JP2023531331A - 電極アセンブリ、ならびにその関連する電池、デバイス、製造方法、および製造装置 - Google Patents

電極アセンブリ、ならびにその関連する電池、デバイス、製造方法、および製造装置 Download PDF

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Abstract

本開示は、電極アセンブリ、ならびに関連する電池、デバイス、製造方法、および製造装置を開示する。前記電極アセンブリは、複数の第１の電極板および少なくとも１つの第２の電極板を有し、前記第１の電極板の極性は、前記第２の電極板の極性と反対であり、前記複数の第１の電極板および前記少なくとも１つの第２の電極板は、巻回軸に巻回されて巻回構造を形成し、前記巻回構造において、前記複数の第１の電極板および前記少なくとも１つの第２の電極板は、前記巻回軸に垂直な方向に沿って重畳して配置されている。前記複数の第１の電極板における各第１の電極板は、第１の集電体と、前記第１の集電体の重畳面に配置された第１の活物質層とを有し、前記第１の集電体は、前記第１の活物質層が設けられた第１の本体部と、前記第１の本体部から前記巻回軸の方向に沿って突出する少なくとも１つの第１のタブとを有し、前記少なくとも１つの第１のタブにおける各第１のタブおよび前記第１の本体部は、前記巻回軸に沿って平行に配置されている。本開示の電極アセンブリの巻回巻数は低減され、巻回後の周方向における第１のタブの誤配置の量を低減することができる。

Description

本開示は、電池の分野に関し、特に、電極アセンブリ、ならびにその関連する電池、デバイス、製造方法、および製造装置に関する。
小型、高エネルギー密度、高出力密度、多重サイクル、および長い蓄電時間といった利点があるために、リチウムイオン電池は、一部の電子機器、電気輸送手段、電気玩具、および電気デバイスに広く使用されており、例えば、リチウムイオン電池は、現在、携帯電話、ノートパソコン、バッテリーカー、電気自動車、電気飛行機、電気船、電気玩具車、電気玩具船、電気玩具飛行機、および電動工具に広く使用されている。
電極アセンブリは、リチウムイオン電池の重要なユニットであり、巻回電極アセンブリは、製造プロセスが簡単で製造効率が高いという特徴を有するため、リチウムイオン電池に広く使用されている。
しかし、リチウムイオン電池の体積エネルギー密度を向上させるために、電極アセンブリは、通常、複数回巻回される必要があり、電極アセンブリを複数回巻回する場合には、タブが著しく誤配置されやすく、これにより、コレクタ部品との接続に影響を与える。
本開示の目的は、複数回の巻回に起因するタブの誤配置の問題を改善する、電極アセンブリおよびその関連する電池、デバイス、製造方法、および製造装置を提供することである。
本開示の第１の態様は、複数の第１の電極板および少なくとも１つの第２の電極板を有し、前記第１の電極板の極性は、前記第２の電極板の極性と反対であり、前記複数の第１の電極板および前記少なくとも１つの第２の電極板は、巻回軸に巻回されて巻回構造を形成し、前記巻回構造において、前記複数の第１の電極板および前記少なくとも１つの第２の電極板は、前記巻回軸に垂直な方向に沿って重畳して配置されており、前記複数の第１の電極板における各第１の電極板は、第１の集電体と、前記第１の集電体の重畳面に配置された第１の活物質層とを有し、前記第１の集電体は、前記第１の活物質層が設けられた第１の本体部と、前記第１の本体部から前記巻回軸の方向に沿って突出する少なくとも１つの第１のタブとを有し、前記少なくとも１つの第１のタブにおける各第１のタブおよび前記第１の本体部は、前記巻回軸に沿って平行に配置されている、電極アセンブリを提供する。
いくつかの実施形態において、各第１の電極板は、間隔を置いて配置された複数の第１のタブを有する。
いくつかの実施形態において、前記巻回構造において、各第１の電極板は、その各円に少なくとも１つのタブが設けられている。
いくつかの実施形態において、前記第１のタブすべてにおける任意の２つの第１のタブは、少なくとも部分的に重なり合っている。
いくつかの実施形態において、前記巻回構造は、偏平形であり、且つ、直線部分と、前記直線部分の両側に配置された旋回部分とを有し、前記第１のタブはすべて、前記直線部分に配置されている。
いくつかの実施形態において、前記直線部分は、実質的に平行であり且つ前記巻回軸に関して対称に区分された、第１の直線小部分および第２の直線小部分を有し、前記第１のタブはすべて、前記第１の直線小部分もしくは前記第２の直線小部分に配置され、または、前記第１のタブすべての一部は、前記第１の直線小部分に配置されるとともに、前記第１のタブの残りすべては、前記第２の直線小部分に配置されている。
いくつかの実施態様において、前記複数の第１の電極板における少なくとも２つの第１の電極板の巻回始端の位置は、異なっており、および／または、前記複数の第１の電極板における少なくとも２つの第１の電極板の巻回終端の位置は、異なっている。
いくつかの実施態様において、前記電極アセンブリは、複数の第２の電極板を有し、前記複数の第２の電極板における少なくとも２つの第２の電極板の巻回始端の位置は、異なっており、および／または、前記複数の第２の電極板における少なくとも２つの第２の電極板の巻回終端の位置は、異なっている。
いくつかの実施態様において、前記電極アセンブリは、複数の第２の電極板を有し、前記巻回構造は、偏平形であり、且つ、直線部分と、前記直線部分の両側に配置された旋回部分とを有し、前記複数の第１の電極板における少なくとも１つの第１の電極板の巻回終端は、前記旋回部分に配置され、および／または、前記複数の第２の電極板における少なくとも１つの第２の電極板の巻回終端は、前記旋回部分に配置されている。
いくつかの実施形態において、前記巻回構造の異なる半径方向において、前記第１の電極板と前記第２の電極板との層数の差は、予め設定された層数を超えない。
本開示の第２の態様は、ケースと、本開示の第1の態様のいずれかの項目において提供された電極アセンブリと、を有し、前記電極アセンブリは、前記ケース内に配置されている、電池を提供する。
本開示の第３の態様は、本開示の第２の態様において提供された電池を複数有する電池モジュールを提供する。
本開示の第４の態様は、本開示の第３の態様において提供された電池モジュールを複数有する電池パックを提供する。
本開示の第５の態様は、電池を使用するデバイスであって、本開示の第２の態様において提供された電池を有し、前記電池は、電気エネルギーを供給するように構成されている、デバイスを提供する。
本開示の第６の態様は、電極アセンブリの製造方法であって、複数の第１の電極板および少なくとも１つの第２の電極板を提供する工程であって、前記第１の電極板の極性は、前記第２の電極板の極性と反対である、工程と、前記複数の第１の電極板および前記少なくとも１つの第２の電極板を巻回軸に巻回して巻回構造を形成する工程と、を有し、前記巻回構造において、前記複数の第１の電極板および前記少なくとも１つの第２の電極板は、前記巻回軸に垂直な方向に沿って重畳して配置されており、各第１の電極板は、第１の集電体と、前記第１の集電体の重畳面に配置された第１の活物質層とを有し、前記第１の集電体は、前記第１の活物質層が設けられた第１の本体部と、前記第１の本体部から前記巻回軸の方向に沿って突出する少なくとも１つの第１のタブとを有し、前記少なくとも１つの第１のタブにおける各第１のタブおよび前記第１の本体部は、前記巻回軸に沿って平行に配置されている、製造方法を提供する。
本開示の第７の態様は、電極アセンブリの製造装置であって、複数の第１の電極板および少なくとも１つの第２の電極板を提供するように構成された電極板配置機構であって、前記第１の電極板の極性は、前記第２の電極板の極性と反対である、電極板配置機構と、前記複数の第１の電極板および前記少なくとも１つの第２の電極板を巻回軸に巻回して巻回構造を形成するように構成された巻回機構と、を有し、前記巻回構造において、前記複数の第１の電極板および前記少なくとも１つの第２の電極板は、前記巻回軸に垂直な方向に沿って重畳して配置されており、各第１の電極板は、第１の集電体と、前記第１の集電体の重畳面に配置された第１の活物質層とを有し、前記第１の集電体は、前記第１の活物質層が設けられた第１の本体部と、前記第１の本体部から前記巻回軸の方向に沿って突出する少なくとも１つの第１のタブとを有し、前記少なくとも１つの第１のタブにおける各第１のタブおよび前記第１の本体部は、前記巻回軸に沿って平行に配置されている、製造装置を提供する。
本開示において提供される技術的解決手段に基づいて、電極アセンブリは、複数の第１の電極板を有し、第１の電極板の長さは、短縮されているに等しく、さらに、電極アセンブリの巻回数は、低減されているため、巻回後の第１のタブの周方向への誤配置量を低減することができ、コレクタ部品との接続が容易になる。また、本開示の第１のタブおよび第１の本体部は、巻回軸に沿って平行に分布しており、これにより、第１の集電体上の、第１の活物質層でコーティングされた領域が拡大され、電極アセンブリのエネルギー密度がさらに向上する。
本開示の他の特徴および利点は、以下の添付図面を参照して、本開示の例示的な実施形態の詳細な説明によって明らかになる。
ここで説明する図面は、本開示へのさらなる理解を提供するのに使用され、本開示の一部を形成する。本開示の例示的な実施形態およびその説明は、本開示を説明するためのものであり、本開示を不当に限定するものではない。
本開示の電池を採用した車両のいくつかの実施形態の外形概略図 本開示の電池パックのいくつかの実施形態の構造概略図 本開示の電池モジュールのいくつかの実施形態の構造概略図 本開示の電池のいくつかの実施形態の分解図 本開示の電極アセンブリにおいて正極板と負極板が間隔を置いて配置されているいくつかの実施形態の側面図 図５のＢ部分の拡大図 本開示の電極アセンブリにおける第1の電極板のいくつかの実施形態の構造概略図 本開示の電極アセンブリにおける第２の電極板のいくつかの実施形態の構造概略図 巻回軸に垂直な平面における本開示の偏平型電極アセンブリの第１の実施形態の断面図 巻回軸に垂直な平面における本開示の偏平型電極アセンブリの第２の実施形態の断面図 巻回軸に垂直な平面における本開示の偏平型電極アセンブリの第３の実施形態の断面図 巻回軸に垂直な平面における本開示の偏平型電極アセンブリの第４の実施形態の断面図 巻回軸に垂直な平面における本開示の偏平型電極アセンブリの第５の実施形態の断面図 巻回軸に垂直な平面における本開示の円筒型電極アセンブリの第１の実施形態の断面図 巻回軸に垂直な平面における本開示の円筒型電極アセンブリの第２の実施形態の断面図 巻回軸に垂直な平面における本開示の円筒型電極アセンブリの第３の実施形態の断面図 巻回軸に垂直な平面における本開示の円筒型電極アセンブリの第４の実施形態の断面図 本開示の電極アセンブリの製造方法のいくつかの実施形態のフロー図 本開示の電極アセンブリの製造装置のいくつかの実施形態の構造概略図
