JP6017159B2 - ラミネート外装電池 - Google Patents

Description

本発明は、ラミネート外装電池に関し、特に、ラミネート外装体の形態に関する。

ラミネート外装電池は、携帯電話機などのモバイル機器や、電動アシスト自転車やハイブリッド電気自動車などの車両の電源として用いられている。
ラミネート外装電池は、金属ラミネートシートから構成された外装体に、正負極要素から構成された電極体が収納された構成を有する。従来の一般的なラミネート外装電池では、一枚の金属ラミネートシートを準備し、その一部に電極体の外形サイズに相当する凹部を形成しておき、当該凹部に電極体を収納した後、凹部の開口を塞ぐように平板状をした金属ラミネートシートの他の部分を重ね合わせ、外縁のフランジ状をした部分（テラス部）が熱溶着により封止され構成される（シングルカップ構造）。

ところで、電極体の厚みがある程度厚いラミネート外装電池の場合には、凹部の底での金属層および樹脂層の厚みなどの関係で対応できない場合が生じる。このような場合には、所謂、ダブルカップ構造の外装体を採用することになる。
ダブルカップ構造の外装体の形成では、一枚の金属ラミネートシートにおける隣接箇所に２つの凹部を形成する。次に、一方の凹部内に電極体を収納し、金属ラミネートシートにおける２つの凹部間を折線として折り曲げて、電極体を２つの凹部で包み込むように収納する。最後に、テラス部を熱溶着により接合し内部封止を行う。

上記のように、ダブルカップ構造の外装体を採用する場合には、各々の凹部の深さを電極体の厚みの半分程度とすることができるので、金属ラミネートシートのカップ形成時における強度という観点から優れ、厚みの厚い電極体を有するラミネート外装電池を形成する場合には有効である。

特開２０００−２０８１１０号公報 特開２００３−３０３５７７号公報 特開２０１０−１５９０４号公報 特開２０１０−２３２０７６号公報 特開２００５−２２２７８７号公報 特開２００９−２６６３９２号公報

しかしながら、上記ダブルカップ構造の外装体を採用する場合においては、２つの凹部の深さを互いに異なるように設定することが求められることがある。これは、ラミネート外装電池を装着する機器との関係や、ラミネート外装電池に接続する回路基板の配置などを考慮したものである。このように凹部の深さが互いに異なる場合において、深さが浅い側の凹部形状が安定しない場合が生じ得る。

凹部形状が安定しない場合には、凹部の開口同士が向き合うように金属ラミネートシートを折り曲げたときに、外縁部同士が適正に重なり合わず、特に凹部の深さが浅い側の外縁部が他方の外縁部に対してズレを生じることになる。このような場合、成型不良となり歩留まりの低下を招くことになる。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、ダブルカップ構造の外装体であって、一方の凹部の深さが他方に比べて浅い場合において、安定した形状の凹部を有する外装体を備えるラミネート外装電池を提供することを目的とする。

そこで、本発明は、次の構成を採用することを特徴とする。
本発明に係るラミネート外装電池は、電極体、外装体、および正負極タブを備える。電極体は、正極要素および負極要素を含み構成され、扁平形状を有する。外装体は、金属ラミネートシートから構成され、電極体の外観形状に対応し、当該電極体を収納する収納空間（扁平角形の収納空間）を有し、当該収納空間に電極体が収納された状態で内部封止されている。

正負極タブは、電極体における正極要素および負極要素のそれぞれに接続され、電極体の一端面から当該一端面に交差する方向に延出され、外装体における外縁部を横断して外方へと導出されている。
本発明に係るラミネート外装電池において、外装体は、ともに有底浅皿状をした第１外装部と第２外装部とが、底面同士で電極体をその厚み方向に挟み込むように開口同士が突き合わされ、外縁部同士が接合されることで内部封止がなされてなる構成であり、且つ、平面視において矩形状をしている。

ここで、第１外装部における収納空間を臨む内面において、底面を第１主面とし、第１主面に対して一辺を共有する側面を第１側面とし、第１主面および第１側面に対して各一辺を共有する側面を第２側面とし、第１主面および第２側面に対して各一辺を共有する側面を第３側面とし、第１主面および第３側面および第１側面に対して各一辺を共有する側面を第４側面とし、第１主面に対し、第１側面および第２側面および第３側面および第４側面の各突き合わせ部分が、コーナーＲ（角丸）を以って構成されている。

また、第２外装部における収納空間を臨む内面において、底面を第２主面とし、第２主面に対して一辺を共有し、第１側面と電極体の同じ側部に面する側面を第５側面とし、第２主面および第５側面に対して各一辺を共有し、第２側面と電極体の同じ側部に面する側面を第６側面とし、第２主面および第６側面に対して各一辺を共有し、第３側面と電極体の同じ側部に面する側面を第７側面と、第２主面および第７側面および第５側面に対して各一辺を共有し、第４側面と前記電極体の同じ側部に面する側面を第８側面とし、第２主面に対し、第５側面および第６側面および第７側面および第８側面の各突き合わせ部分も、コーナーＲ（角丸）を以って構成されている。

そして、第１側面と第５側面とは、互いの開口側の一辺同士が突き合わせとなっており、当該突き合わせ部分を横切って前記正負極タブが導出されている。
本発明に係るラミネート外装電池において、第１外装部における開口縁から第１主面までの深さｄ₁と、第２外装部における開口縁から第２主面までの深さｄ₂とは、ｄ₁＜ｄ₂の関係を満たす。

