JP2023533089A - 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

本願は、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、少なくとも１つの正極板および少なくとも１つの負極板を含み、全正極板および全負極板の合計数は、３以上であり、前記少なくとも１つの正極板および前記少なくとも１つの負極板は、巻回軸に巻回されて、巻回構造を形成する。前記巻回構造において、前記少なくとも１つの正極板における正極板と、前記少なくとも１つの負極板における負極板とは、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。前記少なくとも１つの正極板における各正極板は、正極本体部を含み、前記正極本体部の重畳面の領域の少なくとも一部は、正極活物質領域であり、前記少なくとも１つの負極板における各負極板は、負極本体部を含み、前記負極本体部の重畳面の領域の少なくとも一部は、負極活物質領域であり、前記負極活物質領域の、前記巻回軸に沿った両端は、いずれも、隣接する前記正極活物質領域の対応する端部を超えている。

Description

本願は、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などは、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。
リチウムイオン電池技術の継続的な発展に伴い、リチウムイオン電池の性能に関して、より高い要求が提案され、リチウムイオン電池は、より小さく、より軽くなり、より多くのエネルギーを蓄えることが期待されており、したがって、リチウムイオン電池のエネルギー密度は、継続的に改善される必要がある。
現在、リチウムイオン電池のエネルギー密度を改善する複数の方法が利用可能であり、例えば、リチウムイオン電池のエネルギー密度を構造から改善することができる。例えば、リチウムイオン電池の正極活物質および負極活物質が占める割合を改善することができ、リチウムイオン電池のエネルギー密度を改善する別の方法は、隔膜の厚さを薄くすることである。もう１つ例を挙げると、リチウムイオン電池のエネルギー密度を材料から改善することができ、例えば、異なる正極活物質および負極活物質を選択することができる。さらにもう１つ例を挙げると、リチウムイオン電池のエネルギー密度を、電解質の量を制御することによって改善することができ、例えば、電解質の量を低減することによってリチウムイオン電池のエネルギー密度を効果的に改善することができる。さらにもう１つ例を挙げると、充電カットオフ電圧を改善することによってリチウムイオン電池のエネルギー密度を改善することもできる。
しかし、リチウムイオン電池のエネルギー密度を改善する上記方法のいずれを採用しても、多かれ少なかれ問題が存在し、例えば、コスト、プロセス、または安全性に特定の問題が存在する。
本願は、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、および製造装置を提供するとともに、上記問題を克服し、または少なくとも部分的に上記問題を解決する。
本願の第１の態様によれば、少なくとも１つの正極板および少なくとも１つの負極板を含み、全正極板および全負極板の合計数は、３以上であり、前記少なくとも１つの正極板および前記少なくとも１つの負極板は、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、前記少なくとも１つの正極板における正極板と、前記少なくとも１つの負極板における負極板とは、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、前記少なくとも１つの正極板における各正極板は、正極本体部を含み、前記正極本体部の重畳面の領域の少なくとも一部は、正極活物質領域であり、また、前記少なくとも１つの負極板における各負極板は、負極本体部を含み、前記負極本体部の重畳面の領域の少なくとも一部は、負極活物質領域であり、前記負極活物質領域の、前記巻回軸に沿った両端は、いずれも、隣接する前記正極活物質領域の対応する端部を超えている、電極アセンブリが提供される。
いくつかの実施形態において、前記負極活物質領域の、前記巻回軸に沿った２つの端部は、いずれも、０．２ｍｍ～５ｍｍの範囲で、隣接する前記正極活物質領域の対応する端部を超えている。
いくつかの実施態様において、前記電極アセンブリは、複数の隔膜をさらに含み、隣接する正極板と負極板とは、隔膜によって互いに分離されている。
いくつかの実施態様において、前記正極板は、前記正極本体部から前記巻回軸の方向に沿って外側に伸張する少なくとも１つの正極タブ部をさらに含み、前記負極板は、前記負極本体部から前記巻回軸の方向に沿って外側に伸張する少なくとも１つの負極タブ部をさらに含む。
いくつかの実施態様において、前記正極本体部の領域の一部は、第１の絶縁層被覆領域であり、前記第１の絶縁層被覆領域は、前記正極活物質領域の、前記正極タブ部に隣接する側に配置され、前記負極本体部の、前記巻回軸の方向に沿って前記負極タブ部に隣接する第１の端部は、前記第１の絶縁層被覆領域に配置されている。
いくつかの実施形態において、前記負極活物質領域は、前記負極本体部の、前記巻回軸に沿った前記重畳面の全体を覆い、前記負極本体部の、前記巻回軸の方向に沿って前記負極タブ部から離れている第２の端部は、前記正極活物質領域を超えている。
いくつかの実施形態において、前記少なくとも１つの正極板の数が２以上である場合、少なくとも２つの正極板の第１の巻回終端の位置は、異なっており、および／または、前記少なくとも１つの負極板の数が２以上である場合、少なくとも２つの負極板の第２の巻回終端の位置は、異なっている。
いくつかの実施形態において、前記少なくとも１つの正極板の数が２以上である場合、少なくとも２つの正極板の第１の巻回始端の位置は、異なっており、および／または、前記少なくとも１つの負極板の数が２以上である場合、少なくとも２つの負極板の第２の巻回始端の位置は、異なっている。
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、偏平化領域および前記偏平化領域の両側に配置された旋回領域を含み、前記少なくとも１つの正極板の前記第１の巻回終端は、前記旋回領域に配置され、および／または、前記少なくとも１つの負極板の前記第２の巻回終端は、前記旋回領域に配置されている。
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、電極板の層数の差は、予め設定された層の数を超えない。
いくつかの実施形態において、前記予め設定された層の数は、全正極板および全負極板の合計数以下である。
いくつかの実施態様において、前記巻回構造の最外層および最内層は、すべて負極板である。
本願の第２の態様によれば、ハウジングと、上記実施形態における電極アセンブリと、を含み、前記電極アセンブリは、前記ハウジング内に配置されている、電池が提供される。
本願の第３の態様によれば、上記実施形態における電池を複数含む電池モジュールが提供される。
本願の第４の態様によれば、上記実施形態における電池モジュールを複数含む電池パックが提供される。
本願の第５の態様によれば、電池を使用するデバイスであって、上記実施形態における電池を含み、前記電池は、前記デバイスに電気エネルギーを供給するように構成されている、デバイスが提供される。
本願の第６の態様によれば、電極アセンブリの製造方法であって、少なくとも１つの正極板および少なくとも１つの負極板を提供する工程であって、全正極板および全負極板の合計数は、３以上である、工程と、前記少なくとも１つの正極板および前記少なくとも１つの負極板を巻回軸に巻回して巻回構造を形成する工程と、を含み、前記巻回構造において、前記少なくとも１つの正極板における正極板と、前記少なくとも１つの負極板における負極板とは、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、前記少なくとも１つの正極板における各正極板は、正極本体部を含み、前記正極本体部の重畳面の領域の少なくとも一部は、正極活物質領域であり、また、前記少なくとも１つの負極板における各負極板は、負極本体部を含み、前記負極本体部の重畳面の領域の少なくとも一部は、負極活物質領域であり、前記負極活物質領域の、前記巻回軸に沿った両端は、いずれも、隣接する前記正極活物質領域の対応する端部を超えている、製造方法が提供される。
本願の第７の態様によれば、電極アセンブリの製造装置であって、少なくとも１つの正極板および少なくとも１つの負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、全正極板および全負極板の合計数は、３以上である、電極板配置機構と、前記少なくとも１つの正極板および前記少なくとも１つの負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、を含み、前記巻回構造において、複数の正極板における１つの正極板と、複数の負極板における１つの負極板とは、前記巻回軸に垂直な方向に沿って交互に配置され、各正極板は、正極本体部を含み、前記正極本体部の、前記巻回軸に沿った領域の少なくとも一部は、正極活物質領域であり、また、各負極板は、負極本体部を含み、前記負極本体部の、前記巻回軸に沿った領域の少なくとも一部は、負極活物質領域であり、前記負極活物質領域の、前記巻回軸に沿った両端は、いずれも、隣接する前記正極活物質領域の対応する端部を超えている、製造装置が提供される。
本願の実施形態の電極アセンブリは、負極活物質領域が正極活物質領域を超えている大きさを制御し、これにより、負極活物質領域の予備サイズを縮小し、空間を正極活物質領域および負極活物質領域の面積を増加させるために取っておき、さらなるコストの低下と電極アセンブリのエネルギー密度の向上を図る。
ここで説明する図面は、本願へのさらなる理解を与え、本願の一部を構成する。本願の例示的な実施形態およびその説明は、本願を説明するためのものであり、本願を不当に限定するものではない。
