JP6626557B1 - 電気化学セル - Google Patents
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Abstract
Description
このような電気化学セルにおいては、電池容量並びに充電電流および放電電流を大きくする観点から、電気化学セル内で対向している電極同士の面積を大きくすることが必要である。電気化学セルの構造としては、一対の帯状の電極を帯状のセパレータを介して対向させてケースに収め、電解液を電極及びセパレータに含浸させた構造が知られている。例えば、帯状の電極および帯状のセパレータを巻回し、筒状またはコイン状のケースに収容した構造や、扁平状に変形させた後にラミネートフィルムに収容した構造が知られている。
次いで、外端側負極本体、および外端側負極本体よりも1層内側に配置された負極本体に着目する。外端側負極本体よりも1層内側に配置された負極本体には、外端側負極本体の避け部によって外端側負極本体が重ならない非被覆部が設けられている。第1絶縁テープは、避け部を跨って積層電極体の外周面に貼り付けられているので、外端側負極本体を外端側負極本体よりも内層の部材に固定することができる。したがって、負極体の巻き解けを防止して、電気化学セルの信頼性の低下を抑制することができる。
以上により、形状の自由度の向上、および容量の確保が図られた電気化学セルにおいて、信頼性の低下を抑制することができる。
本発明によれば、上述したように外端側負極本体に避け部を設けることで、タブを避けつつ第1絶縁テープを貼り付けて、外端側負極本体を固定することができる。したがって、負極体の巻き解けを防止できる。
図1および図2に示すように、電池1は、平面視長円形状(角丸長方形状)の電池である。電池1は、積層電極体2と、積層電極体2に含浸される電解質溶液(図示せず)と、積層電極体2が収容された外装体3と、積層電極体2に貼り付けられた第1絶縁テープ60および第2絶縁テープ70(いずれも図5参照)と、を備える。
外装体3は、積層電極体2が収容される収容部4と、収容部4の外周4aに沿って折り曲げられた封止部5と、を備える。封止部5は、例えば絞り成形によって、収容部4の外周4aに沿って折り曲げられている。
収容部4には、第1容器10と第2容器20とが重ね合されることにより密封空間が形成される。具体的には、収容部4は、第1底壁部11、第2底壁部21、および第2周壁部22により画成され、平面視で長円形状に形成されている。
図3は、実施形態の積層電極体の断面図である。図4は、実施形態の積層電極体の一部を拡大して示す断面図である。
図3および図4に示すように、積層電極体2は、シート状の負極体30、正極体40およびセパレータ50を備える。積層電極体2は、負極体30および正極体40を互い違いに積層するように折り畳まれた積層タイプの電極体である。具体的に、積層電極体2は、セパレータ50を介して負極体30と正極体40とを重ね合わせて扁平に捲回されることにより形成されている。負極体30は、上述した銅プレート15に接続している。正極体40は、上述したアルミニウムプレート26に接続している。
図5に示すように、積層電極体2は、外装体3の収容部4内に高密度で配置されるように、収容部4内の密封空間の形状に対応する形状に形成されている(図2参照)。すなわち、積層電極体2は、積層方向から見て、長円形状(角丸長方形状)に形成されている。なお、積層電極体2を積層方向から見た形状を基本形状と定義する。
図6は、実施形態の負極体および正極体を示す平面図である。
図6に示すように、負極体30は、一列に並んで配置された複数(図示の例では8個)の負極本体31と、隣り合う一対の負極本体31を接続する少なくとも1つ(図示の例では7個)の負極接続部32と、負極本体31から延出する負極タブ35と、を備える。を有する。負極本体31は、積層電極体2において積層方向の垂直面に沿って平坦に延びる部分である(図3および図5参照)。負極接続部32は、複数の負極本体31が互いに重なるように、積層電極体2の側部において折り返される部分である(図3および図5参照)。負極タブ35は、上述した銅プレート15に接続される部分である。負極本体31および負極接続部32それぞれの全体の表面には、負極活物質が配置されている。負極タブ35の先端部の表面には、負極集電箔が露出している。
