JP2023096745A - 電池 - Google Patents

Abstract

【課題】接触不良を低減できる電池を提供することを目的とする。【解決手段】電池１００は、正極端子４が接続された正極１と、負極端子５が接続された負極２と、正極１と負極２とに挟まれたセパレータ３とを備える発電素子１０と、発電素子１０を第１方向ｚに貫通する絶縁体２０と、発電素子１０を前記第１方向ｚに挟む第１外装体３１と第２外装体３２とを備え、絶縁体２０の前記第１方向ｚの自然長は、第１外装体３１と第２外装体３２との前記第１方向ｚの距離Ｄより長く、絶縁体２０の弾性力は１Ｎ以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、電池に関する。

電池は、携帯電話、ノートパソコン等のモバイル機器やハイブリットカー等の動力源としても広く用いられている。

コイン型又はボタン型の電池（例えば、特許文献１）は、時計、イヤホン等の様々なデバイスに用いられている。特許文献１には、ロール芯が巻回体の中心に配置されたコイン型電池が記載されている。

特許第５７６７１１５号公報

コイン型又はボタン型の電池は、正極端子及び負極端子のそれぞれが外装缶と密着することで、外装缶を介して外部との電気的な接続を得ている。正極端子又は負極端子と外装缶との密着が不十分であると、落下や振動により接触不良が起きる場合がある。

本開示は上記問題に鑑みてなされたものであり、落下や振動による接触不良を低減できる電池を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

（１）第１の態様にかかる電池は、正極端子が接続された正極と、負極端子が接続された負極と、前記正極と前記負極とに挟まれたセパレータと、を備える発電素子と、前記発電素子を第１方向に貫通する絶縁体と、前記発電素子を前記第１方向に挟む第１外装体と第２外装体と、を備える。前記絶縁体の前記第１方向の自然長は、前記第１外装体と前記第２外装体との前記第１方向の距離より長く、前記絶縁体の弾性力は１Ｎ以上である。

（２）上記態様にかかる電池は、前記絶縁体の前記第１方向の中央を通り、前記第１方向と直交する面で切断した切断面において、前記絶縁体の外形が円形であってもよい。

（３）上記態様にかかる電池において、前記絶縁体の第１端部は、前記第１方向の荷重に対して変形可能であってもよい。

（４）上記態様にかかる電池の前記絶縁体の前記第１方向の中央を通り、前記第１方向と直交する面で切断した切断面において、前記絶縁体の第１端部の断面形状は、前記第１方向の中央における断面形状と異なってもよい。

（５）上記態様にかかる電池において、前記絶縁体の第１端部の周囲長は、前記絶縁体の前記第１方向の中央における周囲長より長くてもよい。

（６）上記態様にかかる電池において、前記絶縁体の第１端部は、内部に前記第１方向に延びる空間を有してもよい。

（７）上記態様にかかる電池において、前記絶縁体は、側面に前記第１方向に延びる溝を有してもよい。

（８）上記態様にかかる電池において、前記絶縁体の第１端部は、前記第１端部と反対側の第２端部と形状が異なってもよい。

上記態様に係る電池は、落下や振動による接触不良を低減できる。

第１実施形態に係る電池の断面図である。 第１実施形態に係る電池の発電素子の展開図である。 第１実施形態に係る電池の絶縁体の断面図である。 第１実施形態に係る電池の絶縁体の別の断面図である。 第１実施形態に係る電池の絶縁体の別の断面図である。 第１変形例に係る電池の絶縁体の断面図である。 第２変形例に係る電池の絶縁体の断面図である。 第３変形例に係る電池の絶縁体の断面図である。 第３変形例に係る電池の絶縁体の別の断面図である。 第４変形例に係る電池の絶縁体の断面図である。 第５変形例に係る電池の絶縁体の断面図である。 第５変形例に係る電池の絶縁体の別の断面図である。 第５変形例に係る電池の絶縁体の別の断面図である。

以下、実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

まず方向について定義する。絶縁体が発電素子を貫通する方向をｚ方向とする。ｚ方向は、例えば、電池の底面と直交する方向である。ｚ方向と直交する面の任意の一方向をｘ方向とし、ｘ方向及びｚ方向と直交する方向をｙ方向とする。ｚ方向は、第１方向の一例である。＋ｚ方向を「上」、－ｚ方向を「下」と表現する場合がある。上下は、必ずしも重力が加わる方向とは一致しない。