本願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 本願の電池パックのいくつかの実施形態の構造概略図 本願の電池モジュールのいくつかの実施形態の構造概略図 本願の電池のいくつかの実施形態の分解図 本願の電極アセンブリを偏平化した後のいくつかの実施形態の側面図 本願の電極アセンブリにおける正極板のいくつかの実施形態の構造概略図 本願の電極アセンブリにおける負極板のいくつかの実施形態の構造概略図 本願の電極アセンブリにおいて正極板と負極板とが交互に配置されているいくつかの実施形態の側面図 図８のＡ部分の拡大図 本願の正極タブおよび負極タブが巻回軸に沿って本体部の同じ端部に配置されているいくつかの実施形態の構造概略図 本願の正極タブおよび負極タブが巻回軸に沿って本体部の異なる端部に配置されている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願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願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願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願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願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願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願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願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願の円筒型電極アセンブリの第４の実施形態の断面図 本願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 本願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
本願の実施形態の目的、技術的解決手段、および効果をより明確にするために、本願の実施形態の技術的解決手段の明確かつ完全な説明が、本願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、本願の実施形態の単なる一部に過ぎず、全部ではない。本願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、本願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、本願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、本願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、本願の明細書、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。本願の明細書、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、または性質が本願の少なくとも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。
本願における「複数の（a plurality of）」という用語は、２以上（２を含む）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（２つのグループを含む）をいい、「複数の片（a plurality of pieces）」とは、２つ以上の片（２つの片を含む）をいう。
本願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、携帯電話や携帯機器、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、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。
本願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、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、本願の実施形態の車両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。本願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、本願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のハウジング２０１と、第２のハウジング２０２と、複数の電池モジュール３００とを含む。第１のハウジング２０１および第２のハウジング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のハウジング２０１および第２のハウジング２０２にはいずれも開口部が設けられている。例えば、第１のハウジング２０１および第２のハウジング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、その表面にはハウジング壁がなく、ハウジングの内側と外側とが連通している。第１のハウジング２０１および第２のハウジング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の閉じたハウジングを形成する。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のハウジング２０１を第２のハウジング２０２にバックルで留めた後に形成されるハウジング内に配置される。
本願の他の実施形態では、電池パック２００が電池モジュール３００を含む場合、この電池モジュール３００は、第１のハウジング２０１を第２のハウジング２０２にバックルで留めた後に形成されるハウジング内に配置される。
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（図示せず）によってハウジングを貫通し、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ができ、図３に示すように、電池モジュール３００は、複数の電池４００を含む。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含むが、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。
本願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。本願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、本願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、ハウジング２０と、エンドカバーアセンブリ４０とを含む。ハウジング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、ハウジング２０は、中空の直方体、立方体、または円筒であり得る。さらに、ハウジング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をハウジング２０内に入れることができるようになっている。例えば、ハウジング２０が中空の直方体または立方体である場合、ハウジング２０の平面のうちの１つは開口面であり、つまり、その平面にはハウジング壁がなく、ハウジング２０の内側と外側とが連通している。ハウジング２０が中空の円筒であれば、ハウジング２０の円形側面が開口面であり、つまり、その円形側面にはハウジング壁がなく、ハウジング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、ハウジング２０の開口部においてハウジング２０と接続されて、電池４００を入れる閉じたハウジングを形成する。ハウジング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、２つの端子４２とを含む。エンドカバー４１は、基本的に平坦である。２つの端子４２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。２つの端子４２は、それぞれ、正極端子と負極端子である。各端子４２には対応してコレクタ部材３０が設けられている。コレクタ部材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、正極タブ１２′および負極タブ２２′が設けられている。１つ以上の電極アセンブリ１０の正極タブ１２′は、コレクタ部材３０を介して正極端子に接続され、１つ以上の電極アセンブリ１０の負極タブ２２′は、別のコレクタ部材３０を介して負極端子に接続されている。
本願の他の実施形態では、エンドカバー４１の平坦面に防爆弁４３をさらに設けることができる。防爆弁４３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。例えば、防爆弁４３は、ニック部（nick）を有する。ニック部の深さは、防爆弁４３を貫通しないという目的を達成するために、防爆弁４３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４３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を介してハウジング２０の開口部でハウジング２０と接続されて、電池４００を入れるハウジングを形成する。ハウジングによって形成される空間は、密閉され、気密である。ハウジング内では、電池４００が過剰なガスを発生させ、そのガスが膨張してハウジング内の空気圧が予め設定された値を超えると、防爆弁４３がニック部でひび割れし、ハウジングの内側と外側とが連通して、防爆弁４３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。本願の他の実施形態では、図５に示すように、電極アセンブリ１０は、少なくとも１つの正極板１と、少なくとも１つの負極板２とを含む。少なくとも１つの正極板１と少なくとも１つの負極板２とは、巻回軸Ｋに巻回されて、巻回構造を形成する。この巻回構造では、少なくとも１つの正極板における正極板と、少なくとも１つの負極板における負極板とが、巻回軸に垂直な方向に沿って重畳して配置されている。
少なくとも１つの正極板１および少なくとも１つの負極板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。例えば、電極アセンブリ１０は、１つ、２つ、３つ、または４つの正極板１と、１つ、２つ、３つ、または４つの負極板２とを含む。いくつかの実施形態において、すべての正極板１およびすべての負極板２の合計数は、３以上である。例えば、電極アセンブリ１０は、１つの正極板１と２つの負極板２とを含み、または、２つの正極板１と１つの負極板２とを含み、または、２つの正極板１と２つの負極板２とを含み、または、１つの正極板１と３つの負極板２とを含み、または、３つの正極板１と１つの負極板２とを含み、または、３つの正極板１と３つの負極板２とを含む。
本願の他の実施形態では、各正極板１の形状は、各負極板２の形状と基本的に同じである。例えば、巻回構造を偏平化した後、正極板１および負極板２は、基本的に帯状である。例えば、正極板１および負極板２は、長さが５～２０ｍの帯状であることができる。正極板１と負極板２の長さの差は、予め設定された範囲内であり、幅寸法は、基本的に同じである。少なくとも１つの正極板１および少なくとも１つの負極板２を重畳した後において、少なくとも１つの正極板１および少なくとも１つの負極板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、少なくとも１つの正極板１が少なくとも１つの負極板２と重畳される重畳面は、基本的に巻回軸Ｋと平行である。