本開示の実施形態の目的、技術的解決手段、および効果をより明確にするために、本開示の実施形態の技術的解決手段の明確かつ完全な説明が、本開示の実施形態における添付の図面と組み合わせて以下に与えられる。明らかに、説明された実施形態は、本開示の実施形態の単なる一部に過ぎず、全部ではない。本開示の実施形態に基づいて、当業者によって創造的な努力なしに得られる他の全実施形態は、すべて、本開示の保護範囲内に入る。
別段の定義がない限り、本文で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本開示の技術分野の当業者によって理解されるものと同じ意味を有し、本文において、出願明細書に使用された用語は、本開示を限定するためではなく、単に特定の実施形態を説明するためのものであり、本開示の明細書、特許請求の範囲、および図面の上記簡単な説明における用語「含む（including）」および「有する（having）」ならびにそのあらゆる変形は、非排他的な包含を含むことを意図している。本開示の明細書、特許請求の範囲、または上記図面における「第１の（first）」および「第２の（second）」などの用語は、特定の順序または一次的もしくは二次的な関係を説明するためではなく、異なる対象を区別するために使用される。
本文で「実施形態（embodiment）」に言及することは、実施形態と組み合わせて説明された特定の特徴、構造、または性質が本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれ得ることを意味する。本明細書のさまざまな箇所における当該語句の出現は、必ずしも同じ実施形態を参照するものではなく、他の実施形態と相互に排他的である独立または代替の実施形態を参照するものでもない。当業者は、本文に記載された実施形態は他の実施形態と組み合わせることができることを明示的および暗示的に理解することができる。
本文における「および／または（and/or）」という用語は、関連する対象の出現関係を単に記述したものであり、３つの関係の存在を表している。例えば、Ａおよび／またはＢは、Ａのみが存在すること、ＡとＢが同時に存在すること、Ｂのみが存在すること、を表すことができる。さらに、本文における記号「／」は、一般に、前後の関連する対象が「または」関係であることを表す。
本開示における「複数の（a plurality of）」という用語は、２以上をいい、同様に、「複数のグループ（a plurality of groups）」とは、２つ以上のグループをいい、「複数の板（a plurality of plates）」とは、２つ以上の板をいう。
本開示の実施形態で説明される電極アセンブリおよびその製造方法、ならびに電池、電池モジュール、および電池パックは、すべて、電池を使用するさまざまなデバイス、例えば、携帯電話、ノートパソコン、バッテリーカー、電気自動車、船舶、空間航行体、電気玩具、および電気工具などに適用可能である。例えば、空間航行体は、航空機、ロケット、スペースシャトル、および宇宙船などを含み、電気玩具は、固定または可動の電気玩具、例えば、ゲーム機や、電気自動車の玩具、電気船の玩具、電気飛行機の玩具などを含み、電気工具は、金属切削電気工具、研削電気工具、アセンブリ電気工具、ならびに鉄道で使用される電気工具、例えば、電気ドリル、電気グラインダ、電気レンチ、電気スクリュードライバ、電気ハンマー、電気インパクトドリル、コンクリートバイブレータ、および電気プレーナを含む。
本開示の実施形態で説明される電極アセンブリ、電池、電池モジュール、および電池パックは、上記デバイスに適用可能であるだけでなく、電池を使用するすべてのデバイスにも適用可能であるが、説明を容易にするために、以下の実施形態では電気自動車を例にとって説明する。
例えば、図１は、本開示の実施形態の車両１００の構造概略図である。車両１００は、油を燃料とする車両、ガス車両、または新エネルギー車両であり得る。新エネルギー車両は、バッテリー電気自動車、ハイブリッド電気自動車、または延長距離車両であり得る。電池パック２００は、車両１００の内部に配置することができる。例えば、電池パック２００は、車両１００の底部、前端部、または後端部に配置することができる。電池パック２００は、車両１００の電源に使用することができる。例えば、電池パック２００は、車両１００の動作電源としての機能を果たすことができ、車両１００の回路システムとしての機能を果たすことができる。例えば、電池パック２００は、車両１００の始動、ナビゲーション、および操作中の車両１００の電力需要を満たすことができる。本開示の他の実施形態では、電池パック２００は、車両１００の動作電源としての機能を果たすだけでなく、車両１００の駆動電源としての機能をも果たし、燃料油または天然ガスの代わりに使用してまたは部分的に代わりに使用して車両１００に駆動力を提供することができる。
電気使用の異なる要求を満たすために、電池パック２００は、１つの電池モジュールまたは複数の電池モジュールを含むことができ、複数の電池モジュールは、直列に、並列に、または直列および並列に接続することができる。直列および並列の接続は、直列接続および並列接続の組み合わせを指す。例えば、図２は、本開示の他の実施形態の電池パック２００の構造概略図である。電池パック２００は、第１のケース２０１と、第２のケース２０２と、複数の電池モジュール３００とを有する。第１のケース２０１および第２のケース２０２の形状は、複数の電池モジュール３００を組み合わせた形状に従って決定される。第１のケース２０１および第２のケース２０２にはいずれも開口部が設けられている。例えば、第１のケース２０１および第２のケース２０２は、いずれも、それぞれ一方の表面のみが開口面である中空の直方体であり得る。すなわち、その表面にはケース壁がなく、ケースの内側と外側とが連通している。第１のケース２０１および第２のケース２０２は、開口部で互いにバックルで留められて、電池パック２００の閉じたケースを形成する。複数の電池モジュール３００を並列に接続、直列に接続、または直列および並列に接続した後、複数の電池モジュール３００は、第１のケース２０１を第２のケース２０２にバックルで留めた後に形成されるケース内に配置される。
本開示の他の実施形態では、電池パック２００が電池モジュール３００を有する場合、この電池モジュール３００は、第１のケース２０１を第２のケース２０２にバックルで留めた後に形成されるケース内に配置される。
１つ以上の電池モジュール３００によって生成された電気は、導電機構によってケースを貫通し、導出される。
さまざまな電力需要に応じて、電池モジュール３００は、１つ以上の電池を含むこともでき、図３に示すように、電池モジュール３００は、複数の電池４００を有する。この複数の電池４００は、直列接続、並列接続、または直列および並列接続によって接続されて、大容量または大電力を実現することができる。例えば、電池４００は、リチウムイオン二次電池、リチウムイオン一次電池、リチウム硫黄電池、ナトリウムリチウムイオン電池、またはマグネシウムイオン電池を有するが、これらに限定されない。電池４００は、円筒形、偏平形、長方形、または他の形状であり得る。
本開示の他の実施態様では、複数の電池４００を互いに重ね合わせて、直列に、並列に、または直列および並列に接続することができる。本開示の他の実施形態では、各電池４００は、正方形、円筒形、または他の形状であり得る。例えば、図４は、本開示の他の実施形態の電池４００の構造概略図であり、電池４００は、１つ以上の電極アセンブリ１０と、ケース２０と、エンドカバーアセンブリ４０とを有する。ケース２０の形状は、１つ以上の電極アセンブリ１０を組み合わせた形状に従って決定することができる。例えば、ケース２０は、中空の直方体、立方体、または円筒であり得る。さらに、ケース２０の表面のうちの１つには開口部が設けられ、１つ以上の電極アセンブリ１０をケース２０内に入れることができるようになっている。例えば、ケース２０が中空の直方体または立方体である場合、ケース２０の平面のうちの１つは開口面であり、つまり、その平面にはケース壁がなく、ケース２０の内側と外側とが連通している。ケース２０が中空の円筒であれば、ケース２０の円形側面が開口面であり、つまり、その円形側面にはケース壁がなく、ケース２０の内側と外側とが連通している。エンドカバーアセンブリ４０は、ケース２０の開口部においてケース２０と接続されて、電池４００を入れる閉じたケースを形成する。ケース２０は、内部が電解質で充填される。
エンドカバーアセンブリ４０は、エンドカバー４１と、エンドカバー４１上に配置された第1の端子４２および第２の端子４３とを有する。エンドカバー４１は、実質的に平坦である。第1の端子４２および第２の端子４３は、エンドカバー４１の平坦面に配置されてエンドカバー４１の平坦面を貫通している。第1の端子４２および第２の端子４３には、対応して、コレクタ部品３０が設けられている。コレクタ部品３０は、エンドカバー４１と電極アセンブリ１０の間に配置されている。
例えば、図４に示すように、各電極アセンブリ１０には、第1のタブ１１２および第２のタブ２１２が設けられている。１つ以上の電極アセンブリ１０の第1のタブ１１２は、コレクタ部品３０を介して第１の端子４２に接続され、１つ以上の電極アセンブリ１０の第２のタブ２１２は、別のコレクタ部品３０を介して第２の端子４３に接続されている。また、電極アセンブリ１０は、タブと対応するコレクタ部品３０との間に配置された溶接保護板５０をさらに有する。
本開示の他の実施形態では、エンドカバー４１の平坦面に防爆弁４４をさらに設けることができる。防爆弁４４は、エンドカバー４１の平坦面の一部であることができ、エンドカバー４１の平坦面と溶接することもできる。防爆弁４４は、ニック部（nick）を有する。ニック部の深さは、防爆弁４４を貫通しないという目的を達成するために、防爆弁４４のニック部を除く他の領域の厚さよりも小さい。すなわち、通常の状態において、防爆弁４４は、エンドカバー４１と密閉状態で組み合わされている。エンドカバーアセンブリ４０は、エンドカバー４１を介してケース２０の開口部でケース２０と接続されて、電池４００を入れるケースを形成する。ケースによって形成される空間は、密閉され、気密である。ケース内では、電池４００が過剰なガスを発生させ、そのガスが膨張してケース内の空気圧が予め設定された値を超えると、防爆弁４４がニック部でひび割れし、ケースの内側と外側とが連通して、防爆弁４４のひび割れの発生箇所を通ってガスが外側へ放出され、さらなる爆発を回避する。
電池４００には、実際の使用要求に応じて、単一または複数の電極アセンブリ１０を配置することができる。図４に示すように、電池４００の内部には、少なくとも２つの独立した電極アセンブリ１０が設けられている。
いくつかの実施態様では、図５に示すように、電極アセンブリ１０は、複数の第１の電極板１および少なくとも１つの第２の電極板２を有し、第１の電極板１の極性は、第２の電極板２の極性と反対である。例えば、第１の電極板１は、正極板であり、第２の電極板２は、負極板であり、逆もまた同様である。複数の第１の電極板１および少なくとも１つの第２の電極板２は、巻回軸Ｋに巻回されて巻回構造を形成する。この巻回構造において、複数の第１の電極板１および少なくとも１つの第２の電極板２は、巻回軸Ｋに垂直な方向に沿って重畳して配置されている。