「第１実施形態」
図１は、第１実施形態にかかる電池の断面図である。図１は、電池１００の上面及び下面の中心を通る線分に沿って切断した切断面である。電池１００は、発電素子１０と絶縁体２０と外装体３０とを備える。電池１００の形状は、例えば、コイン型、ボタン型である。電池１００の種類は問わないが、例えば、リチウムイオン二次電池、マグネシウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、全固体電池である。

（発電素子）
発電素子１０は、正極１と負極２とセパレータ３とを備える。正極１には正極端子４が接続されており、負極２には負極端子５が接続されている。正極１、負極２及びセパレータ３は、絶縁テープ６等で少なくとも一部が被覆されていてもよい。絶縁テープ６は、例えば、ポリイミドテープである。

図２は、発電素子１０の展開図である。発電素子１０は、例えば、巻回体である。巻回体は、正極１、セパレータ３、負極２、セパレータ３を１つのユニットとして、このユニットが巻回されたものである。例えば、図２では、正極１、セパレータ３、負極２、セパレータ３をこの順に積層し、左端を巻き中心として巻回することで、発電素子１０が得られる。

正極１の長さＬ１、負極２の長さＬ２、セパレータ３の長さＬ３は、それぞれ異なってもよい。長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、展開体の幅であり、発電素子１０におけるｚ方向の高さである。セパレータ３の長さＬ３は、短絡を防ぐために、正極１の長さＬ１及び負極２の長さＬ２より長い場合が多い。負極２の長さＬ２は、正極１の長さＬ１より長い場合が多い。発電素子１０が巻回体の場合、発電素子１０のｚ方向の高さは、負極２の長さＬ２と略一致する。セパレータ３は、皺が寄ったり、シュリンクする場合が多く、セパレータ３の長さＬ３が負極２の長さＬ２より大きい場合でも、巻回した状態でセパレータ３の長さＬ３を規定することは難しい。

＜正極＞
正極１は、例えば、正極集電体１Ａと正極活物質層１Ｂとを有する。正極活物質層１Ｂは、正極集電体１Ａの少なくとも一面にある。正極活物質層１Ｂは、例えば、正極集電体１Ａの両面に形成されている。

［正極集電体］
正極集電体１Ａは、例えば、導電性の板材である。正極集電体１Ａは、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、ステンレス等の金属薄板である。重量が軽いアルミニウムは、正極集電体１Ａに好適に用いられる。正極集電体１Ａの平均厚みは、例えば、１０μｍ以上３０μｍ以下である。

正極集電体１Ａには、正極端子４が接続されている。正極端子４は、例えば、正極集電体１Ａの一端に接続されている。正極端子４は、例えば、アルミニウム、ニッケル、銅等の導電材料を含む。正極端子４は、例えば、正極集電体１Ａに、溶接、ねじ止め等で接続されている。短絡を防ぐために、正極端子４の表面を絶縁テープで保護してもよい。正極端子４は、例えば、発電素子１０のｚ方向の第１面上に延びている。正極端子４の一部は、絶縁体２０と第１外装体３１とに挟まれる。

［正極活物質層］
正極活物質層１Ｂは、例えば、正極活物質を含む。正極活物質層１Ｂは、必要に応じて、導電助剤、バインダーを含んでもよい。

正極活物質は、カチオンの吸蔵及び放出、カチオンの脱離及び挿入（インターカレーション）、又は、カチオンとカウンターアニオンのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能な電極活物質を含む。カチオンは、例えば、リチウムイオン、マグネシウムイオンである。

正極活物質は、公知の物を用いることができる。正極活物質は、例えば、複合金属酸化物である。複合金属酸化物は、例えば、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ_２）、リチウムマンガンスピネル（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、及び、一般式：ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_ｙＭｎ_ｚＭ_ａＯ_２の化合物（一般式中においてｘ＋ｙ＋ｚ＋ａ＝１、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０≦ａ＜１、ＭはＡｌ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒより選ばれる１種類以上の元素）、リチウムバナジウム化合物（ＬｉＶ_２Ｏ_５）、オリビン型ＬｉＭＰＯ_４（ただし、Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒより選ばれる１種類以上の元素又はＶＯを示す）、チタン酸リチウム（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）、ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_ｙＡｌ_ｚＯ_２（０．９＜ｘ＋ｙ＋ｚ＜１．１）である。正極活物質は、有機物でもよい。例えば、正極活物質は、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセンでもよい。

正極活物質は、カチオン非含有の材料でもよい。カチオン非含有の材料は、例えば、ＦｅＦ_３、有機導電性物質を含む共役系ポリマー、シェブレル相化合物、遷移金属カルコゲン化物、バナジウム酸化物、ニオブ酸化物等である。カチオン非含有の材料は、いずれか一つの材料のみを用いてもよいし、複数組み合わせて用いてもよい。正極活物質がカチオン非含有の材料の場合は、例えば、最初に放電を行う。放電により正極活物質にカチオンが挿入される。このほか、正極活物質がカチオン非含有の材料に対して、化学的又は電気化学的にカチオンをプレドープしてもよい。