本願の他の実施形態では、少なくとも１つの正極板１および少なくとも１つの負極板２を複数の形態で重畳することができる。例えば、少なくとも１つの正極板１が２つ以上の正極板１であり、少なくとも１つの負極板２が２つ以上の負極板２である場合、巻回構造を偏平化した後、１つの正極板１と１つの負極板２とを交互に順番に重畳することができ、２つ以上の正極板１と１つの負極板２とを交互に順番に重畳することができ、また、１つの正極板１と２つ以上の負極板２とを交互に順番に重畳することができる。複数の正極板１と複数の負極板２との重畳は、２つの隣接する正極板１の間に少なくとも１つの負極板２が含まれているか、または、２つの隣接する負極板２の間に少なくとも１つの正極板１が含まれているものと理解することもできる。
少なくとも１つの正極板１と少なくとも１つの負極板２とが重畳される場合、どの隣接する１つの正極板１と１つの負極板２の間にも隔膜３がさらに配置される。隔膜３は、隣接する正極板１と負極板２を分離するように構成されているため、隣接する正極板と負極板は、互いに短絡しない。
本願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。すなわち、正極板１が負極板２に隣接していることは、正極板１と負極板２の間には隔膜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、正極板１と負極板２の間には他の正極板１も負極板２も存在しないことを意味する。また、それは、正極板１と負極板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（例えば、正極板１）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（例えば、負極板２）とは、隣接電極板と呼ばれる。
本願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つの正極板１が隣接していることは、２つの正極板１の間に１つの負極板２のみが存在することを意味し、また、２つの負極板２が隣接していることは、２つの負極板２の間に１つの正極板１のみが存在することを意味する。本願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。
本願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隔膜が存在しない場合、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つ以上の正極板は、正極板群を構成し、また、２つ以上の負極板は、負極板群を構成する。重畳は、次のようになり得る。正極板群と負極板群とが交互に順番に重畳されるか、正極板群と単一の負極板とが交互に順番に重畳されるか、または、負極板群と単一の正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層の隔膜３が配置されている。
本願の他の実施形態では、隔膜３は、隔膜基層および機能層を含む。隔膜基層は、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。本願の他の実施形態では、巻回構造を偏平化した後、隔膜３は、別々に存在する薄膜であり、また、基本的には帯状であり、例えば、長さが５～２０ｍの帯状である。本願の他の実施形態では、隔膜３は、正極板１または負極板２の表面にコーティングされている、つまり、隔膜３と正極板１または負極板２とは、一体構造になっている。
説明を容易にするために、以下の実施形態では、１つの正極板１と１つの負極板２とが交互に順番に重畳されており且つ隣接する正極板１と負極板２の間に１つの隔膜３が配置されていることを例として説明する。例えば、図５は、本願の他の実施形態における電極アセンブリ１０の巻回構造を偏平化した後の構造概略図である。電極アセンブリ１０は、２つの正極板１および２つの負極板２を含み、巻回前に、各正極板１および各負極板２は、いずれも、帯状構造であり得る。２つの正極板１および２つの負極板２は、電極板の厚さ方向に重畳され、どの隣接する正極板１と負極板２の間にも隔膜３が配置されている。すなわち、１つの正極板１と１つの負極板２とが交互に順番に重畳され、隣接する正極板１と負極板２の間に隔膜３が配置されている。隔膜３は、正極板１と負極板２との重畳面にコーティングすることができるだけでなく、個別の隔膜とすることもできる。２つの正極板１と２つの負極板２とが重畳される重畳面は、基本的に、電極アセンブリ１０の巻回構造の巻回軸Ｋと平行である。
正極板１の構造は、本願の他の実施形態における正極板１の構造概略図である図６に示すようにすることができる。正極板１は、正極本体部１１と、正極本体部１１から巻回軸Ｋの方向に沿って外側に伸張する少なくとも１つの正極タブ部１２とを含む。正極本体部１１の重畳面上の、巻回軸Ｋに沿った領域の少なくとも一部は、正極活物質領域１１１である。正極活物質領域１１１は、正極活物質でコーティングすることができる。例えば、正極活物質は、三元物質、マンガン酸リチウム、またはリン酸鉄リチウムであり得る。
本願の他の実施形態では、正極本体部１１の重畳面の領域の一部は、第１の絶縁層被覆領域１１２をさらに含んでいる。第１の絶縁層被覆領域１１２は、正極活物質領域１１１の、正極タブ部１２に隣接する側に配置されている。
例えば、正極活物質領域１１１および第１の絶縁層被覆領域１１２は、巻回軸Ｋの両端側に沿って正極本体部１１の重畳面に分布し、また、正極タブ部１２および第１の絶縁層被覆領域１１２は、正極本体部１１の同じ端側に属している。例えば、正極タブ部１２は、第１の絶縁層被覆領域１１２から巻回軸Ｋの方向に沿って正極本体部１１の外側に伸張している。
本願の他の実施形態では、正極活物質領域１１１および第１の絶縁層被覆領域１１２が巻回軸Ｋの両端側に沿って正極本体部１１の重畳面に分布しているが、これは、正極活物質領域１１１および第１の絶縁層被覆領域１１２が、基本的に正極本体部１１の重畳面上の平行な領域であり、且つ、巻回軸Ｋに沿って正極本体部１１の重畳面に２層で分布している、つまり、正極活物質領域１１１および第１絶縁層被覆領域１１２が、基本的に平行であり、且つ、正極板１の帯状方向に沿って正極本体部１１の重畳面に２層で分布しているものとして理解することもできる。
本願の他の実施形態では、第１の絶縁層被覆領域１１２を正極本体部１１と正極タブ部分１２の間の接続部分に配置することができる。例えば、第１の絶縁層被覆領域１１２は、正極タブ部分１２の表面と正極活物質領域１１１とを分離するために、正極本体部１１の重畳面上で、正極本体部１１が正極タブ部分１２と接続される部分に配置される。本願の他の実施形態では、正極本体部１１の重畳面上の、外側に伸張する正極タブ部１２と接続された領域の一部に、第１の絶縁層被覆領域１１２が設けられているだけでなく、正極タブ部１２の重畳面上の、正極本体部１１の重畳面と接続された領域の一部にも、第２の絶縁層被覆領域１２１が設けられている。すなわち、第２の絶縁層被覆領域１２１は、正極タブ部１２の、正極本体部１１に隣接する根元領域を覆うことができる。
本願の他の実施形態では、第１の絶縁層被覆領域１１２の表面が、絶縁物質でコーティングされている。絶縁物質は、無機充填剤およびバインダーを含む。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少なくとも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つ以上を含む。
本願の他の実施形態では、各正極板１は、１つまたは２つまたは３つ以上の正極タブ部１２を含むことができる。正極板１が２つ以上の正極タブ部１２を含む場合、正極タブ部１２はすべて、正極板１の、巻回軸Ｋに沿った同じ側に配置されている。例えば、図６に示すように、正極板１は、３つの正極タブ部１２を含み、これらは、正極板１の、巻回軸Ｋに沿った同じ側に配置されている。
負極板２の構造は、本願の他の実施形態の負極板２の構造概略図である図７に示すようにすることができる。負極板２は、負極本体部２１と、負極本体部２１から巻回軸Ｋの方向に沿って外側に伸張する負極タブ部２２とを含む。負極本体部２１の重畳面上の、巻回軸Ｋに沿った領域の少なくとも一部は、負極活物質領域２１１である。負極活物質領域２１１は、負極活物質をコーティングするように構成されている。負極活物質は、グラファイトまたはシリコンであり得る。
本願の他の実施形態では、負極本体部２１の重畳面の領域の一部に、負極活物質領域２１１が設けられているだけでなく、負極タブ部２２の重畳面上の、負極本体部２１の重畳面と接続された領域の一部にも、負極活物質領域２１１が設けられている。すなわち、負極タブ部２２の領域の一部は、負極活物質領域２１１である。例えば、負極活物質領域２１１は、負極タブ部２２の、負極本体部２１に隣接する根元領域を覆うことができる。
本願の他の実施形態では、図７に示すように、負極活物質領域２１１は、負極本体部２１の、巻回軸Ｋに沿った重畳面全体を覆っている。
本願の他の実施形態では、正極板１および負極板２が互いに重畳されている場合、つまり、巻回構造において、負極板２の負極活物質領域２１１の、巻回軸Ｋに沿った両端は、いずれも、正極板１の正極活物質領域１１１の隣接する端部を超えている。
いくつかの実施形態では、負極活物質領域２１１の、巻回軸Ｋに沿った両端は、いずれも、０．２ｍｍ～５ｍｍの範囲（例えば、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、０．８ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍ、２．５ｍｍ、３ｍｍ、３．５ｍｍ、４ｍｍ、４．５ｍｍ、または５ｍｍなど）で、隣接する正極活物質領域１１１の対応する端部を超えている。負極活物質領域２１１の、巻回軸Ｋに沿った両端は、同じ大きさで、または、異なる大きさで、正極活物質領域１１１の対応する端部を超えることができる。
複数の正極板１および複数の負極板２を互いに重畳した場合、巻回構造の得られる断面図は、図８および図９に示すようになり得る。少なくとも１つの正極板１と少なくとも１つの負極板２との間の重畳方法は、１つの正極板１と１つの負極板２とを交互に順番に重畳し、隣接する正極板１と負極板２とを隔膜３によって分離するというものである。ここで、Ｋは、巻回構造の巻回軸Ｋである。
図６～図９を組み合わせて、正極板１２上で正極タブ部１２を切り取った後には、正極本体部１１のエッジにバリが生じやすく、このバリは隔膜３に穴を開けて、正極板１と負極板２の短絡に至る可能性があるという現象を回避するために、本実施形態の正極本体部１１の、正極タブ部１２に隣接する領域を、空き箔領域Ｃに設定し得る。空き箔領域Ｃは、巻回軸Ｋの方向に沿って負極板２１のエッジを越えており、これにより、上記場合に正極本体部１１のエッジが隔膜３に穴を開けた後にそのバリと負極板２とが接触するリスクを回避し、さらに、空き箔領域と突出量のギャップが大きく、金属のくずがそのギャップに入りやすいため、正極板１と負極板２の短絡の問題を回避する。