また、本発明に係るラミネート外装電池において、第１外装部における第１主面と第２側面との突き合わせ部分の曲率半径Ｒ₁₂、および第１主面と第４側面との突き合わせ部分の曲率半径Ｒ₁₄と、第２外装部における第２主面と第６側面との突き合わせ部分の曲率半径Ｒ₂₆、および第２主面と第８側面との突き合わせ部分の曲率半径Ｒ₂₈とは、Ｒ₁₂＜Ｒ₂₆、Ｒ₁₄＜Ｒ₂₈の関係を満たす、ことを特徴とする。

本発明に係るラミネート外装電池は、第１外装部における開口縁から第１主面までの深さｄ₁と、第２外装部における開口縁から第２主面までの深さｄ₂とは、ｄ₁＜ｄ₂の関係を満たすことから、一方の凹部が他方の凹部に比べて深さが浅い。
また、本発明に係るラミネート外装電池は、第１外装部における第１主面と第２側面との突き合わせ部分の曲率半径Ｒ₁₂、および第１主面と第４側面との突き合わせ部分の曲率半径Ｒ₁₄と、第２外装部における第２主面と第６側面との突き合わせ部分の曲率半径Ｒ₂₆、および第２主面と第８側面との突き合わせ部分の曲率半径Ｒ₂₈とは、Ｒ₁₂＜Ｒ₂₆、Ｒ₁₄＜Ｒ₂₈の関係を満たす。

換言すると、所謂、ダブルカップ構造の外装体を採用し、その第１外装部および第２外装部の各々において、凹部の深さを互いに異ならせる。そして、深さが浅い第１外装部の凹部において、凹部底のコーナーＲについて、曲率半径Ｒ₁₂と曲率半径Ｒ₁₄とを、これに対応する第２外装部の凹部における曲率半径Ｒ₂₆および曲率半径Ｒ₂₈よりも小さくなるようにしている。

本発明に係るラミネート外装電池においては、上記のような曲率半径の関係を満たすことにより、深さが浅い第１外装部の凹部についても、確実に凹部の形状を確保することができる。よって、本発明に係るラミネート外装電池では、ダブルカップ構造の外装体であって、一方の凹部の深さが他方に比べて浅い場合において、安定した形状の凹部を有する外装体を備える。

本発明に係るラミネート外装電池では、例えば、次のようなバリエーション構成を採用することができる。
本発明に係るラミネート外装電池では、曲率半径Ｒ₁₂および曲率半径Ｒ₁₄と、深さｄ₁とが、Ｒ₁₂≦ｄ₁、Ｒ₁₄≦ｄ₁の関係を満たす、という構成を採用することもできる。
本発明に係るラミネート外装電池では、（０．３×ｄ₁）≦Ｒ₁₂≦（０．７×ｄ₁）および（０．３×ｄ₁）≦Ｒ₁₄≦（０．７×ｄ₁）の関係を満たす、ようにすることもできる。

本発明に係るラミネート外装電池では、（０．４５×ｄ₂）≦Ｒ₂₆≦（０．５×（ｄ₁＋ｄ₂））および（０．４５×ｄ₂）≦Ｒ₂₈≦（０．５×（ｄ₁＋ｄ₂））の関係を満たす、ようにすることもできる。
本発明に係るラミネート外装電池では、電池厚みが５［ｍｍ］以上であり、且つ、０．６ｍｍ≦Ｒ₁₂≦１．４ｍｍ、０．６ｍｍ≦Ｒ₁₄≦１．４ｍｍ、１．３ｍｍ≦Ｒ₂₆≦２．４ｍｍ、１．３ｍｍ≦Ｒ₂₈≦２．４ｍｍの関係を満たす、ようにすることもできる。これにより、電池の厚みが５［ｍｍ］以上の場合にも十分に上記効果を得ることができる。

本発明に係るラミネート外装電池では、第１外装部における第２側面と第４側面の各開口縁の長さ、および第２外装部における第６側面と第８側面の各開口縁の長さが、第１外装部における第１側面と第３側面の各開口縁の長さ、および第２外装部における第５側面と前記第７側面の各開口縁の長さに対して、１．５倍以上の長さである、という構成を採用することもできる。このようなサイズを有するラミネート外装電池では、本発明の構成を採用することで特に効果を奏することができる。

本発明に係るラミネート外装電池では、第１外装部において、第１側面および第２側面および第４側面の各開口側一辺を共有する第１フランジ面（フランジ状の外縁部における面）が、第１主面に沿った方向の外向きに設けられており、第２外装部において、第５側面および第６側面および前記第８側面の各開口側一辺を共有する第２フランジ面（フランジ状の外縁部における面）が、第２主面に沿った方向の外向きに設けられており、第１フランジ面と第２フランジ面とが、外装体における外縁部として形成されており、互いに当接しているとともに、熱溶着により接合されており、第１外装部における第３側面と、第２外装部における第７側面とが、開口側の一辺を共有して連続している、という構成を採用することもできる。所謂、三方封止構造を採用することができる。

なお、本発明は、所謂、四方封止構造を採用することも勿論できる。
本発明に係るラミネート外装電池では、外装体が、一枚の金属ラミネートシートを、プレス加工および曲折加工を施すことにより形成されている、という構成を採用することもできる。
なお、本発明では、２枚の金属ラミネートシートを用い外装体を構成する場合を排除するものではない。

本発明の実施の形態１に係るラミネート外装電池１の構成を示す模式斜視図（一部切り欠き図）である。 ラミネート外装電池１を図１の矢印Ａ方向から見た模式側面図である。 ラミネート外装電池１の外装体１０を図１のＢ−Ｂ’面で切断したときの断面を示す模式断面図である。 ラミネート外装電池１の製造方法を示す模式工程概略図である。 外装体１０の製造方法を示す模式断面図である。 （ａ）は、成形型５０２を図５のＥ−Ｅ’線で切断したときの断面を示す模式断面図であり、（ｂ）は、成形型５０２を図５のＤ−Ｄ’線で切断した時の断面を示す模式断面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態２に係るラミネート外装電池２の構成を示す模式平面図であり、（ｂ）は、ラミネート外装電池２の外装体６０を（ａ）のＦ−Ｆ’線で切断した時の断面を示す模式断面図である。

