JP6681720B2 - 電気化学セルおよび電気化学セルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気化学セルおよび電気化学セルの製造方法に関するものである。

非水電解質二次電池、電気二重層キャパシタなどの電気化学セルとして、小形円筒形（例えばボタン形やコイン形等）に形成されたものがある。小形円筒形の電気化学セルは、各種デバイスの電源などに利用されている。小形円筒形の電気化学セルの１つの形態として、例えば下記特許文献１のような電池が提案されている。

特許文献１には、負極端子を兼ねる金属製の負極ケースと、正極端子を兼ねる金属製の正極ケースと、が絶縁ガスケットを介して嵌合された構成が開示されている。具体的に、特許文献１において、正極ケースは、カシメ加工によって絶縁ガスケットを介して負極ケースに嵌合されている。正極ケース及び負極ケースで画成された内側空間には、電極体が非水電解質とともに内包されている。

特開２００２−２９８８０３号公報

しかしながら、カシメ加工により各ケース間を封止する場合には、機械的に気密性を高めるために、カシメ荷重に耐えうる強度を負極ケースおよび正極ケースに持たせる必要が生じる。このため、負極ケースおよび正極ケースの厚さが増大し、電極体を収容する有効体積が減少して、外装体の外形寸法に対する電気化学セルのエネルギー密度が小さくなる。したがって、従来の電気化学セルにあっては、エネルギー密度を向上させるという点で改善の余地がある。

そこで本発明は、エネルギー密度の高い小形円筒形の電気化学セルおよび電気化学セルの製造方法を提供するものである。

本発明の電気化学セルは、正極体および負極体を含む電極体と、金属材料および樹脂材料を含むラミネートフィルムからなる第１部材および第２部材が前記電極体を間に挟んだ状態で重ね合わされるとともに、前記電極体の周囲で溶着され、前記電極体を気密封止する外装体と、前記電極体から延出し、前記外装体の内部から外部へ引き出された電極端子と、を備え、前記外装体は、前記電極体が収容された円筒状の収容部と、前記収容部の周囲に設けられた周縁部と、を備え、前記周縁部は、前記第１部材と前記第２部材との間に前記電極端子を保持する端子保持部を備え、前記周縁部のうち前記端子保持部以外の部分の外周縁から前記収容部の外周縁までの距離は、前記端子保持部の外周縁から前記収容部の外周縁までの距離よりも小さく、前記周縁部は、前記収容部の周囲で全周に亘って同一方向に折曲され、前記収容部の外周面上で前記収容部の軸方向に沿って延在している、ことを特徴とする。

本発明によれば、外装体の内部が第１部材および第２部材を溶着することにより気密封止されているので、外装体の内部がカシメ加工により封止される構成と比較して、第１部材および第２部材を薄くすることができる。これにより、外装体の内部の体積を大きく確保でき、電気化学セルのエネルギー密度を向上させることができる。
さらに、周縁部のうち端子保持部以外の部分の外周縁から収容部の外周縁までの距離が、端子保持部の外周縁から収容部の外周縁までの距離よりも小さいので、端子保持部における外装体の外部から内部へ至る経路の距離を大きく確保しつつ、周縁部のうち端子保持部以外の部分の幅を十分に小さくすることができる。これにより、端子保持部での気密性を低下させることなく、第１部材および第２部材の重ね合わせ方向から見た外装体の外形を小さくすることができる。したがって、エネルギー密度の高い小形円筒形の電気化学セルが得られる。

上記の電気化学セルにおいて、前記収容部は、前記第１部材に形成された有底筒状の第１ケースと、前記第２部材に形成され、前記第１ケースの開口部に向けて開口するとともに、前記第１ケースの開口部を閉塞する第２ケースと、により形成されている、ことが望ましい。

一般に、ラミネートフィルムに絞り加工を行って有底筒状のケースを形成する場合、ラミネートフィルムの強度の低下を抑制するために、ケースの深さを制限する必要がある。
本発明によれば、第１部材に形成された第１ケースと、第２部材に形成された第２ケースと、により収容部が形成されているので、第１部材および第２部材のうちいずれか一方に形成された有底筒状のケースにより収容部が形成されている構成と比較して、外装体の強度を維持しつつ、収容部をより大きく形成することができる。したがって、信頼性の高い大容量の小形円筒形の電気化学セルが得られる。

上記の電気化学セルにおいて、前記収容部は、前記第１部材および前記第２部材のうちいずれか一方の部材に形成された有底筒状の一方側ケースと、他方の部材に形成され、前記一方側ケースの開口部を閉塞する平板部と、により形成されている、ことが望ましい。

本発明によれば、収容部が、第１部材および第２部材のうちいずれか一方の部材に形成されたケースと、他方の部材に形成され、ケースの開口部を閉塞する平板部と、により形成されているので、ラミネートフィルムに対する絞り加工の工数を削減でき、低コストな電気化学セルとすることができる。また、収容部が小型に形成されるので、小型な電極体を備える電気化学セルに好適である。