導電助剤は、正極活物質の間の電子伝導性を高める。導電助剤は、例えば、カーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、導電性酸化物である。カーボン粉末は、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等である。金属微粉は、例えば、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の粉である。

正極活物質層１Ｂにおけるバインダーは、正極活物質同士を結合する。バインダーは、公知のものを用いることができる。バインダーは、電解液に溶解せず、耐酸化性を有し、接着性を有するものが好ましい。バインダーは、例えば、フッ素樹脂である。バインダーは、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリアクリル酸及びその共重合体、ポリアクリル酸及びその共重合体の金属イオン架橋体、無水マレイン酸をグラフト化したポリプロピレン（ＰＰ）又はポリエチレン（ＰＥ）、これらの混合物である。正極活物質層１Ｂに用いるバインダーは、ＰＶＤＦが特に好ましい。

＜負極＞
負極２は、例えば、負極集電体２Ａと負極活物質層２Ｂとを有する。負極活物質層２Ｂは、負極集電体２Ａの少なくとも一面にある。負極活物質層２Ｂは、例えば、負極集電体２Ａの両面に形成されている。

［負極集電体］
負極集電体２Ａは、例えば、導電性の板材である。負極集電体２Ａは、正極集電体１Ａと同様のものを用いることができる。

負極集電体２Ａには、負極端子５が接続されている。負極端子５は、例えば、負極集電体２Ａの一端に接続されている。負極端子５は、例えば、アルミニウム、ニッケル、銅等の導電材料を含む。負極端子５は、例えば、負極集電体２Ａに、溶接、ねじ止め等で接続されている。短絡を防ぐために、負極端子５の表面を絶縁テープで保護してもよい。負極端子５は、例えば、発電素子１０のｚ方向の第２面上に延びている。第２面は、正極端子４が露出する面と反対側の面である。負極端子５の一部は、絶縁体２０と第２外装体３２とに挟まれる。

［負極活物質層］
負極活物質層２Ｂは、例えば、負極活物質を含む。負極活物質層２Ｂは、必要に応じて、導電助剤、バインダーを含んでもよい。

負極活物質は、イオンを吸蔵・放出可能な化合物であればよく、公知の負極活物質を使用できる。負極活物質は、例えば、金属リチウム、金属マグネシウム、リチウム合金、マグネシウム合金、炭素材料、カチオンと合金化できる物質である。炭素材料は、例えば、イオンを吸蔵・放出可能な黒鉛（天然黒鉛、人造黒鉛）、カーボンナノチューブ、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等である。カチオンと合金化できる物質は、例えば、シリコン、スズ、亜鉛、鉛、アンチモンを含む。カチオンと合金化できる物質は、例えば、これらの単体金属でも、これらの元素を含む合金又は酸化物でもよい。

導電助剤及びバインダーは、正極１と同様のものを用いることができる。負極２におけるバインダーは、正極１に挙げたものの他に、例えば、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂等でもよい。セルロースは、例えば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）でもよい。

＜セパレータ＞
セパレータ３は、正極１と負極２とに挟まれる。セパレータ３は、正極１と負極２とを隔離し、正極１と負極２との短絡を防ぐ。セパレータ３は、正極１及び負極２に沿って面内に広がる。カチオンは、セパレータ３を通過できる。

セパレータ３は、例えば、電気絶縁性の多孔質構造を有する多孔質フィルムである。セパレータ３は、例えば、ポリオレフィンフィルムの単層体、積層体である。セパレータ３は、ポリエチレンやポリプロピレン等の混合物の延伸膜でもよい。セパレータ３は、セルロース、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも１種の構成材料からなる繊維不織布でもよい。セパレータ３は、例えば、固体電解質であってもよい。固体電解質は、例えば、高分子固体電解質、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質である。

セパレータ３は、無機コートセパレータでもよい。無機コートセパレータは、上記のフィルムの表面に、ＰＶＤＦやＣＭＣなど樹脂とアルミナやシリカなどの無機物の混合物を塗布したものである。無機コートセパレータは、耐熱性に優れ、正極から溶出した遷移金属の負極表面への析出を抑制する。