以下では、本発明を実施するための形態について、図面を用い説明する。なお、以下で示す具体例は、本発明の構成およびその構成から奏される作用・効果を分かりやすく説明するために用いる一例であって、本発明は、発明の本質とする構成部分以外について、以下の具体例に何ら限定を受けるものではない。
［実施の形態１］
１．ラミネート外装電池１の全体構成
本発明の実施の形態１に係るラミネート外装電池１の全体構成について、図１および図２を用い説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係るラミネート外装電池１は、一枚の金属ラミネートシートから構成された外装体１０と、その内方に収納された電極体２０と、外装体１０におけるＸ軸方向上側部分を横断して外方に一部が延出された正負極タブ３１，３２とを有し構成されている。本実施の形態に係るラミネート外装電池１は、電極体２０が収納されている部分について、Ｘ軸方向の長さはＹ軸方向の幅に比べて１．５倍以上に設定されている。具体的には、本実施の形態に係るラミネート外装電池１では、Ｘ軸方向の長さ（高さ）が１２０［ｍｍ］であるのに対して、Ｙ軸方向の幅が３５［ｍｍ］であり、縦横比が３．４：１程度となっている。

外装体１０は、電極体２０を収納する部分がカップ状に膨出しており、当該カップ状に膨出した部分の三方の外縁部１０ｂ，１０ｃ，１０ｄがフランジ状に形成されている（テラス部）。この三方の外縁部１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが熱溶着により接合されることで、電極体２０が収納された内部空間が気密封止されている。正負極タブ３１，３２は、電極体２０における正極板２１および負極板２２の各々に接続されており、外装体１０のＸ軸方向上側の外縁部１０ｂを横断して外部に延出している。なお、正負極タブ３１，３２が外縁部１０ｂを横断する部分には、タブ樹脂４１，４２が各タブ３１，３２と外装体１０の内面との間に介挿されている。

図２に示すように、ラミネート外装電池１を図１における矢印Ａの方向から見ると、外装体１０は、２つの凹部により電極体２０の収納空間が形成されている。そして、外装体１０は、外縁部１０ｄと外縁部１０ｉの接合面（線Ｌ１）を基準として、Ｚ軸方向上側への膨出高さ（凹部の深さ）が高く、Ｚ軸方向下側への膨出高さ（凹部の深さ）が低くなっている。これに伴い、Ｚ軸方向上側の凹部を取り囲む側壁１０ｆの高さは、Ｚ軸方向下側の凹部を取り囲む側壁１０ｊの高さよりも高くなっている。

図１および図２に示すように、外装体１０は、両凹部が、一の底壁１０ａ，１０ｈと四つの側壁１０ｅ，１０ｆ，１０ｊ，・・・の囲繞により各々が構成されている。
電極体２０は、正極板２１と負極板２２とが、間にセパレータ２３を介して対向配置され、当該配置状態で渦巻き状に巻回加工され、Ｚ軸方向に扁平化されてなる。これより、電極体２０は、図１のＺ軸方向から見たときの平面視において、角形の外観形状を有しており、Ｙ軸方向の両側部が丸味をもっている。外装体１０における収納空間は、電極体２０の外観形状に対応して扁平角形となっている。

なお、図１において矢印Ｃで示す領域は、回路基板を載置する予定の領域である。
２．外装体１０の構成
外装体１０の構成について、図３を用い説明する。図３は、図１におけるＢ−Ｂ’断面（横断面）を示す。なお、図３では、外装体１０以外の構成については、図示を省略している。

図３に示すように、ダブルカップ構造の外装体１０においては、外縁部１０ｃ，１０ｄと外縁部１０ｋ，１０ｉとの接合面（線Ｌ₁）を基準として、Ｚ軸方向の一方の凹部（底壁１０ｈ側の凹部；「第１凹部」）の深さｄ₁と他方の凹部（底壁１０ａ側の凹部；「第２凹部」）側の深さｄ₂とが、次式の関係を満足する。
［数１］ ｄ₁＜ｄ₂
例えば、外装体１０における底壁１０ａ，１０ｈでのシート厚みをｔとしたとき、ｄ₁＋ｔ＝１．８［ｍｍ］であり、ｄ₂＋ｔ＝３．２［ｍｍ］である。なお、シート厚みｔについては、１００［μｍ］未満の厚みであるので便宜的に無視することができ、ｄ₁＝１．８［ｍｍ］、ｄ₂＝３．２［ｍｍ］と考えることができる。

外装体１０において、底壁１０ａ，１０ｈの各内面は、収納空間１０ｓの収納される電極体２０の主面にそれぞれ面し、側壁１０ｆ，１０ｇ，１０ｊ，１０ｌの各内面は、電極体２０の側面にそれぞれ面する。そして、側壁１０ｆと側壁１０ｊの内面は、電極体２０における同一の側面に面し、同様に、側壁１０ｇと側壁１０ｌの内面は、電極体における同一の側面に面する。