上記の電気化学セルにおいて、前記周縁部は、前記収容部の外面上で前記第１部材および前記第２部材の重ね合わせ方向に沿って延在している、ことが望ましい。

本発明によれば、第１部材および第２部材の重ね合わせ方向から見て、収容部からの周縁部の突出量を抑制できるので、第１部材および第２部材の重ね合わせ方向から見た外装体の外形を小さくすることが可能となる。したがって、電気化学セルのエネルギー密度を向上させることができる。

上記の電気化学セルにおいて、前記端子保持部および前記電極端子は、前記第１部材および前記第２部材の重ね合わせ方向から見て前記収容部と重なる位置に配置されている、ことが望ましい。

本発明によれば、第１部材および第２部材の重ね合わせ方向に直交する方向から見て、収容部からの端子保持部および電極端子の突出量を抑制できるので、第１部材および第２部材の重ね合わせ方向に直交する方向から見た外装体の外形を小さくすることが可能となる。したがって、電気化学セルのエネルギー密度を向上させることができる。

上記の電気化学セルにおいて、前記外装体を収容するとともに、少なくとも内面が絶縁材料により形成されたケース体を備える、ことが望ましい。

本発明によれば、第１部材および第２部材の端面において露出するラミネートフィルムの金属層、および電極端子をケース体により覆うことができる。しかも、ケース体の内面は絶縁材料により形成されているので、ラミネートフィルムの金属層や電極端子の短絡を容易に防止できる。したがって、電気化学セルの信頼性を向上させることができる。

本発明の電気化学セルの製造方法は、上記の電気化学セルの製造方法であって、前記電極体を間に挟んで重ね合わされた前記第１部材を形成する第１フィルム、および前記第２部材を形成する第２フィルムを、前記電極体の周囲において全周に亘って溶着し、前記収容部および前記収容部の周囲を取り囲む溶着部を形成するシール工程と、前記溶着部を切断して前記周縁部を形成する切断工程と、を備え、前記切断工程では、前記周縁部のうち前記端子保持部以外の部分となる部分の外周縁から前記収容部の外周縁までの距離が、前記端子保持部となる部分の外周縁から前記収容部の外周縁までの距離よりも小さくなるように、前記溶着部を切断する、ことを特徴とする。

本発明によれば、シール工程において溶着部を形成した後、切断工程において溶着部を切断して周縁部を形成するので、第１フィルムおよび第２フィルムの切断後に溶着を行って収容部および周縁部を形成する方法と比較して、第１フィルムと第２フィルムとが溶着される部分の面積を大きく確保できる。これにより、外装体の内部の気密性を保ちつつ、第１フィルムと第２フィルムとを容易に溶着することができる。したがって、エネルギー密度の高い小形円筒形の電気化学セルを容易に製造できる。

上記の電気化学セルの製造方法において、前記切断工程の後、加熱手段を用いて、前記周縁部を加熱しつつ、前記収容部の外面に沿うように折り曲げる折曲工程を備え、前記折曲工程では、前記加熱手段に設けられた孔部に前記外装体を通過させることで、前記周縁部を前記収容部の前記外面と前記孔部の内面との間に挟み込んで折り曲げる、ことが望ましい。

本発明によれば、加熱手段の孔部に外装体を通過させるだけで、容易に周縁部の全周を収容部の外面に沿うように一括で折り曲げて配置することができる。これにより、収容部からの周縁部の突出量を抑制できるので、第１部材および第２部材の重ね合わせ方向から見た外装体の外形を小さくすることが可能となる。したがって、エネルギー密度の高い小形円筒形の電気化学セルを容易に製造できる。

本発明によれば、外装体の内部が第１部材および第２部材を溶着することにより気密封止されているので、外装体の内部がカシメ加工により封止される構成と比較して、第１部材および第２部材を薄くすることができる。これにより、外装体の内部の体積を大きく確保でき、電気化学セルのエネルギー密度を向上させることができる。
さらに、周縁部のうち端子保持部以外の部分の外周縁から収容部の外周縁までの距離が、端子保持部の外周縁から収容部の外周縁までの距離よりも小さいので、端子保持部における外装体の外部から内部へ至る経路の距離を大きく確保しつつ、周縁部のうち端子保持部以外の部分の幅を十分に小さくすることができる。これにより、端子保持部での気密性を低下させることなく、第１部材および第２部材の重ね合わせ方向から見た外装体の外形を小さくすることができる。したがって、エネルギー密度の高い小形円筒形の電気化学セルが得られる。