＜電解液＞
電解液は、発電素子１０に含浸している。電解液は、正極活物質層１Ｂ及び負極活物質層２Ｂ内に含浸している。

電解液は、電池の種類によって異なるが、公知の電解液を用いることができる。電池１００が全固体電池の場合は、電解液は不要である。

例えば、リチウムイオン二次電池の場合、電解液は、非水溶媒と電解質塩とを含む。

リチウムイオン二次電池の場合、電解質塩は、例えば、リチウム塩である。電解質塩は、例えば、ＬｉＰＦ_６、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ_４）、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣＦ_３ＣＦ_２ＳＯ_３、ＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｆ）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＣＦ_２ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）（Ｃ_４Ｆ_９ＳＯ_２）、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＣＦ_２ＣＯ）_２、ＬｉＢＯＢ、ＬｉＮ（ＦＳＯ_２）_２等である。

非水溶媒は、例えば、環状カーボネートと、鎖状カーボネートと、を含有する。環状カーボネートは、電解質を溶媒和する。環状カーボネートは、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネートである。環状カーボネートは、プロピレンカーボネートを少なくとも含むことが好ましい。鎖状カーボネートは、環状カーボネートの粘性を低下させる。鎖状カーボネートは、例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートである。非水溶媒は、その他、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、γ－ブチロラクトン、１，２－ジメトキシエタン、１，２－ジエトキシエタン等を有してもよい。

（絶縁体）
絶縁体２０は、発電素子１０をｚ方向に貫通する。絶縁体２０は、柱状体である。絶縁体２０は、巻回する発電素子１０の軸中心にある。

絶縁体２０の自然長は、第１外装体３１と第２外装体３２とのｚ方向の距離Ｄより長い。絶縁体２０の自然長は、外装体３０内に絶縁体２０を格納する前の絶縁体２０の長さである。すなわち、絶縁体２０の自然長は、絶縁体２０に対してｚ方向に荷重が加わっていない状態の絶縁体２０の長さである。第１外装体３１と第２外装体３２とのｚ方向の距離Ｄは、第１外装体３１の内面３１Ａから第２外装体３２の内面３２Ａへ下した垂線の長さである。内面３１Ａは、第１外装体３１の内面のうちｚ方向と交差する面である。内面３２Ａは、第２外装体３２の内面のうちｚ方向と交差する面である。

絶縁体２０のｚ方向の長さＬ２０は、例えば、負極２のｚ方向の長さＬ２以上である。絶縁体２０のｚ方向の長さＬ２０は、好ましくは負極２のｚ方向の長さＬ２より長く、より好ましくは負極２のｚ方向の長さＬ２の１．０４倍以上である。絶縁体２０のｚ方向の長さＬ２０は、例えば、発電素子１０のｚ方向の長さ以上である。絶縁体２０のｚ方向の長さＬ２０は、外装体３０内に格納された状態での絶縁体２０のｚ方向の長さである。外装体３０内で絶縁体２０にはｚ方向に荷重が加わるため、絶縁体２０の長さＬ２０と絶縁体２０の自然長とは異なる。

絶縁体２０の弾性力は１Ｎ以上である。絶縁体２０の弾性力は、好ましくは３０Ｎ以上である。弾性力は、力を加えられて変形している物体が、反作用として他に及ぼす力である。絶縁体２０は、外装体３０からの荷重によりｚ方向に変形し、元に戻ろうとして外装体３０に弾性力を及ぼす。

絶縁体２０の弾性力は、例えば、以下の手順で求めることができる。まず、電池１００の断面をＸ線で撮影し、電池１００に収容された絶縁体２０のｚ方向の長さＬ２０を測定する。次いで、電池１００を解体し、絶縁体２０を取り出す。そして、取り出された絶縁体２０を荷重－変位曲線測定器にかけ、長さＬ２０の際に絶縁体２０が測定器に与える荷重を測定する。この荷重は、絶縁体２０が元に戻ろうとして測定器に加える力であり、弾性力に対応する。

絶縁体２０は、発電素子１０のｚ方向の上面及び下面のそれぞれから突出している。絶縁体２０の上端は、発電素子１０の上面から突出している。絶縁体２０の下端は、発電素子１０の下面から突出している。絶縁体２０の上端は、正極端子４を第１外装体３１に押し当てる。絶縁体２０の下端は、負極端子５を第２外装体３２に押し当てる。

図３～図５は、絶縁体２０の断面図である。図３～図５は、外装体３０に格納前の絶縁体２０であり、絶縁体２０のｚ方向に荷重が加わっていない状態の図である。図３は、絶縁体２０のｘｚ断面である。図４は、図３のＡ－Ａ線に沿って切断した切断面である。図５は、図３のＢ－Ｂ線に沿って切断した切断面である。