また、外装体１０の内面においては、底壁１０ａと側壁１０ｆ，１０ｇとの各内面同士の突き合わせ部分、および底壁１０ｈと側壁１０ｊ，１０ｌとの各内面同士の突き合わせ部分は、コーナーＲ（角丸）を以って構成されている。
図３の二点鎖線で引き出した部分に示すように、本実施の形態では、外装体１０の内面において、第１凹部（図３のＺ軸方向上側の凹部）の底壁１０ｈと側壁１０ｊ，１０ｌとの突き合わせ部分の曲率半径Ｒ₁と、第２凹部（図３のＺ軸方向下側の凹部）の底壁１０ａと側壁１０ｆ，１０ｇとの突き合わせ部分の曲率半径Ｒ₂とは、次の関係を満足する。

［数２］ Ｒ₁＜Ｒ₂
また、外装体１０においては、凹部の深さｄ₁と曲率半径Ｒ₁とは、次の関係を満足する。
［数３］ Ｒ₁＜ｄ₁
なお、本実施の形態に係るラミネート外装電池１においては、曲率半径Ｒ₁，Ｒ₂は、次の範囲内に設定されている。

［数４］ ０．６［ｍｍ］≦Ｒ₁≦１．４［ｍｍ］
［数５］ １．４［ｍｍ］≦Ｒ₂
例えば、曲率半径Ｒ₁＝０．８［ｍｍ］であり、曲率半径Ｒ₂＝２．４［ｍｍ］である。
なお、図１に示す側壁１０ｅと第１凹部における対応する側壁に関しては、各凹部の底壁１０ａ，１０ｈとの突き合わせ部分の曲率半径については、上記のような関係を必ずしも満たす必要はない。

３．効果
本実施の形態に係るラミネート外装電池１においては、［数１］から［数５］の各関係を満足することにより、深さが浅い第１凹部についても、確実に凹部の形状を確保することができ、ダブルカップ構造の外装体を採用する場合においても、安定した形状の凹部を有する外装体を備える。

なお、本実施の形態に係るラミネート外装電池１では、外装体１０において、深さの浅い側の第１凹部を取り囲む側壁１０ｊ，１０ｌの各内面が、Ｚ軸方向に沿った平面部分を有する。これにより、第２凹部に収納された電極体１０に対して第１凹部を構成する金属ラミネートシート部分がズレを生じたりし難くなる。
４．構成材料
（４−１）電極体２０
ａ）正極材料
正極板２１は、アルミニウム箔からなる正極芯体と、その両面に塗布形成された正極活物質を含有する正極活物質層とから構成されている。正極活物質としては、例えば、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄、ＬｉＭｎＯ₂、ＬｉＮｉ_(1-x)Ｍｎ_xＯ₂（０＜ｘ＜１）、ＬｉＮｉ_(1-x)Ｃｏ_xＯ₂（０＜ｘ＜１）、ＬｉＮｉ_xＭｎ_yＣｏ_zＯ₂（０＜ｘ、ｙ、ｚ＜１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）などのリチウム複合酸化物、ＬｉＦｅＰＯ₄などのオリビン構造を有するリン酸化合物を用いることができる。

ｂ）負極材料
負極板２２は、銅箔からなる負極芯体と、その両面に塗布形成された負極活物質を含有する負極活物質層とから構成されている。負極活物質としては、例えば、黒鉛、難黒鉛化性炭素および易黒鉛化性炭素などの炭素原料、ＬｉＴｉＯ₂およびＴｉＯ₂などのチタン酸化物、ケイ素およびスズなどの半金属元素、またはＳｎ−Ｃｏ合金などを用いることができる。

ｃ）セパレータ材料
セパレータ２３としては、例えば、ポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィン材料から構成された微多孔膜を用いることができる。シャットダウン応答性を確保するために、融点の低い樹脂を混合したり、耐熱性を得るために高融点樹脂との積層体やブレンドさせた樹脂としてもよい。

（４−２）電解質
図１などでは、図示を省略したが、外装体１０の収納空間１０ｓには、電極体２０とともに電解質も充填されている。電解質としては、例えば、非水溶媒に対して電解質塩を溶解させた非水電解液を用いることができる。
非水溶媒としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）などの環状炭酸エステル、フッ素化された環状炭酸エステル、γ−ブチルラクトン（ＢＬ）、γ−バレロラクトン（ＶＬ）などの環状カルボン酸エステル、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）、ジブチルカーボネート（ＤＭＢＣ）などの鎖状炭酸エステル、ピバリン酸メチル、ピバリン酸エチル、メチルイソブチレート、メチルプロピオネートなどの鎖状カルボン酸エステルＮ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルオキサゾリジノンなどのアミド化合物、スルホランなどの硫黄化合物、テトラフルオロ硼酸１−エチル−３−メチルイミダゾリウムなどの常温溶融塩などを用いることができる。これらは、２種以上を混合して用いることが望ましい。上記の中でも、ＥＣ、ＰＣ、鎖状炭酸エステル、３級カルボン酸エステルを用いることが特に望ましい。

また、電解質塩としては、リチウム塩として、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）（Ｃ₄Ｆ₉ＳＯ₂）、ＬｉＣ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃、ＬｉＣ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₃、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、Ｌｉ₂Ｂ₁₀Ｃｌ₁₀、Ｌｉ₂Ｂ₁₂Ｃｌ₁₂など、およびそれらの混合物を用いることができる。この中でも、ＬｉＰＦ₆（ヘキサフルオロリン酸リチウム）を用いることが特に望ましい。

また、非水溶媒に対する電解質塩の溶解量については、０．５［ｍｏｌ／Ｌ］〜２．０［ｍｏｌ／Ｌ］とすることが望ましい。
なお、本実施の形態に係るラミネート外装電池１において、非水電解液中には、電極の安定化用化合物として、さらに、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ビニルエチルカーボネート（ＶＥＣ）、無水コハク酸（ＳＵＣＡＨ）、無水マイレン酸（ＭＡＡＨ）、グリコール酸無水物、エチレンサルファイト（ＥＳ）、ジビニルスルホン酸（ＶＳ）、ビニルアセテート（ＶＡ）、ビニルピバレート（ＶＰ）、カテコールカーボネート、ビフェニル（ＢＰ）などを添加することもできる。これらの化合物は、２種以上を適宜混合して用いることができる。