第１の電極板１と第２の電極板２の数は、同じであることができ、また、異なっていることもできる。いくつかの実施形態において、すべての第１の電極板１およびすべての第２の電極板２の合計数は、３以上である。例えば、電極アセンブリ１０は、２つ、３つ、または４つの第１の電極板１と、１つ、２つ、３つ、または４つの第２の電極板２とを有する。
本開示の他の実施形態では、各第1の電極板１の形状は、各第２の電極板２の形状と実質的に同じである。例えば、巻回構造を偏平化した後、第1の電極板１および第２の電極板２は、実質的に帯状である。例えば、第1の電極板１および第２の電極板２は、長さが５～２０ｍの帯状であることができる。第1の電極板１と第２の電極板２の長さの差は、予め設定された範囲内であり、幅寸法は、実質的に同じである。複数の第1の電極板１および少なくとも１つの第２の電極板２を重畳した後において、複数の第1の電極板１および少なくとも１つの第２の電極板２を帯状方向に沿って巻回すると、巻回構造を得ることができる。この巻回構造は、巻回軸Ｋを有しており、複数の第1の電極板１が少なくとも１つの第２の電極板２と重畳される重畳面は、巻回軸Ｋと実質的に平行である。
本開示の他の実施形態では、複数の第１の電極板１および少なくとも１つの第２の電極板２を複数の形態で重畳することができる。例えば、複数の第１の電極板１が２つ以上の第１の電極板１であり、少なくとも１つの第２の電極板２も２つ以上の第２の電極板２である場合、巻回構造を偏平化した後に、１つの第１の電極板１と１つの第２の電極板２とを交互に順番に重畳することができる。他の例では、複数の第１の電極板１が２つ以上の第１の電極板１であり、少なくとも１つの第２の電極板２が１つの第２の電極板２である場合、巻回構造を偏平化した後に、２つ以上の第１の電極板１と１つの第２の電極板２とを交互に順番に重畳することができる。
複数の第１の電極板１と少なくとも１つの第２の電極板２とが重畳される場合、どの隣接する１つの第１の電極板１と１つの第２の電極板２の間にもセパレータ３がさらに配置される。セパレータ３は、隣接する第１の電極板１と第２の電極板２を分離するように構成されているため、隣接する第１の電極板１と第２の電極板２は、互いに短絡しない。
本開示の他の実施形態では、異なる極性の電極板が、互いに隣接している。例えば、すなわち、第１の電極板１が第２の電極板２に隣接していることは、第１の電極板１と第２の電極板２の間にはセパレータ３の少なくとも１つの層以外に電極板が存在しないこと、例えば、第１の電極板１と第２の電極板２の間には他の第１の電極板１も第２の電極板２も存在しないことを意味する。また、それは、第１の電極板１と第２の電極板２とが互いに最も直接的に隣接していることとして理解することもできる。例えば、一方の極性を有する１つの電極板に基づいて、その極性を有するその電極板と、その極性を有するその電極板に隣接する異なる極性を有する電極板の第１の層とは、隣接電極板と呼ばれる。
本開示の他の実施形態では、同じ極性の２つの電極板が隣接していることは、同じ極性の２つの電極板の間に他の極性の１つの電極板のみが存在することを意味する。例えば、２つの第１の電極板１が隣接していることは、２つの第１の電極板１の間に１つの第２の電極板２のみが存在することを意味し、また、２つの第２の電極板２が隣接していることは、２つの第２の電極板２の間に１つの第１の電極板１のみが存在することを意味する。本開示の他の実施形態では、同じ極性の２つの電極板の間に異なる極性の他の電極板が存在しない場合、同じ極性の２つの電極板を１つの電極板と見なすことができる。
本開示の他の実施形態では、同じ極性の２つ以上の電極板の間に異なる極性の他の電極板およびセパレータが存在しない場合、その同じ極性の２つ以上の電極板は、１つの電極板群と見なすことができ、よって、重畳の際には、その同じ極性の電極板群と、異なる極性の他の電極板群または単一の電極板とが、交互に順番に重畳される。例えば、２つ以上の第１の電極板は、第１の電極板群を構成し、また、２つ以上の第２の電極板は、第２の電極板群を構成する。重畳は、次のようになり得る。第１の電極板群と第２の電極板群とが交互に順番に重畳されるか、第１の電極板群と単一の第２の電極板とが交互に順番に重畳されるか、または、第２の電極板群と単一の第１の電極板とが交互に順番に重畳される。
同じ極性の電極板群は１つの電極板と見なすことができるため、説明を容易にするために、後述する１つの電極板は、１つの電極板であり得るだけでなく、同じ極性の複数の電極板から成る電極板群でもあり得る。
しかし、重畳方法にかかわらず、隣接する異なる極性の電極板の間には、少なくとも１層のセパレータ３が配置されている。
本開示の他の実施形態では、セパレータ３は、セパレータ基層および機能層を有する。セパレータ基層は、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン－プロピレン共重合体、およびポリブチレンテレフタレートから選択される少なくとも１つであり得る。機能層は、セラミック酸化物とバインダーとの混合層であり得る。本開示の他の実施形態では、巻回構造を偏平化した後、セパレータ３は、別々に存在する薄膜であり、また、実質的に帯状であり、例えば、長さが５～２０ｍの帯状である。本開示の他の実施形態では、セパレータ３は、第１の電極板１および／または第２の電極板２の表面にコーティングされている、つまり、セパレータ３と第１の電極板１および／または第２の電極板２とは、一体構造になっている。
本開示の他の実施形態では、図５に示すように、巻回構造において、第１の電極板１と第２の電極板２とが交互に順番に重畳されている。ここで、Ａ－Ａは、複数の第１の電極板１と少なくとも１つの第２の電極板２とが重畳される方向であり、Ｋは、巻回構造の巻回軸Ｋである。
本開示の他の実施形態では、図６に示すように、複数の第１の電極板１における各第１の電極板１は、第１の集電体１１と、第１の集電体１１の重畳面に配置された第１の活物質層１２とを有し、第１の集電体１１は、第１の活物質層１２が設けられた第１の本体部１１１と、第１の本体部１１１から巻回軸Ｋに沿って突出する少なくとも１つの第１のタブ１１２とを有する。第１のタブ１１２および第１の本体部１１１は、巻回軸Ｋに沿って平行に配置されている。第２の電極板２は、第２の集電体２１と、第２の集電体２１の重畳面に配置された第２の活物質層２２とを有し、第２の集電体２１は、第２の活物質層２２が設けられた第２の本体部２１１と、第２の本体部２１１から巻回軸Ｋに沿って突出する第２のタブ２１２とを有する。
本開示の他の実施形態では、複数の第１の電極板１と少なくとも１つの第２の電極板２とを重畳する場合、つまり、巻回構造において、第１の電極板１の第１のタブ１１２と第２の電極板２の第２のタブ２１２とを、巻回構造の巻回軸Ｋに沿って同じ側に配置することができるだけでなく、異なる側に配置することもできる。
本開示の他の実施形態では、すべての第１のタブ１１２における任意の２つの第１のタブ１１２は、少なくとも部分的に重なり合っている。例えば、複数の第１の電極板１における１つの電極板に第１のタブ１１２が設けられ、複数の第１の電極板１におけるもう１つの電極板に第１のタブ１１２が設けられ、これら２つの第１のタブ１１２は、少なくとも部分的に重なり合っている。他の例では、複数の第１の電極板１における１つの電極板に複数の第１のタブ１１２が設けられ、当該複数の第１のタブ１１２における任意の２つの第１のタブ１１２は、少なくとも部分的に重なり合っている。さらに他の例では、複数の第１の電極板１における１つの電極板に複数の第１のタブ１１２が設けられ、複数の第１の電極板１におけるもう１つの電極板に複数の第１のタブ１１２が設けられ、前記１つの電極板の任意の第１のタブ１１２と、前記もう１つの電極板の任意の第１のタブ１１２とは、少なくとも部分的に重なり合っている。
以上の説明から分かるように、同じエネルギーを得るために、本実施形態の電極アセンブリは、長さが複数の第１の電極板１の長さの合計に等しい単一の第１の電極板を複数の第１の電極板１に分割し、その後、この複数の第１の電極板１を平行に巻回した場合に得られることに相当する。同じ極性の電極板が本実施形態の電極アセンブリの内部にあり、電極アセンブリの内部抵抗が小さくなっているため、使用プロセスにおける電極アセンブリの発熱量が低減され、電極アセンブリの性能が改善される。
また、長さが複数の第１の電極板１の長さの合計に等しい単一の電極板を巻回する際に同じ極性の電極板上の複数のタブを位置合わせする場合と比較して、本実施形態の電極アセンブリでは、同じ極性の複数の第１の電極板１上のタブを重畳して平行に位置合わせした後に巻回が実行され、電極板の長さが短縮され、巻回数が低減されるため、巻回プロセスにおけるタブの誤配置を制御する能力が向上し、巻回後の複数の第１のタブ１１２間の誤配置量が低減され、コレクタ部品との接続が容易になり、タブの過電流容量がさらに向上し、電極アセンブリの品質が向上する。
さらに、関連技術では、第１の本体部の、巻回軸Ｋに垂直な方向に沿った側の領域は、活物質層でコーティングされておらず、タブは、その領域に溶接されている。一方、本実施形態では、第１のタブ１１２および第１の本体部１１１が、巻回軸Ｋに沿って平行に分布し、第１の活物質層が、第１の本体部の、巻回軸Ｋに垂直な方向に配置されているため、第１の集電体１１上の、第１の活物質層１２でコーティングされた領域が拡大され、電極アセンブリのエネルギー密度がさらに向上する。
本開示の他の実施形態では、巻回構造を偏平化した後、第１の電極板１の構造は、図７に示す通りである。本実施形態の各第１の電極板は、複数の第１のタブ１１２を有し、複数の第１のタブ１１２を設定することにより、過電流容量を向上させることができる。
本開示の他の実施形態では、第１のタブ１１２が第１の集電体１１のコーティングされていない領域を切断することによって形成される。巻回後の巻回構造において、各第１の電極板１は、その円上に少なくとも１つの第１のタブ１１２を備える。例えば、各第１の電極板１には、その円上に第１のタブ１１２または２つの第１のタブ１１２が設けられている。
本開示の他の実施形態では、電極アセンブリ１０を巻回して形成した後、複数の第１のタブ１１２を相互に積層し、コレクタ部品３０に溶接する。
複数の第１のタブ１１２の非溶接領域が溶接後に分散状態にならないようにするために、その一方で、第１のタブ１１２は薄いため、電池の組立プロセスでは、第１のタブ１１２が変形しやすく、第１の電極板１１と第２の電極板１２の間で圧迫されて短絡の危険が生じる。
本実施形態の第１の電極板１は、絶縁保護の役割を果たす絶縁層１５を備えている。例えば、図７を参照すると、絶縁層１５は、第１のタブ１１２の根元部の表面に配置され、絶縁層１５は、絶縁保護の役割を果たしている。たとえ第１の電極板１と第２の電極板２の間に第１のタブ１１２が挿入されたとしても、絶縁層１５は、第１のタブ１１２を第２の電極板２から効果的に分離して、短絡の危険を低減し、安全性能を向上させることができる。