本実施形態では、正極本体部１１に、第１の絶縁層被覆領域１１２が配置され、この第１の絶縁層被覆領域１１２に、負極本体部２１の、巻回軸Ｋの方向に沿った負極タブ部２２に隣接する第１の端部が配置されている。これにより、負極活物質領域２１１が、巻回軸Ｋに沿って、隣接する正極活物質領域１１１を超えていることを満たすことに基づいて、金属のくずが隔膜３に穴を開けた後の正極板１と負極板２の短絡のリスクを低減している。
本願の他の実施形態では、負極板２の負極本体部２１の、巻回軸Ｋの方向に沿って負極タブ部２２から離れている第２の端部は、正極板１の正極活物質領域１１１を超えている。
本願の他の実施形態では、負極板２の負極本体部２１の、巻回軸Ｋの方向に沿って負極タブ部２２から離れている領域は、空き箔領域に設定されている。
本願の他の実施形態では、正極タブ部１２の重畳面上の、正極本体部１１の重畳面に接続された領域の一部に、第２の絶縁層被覆領域１２１が設けられている。これにより、正極タブ部１２の根元領域と負極活物質領域２１１との接触に起因する短絡のリスクを効果的に低減している。
電極アセンブリ１０を巻回し成形した後、すべての正極タブ部１２は、一緒に重畳されて、電極アセンブリ１０の正極タブを形成するとともに、対応するコレクタ部材に溶接される。加えて、以下に起因する短絡のリスクを回避するために、つまり、溶接後、複数の正極タブ部１２の非溶接領域が分散状態となり、その一方で、タブ部は薄いため、電極アセンブリ１０の構成プロセスにおいて、正極タブ部１２が変形しやすく正極板１と負極板２の間で押圧されることに起因する短絡のリスクを回避するために、本実施形態の正極板１に第１の絶縁層被覆領域１１２を配置して、絶縁保護の効果を果たすようにしている。たとえ正極板１と負極板２の間に正極タブ部１２が挿入されたとしても、第１の絶縁層被覆領域１１２は、正極板１を負極板２から効果的に分離することができる。これにより、短絡のリスクが低減され、電池の安全性能が改善される。
本願の他の実施形態では、負極板２の負極タブ部２２の根元部に負極活物質の一部を保持するために、切断中、カッターが負極活物質に直接作用して、切断点でのバリを低減し、隔膜３に穴が開けられるリスクを低減することができる。
本願の他の実施形態では、正極板１と負極板２を重畳する場合、つまり、巻回構造において、負極板２の正極板１と負極板２２の正極タブ部１２とを、巻回構造の巻回軸Ｋの方向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。
例えば、各正極板１は、１つまたは２つまたは３つ以上の正極タブ部１２を含むことができ、正極板１が２つ以上の正極タブ部１２を含む場合、すべての正極タブ部１２は、正極板１の、巻回軸Ｋに沿った同じ側に配置されている。各負極板２は、１つまたは２つまたは３つ以上の負極タブ部２２を含むことができ、負極板２が２つ以上の負極タブ部２２を含む場合、すべての負極タブ部２２は、負極板２の、巻回軸Ｋに沿った同じ側に配置されている。
本願の他の実施形態では、図１０に示すように、すべての正極タブ部１２およびすべての負極タブ部２２は、電極アセンブリ１０－１の、巻回軸Ｋに沿った同じ側に配置されている。
本願の他の実施形態では、図１１に示すように、すべての正極タブ部１２およびすべての負極タブ部２２は、電極アセンブリ１０－２の、巻回軸Ｋに沿った異なる側に配置されている。
例えば、電極アセンブリ１０は、少なくとも１つの正極板１と、少なくとも１つの負極板２とを含み、少なくとも１つの正極板１および少なくとも１つの負極板２は、巻回軸Ｋに巻回されて、巻回構造を形成する。すべての正極板１のすべての正極タブ部１２は、基本的に重なり合い、すべての負極板２のすべての負極タブ部２２は、基本的に重なり合っている。また、すべての正極板１のすべての正極タブ部１２およびすべての負極板２のすべての負極タブ部２２は、巻回構造の、巻回軸Ｋの方向に沿った両側に、それぞれ配置され、または、すべての正極タブ部１２およびすべての負極タブ部２２は、電極アセンブリ１０の、巻回軸Ｋに沿った同じ側に配置されている。
本願の他の実施形態では、少なくとも１つの正極板１の数が２以上である場合、少なくとも２つの正極板１の第１の巻回終端Ｅの位置は、異なっており、例えば、すべての正極板１の第１の巻回終端Ｅの位置は、互いに異なっており、および／または、少なくとも１つの負極板２の数が２以上である場合、少なくとも２つの負極板２の第２の巻回終端Ｅ′の位置は、異なっており、例えば、すべての負極板２の第２の巻回終端Ｅ′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、電極アセンブリ１０の膨張後にハウジング２０に作用力を加え、その一方で、ハウジング２０は、電極アセンブリ１０に反作用力を加える。本願の電極アセンブリ１０に関しては、少なくとも２つの正極板１の巻回終端は、異なる位置に設定され、および／または、少なくとも２つの負極板２の巻回終端は、異なる位置に設定されている。すなわち、少なくとも２つの正極板１の巻回終端は、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つの負極板２の巻回終端は、巻回構造の周方向に千鳥状に配置されている。このような構造により、複数の正極板１または複数の負極板２の巻回終端を重畳した後の厚い段差の形成を防止することができ、巻回構造の外層がハウジング２０の反作用力を受けたときに、電極板の巻回終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１０′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。
本願の他の実施形態では、少なくとも１つの正極板１の数が２以上である場合、少なくとも２つの正極板１の第１の巻回始端Ｓの位置は、異なっており、例えば、すべての正極板１の第１の巻回始端Ｓの位置は、異なっており、および／または、少なくとも１つの負極板２の数が２以上である場合、少なくとも２つの負極板２の第２の巻回始端Ｓ′の位置は、異なっており、例えば、すべての負極板２の第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、本願の電極アセンブリ１０に関しては、少なくとも２つの正極板１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つの負極板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つの正極板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つの負極板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。よって、正極板１および／または負極板２の巻回始端の位置が異なり、複数の正極板１または複数の負極板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。
本願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、複数の正極板１および複数の負極板２の合計数以下である。例えば、２つの正極板１および２つの負極板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（すべての正極板１および負極板２を含む）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つの正極板１および２つの負極板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が膨張してハウジング２０と接触すると、ハウジング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つの正極板１が配置され、２つの負極板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。
本願の他の実施形態では、巻回構造の最外層および最内層は、いずれも、負極板２である。
巻回構造の最外層および最内層は、いずれも、負極板２である。正極板１における正極活物質の材料は、通常、三元物質、マンガン酸リチウム、またはリン酸鉄リチウムなどであり、負極板２における負極活物質の材料は、通常、グラファイトまたはシリコンである。正極活物質の材料は負極活物質の材料よりも高価であるため、巻回構造の最外層および最内層はいずれも負極板２によってコーティングされ、その結果、正極板１の正極活物質を十分に利用することができる。これにより、巻回構造のエネルギー利用率が改善されるだけでなく、電極アセンブリ１０の製造工程の困難が低減される。
任意選択的に、巻回構造の最外層および最内層の少なくとも一方に正極板１を採用し、電極アッセンブリ１０の製造コストを低減するために、最外層または最内層に配置された正極板１に対して、正極活物質を、正極板１の、負極板２から離れている表面にコーティングする必要はない。
要約すれば、電極アセンブリ１０の使用プロセスにおいて、各正極板１の正極活物質領域１１１のリチウムイオンは、隔膜３を貫通して、隣接する負極板２の負極活物質領域２１１に埋め込まれる。負極活物質領域２１１の、巻回軸Ｋに沿った両端は、いずれも、隣接する正極活物質領域１１１の対応する端部を超えているため、リチウムイオンは、確実に負極活物質領域２１１にできるだけ埋め込まれ、リチウム析出のリスクが低減され、正極活物質領域１１１の正極活物質は、その役割を十分に果たすことができる。
また、電極アセンブリ１０が複数の正極板１または複数の負極板２を含む場合には、複数の正極板１または複数の負極板２が同時に巻回されるため、複数の正極板１を接続した後に同じ長さの正極板１を巻回する場合または複数の負極板２を接続した後に同じ長さの負極板２を巻回する場合と比較して、本実施形態の電極アセンブリ１０の巻回効率が明らかに向上する。例えば、長さＬの１つの正極板１と１つの負極板２とを重畳して巻回する場合、巻回長はＬであり、巻回時間はＴであり、一方で、本願の実施形態では、長さＬの正極板１を複数の正極板１に分割し、長さＬの負極板２をＭ個の負極板２に分割し（Ｍは、２以上の整数）、例えば、Ｍ個の正極板１およびＭ個の負極板２になり、一方で、本実施形態では、他の条件（例えば、巻回速度および巻回コアの直径）を変更しないと、本実施形態のＭ個の正極板１およびＭ個の負極板２の巻回距離は、ちょうどＬ／Ｍであり、巻回時間はＴ／Ｍである。したがって、本実施形態の電極アセンブリ１０の巻回巻数は低減され、これにより、電極アセンブリ１０の巻回効率を指数関数的に改善することができ、生産要件を満たすことができる。
さらに、電極アセンブリ１０の巻回巻数が低減されるため、巻回プロセスにおける巻回軸Ｋに沿った重畳中の巻回エラーを低減することができ、負極活物質領域２１１が正極活物質領域１１１を超えている大きさをより容易に制御することができる。これにより、負極活物質領域２１１の予備の大きさを縮小させることができ、正極活物質領域１１１の領域および負極活物質領域２１１の領域を増大させるために空間を確保することができ、その結果、コストを下げるとともに、電極アセンブリ１０のエネルギー密度を改善することができる。