また、ラミネート外装電池１において用いる非水電解質は、液状のものに限定されるものではなく、例えば、ゲル状のものとすることもできる。
（４−３）外装体材料
外装体１０は、金属ラミネートシートをプレス加工および折り曲げ加工を施すことで構成されている。用いる金属ラミネートシートは、例えば、アルミニウムからなる厚み４０［μｍ］の金属層と、金属層の一方の主面に樹脂層として配された厚み２５［μｍ］のナイロン層と、金属層とナイロン層とを接着する厚み３［μｍ］の接着層と、金属層の他方の主面に樹脂層として配された厚み４５［μｍ］のポリプロピレン層とで構成されたシートである。

プレス加工および折り曲げ加工を施す前の金属ラミネートシートの厚みは、１１３［μｍ］程度である。
また、外装体１０においては、ナイロン層が電池外方に露出するようにシートが用いられている。
５．製造方法
ラミネート外装電池１の製造方法について、図４から図６を用い説明する。

先ず、図４に示すように、正極板２１、負極板２２、およびセパレータ２３を準備する。
（５−１）正極板２１の形成
正極板２１の形成は、先ず、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂）からなる正極活物質と、アセチレンブラックまたはグラファイトなどの炭素系導電剤と、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）からなる結着剤とを、９０：５：５（質量比）の割合で混合し、これにＮ−メチル−２−ピロリドンからなる有機溶剤を加えて、正極化物質スラリーを作製する。

次いで、この正極活物質スラリーを、ダイコーターまたはドクターブレードなどを用いて、厚み１５［μｍ］、幅１０２．０［ｍｍ］、長さ８６５．５［ｍｍ］のアルミニウム箔からなる正極芯体の両面に均一な厚みで塗布する。
ここで、正極芯体の長手方向の一端（電極体２０の形成時に巻き始めとなる側）には、正極活物質スラリーを塗布せず、正極芯体が露出した部分（長さ４６［ｍｍ］）を設けておく。

また、電極体２０の形成時に巻き終わり側となる端部にも、正極活物質スラリーを塗布せず、正極芯体が露出した部分（長さ２３６［ｍｍ］）を設けておく。
正極活物質スラリーを塗布した正極芯体を、乾燥機内に通し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを除去し、乾燥極板を作製し、その後、この乾燥極板を、ロールプレス機により厚みが０．１０９［ｍｍ］となるように圧延して、正極板２１が形成される。

そして、電極体２０の形成時に巻き始めとなる側の正極芯体露出部分に対し、アルミニウムからなる正極タブ３１（長さ４９．５［ｍｍ］、幅５［ｍｍ］、厚み０．１［ｍｍ］）を接続する。なお、正極芯体に対しては、正極タブ３１の接続部分を覆うようにタブ保護テープ（長さ３１．５［ｍｍ］、幅７［ｍｍ］、厚み０．０３［ｍｍ］）を貼付する。また、外装体１０の外縁部を横断する部分に対して、タブ樹脂４１を貼付する。タブ樹脂４１は、カルボン酸変性されたポリプロピレン製のものを用いる。

（５−２）負極板２２の形成
負極板２２の形成は、先ず、体積平均粒径２０［μｍ］からなる人造黒鉛の負極活物質と、スチレンブタジエンゴムからなる結着剤と、カルボキシメチルセルロースからなる増粘剤とを、９８：１：１（質量比）の割合で混合し、これに水を加えて、負極活物質スラリーを調整する。

次いで、負極活物質スラリーを、ダイコートまたはドクターブレードなどを用いて、厚み８［μｍ］、幅１０３．５［ｍｍ］、長さ８３０［ｍｍ］の銅箔からなる負極芯体の両面に均一な暑さで塗布する。
ここで、負極芯体の長手方向の一端（電極体２０の形成時に巻き始めとなる側）には、負極活物質スラリーを塗布せず、負極芯体が露出した部分（長さ７８［ｍｍ］）を設けておく。

また、電極体２０の形成時に巻き終わり側となる端部にも、負極活物質スラリーを塗布せず、負極芯体が露出した部分（長さ１３１［ｍｍ］）を設けておく。
負極活物質スラリーを塗布した負極芯体を、乾燥機内に通し、水分を除去して乾燥極板を作製する。その後、この乾燥極板をロールプレス機により厚みが０．１０８［ｍｍ］となるように圧延して、負極板２２が形成される。

そして、電極体２０の形成時に巻き始めとなる側の負極芯体露出部分に対し、ニッケルからなる負極タブ３２（長さ４９．５［ｍｍ］、幅５［ｍｍ］、厚み０．１［ｍｍ］）を接続する。なお、負極芯体に対しては、負極タブ３２の接続部分を覆うようにタブ保護テープ（長さ３１．５［ｍｍ］、幅８［ｍｍ］、厚み０．０３［ｍｍ］）を貼付する。また、外装体１０の外縁部を横断する部分に対して、タブ樹脂４２を貼付する。タブ樹脂４２は、カルボン酸変性されたポリプロピレン製のものを用いる。

（５−３）電極体２０の形成
次に、上記のように形成された正極板２１、負極板２２、およびセパレータ２３を用い、電極体２０を形成する（図４のステップＳ１）。
上記のように形成された正極タブ３１付きの正極板２１と、負極タブ３２付きの負極板２２とを、ポリエチレン製微多孔膜であるセパレータ２３を間に挟んで対向配置する。このとき、正極板２１における正極タブ３１が接続された側、および負極板２２における負極タブ３２が接続された側を合わせて配置する。そして、正極板２１および負極板２２を重ね合わせた状態で、渦巻き状に巻回する。