図７を参照すると、絶縁層１５は、第１の部分１５ａおよび第２の部分１５ｂを有する。第１の部分１５ａは、第１の本体部１１１の重畳面に配置（例えば、コーティング）され、且つ、第１の活物質層１２の、第１のタブ１１２に隣接する端部に接続されている。第２の部分１５ｂは、第１の部分１５ａの、第１の活物質層１２から離れている端部から伸長し、且つ、第１のタブ１１２の重畳面に配置（例えば、コーティング）されている。第２の部分１５ｂは、第１のタブ１１２の、第１の本体部１１１に隣接する根元領域を覆うことができ、第１のタブ１１２の根元領域と第１の活物質層１２との接触の危険を効果的に低減する。
例えば、第１の活物質層１２および第１の部分１５ａは、巻回軸Ｋの両端側に沿って第１の本体部１１１の重畳面に分布し、第１のタブ１１２および第１の部分１５ａは、第１の本体部１１１の同じ端側に配置されている。例えば、第１のタブ１１２は、巻回軸Ｋの方向に沿って第１の部分１５ａから第１の本体部１１１の外側に伸長している。
例えば、第１の活物質層１２および第１の部分１５ａが巻回軸Ｋの両端側に沿って第１の本体部１１１の重畳面に分布していることは、第１の活物質層１２および第１の部分１５ａが、第１の本体部１１１の重畳面上の実質的に平行な領域であり、且つ、巻回軸Ｋに沿って第１の本体部１１１の重畳面に２層で分布している、つまり、第１の活物質層１２および第１の部分１５ａが、第１の電極板１の帯方向に沿って第１の本体部１１１の重畳面上で実質的に平行であり、且つ、２層で分布しているものとして理解することもできる。
絶縁層１５は、無機充填剤およびバインダーを有する。無機充填剤は、ベーマイト、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、二酸化チタン、酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸カルシウム、チタン酸カリウム、および硫酸バリウムのうちの１つ以上を含む。バインダーは、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリレート－アクリレート、ポリアクリロニトリル－アクリル酸、およびポリアクリロニトリル－アクリル酸エステルのうちの１つ以上を有する。
本実施形態の第１のタブすべてにおける任意の２つの第１のタブは、少なくとも部分的に重なり合っている。本実施形態の電極アセンブリ１０の巻回数が低減され、巻回後の複数の第１のタブ１１２間の誤配置量を低減することができる。これにより、タブの過電流容量が向上する。
巻回前、第２の電極板２の構造は、図８に示す通りである。本実施形態の第２の電極板１２は、第３の活物質層２３をさらに有する。第３の活物質層２３は、第２のタブ２１２の表面上の、第２の活物質層２２と接続した領域に配置（例えば、コーティング）されている。例えば、第３の活物質層２３は、第２のタブ２１２の根元部の表面に配置（例えば、コーティング）されている。第３の活物質層２３および第２の活物質層２２は、成型されている。
電池の組立プロセスでは、複数の第２のタブ２１２の、第３の活物質層２３でコーティングされていない領域を集めて、コレクタ部品３０に溶接する。第３の活物質層２３は、弾性率が大きく、第２のタブ２１２を効果的に支持することができ、第１の電極板１と第２の電極板２の間に第２のタブ２１２が挿入される危険を低減することができる。
具体的には、本実施形態の第１の集電体１１は、アルミニウム箔であり、第１の活物質層１２は、三元物質、マンガン酸リチウム、またはリン酸鉄リチウムを有する。第２の集電体２１は、銅箔であり、第２の活物質層２２は、グラファイトまたはシリコンを有する。
本実施形態では、複数の第１の電極板１および複数の第２の電極板２が利用可能である。例えば、第１の電極板１および第２の電極板２の数を２～３に選択して、電極板の長さを低減することに基づいて確実に巻回を容易にし、且つ、電極板の数が多い場合に、必要とされる巻回力の劇的な増大を防止し、または、電極板の表面にコーティングされた活物質の脱落を防止することができる。
本実施形態の電極アセンブリの巻回構造は、偏平形であり、且つ、直線部分と、この直線部分の両側に配置された旋回部分とを有する。直線部分における電極板の重畳面は、実質的に平行であり、且つ、巻回軸Ｋと実質的に平行である。直線部分は、巻回軸Ｋに垂直な平面において、第１の直線小部分および第２の直線小部分を有し、これらは、実質的に平行であり、且つ、巻回軸Ｋに関して対称に分布されている。２つの旋回部分は、第１の直線小部分および第２の直線小部分にそれぞれ配置されて、直線部分の両側になる。
本実施形態における第１のタブ１１２はすべて、直線部分に配置されている。このように、複数の第１のタブ１１２を積層して配置し、接続する場合、第１のタブ１１２間の接触面積が増大し、過電流容量が向上する。また、さらに、本実施形態の第１のタブ１１２はすべて、第１の直線小部分に配置されているため、第１のタブ１１２の過電流容量を確保する際に第１のタブ１１２を重畳した後の厚さが低減され、第１のタブ１１２によって生じた空間がさらに低減される。
他の図面に示していない実施形態では、すべての第１のタブを第２の直線小部分に配置することもできる。あるいは、すべての第１のタブの一部を第１の直線小部分に配置し、第１のタブの他の部分を第２の直線小部分に配置する。
本開示の他の実施形態では、電極アセンブリ１０は、複数の第１の電極板１を有する。複数の第１の電極板１における少なくとも２つの第１の電極板１の巻回始端の位置は、異なっている。また、複数の第１の電極板１における少なくとも２つの第１の電極板１の巻回終端の位置は、異なっている。例えば、すべての第１の電極板１の巻回始端の位置は異なり、また、巻回終端の位置も異なっている。
本開示の他の実施形態では、電極アセンブリ１０は、複数の第２の電極板２を有する。複数の第２の電極板２における少なくとも２つの第２の電極板２の巻回始端の位置は、異なっている。また、複数の第２の電極板２における少なくとも２つの第２の電極板２の巻回終端の位置は、異なっている。例えば、すべての第２の電極板２の巻回始端の位置は異なり、また、巻回終端の位置も異なっている。
電極アセンブリ１０は、使用プロセス中に膨張し、電極アセンブリ１０の膨張後にケース２０に作用力を加え、その一方で、ケース２０は、電極アセンブリ１０に反作用力を加える。本開示の電極アセンブリ１０に関しては、第１の電極板１および第２の電極板２の層の数が増加している。このような構造により、複数の第１の電極板１または複数の第２の電極板２の巻回終端Ｅにおける厚い段差の形成を防止することができ、巻回構造の外層がケース２０の反作用力を受けたときに、電極板の巻回末端Ｅにおける応力集中の問題を緩和することができ、巻回構造が異なる周方向位置で均一な応力を受けるようになる。これにより、巻回構造の大きな変形が防止され、または、大きな応力を伴う一部領域での活物質の脱落が防止され、長期使用後の電池の動作性能および信頼性が改善される。
本開示の他の実施形態では、電極アセンブリは、複数の第１の電極板１および複数の第２の電極板２を有し、複数の第１の電極板１における少なくとも２つの第１の電極板１の巻回始端Ｓの位置は、異なっており、例えば、すべての第１の電極板１の巻回始端Ｓの位置は、異なっており、および／または、複数の第２の電極板２における少なくとも２つの第２の電極板２の巻回始端Ｓ′の位置は、異なっており、例えば、すべての第２の電極板２の巻回始端Ｓ′の位置は、異なっている。
電極アセンブリ１０は、使用プロセス中に膨張し、本開示の電極アセンブリ１０に関しては、少なくとも２つの第１の電極板１のそれぞれの第１の巻回始端Ｓは、異なる位置に設定され、および／または、少なくとも２つの第２の電極板２のそれぞれの第２の巻回始端Ｓ′は、異なる位置に設定されている。すなわち、少なくとも２つの第１の電極板１の第１の巻回始端Ｓは、巻回構造の周方向に千鳥状に配置され、および／または、少なくとも２つの第２の電極板２の第２の巻回始端Ｓ′は、巻回構造の周方向に千鳥状に配置されている。その結果、第１の電極板１および／または第２の電極板２の巻回始端の位置が異なり、複数の第１の電極板１または複数の第２の電極板２の巻回始端における厚い段差の形成を防止することができ、電極板の巻回始端における応力集中の問題を緩和することができ、巻回構造が異なる周方向位置で均一な応力を受けるようになる。これにより、巻回構造の大きな変形が防止され、または、応力の大きい一部領域での活物質の脱落が防止され、長期使用後の電池の動作性能および信頼性が改善される。
本開示の他の実施形態では、複数の第１の電極板１における少なくとも１つの第１の電極板１の巻回終端は、旋回部分に配置されている。複数の第２の電極板２における少なくとも１つの第２の電極板２の巻回終端は、旋回部分に配置されている。
第１の電極板１および第２の電極板２の巻回終端がいずれも旋回部分に配置されている場合、第１の直線小部分と第２の直線小部分との電極板の層数の差を低減することができる。電極アセンブリ１０が拡張してケース２０と接触し、ケース２０の内壁が電極アセンブリ１０の両面に反作用力を及ぼすとき、第１の直線小部分および第２の直線小部分の電極板にかかる応力は、一致する。
本開示の他の実施形態では、巻回構造の異なる半径方向において、電極板の層数の差は、予め設定された層の数を超えない。例えば、予め設定された層の数は、複数の第１の電極板１および複数の第２の電極板２の合計数以下である。例えば、２つの第１の電極板１および２つの第２の電極板２を巻回した後、巻回構造の半径方向のうちの１つにおいて、電極板の層数は８であり、巻回構造の他の半径方向において、電極板の層数は、最小で８、最大で１２である。すなわち、予め設定された層の数は、２つの第１の電極板１および２つの第２の電極板２の数の合計（この場合、合計は４）以下である。
電極アセンブリ１０が膨張してケース２０と接触すると、ケース２０は、電極アセンブリ１０に反作用力を加える。電極板の層数の差が巻回構造の異なる半径方向において予め設定された層の数を超えない場合、周方向の各点における電極アセンブリ１０への応力がより均一になり、これにより、使用プロセスにおける電極アセンブリ１０の個々の点での性能差の増大が防止される。例えば、２つの第１の電極板１が配置され、２つの第２の電極板２が配置され、予め設定された層の数が４以下であり、電極板の層数の差が小さいほど、巻回構造の周方向の各点における電極アセンブリ１０への応力が均一になる。
電極アセンブリ１０は、少なくとも２つの第１の電極板１および少なくとも２つの第２の電極板２を含むことができるが、説明を容易にするために、以下の実施形態では、２つの第１の電極板１および２つの第２の電極板２を例にとって説明する。
電極アセンブリ１０の巻回構造の外形は、円筒形状、偏平形状、楕円形状、立方体形状、直方体形状、または他の任意の形状であり得る。しかし、説明を容易にするために、以下では、電極アセンブリ１０の巻回構造が偏平形状および円筒形状であることをそれぞれ例にとって説明する。