また、電極アッセンブリ１０の巻回巻数が低減されるため、電極板にかかる巻回張力がより均一になる。これにより、電極板偏平化後の湾曲部の曲がり具合を小さくすることができ、電極板のしわおよび変形を緩和して、正極板１と負極板２の接触性能を改善し、正極板１と負極板２の効果的な接触を実現し、さらに電極アッセンブリ１０の性能を最適化することができる。
また、電極アセンブリ１０に関しては、巻回巻数が低減されるため、巻回後の正極タブ部１２の変位量を低減することができ、コレクタ部材３０との接続が容易になる。
さらに、正極板１および負極板２上でタブを切り取った構造に関しては、巻回後、複数の正極タブ部１２を重ねて配置し、複数の負極タブ部２２も重ねて配置して、複数層の正極タブ部１２の誤配置量および複数層の負極タブ部２２の誤配置量を低減し、タブの各層とコレクタ部材３０との接続領域を確保し、タブの過電流容量を高める。
電極アセンブリ１０は、少なくとも２つの正極板１および少なくとも２つの負極板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つの正極板１および２つの負極板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１２は、本願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、および複数の隔膜１２０５を含む。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、隔膜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、別の隔膜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、別の隔膜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、および複数の隔膜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、第１の正極板１２０３および第２の正極板１２０４の正極タブ部ならびに第１の負極板１２０１および第２の負極板１２０２の負極タブ部の構造および位置に関しては、図６～図１１の上記実施形態で説明した正極タブ部および負極タブ部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６～図１１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。
本実施形態の電極アセンブリ１２０に関して、第１の負極板１２０１および第２の負極板１２０２にそれぞれ含まれる負極活物質領域は、図６～図１１の上記実施形態で説明した負極板に含まれる負極活物質領域と同じであり得る。また、第１の正極板１２０３および第２の正極板１２０４にそれぞれ含まれる正極活物質領域は、図６～図１１の上記実施形態で説明した正極板に含まれる正極活物質領域と同じであり得る。これらの内容は、ここでは重複して繰り返さない。
本実施形態では、第１の負極板１２０１の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端が、いずれも、隣接する第１の正極板１２０３の正極活物質被覆領域の、巻回軸Ｋに沿った対応する端部を超えており、第２の負極板１２０２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端が、いずれも、隣接する第１の正極板１２０３および第２の正極板１２０４の正極活物質被覆領域の、巻回軸Ｋに沿った対応する端部を超えている。また、第１の負極板１２０１および第２の負極板１２０２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端、ならびに隣接する正極板の正極活物質領域の対応する端部についての特定の条件、例えば、超えている大きさに関しては、上記図６～図１１の実施形態で説明した、負極板２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端、および隣接する正極板の正極活物質領域の対応する端部の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、偏平化領域１０Ａと、偏平化領域１０Ａの両側の旋回領域１０Ｂとを含む。偏平化領域１０Ａにおける電極板の重畳面は、基本的に平行な平面であり、基本的には巻回軸と平行であり、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、偏平化領域１０Ａは、第１の小偏平化領域１０Ａ１および第２の小偏平化領域１０Ａ２を含み、これらは、基本的に平行であり、巻回軸Ｋに関して対称に分布されている。２つの旋回領域１０Ｂは、第１の小偏平化領域１０Ａ１および第２の小偏平化領域１０Ａ２にそれぞれ配置されて、偏平化領域１０Ａの両側になる。
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、偏平化領域１０Ａの同じ側の小偏平化領域（例えば、第１の小偏平化領域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、偏平化領域１０Ａの同じ側の小偏平化領域（例えば、第１の小偏平化領域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、同じ側の旋回領域（例えば、第１の旋回領域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、同じ側の旋回領域（例えば、第１の旋回領域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と同じ側の旋回領域（例えば、第１の旋回領域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１３は、本願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、および複数の隔膜１３０５を含む。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、隔膜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、別の隔膜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、別の隔膜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、および複数の隔膜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。
本実施形態では、第１の負極板１３０１の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端が、いずれも、隣接する第１の正極板１３０３の正極活物質被覆領域の、巻回軸Ｋに沿った対応する端部を超えており、第２の負極板１３０２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端が、いずれも、隣接する第１の正極板１３０３および第２の正極板１３０４の正極活物質被覆領域の、巻回軸Ｋに沿った対応する端部をそれぞれ超えている。また、第１の負極板１３０１および第２の負極板１３０２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端、ならびに隣接する正極板の正極活物質領域の対応する端部についての特定の条件、例えば、超えている大きさに関しては、図６～図１１の上記実施形態で説明した、負極板２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端、および隣接する正極板の正極活物質領域の対応する端部の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。
本実施形態の電極アセンブリ１３０の構造は、図１２の実施形態で説明した電極アセンブリ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の旋回領域１０Ｂ２および第１の旋回領域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′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の旋回領域１０Ｂ１および第２の旋回領域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。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ハウジング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１４は、本願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、および複数の隔膜１４０５を含む。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、隔膜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、別の隔膜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、別の隔膜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、および複数の隔膜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。
本実施形態では、第１の負極板１４０１の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端が、いずれも、隣接する第１の正極板１４０３の正極活物質被覆領域の、巻回軸Ｋに沿った対応する端部を超えており、第２の負極板１４０２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端が、いずれも、隣接する第１の正極板１４０３および第２の正極板１４０４の正極活物質被覆領域の、巻回軸Ｋに沿った対応する端部をそれぞれ超えている。第１の負極板１４０１および第２の負極板１４０２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端、ならびに隣接する正極板の正極活物質領域の対応する端部についての特定の条件、例えば、超えている大きさに関しては、図６～図１１の上記実施形態で説明した、負極板２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端、および隣接する正極板の正極活物質領域の対応する端部の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。