絶縁体２０は、第１端部２１と第２端部２２と中央部２３とを備える。絶縁体２０は、内部にｚ方向に延びる空間２４を有してもよい。

中央部２３は、例えば、円柱である。中央部２３のｘｙ断面の外形は、例えば、円形である。中央部２３は、例えば、内部にｚ方向に延びる空間２４を有する。中央部２３のｘｙ断面は、例えば、円環状である。

第１端部２１は、例えば、第１外装体３１側の端部である。第１端部２１は、第２外装体３２側の端部でもよい。第１端部２１は、例えば、絶縁体２０の第１端から所定の幅の領域であり、所定の幅は例えば絶縁体２０の自然長の１０％の長さである。第１端部２１は、例えば、発電素子１０からｚ方向に突出する。

第１端部２１は、例えば、内部にｚ方向に延びる空間２４を有する。空間２４は、中央部２３の内部から第１端部２１の内部に亘って連通する。第１端部２１のｘｙ断面の外形は、例えば、円形である。第１端部２１のｘｙ断面は、例えば、円環状である。第１端部２１のｘｙ断面の形状は、中央部２３のｘｙ断面の断面形状と異なる。第１端部２１のｘｙ断面は、例えば、中央部２３のｘｙ断面と相似形である。

第１端部２１は、例えば、中央部２３より径方向に広がっている。第１端部２１は、中央部２３から絶縁体２０の第１端に向かって、徐々に拡径している。第１端部２１の周囲長は、例えば、中央部２３の周囲長より長い。第１端部２１の直径Ｒ１は、例えば、中央部２３の直径Ｒ２より長い。

第１端部２１は、例えば、ｚ方向の荷重に対して変形可能である。第１端部２１は、例えば、外装体３０内に収容されるとｚ方向の荷重を受け、径方向に広がる。

第２端部２２は、第１端部２１と反対側の端部である。第２端部２２は、例えば、絶縁体２０の第２端から所定の幅の領域であり、所定の幅は例えば絶縁体２０の自然長の１０％の長さである。中央部２３は、第１端部２１と第２端部２２との間の領域である。第２端部２２は、例えば、発電素子１０からｚ方向に突出する。

第２端部２２の形状は、例えば、第１端部２１の形状と異なる。第２端部２２は、例えば、中央部２３より径方向に狭まっている。第２端部２２は、中央部２３から絶縁体２０の第２端に向かって、徐々に縮径している。第２端部２２の周囲長は、例えば、中央部２３の周囲長より短い。第２端部２２の直径は、例えば、中央部２３の直径Ｒ２より短い。第２端部２２が第２端に向かってすぼまる形状であると、発電素子１０への絶縁体２０の挿入が容易になる。

第２端部２２の形状は、この例に限られない。第２端部２２の形状は、中央部２３と同じでもよいし、第１端部２１と同じでもよいし、これらと異なる形状でもよい。

絶縁体２０は、例えば、樹脂からなる。絶縁体２０は、例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）である。

（外装体）
外装体３０は、内部に発電素子１０及び絶縁体２０を収容する。外装体３０は、電解液の外部への漏出や、外部からの電池１００内部への水分等の侵入等を抑止する。

外装体３０は、第１外装体３１と第２外装体３２とガスケット３３とを有する。第１外装体３１と第２外装体３２とは、発電素子１０をｚ方向に挟む。ガスケット３３は、第１外装体３１と第２外装体３２との間をシールする。

第１外装体３１及び第２外装体３２は、導体である。第１外装体３１及び第２外装体３２は、例えば、金属からなる。第１外装体３１は、正極端子４と接続されている。第２外装体３２は、負極端子５と接続されている。第１外装体３１と正極端子４及び第２外装体３２と負極端子５とは、例えば、溶接されている。

「電池の製造方法」
電池１００は、発電素子１０の作製工程と、発電素子１０の収容工程と、を備える。

まず発電素子１０の作製工程は、例えば、準備工程と、巻回工程とを有する。準備工程では、図２に示す正極１、負極２、セパレータ３のそれぞれを準備する。

正極１は、例えば、スラリー作製工程、電極塗布工程、乾燥工程、圧延工程、端子接続工程を順に行って作製される。

スラリー作製工程は、正極活物質、バインダー、導電助剤及び溶媒を混合してスラリーを作る工程である。溶媒は、例えば、水、Ｎ－メチル－２－ピロリドン等である。正極活物質、導電助剤、バインダーの構成比率は、質量比で７０ｗｔ％～１００ｗｔ％：０ｗｔ％～１０ｗｔ％：０ｗｔ％～２０ｗｔ％であることが好ましい。これらの質量比は、全体で１００ｗｔ％となるように調整される。