図９は、本開示の他の実施形態における偏平型電極アセンブリが巻回軸Ｋの断面に対して垂直であることを示す構造概略図である。電極アセンブリ１２０は、第１の負極板１２０１、第２の負極板１２０２、第１の正極板１２０３、第２の正極板１２０４、および複数のセパレータ１２０５を有する。第１の負極板１２０１、第１の正極板１２０３、第２の負極板１２０２、および第２の正極板１２０４は、交互に順番に重畳されている。第１の負極板１２０１は、セパレータ１２０５によって第１の正極板１２０３から分離され、第１の正極板１２０３は、別のセパレータ１２０５によって第２の負極板１２０２から分離され、第２の負極板１２０２は、別のセパレータ１２０５によって第２の正極板１２０４から分離されている。第１の負極板１２０１、第２の負極板１２０２、第１の正極板１２０３、第２の正極板１２０４、および複数のセパレータ１２０５はすべて、重畳された後、巻回軸Ｋに巻回されて、偏平な巻回構造を形成している。
本実施形態の電極アセンブリ１２０において、正極板のタブおよび負極板のタブの構造および位置に関しては、図５～図８の上記実施形態で説明した第１の電極板の第１のタブおよび第２電極板の第２タブの関連した内容を参照されたい。当該内容は、ここでは重複して繰り返さない。
本実施形態において、電極アセンブリ１２０の巻回構造の異なる半径方向についての次の特定の条件、つまり、巻回構造の周方向の異なる位置において電極板の層数の差は予め設定された層の数よりも大きくないことに関しては、図５～図８の上記実施形態で説明した関連する内容も参照されたい。当該内容は、ここでは重複して繰り返さない。
巻回構造において、巻回構造における最も内側のリングは、第１の負極板１２０１によって囲まれたリングであり、また、巻回構造の最も外側のリングは、第２の負極板１２０２によって囲まれたリングである。
本実施形態において、電極アセンブリ１２０の巻回構造は、直線部分１０Ａと、直線部分１０Ａの両側に配置された旋回部分１０Ｂとを有する。直線部分１０Ａにおける電極板の重畳面は、実質的に平行な平面であり、巻回軸と実質的に平行であり、ここでの平面は、厳密には平面ではなく、ある程度の誤差を許容している。巻回軸Ｋに垂直な平面において、直線部分１０Ａは、第１の直線小部分１０Ａ１および第２の直線小部分１０Ａ２を有し、これらは、実質的に平行であり、巻回軸Ｋに関して対称に分布されている。２つの旋回部分１０Ｂは、第１の直線小部分１０Ａ１および第２の直線小部分１０Ａ２にそれぞれ配置されて、直線部分１０Ａの両側になる。
電極アセンブリの巻回構造において、第１の負極板１２０１の全負極タブおよび第２の負極板１２０２の全負極タブは、すべて、直線部分１０Ａに配置することができる。例えば、負極タブはすべて第１の直線小部分１０Ａ１に配置され、もしくは、負極タブはすべて第２の直線小部分１０Ａ２に配置され、または、負極タブの一部は第１の直線小部分１０Ａ１に配置され、且つ、負極タブの残りすべては第２の直線小部分１０Ａ２に配置されている。しかし、同じ領域に配置された負極タブは、巻回軸に垂直な方向に少なくとも部分的に重なり合っている。例えば、それらは、実質的に重なり合っている。
第１の正極板１２０３の全正極タブおよび第２の正極板１２０４の全正極タブは、すべて、直線部分１０Ａに配置することができる。例えば、正極タブはすべて第１の直線小部分１０Ａ１に配置され、もしくは、正極タブはすべて第２の直線小部分１０Ａ２に配置され、または、正極タブの一部は第１の直線小部分１０Ａ１に配置され、且つ、正極タブの残りすべては第２の直線小部分１０Ａ２に配置されている。しかし、同じ領域に配置された正極タブは、巻回軸に垂直な方向に少なくとも部分的に重なり合っている。例えば、それらは、実質的に重なり合っている。
第１の正極板１２０３および第２の正極板１２０４の第１の巻回始端Ｓの位置は、同じである。例えば、第１の正極板１２０３および第２の正極板１２０４の第１の巻回始端Ｓは、いずれも、直線部分１０Ａの同じ側の直線小部分（例えば、第１の直線小部分１０Ａ１）に配置され、且つ、第１の正極板１２０３および第２の正極板１２０４の第１の巻回始端Ｓは、同一平面上にある。
また、第１の負極板１２０１および第２の負極板１２０２の第２の巻回始端Ｓ′の位置も、同じである。例えば、第１の負極板１２０１および第２の負極板１２０２の第２の巻回始端Ｓ′は、いずれも、直線部分１０Ａの同じ側の直線小部分（例えば、第１の直線小部分１０Ａ１）に配置され、且つ、第１の負極板１２０１および第２の負極板１２０２の第２の巻回始端Ｓ′は、同一平面上にある。
巻回方向の逆方向に沿って、第１の負極板１２０１の第２の巻回始端Ｓ′は、第１の正極板１２０３の第１の巻回始端Ｓを超えている。第２の負極板１２０２の第２の巻回始端Ｓ′は、第２の正極板１２０４の第１の巻回始端Ｓを超えている。
第１の正極板１２０３および第２の正極板１２０４の第１の巻回終端Ｅの位置は、同じである。例えば、第１の正極板１２０３および第２の正極板１２０４の第１の巻回終端Ｅは、いずれも、同じ側の旋回部分（例えば、第１の旋回部分１０Ｂ１）に配置され、且つ、第１の正極板１２０３および第２の正極板１２０４の第１の巻回終端Ｅは、同一平面上にある。
また、第１の負極板１２０１および第２の負極板１２０２の第２の巻回終端Ｅ′の位置も、同じである。例えば、第１の負極板１２０１および第２の負極板１２０２の第２の巻回終端Ｅ′は、いずれも、同じ側の旋回部分（例えば、第１の旋回部分１０Ｂ１）に配置されるとともに、第１の正極板１２０３および第２の正極板１２０４の第１の巻回終端Ｅと同じ側の旋回部分（例えば、第１の旋回部分１０Ｂ１）にも配置され、且つ、第１の負極板１２０１および第２の負極板１２０２の第２の巻回終端Ｅ′は、同一平面上にある。
巻回方向に沿って、第１の負極板１２０１の第２の巻回終端Ｅ′は、第２の正極板１２０４の第１の巻回終端Ｅを超えている。第２の負極板１２０２の第２の巻回終端Ｅ′は、第１の正極板１２０３の第１の巻回終端Ｅを超えている。
上記した電極アセンブリの巻回構造は、巻回前の複数の電極板の長さ相違をおおよそにすることを可能にすることができ、これにより、巻回が容易になる。
図１０は、本開示の他の実施形態における、偏平型電極アセンブリが巻回軸Ｋの断面に対して垂直であることを示す構造概略図である。電極アセンブリ１３０は、第１の負極板１３０１、第２の負極板１３０２、第１の正極板１３０３、第２の正極板１３０４、および複数のセパレータ１３０５を有する。第１の負極板１３０１、第１の正極板１３０３、第２の負極板１３０２、および第２の正極板１３０４は、交互に順番に重畳されている。第１の負極板１３０１は、セパレータ１３０５によって第１の正極板１３０３から分離され、第１の正極板１３０３は、別のセパレータ１３０５によって第２の負極板１３０２から分離され、第２の負極板１３０２は、別のセパレータ１３０５によって第２の正極板１３０４から分離されている。第１の負極板１３０１、第２の負極板１３０２、第１の正極板１３０３、第２の正極板１３０４、および複数のセパレータ１３０５はすべて、重畳された後、巻回軸Ｋに巻回されて、偏平な巻回構造を形成している。
電極アセンブリの巻回構造において、第１の負極板１３０１の全負極タブおよび第２の負極板１３０２の全負極タブは、すべて、直線部分１０Ａに配置することができる。例えば、負極タブはすべて第１の直線小部分１０Ａ１に配置され、もしくは、負極タブはすべて第２の直線小部分１０Ａ２に配置され、または、負極タブの一部は第１の直線小部分１０Ａ１に配置され、且つ、負極タブの残りすべては第２の直線小部分１０Ａ２に配置されている。しかし、同じ領域に配置された負極タブは、巻回軸に垂直な方向に少なくとも部分的に重なり合っている。例えば、それらは、実質的に重なり合っている。
第１の正極板１３０３の全正極タブおよび第２の正極板１３０４の全正極タブは、すべて、直線部分１０Ａに配置することができる。例えば、正極タブはすべて第１の直線小部分１０Ａ１に配置され、もしくは、正極タブはすべて第２の直線小部分１０Ａ２に配置され、または、正極タブの一部は第１の直線小部分１０Ａ１に配置され、且つ、正極タブの残りすべては第２の直線小部分１０Ａ２に配置されている。しかし、同じ領域に配置された正極タブは、巻回軸に垂直な方向に少なくとも部分的に重なり合っている。例えば、それらは、実質的に重なり合っている。本実施形態の電極アセンブリ１３０の構造は、図９の実施形態で説明した電極アセンブリの構造と実質的に同様であり、以下、相違点について説明する。
本実施形態の電極アセンブリ１３０の巻回構造において、巻回構造における最も内側のリングは、第１の負極板１３０１によって囲まれたリングであり、また、巻回構造の最も外側のリングは、第１の負極板１３０１および第２の負極板１３０２によって共同で囲まれたリングである。
第１の正極板１３０３および第２の正極板１３０４の第１の巻回終端Ｅは、異なっている。例えば、第１の正極板１３０３および第２の正極板１３０４の第１の巻回終端Ｅは、第２の旋回部分１０Ｂ２および第１の旋回部分１０Ｂ１にそれぞれ配置されている。
また、第１の負極板１３０１および第２の負極板１３０２の第２の巻回終端Ｅ′の位置も、異なっている。例えば、第１の負極板１３０１および第２の負極板１３０２の第２の巻回終端Ｅ′は、第１の旋回部分１０Ｂ１および第２の旋回部分１０Ｂ２にそれぞれ配置されている。
巻回方向に沿って、第１の負極板１３０１の第２の巻回終端Ｅ′は、第２の正極板１３０４の第１の巻回終端Ｅを超えている。また、第２の負極板１３０２の第２の巻回終端Ｅ′は、第１の正極板１３０３の第１の巻回終端Ｅを超えている。
上記した電極アッセンブリの巻回構造は、第１の巻回終端Ｅにおいて第１の正極板１３０３および第２の正極板１３０４によって形成される段差を低減するとともに、第２の巻回終端Ｅ′において第１の負極板１３０１および第２の負極板１３０２によって形成される段差を低減することができる。その結果、電極アッセンブリが膨張した際にケースと接触した後に巻回終端において電極板に加わる局所的な応力を低減し、電極板のひび割れまたは活物質の脱落を防止し、電極アッセンブリの長期動作の信頼性を向上させることができる。
図１１は、本開示の他の実施形態における、偏平型電極アセンブリが巻回軸Ｋの断面に対して垂直であることを示す構造概略図である。電極アセンブリ１４０は、第１の負極板１４０１、第２の負極板１４０２、第１の正極板１４０３、第２の正極板１４０４、および複数のセパレータ１４０５を有する。第１の正極板１４０１、第１の正極板１４０３、第２の負極板１４０２、および第２の正極板１４０４は、交互に順番に重畳されている。第１の負極板１４０１は、セパレータ１４０５によって第１の正極板１４０３から分離され、第１の正極板１４０３は、別のセパレータ１４０５によって第２の負極板１４０２から分離され、第２の負極板１４０２は、別のセパレータ１４０５によって第２の正極板１４０４から分離されている。第１の負極板１４０１、第２の負極板１４０２、第１の正極板１４０３、第２の正極板１４０４、および複数のセパレータ１４０５はすべて、重畳された後、巻回軸Ｋに巻回されて、偏平な巻回構造を形成している。
電極アセンブリの巻回構造において、第１の負極板１４０１の全負極タブおよび第２の負極板１４０２の全負極タブは、すべて、直線部分１０Ａに配置することができる。例えば、負極タブはすべて第１の直線小部分１０Ａ１に配置され、もしくは、負極タブはすべて第２の直線小部分１０Ａ２に配置され、または、負極タブの一部は第１の直線小部分１０Ａ１に配置され、且つ、負極タブの残りすべては第２の直線小部分１０Ａ２に配置されている。しかし、同じ領域に配置された負極タブは、巻回軸に垂直な方向に少なくとも部分的に重なり合っている。例えば、それらは、実質的に重なり合っている。