次に、渦巻き状に巻回の後、巻回芯に対して交差する方向からプレスをかける。プレス条件は、例えば、常温で、０．６５［ＭＰａ］、５［ｓｅｃ．］である。さらに、電極体２０を、正負極タブ３１，３２に対応する箇所に逃がし部（幅１０［ｍｍ］の凹部）が形成された治工具で挟み、ホットプレスすることで電極体２０が形成できる。ホットプレスの条件は、例えば、４０［℃］で、４［ｔｏｎ］、６０［ｓｅｃ．］であり、これにより、電極体２０のサイズは、厚み３．１［ｍｍ］、縦１０５．５［ｍｍ］、横６６．６［ｍｍ］となる。

なお、電極体２０の巻回最外周は、正極芯体が露出した状態となる。
（５−４）非水電解液の作製
非水電解液は、エチレンカーボネート（ＥＣ）と、プロピレンカーボネート（ＰＣ）と、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを、体積比１：１：８（１気圧、２５［℃］）の割合で混合した非水溶媒に対し、電解質塩として、ＬｉＰＦ₆を１．０［ｍｏｌ／Ｌ］の割合で溶解したものを調整することで形成する。

（５−５）金属ラミネートシートの加工
上記構成の金属ラミネートシート１００を準備し、これに凹部加工（カップ形成加工）を施す（図４のステップＳ２）。これについて、図５および図６を用い説明する。
図５に示すように、金属ラミネートシート１００への凹部形成には、成形型５００，５０１，５０２を用いる。具体的には、成形型５００は、雌型であって、Ｚ軸方向上側の面５００ｃに二つの凹部５００ａ，５００ｂが設けられている。２つの凹部５００ａ，５００ｂは、金属ラミネートシート１００に加工を施そうとする凹部の各々に対応しており、凹部５００ａの方が凹部５００ｂよりも深く形成されている。具体的には、金属ラミネートシート１００の厚みをｔ（本実施の形態では、８５［μｍ］）とするとき、凹部５００ａの深さは（ｄ₂＋ｔ）であり、凹部５００ｂの深さは（ｄ₁＋ｔ）である。

凹部５００ａと凹部５００ｂとは、間に１［ｍｍ］から５［ｍｍ］程度の間隔をあけた状態で形成されている。
成形型５０１は、成形型５００上に載置した金属ラミネートシート１００の外縁部を抑えるためのものであって、矩形リング状をしている。
成形型５０２は、雄型であって、Ｚ軸方向下側の面が、成形型５００の凹部５００ａ，５００ｂに対応して凸形状となっている。凸部の凸量は、底面５０２ａである側がｄ₂であり、底面５０２ｂである側がｄ₁である。

図６（ａ）に示すように、成形型５０２は、Ｄ−Ｄ’断面において、形成しようとする外装体１０の側壁１０ｊ，１０ｌ（図３を参照）のそれぞれに対応する側面５０２ｃ，５０２ｄは、それぞれ底面５０２ｂに対する付き合わせ部分がコーナーＲ（角丸）を以って構成されており、曲率半径がＲ₃である。
同様に、成形型５０２は、Ｅ−Ｅ’断面において、形成しようとする外装体１０の側壁１０ｆ，１０ｇ（図３を参照）のそれぞれに対応する側面５０２ｆ，５０２ｅは、それぞれ底面５０２ａに対する付き合わせ部分がコーナーＲ（角丸）を以って構成されており、曲率半径がＲ₄である。そして、曲率半径Ｒ₃，Ｒ₄は、次の関係を満たす。

［数６］ Ｒ₃＜Ｒ₄
以上のような３つの成形型５００，５０１，５０２を用いてプレス加工を施し、金属ラミネートシート１００に２箇所の凹部を形成する。なお、成形型５００に対する金属ラミネートシート１００の配置は、成形型５００の面５００ｃの側に、金属ラミネートシート１００のナイロン層が当接するように行う。

（５−６）電極体２０の収納と外装体１０の溶着
図４に戻って、上記のように凹部加工が施された金属ラミネートシート（凹部加工シート）に対し、一方の凹部（深さがｄ₂の側の凹部）に電極体２０を収納する（図４のステップＳ３）。そして、２つの凹部間の部分を折り曲げ線として凹部加工シートの一部を折り返し（図４のステップＳ４）、シートの外縁部（テラス部）を熱溶着することにより内部封止を行う（図４のステップＳ５）。

以上のようにして、ラミネート外装電池１が完成する。なお、全ての熱溶着部（外縁部）を熱溶着する前の段階で、外装体１０の収納空間１０ｓに非水電解液を注入しておく。
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係るラミネート外装電池２の構成について、図７を用い説明する。

図７（ａ）に示すように、本実施の形態に係るラミネート外装電池２においても、外装体６０は、その三方の外縁部６０ｂ，６０ｃ，６０ｄで熱溶着されており、電極体が収納された内部空間を気密封止されている。電極体における正負極板にそれぞれ接続された正負極タブ８１，８２は、外縁部６０ｂを横断してＸ軸方向上側に延出されている。そして、各タブ８１，８２の横断部分には、タブ樹脂９１，９２が外装体６０の内面との間に介挿されている。