本実施形態の電極アセンブリ１４０の構造は、図１２の実施形態で説明した電極アセンブリ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、同じ旋回領域（例えば、第１の旋回領域１０Ｂ１）にそれぞれ配置されており、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の小偏平化領域１０Ａ１と第２の小偏平化領域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ハウジングと接触し、ハウジング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の小偏平化領域１０Ａ１および第２の小偏平化領域１０Ａ２の電極板にかかる応力は、一致する。
図１５は、本願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、および複数の隔膜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、隔膜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、別の隔膜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、別の隔膜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、および複数の隔膜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。
本実施形態では、第１の負極板１５０１の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端が、いずれも、隣接する第１の正極板１５０３の正極活物質被覆領域の、巻回軸Ｋに沿った対応する端部を超えており、第２の負極板１５０２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端が、いずれも、隣接する第１の正極板１５０３および第２の正極板１５０４の正極活物質被覆領域の、巻回軸Ｋに沿った対応する端部をそれぞれ超えている。また、第１の負極板１５０１および第２の負極板１５０２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端、ならびに隣接する正極板の正極活物質領域の対応する端部についての特定の条件、例えば、超えている大きさに関しては、図６～図１１の上記実施形態で説明した、負極板２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端、および隣接する正極板の正極活物質領域の対応する端部の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。
本実施形態の電極アセンブリ１５０の構造は、図１２の実施形態で説明した電極アセンブリ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、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の小偏平化領域１０Ａ１および第２の小偏平化領域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の小偏平化領域１０Ａ１および第２の小偏平化領域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ハウジング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１６は、本願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、および複数の隔膜１６０５を含む。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、隔膜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、別の隔膜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、別の隔膜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、および複数の隔膜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。
本実施形態では、第１の負極板１６０１の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端が、いずれも、隣接する第１の正極板１６０３の正極活物質被覆領域の、巻回軸Ｋに沿った対応する端部を超えており、第２の負極板１６０２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端が、いずれも、隣接する第１の正極板１６０３および第２の正極板１６０４の正極活物質被覆領域の、巻回軸Ｋに沿った対応する端部をそれぞれ超えている。また、第１の負極板１６０１および第２の負極板１６０２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端、ならびに隣接する正極板の正極活物質領域の対応する端部についての特定の条件、例えば、超えている大きさに関しては、図６～図１１の上記実施形態で説明した、負極板２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端、および隣接する正極板の正極活物質領域の対応する端部の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。
本実施形態の電極アセンブリ１６０の構造は、図１２の実施形態で説明した電極アセンブリ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、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の小偏平化領域１０Ａ１および第２の小偏平化領域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の小偏平化領域１０Ａ１および第２の小偏平化領域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、異なる旋回領域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つの異なる旋回領域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ハウジング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、複数の正極板の数と複数の負極板の数の合計以下である。
電極アセンブリが膨張してハウジング２０と接触すると、ハウジング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１３～図１６に示すように、巻回構造の最外層および最内層は、いずれも、負極板である。正極板における正極活物質の材料は、通常、三元物質、リチウムマンガン酸化物、またはリン酸鉄リチウムであり、負極板における負極活物質の材料は、通常、グラファイトまたはシリコンである。正極活物質の材料は負極活物質の材料よりも高価であるため、巻回構造の最外層および最内層は負極板によってコーティングされ、正極板の正極活物質を十分に利用することができる。これにより、巻回構造のエネルギー利用率が改善されるだけでなく、電極アセンブリの製造工程の困難が低減される。
任意選択的に、巻回構造の最外層および最内層の少なくとも一方に正極板を採用し、電極アセンブリの製造コストを低減するために、最外層または最内層に配置された正極板に対して、正極活物質を、正極板の、負極板から離れている表面にコーティングする必要はない。
図１７～図２０は、円筒型電極アセンブリの構造概略図である。
図１７は、本願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、および複数の隔膜１７０５を含む。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、隔膜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、別の隔膜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、別の隔膜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、および複数の隔膜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１７０において、第１の正極板１７０３および第２の正極板１７０４の正極タブ部ならびに第１の負極板１７０１および第２の負極板１７０２の負極タブ部の構造および位置に関しては、図６～図１１の上記実施形態で説明した正極タブ部および負極タブ部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、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６～図１１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。
本実施形態の電極アセンブリ１７０に関して、第１の負極板１７０１および第２の負極板１７０２にそれぞれ含まれる負極活物質領域は、図６～図１１の上記実施形態で説明した負極板に含まれる負極活物質領域と同じであり得る。また、第１の正極板１７０３および第２の正極板１７０４にそれぞれ含まれる正極活物質領域は、図６～図１１の上記実施形態で説明した正極板に含まれる正極活物質領域と同じであり得る。これらの内容は、ここでは重複して繰り返さない。
