用電源）として好適に用いることができる。車両の種類は特に限定されないが、例えば、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＢＥＶ）等が挙げられる。電池１００は、複数の電池１００を所定の配列方向に複数個並べて、配列方向から拘束機構で荷重を加えてなる組電池としても好適に用いることができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、上記実施形態は一例に過ぎない。本発明は、他にも種々の形態にて実施することができる。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することができる。特許請求の範囲に記載の技術には、上記に例示した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、上記した実施形態の一部を他の変形態様に置き換えることも可能であり、上記した実施形態に他の変形態様を追加することも可能である。また、その技術的特徴が必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することも可能である。
例えば、上記実施形態では、正極タブ群側のみにおいてセパレータが接合されているが、これに限定されない。負極タブ群側のみにおいてセパレータが接合されていてもよいし、正極タブ群側および負極タブ群側においてセパレータが接合されていてもよい。また、接合されるセパレータの枚数（層数）は、正極タブ群側と負極タブ群側とで同じであってもよいし、異なっていてもよい。なお、正極タブは、アルミニウム箔等の比較的剛性の低い金属箔から構成されることが多いため、少なくとも正極タブ群側においてセパレータが接合されていることが好ましい。
例えば、上記実施形態では、接合部の形状を長方形状としているが、これに限定されない。接合部の形状は、例えば、正方形状、円状、楕円状等の種々の形状とすることができる。また、ここで開示される接合部は、例えば間欠的に形成されていてもよい。なお、上記実施形態では、２箇所の接合部の形状を同じとしているが、これに限定されず、かかる２箇所の接合部の形状は異なっていてもよい。
例えば、上記実施形態では、接合部の少なくとも一部が、境界部分に隣接する位置（換言すると、境界部分に接する部分）に存在しているが、これに限定されない。ここで開示される技術においては、接合部の少なくとも一部が境界部分に近接していればよい。なお、本明細書および特許請求の範囲において「近接」とは、隣接を包含する概念であり、ここで開示される技術の効果が得られる範囲において、対象部分から所定の間隔を空けて存在する態様も包含し得る。即ち、境界部分に近接するとは、境界部分に隣接する態様や、ここで開示される技術の効果が得られる範囲において、境界部分から所定の間隔を空けて存在する態様を含み得る。なお、これに限定されることを意図したものではないが、例えば上記実施形態の場合、セパレータ２６（詳しくは、セパレータ２６’）のＺ方向における長さを１００％としたとき、接合部１は、境界部分２から概ね１％～５％の範囲内の間隔を空けて形成することができ、３％以下が好適である。
例えば、上記実施形態では、熱プレスによってセパレータどうしを接合していたが、これに限定されない。加熱を伴う超音波接合、接着剤の塗布等によっても、セパレータどうしを接合することができる。また、例えばセパレータの表面に保護層が具備されている場合、加熱を伴う超音波接合を行うことが好ましい。かかる場合、加熱温度や超音波の周波数等は、当業者が予備試験等を実施することで適宜決定することができる。そして、例えば接着剤を用いてセパレータどうしを接合する場合、かかる接着剤の一例としては、セメダインＰＰＸ（登録商標）等が挙げられる。あるいは、ホットメルト系の接着剤を用いることもできる。
図１５は、第２実施形態に係る図１０対応図である。図１５に示すように、第２実施形態では、接合部１０１は、境界部分２の両脇に存在している。ここで、接合部１０１が形成される領域は、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて特に制限されない。接合部１０１は、例えば、上述した最短距離ｐを１００％としたとき、境界部分２を中心としてＹ方向に概ね５％～３０％（例えば、１０％～２０％）の領域が包含することが好ましい。また、接合部１０１の形状は、例えば上記（Ｂ／Ａ）を参照して設計することができる。