第１の正極板１４０３の全正極タブおよび第２の正極板１４０４の全正極タブは、すべて、直線部分１０Ａに配置することができる。例えば、正極タブはすべて第１の直線小部分１０Ａ１に配置され、もしくは、正極タブはすべて第２の直線小部分１０Ａ２に配置され、または、正極タブの一部は第１の直線小部分１０Ａ１に配置され、且つ、正極タブの残りすべては第２の直線小部分１０Ａ２に配置されている。しかし、同じ領域に配置された正極タブは、巻回軸に垂直な方向に少なくとも部分的に重なり合っている。例えば、それらは、実質的に重なり合っている。
本実施形態の電極アセンブリ１４０の構造は、図９の実施形態で説明した電極アセンブリ１２０の構造と実質的に同様であり、以下、相違点について説明する。
本実施形態の電極アセンブリ１４０の巻回構造において、巻回構造における最も内側のリングは、第１の負極板１４０１によって囲まれたリングであり、また、巻回構造の最も外側のリングは、第２の負極板１４０２によって囲まれたリングである。
本実施形態の電極アセンブリの巻回構造において、第１の負極板１４０１および第２の負極板１４０２の第２の巻回終端Ｅ′の位置は、異なっている。例えば、第１の負極板１４０１および第２の負極板１４０２の第２の巻回終端Ｅ′は、すべて、同じ旋回部分（例えば、第１の旋回部分１０Ｂ１）に配置されており、且つ、第１の負極板１４０１および第２の負極板１４０２の第２の巻回終端Ｅ′は、同一平面上にない。
上記した電極アセンブリ１４０の巻回構造は、第１の直線小部分１０Ａ１と第２の直線小部分１０Ａ２との電極板の層数の差を低減することができる。電極アセンブリが膨張してケースと接触し、ケースの内壁が電極アセンブリの両面に反作用力を及ぼすとき、第１の直線小部分１０Ａ１および第２の直線小部分１０Ａ２の電極板にかかる応力は、一致する。
図１２は、本開示の他の実施形態における、偏平型電極アセンブリが巻回軸Ｋの断面に対して垂直であることを示す構造概略図である。電極アセンブリ１５０は、第１の負極板１５０１、第２の負極板１５０２、第１の正極板１５０３、第２の正極板１５０４、および複数のセパレータ１５０５を含む。第１の負極板１５０１、第１の正極板１５０３、第２の負極板１５０２、および第２の正極板１５０４は、交互に順番に重畳されている。第１の負極板１５０１は、セパレータ１５０５によって第１の正極板１５０３から分離され、第１の正極板１５０３は、別のセパレータ１５０５によって第２の負極板１５０２から分離され、第２の負極板１５０２は、別のセパレータ１５０５によって第２の正極板１５０４から分離されている。第１の負極板１５０１、第２の負極板１５０２、第１の正極板１５０３、第２の正極板１５０４、および複数のセパレータ１５０５はすべて、重畳された後、巻回軸Ｋに巻回されて、偏平な巻回構造を形成している。
電極アセンブリの巻回構造において、第１の負極板１５０１の全負極タブおよび第２の負極板１５０２の全負極タブは、すべて、直線部分１０Ａに配置することができる。例えば、負極タブはすべて第１の直線小部分１０Ａ１に配置され、もしくは、負極タブはすべて第２の直線小部分１０Ａ２に配置され、または、負極タブの一部は第１の直線小部分１０Ａ１に配置され、且つ、負極タブの残りすべては第２の直線小部分１０Ａ２に配置されている。しかし、同じ領域に配置された負極タブは、巻回軸に垂直な方向に少なくとも部分的に重なり合っている。例えば、それらは、実質的に重なり合っている。
第１の正極板１５０３の全正極タブおよび第２の正極板１５０４の全正極タブは、すべて、直線部分１０Ａに配置することができる。例えば、正極タブはすべて第１の直線小部分１０Ａ１に配置され、もしくは、正極タブはすべて第２の直線小部分１０Ａ２に配置され、または、正極タブの一部は第１の直線小部分１０Ａ１に配置され、且つ、正極タブの残りすべては第２の直線小部分１０Ａ２に配置されている。しかし、同じ領域に配置された正極タブは、巻回軸に垂直な方向に少なくとも部分的に重なり合っている。例えば、それらは、実質的に重なり合っている。
本実施形態の電極アセンブリ１５０の構造は、図９の実施形態で説明した電極アセンブリ１２０の構造と実質的に同様であり、以下、相違点について説明する。本実施形態の電極アセンブリの巻回構造において、巻回構造における最も内側のリングは、第１の負極板１５０１および第２の負極板１５０２によって共同で囲まれたリングであり、また、巻回構造の最も外側のリングは、第２の負極板１５０２によって囲まれたリングである。
本実施形態の電極アセンブリ１５０の巻回構造において、第１の正極板１５０３および第２の正極板１５０４の第１の巻回始端Ｓの位置は、異なっている。例えば、第１の正極板１５０３および第２の正極板１５０４の第１の巻回始端Ｓは、第１の直線小部分１０Ａ１および第２の直線小部分１０Ａ２にそれぞれ配置されており、且つ、第１の正極板１５０３および第２の正極板１５０４の第１の巻回始端Ｓは、同一平面上にない。
また、第１の負極板１５０１および第２の負極板１５０２の第２の巻回始端Ｓの位置も、異なっている。例えば、第１の負極板１５０１および第２の負極板１５０２の第２の巻回始端Ｓは、第１の直線小部分１０Ａ１および第２の直線小部分１０Ａ２にそれぞれ配置されており、且つ、第１の負極板１５０１および第２の負極板１５０２の第２の巻回始端Ｓは、同一平面上にない。
上記した電極アッセンブリの巻回構造は、第１の巻回始端Ｓにおいて第１の正極板１５０３および第２の正極板１５０４によって形成される段差を低減するとともに、第２の巻回始端Ｓ′において第１の負極板１５０１および第２の負極板１５０２によって形成される段差を低減することができる。その結果、電極アッセンブリが膨張してケース２０と接触した後に巻回始端において電極板に加わる局所的な応力を低減し、電極板のひび割れまたは活物質の脱落を防止し、電極アッセンブリの長期動作の信頼性を向上させることができる。
図１３は、本開示の他の実施形態における、偏平型電極アセンブリが巻回軸Ｋの断面に対して垂直であることを示す構造概略図である。電極アセンブリ１６０は、第１の負極板１６０１、第２の負極板１６０２、第１の正極板１６０３、第２の正極板１６０４、および複数のセパレータ１６０５を有する。第１の負極板１６０１、第１の正極板１６０３、第２の正極板１６０２、および第２の正極板１６０４は、交互に順番に重畳されている。第１の負極板１６０１は、セパレータ１６０５によって第１の正極板１６０３から分離され、第１の正極板１６０３は、別のセパレータ１６０５によって第２の負極板１６０２から分離され、第２の負極板１６０２は、別のセパレータ１６０５によって第２の正極板１６０４から分離されている。第１の負極板１６０１、第２の負極板１６０２、第１の正極板１６０３、第２の正極板１６０４、および複数のセパレータ１６０５はすべて、重畳された後、巻回軸Ｋに巻回されて、偏平な巻回構造を形成している。
電極アセンブリの巻回構造において、第１の負極板１６０１の全負極タブおよび第２の負極板１６０２の全負極タブは、すべて、直線部分１０Ａに配置することができる。例えば、負極タブはすべて第１の直線小部分１０Ａ１に配置され、もしくは、負極タブはすべて第２の直線小部分１０Ａ２に配置され、または、負極タブの一部は第１の直線小部分１０Ａ１に配置され、且つ、負極タブの残りすべては第２の直線小部分１０Ａ２に配置されている。しかし、同じ領域に配置された負極タブは、巻回軸に垂直な方向に少なくとも部分的に重なり合っている。例えば、それらは、実質的に重なり合っている。
第１の正極板１６０３の全正極タブおよび第２の正極板１６０４の全正極タブは、すべて、直線部分１０Ａに配置することができる。例えば、正極タブはすべて第１の直線小部分１０Ａ１に配置され、もしくは、正極タブはすべて第２の直線小部分１０Ａ２に配置され、または、正極タブの一部は第１の直線小部分１０Ａ１に配置され、且つ、正極タブの残りすべては第２の直線小部分１０Ａ２に配置されている。しかし、同じ領域に配置された正極タブは、巻回軸に垂直な方向に少なくとも部分的に重なり合っている。例えば、それらは、実質的に重なり合っている。
本実施形態の電極アセンブリ１６０の構造は、図９の実施形態で説明した電極アセンブリ１２０の構造と実質的に同様であり、以下、相違点について説明する。本実施形態の電極アセンブリの巻回構造において、巻回構造における最も内側のリングは、第１の負極板１６０１および第２の負極板１６０２によって共同で囲まれたリングであり、また、巻回構造の最も外側のリングは、第１の負極板１６０１および第２の負極板１６０２によって共同で囲まれたリングである。
本実施形態の電極アセンブリ１６０の巻回構造において、第１の正極板１６０３および第２の正極板１６０４の第１の巻回始端Ｓの位置は、異なっている。例えば、第１の正極板１６０３および第２の正極板１６０４の第１の巻回始端Ｓは、第１の直線小部分１０Ａ１および第２の直線小部分１０Ａ２にそれぞれ配置されており、且つ、第１の正極板１６０３および第２の正極板１６０４の第１の巻回始端Ｓは、同一平面上にない。
また、第１の負極板１６０１および第２の負極板１６０２の第２の巻回始端Ｓ′の位置も、異なっている。例えば、第１の負極板１６０１および第２の負極板１６０２の第２の巻回始端Ｓ′は、第１の直線小部分１０Ａ１および第２の直線小部分１０Ａ２にそれぞれ配置されており、且つ、第１の負極板１６０１および第２の負極板１６０２の第２の巻回始端Ｓ′は、同一平面上にない。
第１の正極板１６０３および第２の正極板１６０４の第１の巻回終端Ｅの位置は、異なっている。例えば、第１の正極板１６０３および第２の正極板１６０４の第１の巻回終端Ｅは、異なる旋回部分１０Ｂにそれぞれ配置されており、且つ、第１の正極板１６０３および第２の正極板１６０４の第１の巻回終端Ｅは、同一平面上にない。
また、第１の負極板１６０１および第２の負極板１６０２の第２の巻回終端Ｅ′の位置も、異なっている。例えば、第１の負極板１６０１および第２の負極板１６０２の第２の巻回終端Ｅ′は、２つの異なる旋回部分１０Ｂにそれぞれ配置されており、且つ、第１の負極板１６０１および第２の負極板１６０２の第２の巻回終端Ｅ′は、同一平面上にない。
上記した電極アセンブリの巻回構造は、第１の巻回始端Ｓおよび第１の巻回終端Ｅにおいて、第１の正極板１６０３および第２の正極板１６０４によって形成される段差を同時に低減するとともに、第２の巻回始端Ｓ′および第２の巻回終端Ｅ′において、第１の負極板１６０１および第２の負極板１６０２によって形成される段差を同時に低減することができる。その結果、電極アセンブリが膨張してケース２０と接触した後に巻回始端および巻回終端において電極板に加わる局所的な応力を低減し、電極板のひび割れまたは活物質の脱落を防止し、電極アセンブリの長期動作の信頼性を向上させることができる。
上記実施形態に基づいて、巻回構造の異なる半径方向、つまり、巻回構造の異なる周方向位置において、電極板の層数の差は、予め設定された層数を超えない。ここで、電極板の層数とは、正極板および負極板の総層数をいう。また、予め設定された層数は、複数の正極板の数量と複数の負極板の数量の合計以下である。