電極塗布工程は、正極集電体１Ａの表面に、スラリーを塗布する工程である。スラリーの塗布方法は、特に制限はない。例えば、スリットダイコート法、ドクターブレード法をスラリーの塗布方法として用いることができる。

乾燥工程は、スラリーから溶媒を除去する工程である。例えば、スラリーが塗布された正極集電体１Ａを、８０℃～１５０℃の雰囲気下で乾燥させる。スラリーが乾燥することで、正極集電体１Ａ上に正極活物質層１Ｂが形成される。

圧延工程は、必要に応じて行われる。圧延工程は、正極活物質層１Ｂに圧力を加え、正極活物質層１Ｂの密度を調整する工程である。圧延工程は、例えば、ロールプレス装置等で行われる。

端子接続工程は、正極端子４を正極集電体１Ａに接続する工程である。正極端子４は、正極活物質層１Ｂの未塗布部又は除去部に接続する。正極端子４は、例えば、溶接、ねじ止めで正極集電体１Ａに接続される。

負極２は、正極１と同様の手順で作製できる。負極集電体２Ａの表面に負極活物質層２Ｂを形成し、負極集電体２Ａに負極端子５を接続することで、負極２を作製する。

セパレータ３は、市販のものを用いることができる。最内周に位置するセパレータ３の一端に、絶縁体２０を接着する。

巻回工程では、セパレータ３、正極１、セパレータ３、負極２を順に積層し、絶縁体２０を巻芯として巻回する。巻回後に、発電素子１０を電解液に浸漬する。発電素子１０の上下面に絶縁テープ６を貼ってもよい。

発電素子１０の収容工程は、溶接工程と、シール工程とを有する。まず、第１外装体３１内に、発電素子１０、絶縁体２０及びガスケット３３を挿入する。第１外装体３１と正極端子４とを溶接してもよい。溶接は、例えば、抵抗溶接、レーザー溶接で行う。次いで、第２外装体３２を第１外装体３１に挿入する。絶縁体２０は、第１外装体３１と第２外装体３２とによってｚ方向の荷重を受ける。発電素子１０から突出する絶縁体２０は、正極端子４を第１外装体３１に押し当て、負極端子５を第２外装体３２に押し当てる。第１外装体３１と第２外装体３２とは、ガスケット３３でシールされる。

ここでは、絶縁体２０をセパレータ３に接着後に巻回する例を示したが、巻回体を作製後に巻回体の軸中央に絶縁体２０を挿入してもよい。

第１実施形態に係る電池１００は、絶縁体２０が正極端子４を第１外装体３１に押し当て、負極端子５を第２外装体３２に押し当てる。そのため、正極端子４と第１外装体３１との密着及び負極端子５と第２外装体３２との密着性が向上する。

以上、第１実施形態について図面を参照して詳述したが、第１実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。

例えば、図６は、第１変形例にかかる絶縁体２０Ａのｘｙ断面図である。図６は、絶縁体２０Ａの第１端部２１Ａの断面である。絶縁体２０Ａの中央部２３の断面及びｘｚ断面は、図３及び図５と同様である。

絶縁体２０Ａは、第１端部２１Ａの形状が絶縁体２０と異なる。絶縁体２０Ａの材質は、絶縁体２０と同様である。第１端部２１Ａは、絶縁体２０の円環状の第１端部２１をスリット２５で分離した構造である。第１端部２１は、複数の部材からなり、複数の部材の間にはスリット２５がある。

第１端部２１Ａが複数のスリット２５で分離されていると、ｚ方向からの荷重により第１端部２１Ａが変形しやすくなる。

また例えば、図７は、第２変形例にかかる絶縁体２０Ｂのｘｚ断面図である。絶縁体２０Ｂの中央部２３及び第１端部２１Ｂのｘｚ断面は、図４及び図５と同様である。

絶縁体２０Ｂは、第１端部２１Ｂの形状が絶縁体２０と異なる。絶縁体２０Ｂの材質は、絶縁体２０と同様である。第１端部２１Ｂは、円環の幅がｚ方向の位置によって異なる。第１端部２１Ｂの一部に厚みが薄い部分があることで、ｚ方向からの荷重により第１端部２１Ｂが変形しやすくなる。

また例えば、図８及び図９は、第３変形例にかかる絶縁体２０Ｃの断面図である。図８は、第３変形例にかかる絶縁体２０Ｃのｘｚ断面図である。図９は、第１端部２１Ｃのｘｙ断面である。図９は、図８のＡ－Ａ線に沿った断面である。絶縁体２０Ｃの中央部２３のｘｚ断面は、図５と同様である。