図１６は、第３実施形態に係る図１０対応図である。図１６に示すように、第３実施形態では、接合部２０１は、端部ｓから境界部分２の脇に至るまでの領域に存在している。また、図１７は、第４実施形態に係る図１０対応図である。図１７に示すように、第４実施形態では、接合部３０１は、端部ｓからＲ方向にかけての一部分と、境界部分２の脇とに存在している。
図１８は、第５実施形態に係る図１０対応図である。図１８に示すように、第５実施形態では、接合部４０１は、境界部分２の両脇と、正極タブ２２ｔおよびセパレータ２６（詳しくは、セパレータ２６’）の重なり部分Ｗとに存在している。また、正極タブ２２ｔにおける重なり部分Ｗには正極保護層２２ｐが具備されている。かかる構成の接合部４０１を備えた電池によると、正極タブ２２ｔに加わり得る振動を接合部４０１によって好適に抑制することができるため、好ましい。
なお、上記第２～第５実施形態における接合部の形成は、例えばホーンの形状等を調整することによって実施することができる。
１，１０１，２０１，３０１，４０１ 接合部
２ 境界部分
１０ 電池ケース
１２ 外装体
１４ 封口板
１５ 注液孔
１６ 封止部材
１７ ガス排出弁
１８、１９ 端子挿入穴
２０ 電極体群
２０ａ～２０ｃ 電極体
２２ 正極
２４ 負極
２６ セパレータ
３０ 正極端子
３２ 正極外部導電部材
４０ 負極端子
４２ 負極外部導電部材
５０ 正極集電部
６０ 負極集電部
７０ 正極内部絶縁部材
８０ 負極内部絶縁部材
９０ ガスケット
９２ 外部絶縁部材
１００ 電池

Claims (7)

  1. 第１電極と、前記第１電極の対極である第２電極とが、セパレータを介在させつつ重なり合って構成された積層構造を有する１つまたは複数の電極体と、
    前記電極体を収容する電池ケースと、
    を備えた電池であって、
    前記電池ケースは、
    底壁と、前記底壁から延び相互に対向する一対の第１側壁と、前記底壁から延び相互に対向する一対の第２側壁と、前記底壁に対向する開口部と、を有する外装体と、
    前記開口部を封口する封口板であって、前記第１電極と電気的に接続される端子が取り付けられた封口板と、
    を備えており、
    前記電極体は、
    前記一対の第２側壁のうち一方の第２側壁と対向する端部から突出した複数のタブを含む第１電極タブ群と、
    前記一対の第２側壁のうち他方の第２側壁と対向する端部から突出した複数のタブを含む第２電極タブ群と、
    を備えており、
    前記第１電極タブ群および前記端子は、集電部を介して電気的に接続されており、
    前記第１電極タブ群は、前記第１電極タブ群の一部が前記一対の第２側壁のうち一方の第２側壁に沿って配置されるように湾曲した状態で、前記集電部と接合されており、
    前記タブには、活物質層または保護層が形成された形成領域と、前記タブが露出したタブ露出領域と、の境界部分が存在しており、
    前記積層構造を有する電極体を構成するセパレータのうち少なくとも一部のセパレータどうしが接合されており、接合部の少なくとも一部は、前記境界部分に近接している、電池。
  2. 前記接合部が形成されたセパレータは、前記第１電極タブ群の湾曲の緩い方に偏在している、請求項１に記載の電池。
  3. 前記接合部の少なくとも一部は、前記境界部分に隣接している、請求項１または２に記載の電池。
  4. 前記タブの根本部分から前記セパレータの前記タブの突出方向における端部に至るまでの最短距離は、前記タブの根元部分から前記境界部分に至るまでの最短距離の２倍以上である、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池。
  5. 前記接合部の、前記タブの突出方向における長さＡと、前記タブの突出方向に直交する方向における長さＢの比（Ｂ／Ａ）は、１．３以上である、請求項１～４のいずれか一項に記載の電池。
  6. 前記接合部が形成されたセパレータの枚数は、３枚以上であり、かつ、前記積層構造を有する電極体を構成するセパレータの全枚数を１００％としたときの４０％以下である、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池。
  7. 前記接合部の少なくとも一部は、前記タブおよび前記セパレータの重なり部分にも存在しており、前記タブにおける前記重なり部分の少なくとも一部には、前記保護層が具備されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の電池。
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