電極アセンブリが膨張してケース２０と接触すると、ケース２０は、電極アセンブリに反作用力を加え、その結果、電極アセンブリの周方向の各点にかかる応力は、より均一になる。これにより、使用プロセスにおいて電極アセンブリに個々の点で大きな性能差が生じるのが防止される。例えば、２つの正極板が配置され、２つの負極板が配置され、予め設定された層数が４以下であり、電極板の層数の差が小さいほど、周方向の各点で電極アセンブリにかかる応力が均一になる。
図１４～図１７は、円筒型電極アセンブリの構造概略図である。
図１４は、本開示の他の実施形態における、円筒型電極アセンブリが巻回軸Ｋの断面に対して垂直であることを示す構造概略図である。電極アセンブリ１７０は、第１の負極板１７０１、第２の負極板１７０２、第１の正極板１７０３、第２の正極板１７０４、および複数のセパレータ１７０５を有する。第１の負極板１７０１、第１の正極板１７０３、第２の負極板１７０２、および第２の正極板１７０４は、交互に順番に重畳されている。第１の負極板１７０１は、セパレータ１７０５によって第１の正極板１７０３から分離され、第１の正極板１７０３は、別のセパレータ１７０５によって第２の負極板１７０２から分離され、第２の負極板１７０２は、別のセパレータ１７０５によって第２の正極板１７０４から分離されている。第１の負極板１７０１、第２の負極板１７０２、第１の正極板１７０３、第２の正極板１７０４、および複数のセパレータ１７０５はすべて、重畳された後、巻回軸Ｋに巻回されて、円筒形の巻回構造を形成している。
本実施形態の電極アセンブリにおいて、正極板のタブおよび負極板のタブの構造および位置に関しては、図５～図８の上記実施形態で説明した第１の電極板の第１のタブおよび第２電極板の第２タブの関連した内容を参照されたい。当該内容は、ここでは重複して繰り返さない。
巻回構造において、巻回構造における最も内側のリングは、第１の負極板１７０１によって囲まれたリングであり、また、巻回構造の最も外側のリングは、第２の負極板１７０２によって囲まれたリングである。
第１の正極板１７０３および第２の正極板１７０４の第１の巻回始端Ｓの位置は、同じである。例えば、第１の正極板１７０３および第２の正極板１７０４の第１の巻回始端Ｓは、いずれも、巻回構造の同じ半径方向に配置され、且つ、第１の正極板１７０３および第２の正極板１７０４の第１の巻回始端Ｓは、同一平面上にある。
また、第１の負極板１７０１および第２の負極板１７０２の第２の巻回始端Ｓ′の位置も、同じである。例えば、第１の負極板１７０１および第２の負極板１７０２の第２の巻回始端Ｓ′は、いずれも、巻回構造の同じ半径方向に配置され、且つ、第１の負極板１７０１および第２の負極板１７０２の第２の巻回始端Ｓ′は、同一平面上にある。
巻回方向の逆方向に沿って、第１の負極板１７０１の第２の巻回始端Ｓ′は、第１の正極板１７０４の第１の巻回始端Ｓを超えている。第２の負極板１７０２の第２の巻回始端Ｓ′は、第２の正極板１７０３の第１の巻回始端Ｓを超えている。
第１の正極板１７０３および第２の正極板１７０４の第１の巻回終端Ｅの位置は、同じである。例えば、第１の正極板１７０３および第２の正極板１７０４の第１の巻回終端Ｅは、いずれも、同じ側の旋回部分１０Ｂに配置され、且つ、第１の正極板１７０３および第２の正極板１７０４の第１の巻回終端Ｅは、同一平面上にある。
また、第１の負極板１７０１および第２の負極板１７０２の第２の巻回終端Ｅ′の位置も、同じである。例えば、第１の負極板１７０１および第２の負極板１７０２の第２の巻回終端Ｅ′は、いずれも、同じ旋回領域１０Ｂに配置され、且つ、第１の負極板１７０１および第２の負極板１７０２の第２の巻回終端Ｅ′は、同一平面上にある。
巻回方向に沿って、第１の負極板１７０１の第２の巻回終端Ｅ′は、第２の正極板１７０４の第１の巻回終端Ｅを超えている。また、第２の負極板１７０２の第２の巻回終端Ｅ′は、第１の正極板１７０３の第１の巻回終端Ｅを超えている。
上記した巻回構造は、巻回前の複数の電極板の長さ相違をおおよそにすることを可能にすることができ、これにより、巻回が容易になる。
図１５は、本開示の他の実施形態における、円筒型電極アセンブリが巻回軸Ｋの断面に対して垂直であることを示す構造概略図である。電極アセンブリ１８０は、第１の負極板１８０１、第２の負極板１８０２、第１の正極板１８０３、第２の正極板１８０４、および複数のセパレータ１８０５を有する。第１の負極板１８０１、第１の正極板１８０３、第２の負極板１８０２、および第２の正極板１８０４は、交互に順番に重畳されている。第１の負極板１８０１は、セパレータ１８０５によって第１の正極板１８０３から分離され、第１の正極板１８０３は、別のセパレータ１８０５によって第２の負極板１８０２から分離され、第２の負極板１８０２は、別のセパレータ１８０５によって第２の正極板１８０４から分離されている。第１の負極板１８０１、第２の負極板１８０２、第１の正極板１８０３、第２の正極板１８０４、および複数のセパレータ１８０５はすべて、重畳された後、巻回軸Ｋに巻回されて、円筒形の巻回構造を形成している。
本実施形態の電極アセンブリ１８０の構造は、図１４の実施形態で説明した電極アセンブリ１７０の構造と基本的に同様であり、以下、相違点について説明する。本実施形態の巻回構造において、巻回構造の最も内側のリングは、第１の負極板１８０１および第２の負極板１８０２によって共同で囲まれたリングであり、また、巻回構造の最も外側のリングは、第１の負極板１８０１によって囲まれたリングである。
本実施形態の巻回構造において、第１の正極板１８０３および第２の正極板１８０４の第１の巻回始端Ｓの位置は、異なっている。例えば、第１の正極板１８０３および第２の正極板１８０４の第１の巻回始端Ｓは、巻回構造の相対的半径方向に配置されており、且つ、第１の正極板１８０３および第２の正極板１８０４の第１の巻回始端Ｓは、同一平面上にない。
また、第１の負極板１８０１および第２の負極板１８０２の第２の巻回始端Ｓ′の位置も、異なっている。例えば、第１の負極板１８０１の第２の巻回始端Ｓ′と第２の負極板１８０２の第２の巻回始端Ｓ′とは、巻回構造の相対的半径方向に配置されており、且つ、第１の負極板１８０１および第２の負極板１８０２の第２の巻回始端Ｓ′は、同一平面上にない。
上記した巻回構造は、第１の巻回始端Ｓにおいて第１の正極板１８０３および第２の正極板１８０４によって形成される段差を低減するとともに、第２の巻回始端Ｓ′において第１の負極板１８０１および第２の負極板１８０２によって形成される段差を低減することができる。その結果、電極アセンブリが膨張してケース２０と接触した後に巻回始端において電極板に加わる局所的な応力を低減し、電極板のびび割れまたは活物質の脱落を防止し、電極アセンブリの長期動作の信頼性を向上させることができる。
図１６は、本開示の他の実施形態における、円筒型電極アセンブリが巻回軸Ｋの断面に対して垂直であることを示す構造概略図である。電極アセンブリ１９０は、第１の負極板１９０１、第２の負極板１９０２、第１の正極板１９０３、第２の正極板１９０４、および複数のセパレータ１９０５を有する。第１の負極板１９０１、第１の正極板１９０３、第２の負極板１９０２、および第２の正極板１９０４は、交互に順番に重畳されている。第１の負極板１９０１は、セパレータ１９０５によって第１の正極板１９０３から分離され、第１の正極板１９０３は、別のセパレータ１９０５によって第２の負極板１９０２から分離され、第２の負極板１９０２は、別のセパレータ１９０５によって第２の正極板１９０４から分離されている。第１の負極板１９０１、第２の負極板１９０２、第１の正極板１９０３、第２の正極板１９０４、および複数のセパレータ１９０５はすべて、重畳された後、巻回軸Ｋに巻回されて、円筒形の巻回構造を形成している。
本実施形態の構造は、図１５の実施形態で説明した構成と実質的に同様であり、以下、相違点について説明する。本実施形態の巻回構造において、巻回構造の最も内側のリングは、第１の負極板１９０１および第２の負極板１９０２によって共同で囲まれたリングであり、また、巻回構造の最も外側のリングは、第１の負極板１９０１によって囲まれたリングである。
本実施形態の巻回構造において、第１の正極板１９０３および第２の正極板１９０４の第１の巻回終端Ｅの位置は、異なっている。また、第１の負極板１９０１および第２の負極板１９０２の第２の巻回終端Ｅ′も、異なっている。
巻回方向に沿って、第１の負極板１９０１は、最外層に配置され、第２の巻回終端Ｅ′のエンド位置は、第２の負極板１９０２の第２の巻回終端Ｅ′のエンド位置を超え、また、第１の正極板１９０３の第１の巻回終端Ｅのエンド位置は、第２の正極板１９０４の第１の巻回終端Ｅのエンド位置を超え、例えば、リングの半分だけ超えている。超えている部分は、内側の層の電極板と接触するまで半径方向に沿って内側に向かって押して、巻回構造の安定性を向上させる。
上記した巻回構造は、第１の巻回始端Ｓおよび第１の巻回終端Ｅにおいて第１の正極板１９０３および第２の正極板１９０４によって形成される段差を同時に低減するとともに、第２の巻回始端Ｓ′および第２の巻回終端Ｅ′において第１の負極板１９０１および第２の負極板１９０２によって形成される段差を同時に低減することができる。その結果、電極アセンブリが膨張してケース２０と接触した後に巻回始端および巻回終端において電極板に加わる局所的な応力を低減し、電極板のひび割れまたは活物質の脱落を防止し、電極アセンブリの長期動作の信頼性を向上させることができる。
さらに、異なる半径方向における巻回構造の層数は、同じであり得るが、円筒形の巻回構造に対しては、電極アセンブリが膨張してケース２０と接触すると、周方向に沿った各点にかかる応力は、一致する。
図１７は、本開示の他の実施形態における、円筒型電極アセンブリが巻回軸Ｋの断面に対して垂直であることを示す構造概略図である。電極アセンブリ２００は、第１の負極板２００１、第２の負極板２００２、第１の正極板２００３、第２の正極板２００４、および複数のセパレータ２００５を有する。第１の負極板２００１、第１の正極板２００３、第２の負極板２００２、および第２の正極板２００４は、交互に順番に重畳されている。第１の負極板２００１は、セパレータ２００５によって第１の正極板２００３から分離され、第１の正極板２００３は、別のセパレータ２００５によって第２の負極板２００２から分離され、第２の負極板２００２は、別のセパレータ２００５によって第２の正極板２００４から分離されている。第１の負極板２００１、第２の負極板２００２、第１の正極板２００３、第２の正極板２００４、および複数のセパレータ２００５はすべて、重畳された後、巻回軸Ｋに巻回されて、円筒形の巻回構造を形成している。
本実施形態の電極アセンブリ２００の構造は、図１５の実施形態で説明した電極アセンブリ１８０の構造と実質的に同様であり、以下、相違点について説明する。本実施形態の巻回構造において、巻回構造における最も内側のリングは、第１の負極板２００１および第２の負極板２００２によって共同で囲まれたリングであり、また、巻回構造の最も外側のリングは、第１の負極板２００１および第２の負極板２００２によって共同で囲まれたリングである。