絶縁体２０Ｃは、第１端部２１Ｃの形状が絶縁体２０と異なる。絶縁体２０Ｃの材質は、絶縁体２０と同様である。第１端部２１Ｃは、例えば、ベース部２１Ｃ１と突起部２１Ｃ２とを有する。突起部２１Ｃ２は、ベース部２１Ｃ１からｚ方向に突出する。突起部２１Ｃ２は、ｚ方向に荷重が加わると潰れ、変形する。図９では、突起部２１Ｃ２の形状を円形としたが、突起部２１Ｃ２の形状は問わない。また突起部２１Ｃ２の数は問わない。

また例えば、図１０は、第４変形例にかかる絶縁体２０Ｄのｘｚ断面図である。絶縁体２０Ｄの中央部２３及び第１端部２１Ｄのｘｚ断面は、図４及び図５と同様である。

第１端部２１Ｄは、例えば、中央部２３と材質が異なる。第１端部２１Ｄは、例えば、ゴムである。第１端部２１Ｄを構成する材料は、例えば、中央部２３を構成する材料より弾性率が低い。第１端部２１Ｄは、ｚ方向に荷重が加わると変形する。

また例えば、図１１～図１３は、第５変形例にかかる絶縁体２０Ｅの断面図である。図１１は、第５変形例にかかる絶縁体２０Ｅのｘｚ断面図である。図１２は、第１端部２１Ｅのｘｙ断面である。図１２は、図１１のＡ－Ａ線に沿った断面である。図１３は、中央部２３Ｅのｘｙ断面である。図１３は、図１１のＢ－Ｂ線に沿った断面である。

絶縁体２０Ｅは、第１端部２１Ｅと第２端部２２Ｅと中央部２３Ｅとを備える。絶縁体２０Ｅの材質は、絶縁体２０と同様である。

中央部２３Ｅは、例えば、側面にｚ方向に延びる溝２７を有する柱状体である。溝２７の数は問わない。

第１端部２１Ｅは、ｘ方向に離間した２つの部材からなる。２つの部材は、スリット２６で分離されている。第１端部２１Ｅは、例えば、中央部２３Ｅよりｘ方向に広がっている。第１端部２１Ｅは、例えば、ｚ方向の荷重に対して変形可能である。第１端部２１Ｅは、例えば、外装体３０内に収容されるとｚ方向の荷重を受け、ｘ方向に広がる。第２端部２２Ｅは、空間２４を有さず溝２７を有する点が、第２端部２２と異なる。

ここまでいくつかの変形例を示したが、変形例はこれらに限られるものではない。例えば、それぞれの特徴的な構成を組み合わせてもよい。例えば、それぞれの変形例の中央部と第１端部との構成を入れ替えてもよい。

「実施例１」
厚さ１５μｍのアルミニウム箔の一面に、正極スラリーを塗布した。正極スラリーは、正極活物質と導電助剤とバインダーと溶媒とを混合して作製した。

正極活物質は、ＬｉＣｏＯ_２を用いた。導電助剤は、アセチレンブラックを用いた。バインダーは、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いた。溶媒は、Ｎ－メチル－２－ピロリドンを用いた。９７質量部の正極活物質と、１質量部の導電助剤と、２質量部のバインダーと、７０質量部の溶媒を混合して、正極スラリーを作製した。乾燥後の正極活物質層における正極活物質の担持量は、２２ｍｇ／ｃｍ^２とした。正極スラリーから乾燥炉内で溶媒を除去し、正極活物質層を作成した。正極活物質層をロールプレスで加圧した。そして、正極集電体に、アルミニウム製の正極端子を取り付けた。

次いで、厚さ１０μｍの銅箔の一面に、負極スラリーを塗布した。負極スラリーは、負極活物質と導電助剤とバインダーと溶媒とを混合して作製した。

負極活物質は、グラフファイトとした。導電助剤は、カーボンブラック（Ｓｕｐｅｒ－Ｐ）を用いた。バインダーはスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）とカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）の２種類を用いた。溶媒は、Ｎ－メチル－２－ピロリドンを用いた。９５質量部の負極活物質と、１質量部の導電助剤と、２．５質量部のＳＢＲと、１．５質量部のＣＭＣとを、Ｎ－メチル－２－ピロリドンに混合して、負極スラリーを作製した。乾燥後の負極活物質層における負極活物質の担持量は、１１ｍｇ／ｃｍ^２とした。負極スラリーから乾燥炉内で溶媒を除去し、負極活物質層を作製した。負極活物質層は、ロールプレスで加圧した後、窒素雰囲気下、３００℃以上で５時間熱焼成した。負極集電体に、ニッケル製の負極端子を取り付けた。