正極体40は、一列に並んで配置された複数(図示の例では8個)の正極本体41と、隣り合う一対の正極本体41を接続する少なくとも1つ(図示の例では7個)の正極接続部42と、正極本体41から延出する正極タブ45と、を有する。正極本体41は、積層電極体2において積層方向の垂直面に沿って平坦に延びる部分である(図3参照)。正極接続部42は、複数の正極本体41が負極本体31に重なるように、積層電極体2の側部において折り返される部分である(図3参照)。正極タブ45は、上述したアルミニウムプレート26に接続される部分である。正極本体41および正極接続部42それぞれの全体の表面には、正極活物質が配置されている。正極タブ45の先端部の表面には、正極集電箔が露出している。
図7は、実施形態の負極体および正極体の捲回方法を示す図である。
図7に示すように、最初に、負極体30の第1負極本体31Aと正極体40の第1正極本体41Aとを互いに重ねる。この際、第1負極本体31A、および第1正極本体41Aは、それぞれの長軸A1,A2(図6参照)が互いに重なるとともに、長軸A1の中心点と長軸A2の中心点とが重なるように配置される。また、負極体30および正極体40は、第1負極本体31Aおよび第1正極本体41Aから互いに反対方向に延びるように配置される。以下、第1負極本体31Aと第1正極本体41Aとが重ねられた部分を基準重ね合わせ部と称する。
図8に示すように、積層方向から見て第8正極本体41Hは、第7負極本体31Gに重なるように配置されている。第8正極本体41Hの外形は第7負極本体31Gの外形よりも小さい。これにより、第7負極本体31G、および第8正極本体41Hよりも内層のセパレータ50のうち少なくともいずれか一方は、第8正極本体41Hの周囲で捲回中心とは反対側に露出している。本実施形態では、第7負極本体31Gの外周面に沿って延びるセパレータ50が第8正極本体41Hの周囲で露出している。
図5に示すように、第1絶縁テープ60は、積層電極体2の外周面のうち、積層方向で捲回中心に対して第8負極本体31Hが配置される側の面に貼り付けられている。例えば、第1絶縁テープ60は、ポリイミドテープである。第1絶縁テープ60は、第8負極本体31Hの避け部36を跨って積層電極体2の外周面に貼り付けられている。具体的に、第1絶縁テープ60は、第8負極本体31Hと、避け部36から露出するセパレータ50と、の両方にわたって貼り付けられている。さらに、第1絶縁テープ60は、第8負極本体31Hの外周面に沿って配置されたセパレータ50にも貼り付けられている。第1絶縁テープ60は、積層方向から見て第8負極本体31Hの長軸A1から負極タブ35側の領域に貼り付けられている。第1絶縁テープ60は、帯状の状態で第8負極本体31Hの長軸A1に沿って貼り付けられた後、積層方向から見て積層電極体2の外形に沿って余分な部分が切り落とされている。
次いで、第8負極本体31H、および第8負極本体31Hよりも1層内側に配置された第6負極本体31Fに着目する。第6負極本体31Fには、第8負極本体31Hの避け部36によって第8負極本体31Hが重ならない非被覆部31aが設けられている。第1絶縁テープ60は、避け部36を跨って積層電極体2の外周面に貼り付けられているので、第8負極本体31Hを第8負極本体31Hよりも内層の部材(第6負極本体31Fまたはセパレータ50)に固定することができる。したがって、負極体30の巻き解けを防止することができる。
以上により、形状の自由度の向上、および容量の確保が図られた電池1において、信頼性の低下を抑制することができる。
ここで、リチウムイオン電池においては、仮に正極本体が対向する部分に負極体の端縁が存在すると、電池の充電時において正極体から移動してきたリチウムイオンがエッジ効果によって負極体の端縁に集中して針状に析出する可能性がある。このように、リチウムイオンがリチウム金属として析出すると、セパレータを突き抜けて、負極体と正極体とを短絡させる可能性がある。
本実施形態によれば、第7正極本体41Gが対向する部分に第8負極本体31Hの外縁が存在することを回避できる。したがって、負極体30と正極体40との短絡が抑制され、電池1の信頼性を向上させることができる。
ここで、仮に第8負極本体31Hから第1負極本体31Aとは反対側に負極タブが延びていない場合には、第8負極本体31Hにおける展開状態で第1負極本体31Aとは反対側を向く外縁を跨ぐように絶縁テープを貼り付けることで、第8負極本体31Hを第8負極本体31Hよりも内層の部材に固定することができる。
本発明によれば、上述したように第8負極本体31Hに避け部36を設けることで、負極タブ35を避けつつ第1絶縁テープ60を貼り付けて、第8負極本体31Hを固定することができる。したがって、負極体30の巻き解けを防止できる。