ここで、本実施の形態に係るラミネート外装電池２では、外装体６０の形状がＸ軸方向長さに比べてＹ軸方向幅が長いところが、上記実施の形態１と異なっている。その他の構成については、上記実施の形態１と基本的に同じである。
図７（ｂ）に示すように、外装体６０は、Ｆ−Ｆ’断面において、線Ｌ₂を基準としたときの底壁６０ａの側の凹部の深さｄ₄が、底壁６０ｈの側の凹部の深さｄ₃よりも深くなっている。なお、線Ｌ₂は、外装体６０の外縁部６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｊ，６０ｌ，・・の接合面を示す。

外装体６０においても、底壁６０ａ，６０ｈの各内面は、収納空間６０ｓの収納される電極体の主面にそれぞれ面し、側壁６０ｆ，６０ｇ，６０ｊ，６０ｌの各内面は、電極体の側面にそれぞれ面する。そして、側壁６０ｆと側壁６０ｊの内面は、電極体における同一の側面に面し、同様に、側壁６０ｇと側壁６０ｌの内面は、上記実施の形態１と同様に、電極体における同一の側面に面する。

また、本実施の形態に係るラミネート外装電池２においても、外装体６０の内面においては、底壁６０ａと側壁６０ｆ，６０ｇとの各内面同士の突き合わせ部分、および底壁６０ｈと側壁６０ｊ，６０ｌとの各内面同士の突き合わせ部分は、コーナーＲ（角丸）を以って構成されている。
本実施の形態においても、収納空間６０ｓを臨む外装体６０の内面において、第１凹部（図７（ｂ）のＺ軸方向上側の凹部）の底壁６０ｈと側壁６０ｊ，６０ｌとの突き合わせ部分の曲率半径Ｒ₅と、第２凹部（図７（ｂ）のＺ軸方向下側の凹部）の底壁６０ａと側壁６０ｆ，６０ｇとの突き合わせ部分の曲率半径Ｒ₆とにおいても、次の関係を満足する。

［数７］ Ｒ₅＜Ｒ₆
［数８］ Ｒ₅＜ｄ₃
本実施の形態に係るラミネート外装電池２においても、外装体６０に２つの凹部が形成され、互いの深さｄ₃，ｄ₄が相違するが、上記［数７］、［数８］の関係を満たすことにより、図７（ａ）に示すように外装体６０の平面形状が上記実施の形態１と相違するとしても、上記同様の効果を得ることができる。

［その他の事項］
上記実施の形態１，２では、外装体１０，６０の寸法や、構成材料の材質について、一例を示したが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、上記実施の形態１では、外装体１０の縦横比を３．４：１としたが、上記実施の形態２でも説明の通り、外装体の縦横比に関わりなく上記効果を得ることができる。ただし、外装体の縦横比が１．５：１以上である場合に、特に本発明の構成を採用することが望ましい。

また、上記実施の形態１などでは、例えば、図３に示すように、底壁１０ｈの内面と側壁１０ｊの内面との突き合わせ部分の曲率半径と、底壁１０ｈの内面と側壁１０ｌの内面との突き合わせ部分の曲率半径を等しいものとしたが、必ずしも互いに等しい関係になくてもよい。上記実施の形態２についても同様である。
なお、図３に示す曲率半径Ｒ₁，Ｒ₂と深さｄ₁，ｄ₂を用いた場合、次の関係を満たすことが望ましい。

［数９］ （０．３×ｄ₁）≦Ｒ₁≦（０．７×ｄ₁）
［数１０］ （０．４５×ｄ₂）≦Ｒ₂≦（０．５×（ｄ₁＋ｄ₂））
［数１１］ １．３［ｍｍ］≦Ｒ₂≦２．４［ｍｍ］
なお、図７（ｂ）における曲率半径Ｒ₅，Ｒ₆と深さｄ₃，ｄ₄を用いた場合でも同様の関係を満たすことが望ましい。

また、上記実施の形態１，２では、所謂、三方封止型の外装体構造を採用したが、四方封止型の外装体構造を採用することもできる。即ち、深さが浅い側の凹部を構成する部分と、深さが深い側の凹部を構成する部分とが、異なる金属ラミネートシートであってもよい。
また、上記実施の形態１，２では、非水電解質として非水電解液を採用したが、本発明は、これに限定されず、例えば、ゲル状の非水電解質を採用することも可能である。

また、上記実施の形態１では、外装体１０を成形型５００，５０１，５０２を用い形成することとしたが、外装体１０の形成に用いる成形型の形状などは、図５および図６に示したものに限定されるものではない。例えば、成形型に設ける凹部５００ａ，５００ｂの深さを、（ｄ₂＋ｔ）および（ｄ₁＋ｔ）よりも十分に深いものとすることもできる。また、凹部の代わりに、貫通孔を設けることとしてもよい。さらに、成形型の材質については、特に限定を受けない。例えば、ステンレス鋼などの金属であってもよいし、セラミックスなどであってもよい。

さらに、上記実施の形態１では、電極体２０として、セパレータ２３を介して正極板２１と負極板２２とを重ね合わせ、その状態で渦巻き状に巻回した形態のものを用いたが、電極体の形態はこれに限定を受けるものではない。例えば、複数の正極板と複数の正極板とを、セパレータを挟んで交互に積層した電極体を採用することも可能である。

本発明は、携帯電話機等のポータブル機器や、電動アシスト自転車などの車両などの電源として使用されるラミネート外装電池を実現するのに有用である。

１，２．ラミネート外装電池
１０，６０．外装体
２０．電極体
２１．正極板
２２．負極板
２３．セパレータ
３１，８１．正極タブ
３２，８２．負極タブ
４１，４２，９１，９２．タブ樹脂
１００．金属ラミネートシート
５００，５０１，５０２．成形型

Claims (8)