本実施形態では、第１の負極板１７０１の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端が、いずれも、隣接する第１の正極板１７０３の正極活物質被覆領域の、巻回軸Ｋに沿った対応する端部を超えており、第２の負極板１７０２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端が、いずれも、隣接する第１の正極板１７０３および第２の正極板１７０４の正極活物質被覆領域の、巻回軸Ｋに沿った対応する端部をそれぞれ超えている。また、第１の負極板１７０１および第２の負極板１７０２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端、ならびに隣接する正極板の正極活物質領域の対応する端部についての特定の条件、例えば、超えている大きさに関しては、図６～図１１の上記実施形態で説明した、負極板の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端、および隣接する正極板の正極活物質領域の対応する端部の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、同じ側の旋回領域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。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１８は、本願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、および複数の隔膜１８０５を含む。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、隔膜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、別の隔膜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、別の隔膜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、および複数の隔膜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。
本実施形態では、第１の負極板１８０１の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端が、いずれも、隣接する第１の正極板１８０３の正極活物質被覆領域の、巻回軸Ｋに沿った対応する端部を超えており、第２の負極板１８０２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端が、いずれも、隣接する第１の正極板１８０３および第２の正極板１８０４の正極活物質被覆領域の、巻回軸Ｋに沿った対応する端部をそれぞれ超えている。また、第１の負極板１８０１および第２の負極板１８０２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端、ならびに隣接する正極板の正極活物質領域の対応する端部についての特定の条件、例えば、超えている大きさに関しては、図６～図１１の上記実施形態で説明した、負極板２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端、および隣接する正極板１の正極活物質領域の対応する端部の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。
本実施形態の構造は、図１７の実施形態で説明した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それぞれ配置されており、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ハウジング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１９は、本願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、および複数の隔膜１９０５を含む。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、隔膜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、別の隔膜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、別の隔膜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、および複数の隔膜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。
本実施形態では、第１の負極板１９０１の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端が、いずれも、隣接する第１の正極板１９０３の正極活物質被覆領域の、巻回軸Ｋに沿った対応する端部を超えており、第２の負極板１９０２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端が、いずれも、隣接する第１の正極板１９０３および第２の正極板１９０４の正極活物質被覆領域の、巻回軸Ｋに沿った対応する端部をそれぞれ超えている。第１の負極板１９０１および第２の負極板１９０２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端、ならびに隣接する正極板の正極活物質領域の対応する端部についての特定の条件、例えば、超えている大きさに関しては、図６～図１１の上記実施形態で説明した、負極板２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端、および隣接する正極板１の正極活物質領域の対応する端部の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。
本実施形態の構造は、図１８の実施形態で説明した構成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ハウジング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ハウジング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２０は、本願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、および複数の隔膜２００５を含む。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、隔膜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、別の隔膜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、別の隔膜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、および複数の隔膜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。
本実施形態では、第１の負極板２００１の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端が、いずれも、隣接する第１の正極板２００３の正極活物質被覆領域の、巻回軸Ｋに沿った対応する端部を超えており、第２の負極板２００２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端が、いずれも、隣接する第１の正極板２００３および第２の正極板２００４の正極活物質被覆領域の、巻回軸Ｋに沿った対応する端部をそれぞれ超えている。また、第１の負極板２００１および第２の負極板２００２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端、ならびに隣接する正極板の正極活物質領域の対応する端部についての特定の条件、例えば、超えている大きさに関しては、図６～図１１の上記実施形態で説明した、負極板２の負極活物質領域の、巻回軸Ｋに沿った両端、および隣接する正極板１の正極活物質領域の対応する端部の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。
本実施形態の構造は、図１８の実施形態で説明した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ハウジング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ハウジング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、本願は、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２１に示すフロー図は、以下を含む。
工程１０１、少なくとも１つの正極板１および少なくとも１つの負極板２を提供する。ここで、すべての正極板１およびすべての負極板２の合計数は、３以上である。
工程１０２、少なくとも１つの正極板１および少なくとも１つの負極板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、少なくとも１つの正極板１における正極板１と、少なくとも１つの負極板２における負極板２とは、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。少なくとも１つの正極板１における各正極板１は、正極本体部１１を含み、正極本体部１１の重畳面の領域の少なくとも一部は、正極活物質領域１１１であり、少なくとも１つの負極板２における各負極板２は、負極本体部２１を含み、負極本体部２１の重畳面の領域の少なくとも一部は、負極活物質領域２１１であり、負極活物質領域２１１の、巻回軸Ｋに沿った両端は、いずれも、隣接する正極活物質領域１１１の対応する端部を超えている。
ここで、工程１０２は、工程１０１の後に実行される。工程１０１では、具体的に、複数の正極板１、複数の隔膜３、および複数の負極板２が、電極板の厚さ方向に重畳され、また、複数の正極板１および複数の負極板２が、交互に一つずつ配置され、また、隔膜３が、隣接する正極板１と負極板２の間に配置される。
本実施形態では、複数の正極板１および複数の負極板２を設定することにより、電極アセンブリ１０の巻回巻数を低減することができ、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、負極活物質領域２１１が正極活物質領域１１１を超えている大きさをより容易に制御することができる。これにより、負極活物質領域２１１の予備の大きさを縮小させることができ、正極活物質領域１１１の領域および負極活物質領域２１１の領域を増大させるための空間を確保することができ、その結果、電極アセンブリ１０のエネルギー密度を改善することができる。
最後に、本願は、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２２に示すように、製造装置５００は、電極板配置機構５０１と、巻回機構５０２とを含む。
電極板配置機構５０１は、少なくとも１つの正極板１および少なくとも１つの負極板２を提供するように構成されている。ここで、すべての正極板１およびすべての負極板２の合計数は、３以上である。
巻回機構５０２は、少なくとも１つの正極板１および少なくとも１つの負極板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ている。