ここで、展開状態で隣り合う一対の負極本体31に着目する。一対の負極本体31の捲回状態における間隔は、一対の負極本体31が外周側に位置する負極本体31の対であるほど、一対の負極本体31の間に配置される負極本体31等の層数が増える分、大きくなる。本実施形態によれば、負極接続部32の負極連結方向の寸法が第1負極本体31Aから離れるに従い大きくなることで、一対の負極本体31の間隔を確保でき、一対の負極本体31の捲回状態における互いの位置ずれを抑制できる。よって、積層方向から見て、複数の負極本体31の位置ずれが抑制され、負極体30を所望の扁平形状に捲回できる。したがって、電池1の形状の自由度の向上、および容量の確保を図ることができる。
例えば、上記実施形態では、電気化学セルの一例として、二次電池を例に挙げて説明したが、これに限らず、電気二重層キャパシタおよび一次電池等に上述した構成を適用してもよい。また、電池としてリチウムイオン二次電池を例に挙げて説明したが、これに限らず、金属リチウム二次電池等のリチウムイオン二次電池以外の二次電池であってもよい。
なお、電気二重層キャパシタに上述した構成を適用する場合、電気二重層キャパシタは機能上正負の区別がない一対の電極を備えるが、一方の電極を上記負極体と同様に構成し、他方の電極を上記正極体と同様に構成すればよい。
Claims (7)
- セパレータを介して互いに重ね合わされて扁平に捲回された負極体および正極体を有する積層電極体と、
前記積層電極体に貼り付けられた第1絶縁テープと、
を備え、
前記負極体は、
展開状態で第1方向に並んで配置された複数の負極本体と、
展開状態で隣り合う一対の前記負極本体を接続し、前記一対の負極本体が互いに重なり合うように折り返された少なくとも1つの負極接続部と、
を有し、
前記複数の負極本体は、最外周に配置される外端側負極本体、および最内周に配置される内端側負極本体を有し、
前記複数の負極本体のうち前記外端側負極本体を除く前記負極本体の前記第1方向の寸法は、前記外端側負極本体から離れるに従い小さくなり、
前記外端側負極本体には、前記外端側負極本体よりも1層内側に配置された前記負極本体に前記外端側負極本体が重ならない非被覆部を設ける避け部が形成され、
前記第1絶縁テープは、前記避け部を跨って前記積層電極体の外周面に貼り付けられている、
ことを特徴とする電気化学セル。 - 前記外端側負極本体の外形は、前記外端側負極本体よりも1層内側に配置された前記負極本体の外形よりも小さい、
ことを特徴とする請求項1に記載の電気化学セル。 - 前記正極体は、
展開状態で第2方向に並んで配置された複数の正極本体と、
展開状態で隣り合う一対の前記正極本体を接続し、前記一対の正極本体が前記負極本体に重なるように折り返された少なくとも1つの正極接続部と、
を有し、
前記複数の正極本体のうち前記外端側負極本体に前記セパレータを介して対向する前記正極本体の外形は、前記外端側負極本体の外形よりも小さい、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電気化学セル。 - 前記正極体は、正極活物質としてリチウム化合物を含む、
ことを特徴とする請求項3に記載の電気化学セル。 - 前記積層電極体に貼り付けられた第2絶縁テープをさらに備え、
前記正極体は、
展開状態で第2方向に並んで配置された複数の正極本体と、
展開状態で隣り合う一対の前記正極本体を接続し、前記一対の正極本体が前記負極本体に重なるように折り返された少なくとも1つの正極接続部と、
を有し、
前記複数の正極本体は、最外周に配置される外端側正極本体を有し、
前記外端側正極本体の外形は、前記外端側正極本体に前記セパレータを介して対向する前記負極本体の外形よりも小さく、
前記第2絶縁テープは、前記外端側正極本体の外縁を跨って前記積層電極体の外周面に貼り付けられている、
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電気化学セル。 - 前記負極体は、展開状態で前記外端側負極本体から前記内端側負極本体とは反対側に延出するタブを備え、
前記複数の負極本体は、前記第1方向に直交する方向を向く外縁を備え、
前記外端側負極本体の前記外縁は、前記外端側負極本体よりも1層内側に配置された前記負極本体の前記外縁よりも、前記複数の負極本体の重なる方向から見て内側に配置されている、
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電気化学セル。 - 前記少なくとも1つの負極接続部は、前記内端側負極本体に接続する内端側負極接続部を備え、
前記少なくとも1つの負極接続部それぞれの前記第1方向の寸法は、前記内端側負極接続部から離れるに従い大きくなる、
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電気化学セル。
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