1. 正極要素および負極要素を含み構成され、扁平形状を有する電極体と、
   金属ラミネートシートから構成され、前記電極体の外観形状に対応し、当該電極体を収納する収納空間を有し、当該収納空間に前記電極体が収納された状態で内部封止された外装体と、
   前記電極体における前記正極要素および前記負極要素のそれぞれに接続され、前記電極体の一端面から当該一端面に交差する方向に延出され、前記外装体における外縁部を横断して外方へと導出されてなる正負極タブと、
   を備え、
   前記外装体は、ともに有底浅皿状をした第１外装部と第２外装部とが、底面同士で前記電極体をその厚み方向に挟み込むように開口同士が突き合わされ、外縁部同士が接合されることで前記内部封止がなされてなる構成であり、且つ、平面視において矩形状をしており、
   前記第１外装部における前記収納空間を臨む内面において、
   底面を第１主面とし、
   前記第１主面に対して一辺を共有する側面を第１側面とし、
   前記第１主面および前記第１側面に対して各一辺を共有する側面を第２側面とし、
   前記第１主面および前記第２側面に対して各一辺を共有する側面を第３側面とし、
   前記第１主面および前記第３側面および前記第１側面に対して各一辺を共有する側面を第４側面とし、
   前記第１主面に対し、前記第１側面および前記第２側面および前記第３側面および前記第４側面の各突き合わせ部分は、コーナーＲを以って構成されており、
   前記第２外装部における前記収納空間を臨む内面において、
   底面を第２主面とし、
   前記第２主面に対して一辺を共有し、前記第１側面と前記電極体の同じ側部に面する側面を第５側面とし、
   前記第２主面および前記第５側面に対して各一辺を共有し、前記第２側面と前記電極体の同じ側部に面する側面を第６側面とし、
   前記第２主面および前記第６側面に対して各一辺を共有し、前記第３側面と前記電極体の同じ側部に面する側面を第７側面と、
   前記第２主面および前記第７側面および前記第５側面に対して各一辺を共有し、前記第４側面と前記電極体の同じ側部に面する側面を第８側面とし、
   前記第２主面に対し、前記第５側面および前記第６側面および前記第７側面および前記第８側面の各突き合わせ部分も、コーナーＲを以って構成されており、
   前記第１側面と前記第５側面とは、互いの開口側の一辺同士が突き合わせとなっており、当該突き合わせ部分を横切って前記正負極タブが導出されており、
   前記第１外装部における開口縁から前記第１主面までの深さｄ₁と、前記第２外装部における開口縁から前記第２主面までの深さｄ₂とは、
   ｄ₁＜ｄ₂
   の関係を満たし、
   前記第１外装部における前記第１主面と前記第２側面との突き合わせ部分の曲率半径Ｒ₁₂、および前記第１主面と前記第４側面との突き合わせ部分の曲率半径Ｒ₁₄と、前記第２外装部における前記第２主面と前記第６側面との突き合わせ部分の曲率半径Ｒ₂₆、および前記第２主面と前記第８側面との突き合わせ部分の曲率半径Ｒ₂₈とは、
   Ｒ₁₂＜Ｒ₂₆
   Ｒ₁₄＜Ｒ₂₈
   の関係を満たす
   ことを特徴とするラミネート外装電池。
2. 曲率半径Ｒ₁₂および曲率半径Ｒ₁₄と、深さｄ₁とは、
   Ｒ₁₂＜ｄ₁
   Ｒ₁₄＜ｄ₁
   の関係を満たす
   ことを特徴とする請求項１に記載のラミネート外装電池。
3. （０．３×ｄ₁）≦Ｒ₁₂≦（０．７×ｄ₁）
   （０．３×ｄ₁）≦Ｒ₁₄≦（０．７×ｄ₁）
   の関係を満たす
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のラミネート外装電池。
4. （０．４５×ｄ₂）≦Ｒ₂₆≦（０．５×（ｄ₁＋ｄ₂））
   （０．４５×ｄ₂）≦Ｒ₂₈≦（０．５×（ｄ₁＋ｄ₂））
   の関係を満たす
   ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のラミネート外装電池。
5. 厚みが５ｍｍ以上であり、
   ０．６ｍｍ≦Ｒ₁₂≦１．４ｍｍ
   ０．６ｍｍ≦Ｒ₁₄≦１．４ｍｍ
   １．３ｍｍ≦Ｒ₂₆≦２．４ｍｍ
   １．３ｍｍ≦Ｒ₂₈≦２．４ｍｍ
   である
   ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のラミネート外装電池。
6. 前記第１外装部における前記第２側面と前記第４側面の各開口縁の長さ、および前記第２外装部における前記第６側面と前記第８側面の各開口縁の長さは、前記第１外装部における前記第１側面と前記第３側面の各開口縁の長さ、および前記第２外装部における前記第５側面と前記第７側面の各開口縁の長さに対して、１．５倍以上の長さである
   ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載のラミネート外装電池。
7. 前記第１外装部においては、前記第１側面および前記第２側面および前記第４側面の各
   開口側一辺を共有する第１フランジ面が、前記第１主面に沿った方向の外向きに設けられており、
   前記第２外装部においては、前記第５側面および前記第６側面および前記第８側面の各開口側一辺を共有する第２フランジ面が、前記第２主面に沿った方向の外向きに設けられており、
   前記第１フランジ面と前記第２フランジ面とは、前記外装体における前記外縁部として形成されており、互いに当接しているとともに、熱溶着により接合されており、
   前記第１外装部における前記第３側面と、前記第２外装部における前記第７側面とは、開口側の一辺を共有して連続している
   ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載のラミネート外装電池。
8. 前記外装体は、一枚の金属ラミネートシートを、プレス加工および曲折加工を施すことにより形成されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載のラミネート外装電池。

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