巻回方向に沿って、第２の負極板２００２は、最外層に配置され、第２の巻回終端Ｅ′のエンド位置は、第１の負極板２００１の第２の巻回終端Ｅ′のエンド位置を超え、また、第２の正極板２００４の第１の巻回終端Ｅのエンド位置は、第１の正極板２００３の第１の巻回終端Ｅのエンド位置を超え、例えば、リングの半分だけ超えている。
上記した巻回構造は、第１の巻回始端Ｓおよび第１の巻回終端Ｅにおいて第１の正極板２００３および第２の正極板２００４によって形成される段差を同時に低減するとともに、第２の巻回始端Ｓ′および第２の巻回終端Ｅ′において第１の負極板２００１および第２の負極板２００２によって形成される段差を同時に低減することができる。その結果、電極アセンブリが膨張してケース２０と接触した後に巻回始端および巻回終端において電極板に加わる局所的な応力を低減し、電極板のひび割れまたは活物質の脱落を防止し、電極アセンブリの長期動作の信頼性を向上させることができる。
さらに、異なる半径方向における巻回構造の層数は、同じであり得るが、円筒形の巻回構造に対しては、電極アセンブリが膨張してケース２０と接触すると、周方向に沿った各点にかかる応力は、一致する。
また、この構造は、電極板の最外層および電極板の最後から２番目の層が他の電極板の巻回終端で曲がることを回避することができる。その結果、電極板のすべての層が確実に接触し、電極板に局所的な応力が生じにくくなる。これにより、電極板のひび割れまたは活物質の脱落を防止することができる。
第二に、本開示は、電極アセンブリの製造方法をさらに提供する。いくつかの実施形態において、図１８に示すフロー図は、以下を含む。
工程１０１、複数の第１の電極板１および少なくとも１つの第２の電極板２を提供する。ここで、第１の電極板１の極性は、第２の電極板２の極性と反対である。
工程１０２、複数の第１の電極板１および少なくとも１つの第２の電極板２を巻回軸Ｋに巻回して巻回構造を形成する。
ここで、当該巻回構造において、複数の第１の電極板１における第１の電極板１および少なくとも１つの第２の電極板２における第２の電極板２は、巻回軸Ｋに垂直な方向に沿って重畳して配置されている。各第１の電極板１は、第１の集電体１１と、第１の集電体１１の重畳面に配置された第１の活物質層１２とを有し、第１の集電体は、第１の活物質層１２が設けられた第１の本体部１１１と、第１の本体部１１１から巻回軸の方向に沿って突出する第１のタブ１１２とを有し、第１のタブ１１２および第１の本体部１１１は、巻回軸に沿って平行に配置されている。
本実施形態では、複数の第１の電極板１を設定することにより、電極アセンブリ１０の巻回数を低減することができるため、巻回後の第１のタブ１１２の周方向への誤配置量を低減することができ、コレクタ部品３０との接続が容易になる。
最後に、本開示は、電極アセンブリの製造装置５００をさらに提供する。いくつかの実施形態において、図１９に示すように、製造機器５００は、以下を有する。
複数の第１の電極板１および少なくとも１つの第２の電極板２を提供するように構成された電極板配置機構。ここで、第１の電極板１の極性は、第２の電極板２の極性と反対である。
複数の第１の電極板１および少なくとも１つの第２の電極板２を巻回軸Ｋに巻回して巻回構造を形成するように構成された巻回機構。ここで、当該巻回構造において、複数の第１の電極板１における第１の電極板１および少なくとも１つの第２の電極板２における第２の電極板２は、巻回軸Ｋに垂直な方向に沿って交互に配置されている。各第１の電極板１は、第１の集電体１１と、第１の集電体１１の重畳面に配置された第１の活物質層１２とを有し、第１の集電体１１は、第１の活物質層１２が設けられた第１の本体部１１１と、第１の本体部１１１から巻回軸の方向に沿って突出する第１のタブ１１２とを有し、第１のタブ１１２および第１の本体部１１１は、巻回軸に沿って平行に分布されている。巻回機構５０２は、重畳した電極板に対して安定した巻回張力を提供することができる。
電極アセンブリの製造装置５００によって製造される電極アセンブリ１０は、巻回プロセスにおける巻回エラーを低減することができる。
最後に、上記の実施形態は、本開示を限定するためではなく、単に本開示の技術的解決手段を説明するためのものであることに留意されたい。本開示は、好ましい実施形態を参照して詳細に説明されているが、当業者は、本開示の特定の実施形態をさらに修正したり、または技術的特徴の一部を均等に置換したりすることができることを理解されたい。なお、本開示の技術的解決手段の精神から逸脱しないすべての修正または置換は、すべて、本開示において請求される技術的解決手段の範囲内に入るものとする。

Claims (17)

  1. 複数の第１の電極板および少なくとも１つの第２の電極板を有し、前記第１の電極板の極性は、前記第２の電極板の極性と反対であり、前記複数の第１の電極板および前記少なくとも１つの第２の電極板は、巻回軸に巻回されて巻回構造を形成し、前記巻回構造において、前記複数の第１の電極板および前記少なくとも１つの第２の電極板は、前記巻回軸に垂直な方向に沿って重畳して配置されており、
    前記複数の第１の電極板における各第１の電極板は、第１の集電体と、前記第１の集電体の重畳面に配置された第１の活物質層とを有し、前記第１の集電体は、前記第１の活物質層が設けられた第１の本体部と、前記第１の本体部から前記巻回軸の方向に沿って突出する少なくとも１つの第１のタブとを有し、
    前記少なくとも１つの第１のタブにおける各第１のタブおよび前記第１の本体部は、前記巻回軸に沿って平行に配置されている、
    電極アセンブリ。
  2. 各第１の電極板は、間隔を置いて配置された複数の第１のタブを有する、
    請求項１に記載の電極アセンブリ。
  3. 前記巻回構造において、各第１の電極板は、その各円に少なくとも１つのタブが設けられている、
    請求項１または２に記載の電極アセンブリ。
  4. 前記第１のタブすべてにおける任意の２つの第１のタブは、少なくとも部分的に重なり合っている、
    請求項１～３のいずれか１項に記載の電極アセンブリ。
  5. 前記巻回構造は、偏平形であり、且つ、直線部分と、前記直線部分の両側に配置された旋回部分とを有し、
    前記第１のタブはすべて、前記直線部分に配置されている、
    請求項１～４のいずれか１項に記載の電極アセンブリ。
  6. 前記直線部分は、実質的に平行であり且つ前記巻回軸に関して対称に区分された、第１の直線小部分および第２の直線小部分を有し、
    前記第１のタブはすべて、前記第１の直線小部分もしくは前記第２の直線小部分に配置され、または、
    前記第１のタブすべての一部は、前記第１の直線小部分に配置されるとともに、前記第１のタブの残りすべては、前記第２の直線小部分に配置されている、
    請求項５に記載の電極アセンブリ。
  7. 前記複数の第１の電極板における少なくとも２つの第１の電極板の巻回始端の位置は、異なっており、および／または、前記複数の第１の電極板における少なくとも２つの第１の電極板の巻回終端の位置は、異なっている、
    請求項１～６のいずれか１項に記載の電極アセンブリ。
  8. 前記電極アセンブリは、複数の第２の電極板を有し、前記複数の第２の電極板における少なくとも２つの第２の電極板の巻回始端の位置は、異なっており、および／または、前記複数の第２の電極板における少なくとも２つの第２の電極板の巻回終端の位置は、異なっている、
    請求項１～７のいずれか１項に記載の電極アセンブリ。
  9. 前記電極アセンブリは、複数の第２の電極板を有し、前記巻回構造は、偏平形であり、且つ、直線部分と、前記直線部分の両側に配置された旋回部分とを有し、
    前記複数の第１の電極板における少なくとも１つの第１の電極板の巻回終端は、前記旋回部分に配置され、および／または、前記複数の第２の電極板における少なくとも１つの第２の電極板の巻回終端は、前記旋回部分に配置されている、
    請求項１～８のいずれか１項に記載の電極アセンブリ。
  10. 前記巻回構造の異なる半径方向において、前記第１の電極板と前記第２の電極板との層数の差は、予め設定された層数を超えない、
    請求項１～９のいずれか１項に記載の電極アセンブリ。
  11. 前記予め設定された層数は、前記第１の電極板すべてと前記第２の電極板すべての合計数以下である、
    請求項１０に記載の電極アセンブリ。
  12. ケースと、
    請求項１～１１のいずれか１項に記載の電極アセンブリと、を有し、
    前記電極アセンブリが、前記ケースに配置されている、
    電池。
  13. 請求項１２に記載の電池を複数有する電池モジュール。
  14. 請求項１３に記載の電池モジュールを複数有する電池パック。
  15. 電池を使用するデバイスであって、
    請求項１２に記載の電池を有し、前記電池は、電気エネルギーを供給するように構成されている、
    デバイス。
  16. 電極アセンブリの製造方法であって、
    複数の第１の電極板および少なくとも１つの第２の電極板を提供する工程であって、前記第１の電極板の極性は、前記第２の電極板の極性と反対である、工程と、
    前記複数の第１の電極板および前記少なくとも１つの第２の電極板を巻回軸に巻回して巻回構造を形成する工程と、を有し、
    前記巻回構造において、前記複数の第１の電極板および前記少なくとも１つの第２の電極板は、前記巻回軸に垂直な方向に沿って重畳して配置されており、
    各第１の電極板は、第１の集電体と、前記第１の集電体の重畳面に配置された第１の活物質層とを有し、前記第１の集電体は、前記第１の活物質層が設けられた第１の本体部と、前記第１の本体部から前記巻回軸の方向に沿って突出する少なくとも１つの第１のタブとを有し、
    前記少なくとも１つの第１のタブにおける各第１のタブおよび前記第１の本体部は、前記巻回軸に沿って平行に配置されている、
    製造方法。
  17. 電極アセンブリの製造装置であって、
    複数の第１の電極板および少なくとも１つの第２の電極板を提供するように構成された電極板配置機構であって、前記第１の電極板の極性は、前記第２の電極板の極性と反対である、電極板配置機構と、
    前記複数の第１の電極板および前記少なくとも１つの第２の電極板を巻回軸に巻回して巻回構造を形成するように構成された巻回機構と、を有し、
    前記巻回構造において、前記複数の第１の電極板および前記少なくとも１つの第２の電極板は、前記巻回軸に垂直な方向に沿って重畳して配置されており、
    各第１の電極板は、第１の集電体と、前記第１の集電体の重畳面に配置された第１の活物質層とを有し、前記第１の集電体は、前記第１の活物質層が設けられた第１の本体部と、前記第１の本体部から前記巻回軸の方向に沿って突出する少なくとも１つの第１のタブとを有し、
    前記少なくとも１つの第１のタブにおける各第１のタブおよび前記第１の本体部は、前記巻回軸に沿って平行に配置されている、
    製造装置。
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