電解液は、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＥＣ）が等量混合された溶媒に、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）１．０ｍｏｌ/Ｌを溶解させた。また非水電解液には、５ｗｔ％のフルオロエチレンカーボネートと、０．０１ｗｔ％のビニレンカーボネートと、を添加した。セパレータは、多孔質ポリエチレンシートを用いた。

そして、セパレータ、正極、セパレータ、負極を順に積層した積層体を巻回し、ジェリーロールを作製した。そして、図３～図５で示す絶縁体２０をジェリーロールの軸中心に挿入した。絶縁体２０の材質は、ポリプロピレン（ＰＰ）とした。絶縁体２０の自然長は、５．０ｍｍであった。

巻回体を第１外装体内に収容し、巻回体の第１面から露出する正極端子と第１外装体とを溶接した。次いで、第２外装体を第１外装体に挿入した。ガスケットによって第１外装体と第２外装体とが密着し、内部に発電素子が収容された。第１外装体の内面から第２外装体の内面へ下した垂線の長さは、５．０ｍｍであった。絶縁体と第１外装体との間には正極端子があり、絶縁体と第２外装体との間には負極端子があるため、第１外装体と第２外装体とによって絶縁体２０に、ｚ方向の荷重が加わった。絶縁体２０の弾性力は、１Ｎであった。

そして作製した電池を１ｍの高さから落下させ、電池の抵抗を測定した。電池の抵抗は、第１外装体と第２外装体とにテスターを接触させて、直流抵抗を測定した。実施例１の電池の落下実験後の最大抵抗は、２．０１４Ωであった。

「実施例２～５、比較例１」
実施例２～５及び比較例１、比較例２は、ピンの長さを変えた点が実施例１と異なる。その他の条件は実施例１と同様にして、落下試験後の最大抵抗をそれぞれ測定した。
実施例２は、自然長を５．１ｍｍとした。
実施例３は、自然長を５．１５ｍｍとした。
実施例４は、自然長を５．２ｍｍとした。
実施例５は、自然長を５．３ｍｍとした。
比較例１は、自然長を４．８ｍｍとした。

実施例１～５及び比較例１の結果を以下の表１にまとめた。表１に示すように、実施例１～５は、比較例１より落下後にも電池の抵抗が低かった。正極端子と第１外装体及び負極端子と第２端子との密着性が、絶縁体の存在により向上し、これらの間の接触抵抗が低く維持されたためと考えられる。

１…正極、１Ａ…正極集電体、１Ｂ…正極活物質層、２…負極、２Ａ…負極集電体、２Ｂ…負極活物質層、３…セパレータ、４…正極端子、５…負極端子、６…絶縁テープ、１０…発電素子、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ…絶縁体、２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ…第１端部、２２，２２Ｅ…第２端部、２３，２３Ｅ…中央部、２４…空間、２５，２６…スリット、２７…溝、３０…外装体、３１…第１外装体、３２…第２外装体、３１Ａ，３２Ａ…内面、３３…ガスケット、１００…電池

Claims (8)

1. 正極端子が接続された正極と、負極端子が接続された負極と、前記正極と前記負極とに挟まれたセパレータと、を備える発電素子と、
   前記発電素子を第１方向に貫通する絶縁体と、
   前記発電素子を前記第１方向に挟む第１外装体と第２外装体と、を備え、
   前記絶縁体の前記第１方向の自然長は、前記第１外装体と前記第２外装体との前記第１方向の距離より長く、
   前記絶縁体の弾性力は１Ｎ以上である、電池。
2. 前記絶縁体の前記第１方向の中央を通り、前記第１方向と直交する面で切断した切断面において、前記絶縁体の外形が円形である、請求項１に記載の電池。
3. 前記絶縁体の第１端部は、前記第１方向の荷重に対して変形可能である、請求項１又は２に記載の電池。
4. 前記絶縁体の前記第１方向の中央を通り、前記第１方向と直交する面で切断した切断面において、
   前記絶縁体の第１端部の断面形状は、前記第１方向の中央における断面形状と異なる、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池。
5. 前記絶縁体の第１端部の周囲長は、前記絶縁体の前記第１方向の中央における周囲長より長い、請求項１～４のいずれか一項に記載の電池。
6. 前記絶縁体の第１端部は、内部に前記第１方向に延びる空間を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池。
7. 前記絶縁体は、側面に前記第１方向に延びる溝を有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の電池。
8. 前記絶縁体の第１端部は、前記第１端部と反対側の第２端部と形状が異なる、請求項１～７のいずれか一項に記載の電池。

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