ここで、前記巻回構造において、少なくとも１つの正極板１における正極板１と、少なくとも１つの負極板２における負極板２とは、巻回軸Ｋに垂直な方向に沿って交互に配置されている。各正極板１は、正極本体部１１を含み、正極本体部１１の、巻回軸Ｋに沿った領域の少なくとも一部は、正極活物質領域１１１であり、各負極板２は、負極本体部２１を含み、負極本体部２１の、巻回軸Ｋに沿った領域の少なくとも一部は、負極活物質領域２１１であり、負極活物質領域２１１の、巻回軸Ｋに沿った両端は、いずれも、隣接する正極活物質領域１１１の対応する端部を超えている。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。
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、負極活物質領域２１１が正極活物質領域１１１を超えている大きさを容易に制御することができる。これにより、負極活物質領域２１１の予備の大きさが低減され、正極活物質領域１１１および負極活物質領域２１１の領域を増大させるための空間が確保され、電極アセンブリ１０のエネルギー密度がさらに改善される。
最後に、上記の実施形態は、本願を限定するためではなく、単に本願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。本願は、上記の実施形態を参照して詳細に説明されているが、当業者は、上記各実施形態に記録された技術的解決手段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（但し、すべての修正または置換は、対応する技術的解決手段の本質が本願の各実施形態の技術的解決手段の精神および範囲から逸脱しないようにする）ことを理解されたい。

Claims (17)

  1. 少なくとも１つの正極板および少なくとも１つの負極板を有し、全正極板および全負極板の合計数は、３以上であり、前記少なくとも１つの正極板および前記少なくとも１つの負極板は、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、前記少なくとも１つの正極板における正極板と、前記少なくとも１つの負極板における負極板とは、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、
    前記少なくとも１つの正極板における各正極板は、正極本体部を有し、前記正極本体部の重畳面の領域の少なくとも一部は、正極活物質領域であり、また、前記少なくとも１つの負極板における各負極板は、負極本体部を有し、前記負極本体部の重畳面の領域の少なくとも一部は、負極活物質領域であり、前記負極活物質領域の、前記巻回軸に沿った両端は、いずれも、隣接する前記正極活物質領域の対応する端部を超えている、
    電極アセンブリ。
  2. 前記負極活物質領域の、前記巻回軸に沿った両端は、いずれも、０．２ｍｍ～５ｍｍの範囲で、隣接する前記正極活物質領域の対応する端部を超えている、
    請求項１に記載の電極アセンブリ。
  3. 前記正極板は、前記正極本体部から前記巻回軸の方向に沿って外側に伸張する少なくとも１つの正極タブ部をさらに有し、前記負極板は、前記負極本体部から前記巻回軸の方向に沿って外側に伸張する少なくとも１つの負極タブ部をさらに有する、
    請求項１または２に記載の電極アセンブリ。
  4. 前記正極本体部の領域の一部は、第１の絶縁層被覆領域であり、前記第１の絶縁層被覆領域は、前記正極活物質領域の、前記正極タブ部に隣接する側に配置され、前記負極本体部の、前記巻回軸の方向に沿って前記負極タブ部に隣接する第１の端部は、前記第１の絶縁層被覆領域に配置されている、
    請求項３に記載の電極アセンブリ。
  5. 前記負極活物質領域は、前記負極本体部の、前記巻回軸に沿った前記重畳面の全体を覆い、前記負極本体部の、前記巻回軸の方向に沿って前記負極タブ部から離れている第２の端部は、前記正極活物質領域を超えている、
    請求項３または４に記載の電極アセンブリ。
  6. 前記少なくとも１つの正極板の数が２以上である場合、少なくとも２つの正極板の第１の巻回終端の位置は、異なっており、および／または、前記少なくとも１つの負極板の数が２以上である場合、少なくとも２つの負極板の第２の巻回終端の位置は、異なっている、
    請求項１～５のいずれか一項に記載の電極アセンブリ。
  7. 前記少なくとも１つの正極板の数が２以上である場合、少なくとも２つの正極板の第１の巻回始端の位置は、異なっており、および／または、前記少なくとも１つの負極板の数が２以上である場合、少なくとも２つの負極板の第２の巻回始端の位置は、異なっている、
    請求項１～６のいずれか一項に記載の電極アセンブリ。
  8. 前記巻回構造は、偏平形であり、偏平化領域および前記偏平化領域の両側に配置された旋回領域を有し、
    前記少なくとも１つの正極板の前記第１の巻回終端は、前記旋回領域に配置され、および／または、前記少なくとも１つの負極板の前記第２の巻回終端は、前記旋回領域に配置されている、
    請求項１～７のいずれか一項に記載の電極アセンブリ。
  9. 前記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、
    請求項１～８のいずれか一項に記載の電極アセンブリ。
  10. 前記予め設定された層の数は、全正極板および全負極板の合計数以下である、
    請求項９に記載の電極アセンブリ。
  11. 前記巻回構造の最外層および最内層は、すべて負極板である、
    請求項１～１０のいずれか一項に記載の電極アセンブリ。
  12. ハウジングと、
    請求項１～１１のいずれか一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は、前記ハウジング内に配置されている、
    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、前記電池が、前記デバイスに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、
    少なくとも１つの正極板および少なくとも１つの負極板を提供する工程であって、全正極板および全負極板の合計数は、３以上である、工程と、
    前記少なくとも１つの正極板および前記少なくとも１つの負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、前記少なくとも１つの正極板における正極板と、前記少なくとも１つの負極板における負極板とは、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、
    前記少なくとも１つの正極板における各正極板は、正極本体部を有し、前記正極本体部の重畳面の領域の少なくとも一部は、正極活物質領域であり、また、前記少なくとも１つの負極板における各負極板は、負極本体部を有し、前記負極本体部の重畳面の領域の少なくとも一部は、負極活物質領域であり、前記負極活物質領域の、前記巻回軸に沿った両端は、いずれも、隣接する前記正極活物質領域の対応する端部を超えている、
    製造方法。
  17. 電極アセンブリの製造装置であって、
    少なくとも１つの正極板および少なくとも１つの負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、全正極板および全負極板の合計数は、３以上である、電極板配置機構と、
    前記少なくとも１つの正極板および前記少なくとも１つの負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、複数の正極板における１つの正極板と、複数の負極板における１つの負極板とは、前記巻回軸に垂直な方向に沿って交互に配置され、各正極板は、正極本体部を有し、前記正極本体部の、前記巻回軸に沿った領域の少なくとも一部は、正極活物質領域であり、また、各負極板は、負極本体部を有し、前記負極本体部の、前記巻回軸に沿った領域の少なくとも一部は、負極活物質領域であり、前記負極活物質領域の、前記巻回軸に沿った両端は、いずれも、隣接する前記正極活物質領域の対応する端部を超えている、
    製造装置。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN218602515U (zh) * 2022-08-23 2023-03-10 珠海冠宇电池股份有限公司 一种卷芯和电池

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2922148Y (zh) * 2006-06-08 2007-07-11 潍坊光华电池有限公司 动力锂离子电池
CN201207413Y (zh) 2008-02-15 2009-03-11 宁波维科电池有限公司 一种叠片卷绕式锂离子电池电芯
JP4835956B2 (ja) * 2008-07-02 2011-12-14 トヨタ自動車株式会社 電池
JP5283544B2 (ja) * 2009-03-10 2013-09-04 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
CN201408811Y (zh) * 2009-05-27 2010-02-17 佛山市实达科技有限公司 一种大功率锂离子电池的改良结构
JP5459048B2 (ja) * 2010-04-28 2014-04-02 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
CN202308207U (zh) * 2011-10-27 2012-07-04 深圳市比克电池有限公司 多极片卷绕型电芯及方形、软包装锂电池
CN103415955A (zh) * 2012-03-14 2013-11-27 株式会社日立制作所 非水电解液电池
CN104810561B (zh) 2014-03-20 2018-06-19 万向一二三股份公司 一种锂离子动力电池电芯的制备方法
KR102279222B1 (ko) * 2014-11-04 2021-07-19 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
US10217988B2 (en) 2015-01-30 2019-02-26 Nec Energy Devices, Ltd. Secondary battery
JP6957837B2 (ja) * 2016-04-08 2021-11-02 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電素子
CN108281662B (zh) 2017-01-12 2020-05-05 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种集流体，其极片和电池及应用
CN109755462B (zh) 2017-11-08 2021-01-12 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种正极极片、电化学装置及安全涂层
CN108428849B (zh) 2017-11-22 2024-01-16 宁德时代新能源科技股份有限公司 电极构件、电极组件和充电电池
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