第１実施形態に係る電池の側面図である。 第１実施形態に係る電池の平面図である。 第１実施形態に係る電極体および電極端子の斜視図である。 第１実施形態に係る電池の製造方法を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る電池の製造方法を示す工程図である。 第１実施形態に係る電池の製造方法を示す工程図である。 第１実施形態に係る電池の製造方法を示す工程図である。 第１実施形態に係る電池の製造方法を示す工程図である。 第１実施形態に係る電池の製造方法を示す工程図である。 第１実施形態に係る電池の製造方法を示す工程図である。 第１実施形態に係る電池の製造方法を示す工程図である。 第１実施形態の第１変形例に係る電池の側面図である。 第１実施形態の第１変形例に係る電池の製造方法の説明図である。 第１実施形態の第２変形例に係る電池の平面図である。 第１実施形態の第２変形例に係る電池の斜視図である。 第２実施形態に係る電池の側面図である。 第２実施形態に係る電池の平面図である。 第２実施形態に係る電極体および電極端子の斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、小形円筒形の電気化学セルとして、非水電解質二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池（以下、単に「電池」という。）を例に挙げて説明する。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
最初に、第１実施形態の電池１について説明する。
図１は、第１実施形態に係る電池の側面図である。図２は、第１実施形態に係る電池の平面図である。図３は、第１実施形態に係る電極体および電極端子の斜視図である。
図１から図３に示すように、電池１は、いわゆる小形円筒形の電池である。電池１は、正極体１１および負極体１２を含む電極体１０と、電極体１０が収容された外装体２０と、電極体１０から延出する電極端子（正極端子１３および負極端子１４）と、を主に備えている。

図３に示すように、電極体１０は、円柱状に形成されている。具体的に、電極体１０は、帯状の正極体１１および負極体１２が、図示しないセパレータを介して積層された状態で、捲回軸Ｐ周りに捲回された構造を有している。電極体１０の最外周には、正極体１１、負極体１２およびセパレータのうちいずれが配置されていてもよい。なお、以下では、捲回軸Ｐに沿う方向を軸方向といい、捲回軸Ｐ回りに周回する方向を周方向といい、捲回軸Ｐに直交する方向を径方向という。

正極端子１３および負極端子１４（以下、「各電極端子１３，１４」という。）は、外装体２０の内部から外部へ引き出された帯状に形成されている。正極端子１３は、正極体１１の正極集電体と一体形成され、正極体１１に導通している。負極端子１４は、負極体１２の負極集電体と一体形成され、負極体１２に導通している。各電極端子１３，１４は、正極体１１および負極体１２の外周部のうち捲回軸Ｐを間に挟んで径方向で対向する位置から互いに離間する向きに突出している。各電極端子１３，１４は、電極体１０から軸方向一方側にそれぞれ突出した後、軸方向他方側に折り返されて電極体１０の外周面に沿って延び、さらに径方向外側に折り曲げられて径方向外側に向かって延びている。各電極端子１３，１４の先端部は、外装体２０の外部に突出している（図１および図２参照）。

図１および図２に示すように、外装体２０は、第１シート２１（第１部材）および第２シート２２（第２部材）が電極体１０を間に挟んだ状態で軸方向に重ね合わされることで形成されている。外装体２０は、電極体１０の周囲で熱溶着され、電極体１０を気密封止している。外装体２０は、内部に電極体１０が収容された円筒状の収容部２３と、収容部２３の周囲に設けられ、第１シート２１と第２シート２２とが重なり合った周縁部２４と、を備えている。

第１シート２１および第２シート２２は、金属箔と、重ね合わせ面（内側面）に設けられた樹脂製の融着層と、外側面に設けられた樹脂製の保護層と、を有するラミネートフィルムにより形成されている。金属箔は、例えばステンレスやアルミニウムなどの外気や水蒸気を遮断する金属材料を用いて形成され、金属箔と融着層との間に予め防錆処理を施すことができる。重ね合わせ面の融着層は、例えば、ポリオレフィンのポリエチレンやポリプロピレン等の熱可塑性樹脂を用いて形成されている。ポリオレフィンとしては、例えば、高圧法低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）や低圧法高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、インフレーションポリプロピレン（ＩＰＰ）フィルム、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）フィルム、二軸延伸ポリプロピレン（ＯＰＰ）フィルム、直鎖状短鎖分岐ポリエチレン（Ｌ−ＬＤＰＥ、メタロセン触媒仕様）のいずれかの材質を用いることができ、特にポロプロピレン樹脂が好ましい。外側面の保護層は、例えば、上述のポリオレフィンや、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ナイロン等を用いて形成されている。重ね合わせ面の融着層および外側面の保護層は、それぞれ金属箔との間に接合層を介して、熱融着または接着剤により接合される。

第１シート２１には、有底円筒状に形成された第１ケース２５と、第１ケース２５の開口縁からその径方向外側に向かって張り出す第１フランジ部２６と、が形成されている。第１シート２１は、第１ケース２５の内面に上述したラミネートフィルムの融着層が位置するように形成されている。第１ケース２５の内径は、電極体１０の外径よりも大きくなっている。

第２シート２２には、有底円筒状に形成され、第１ケース２５に向けて開口する第２ケース２７と、第２ケース２７の開口縁からその径方向外側に向かって張り出す第２フランジ部２８と、が形成されている。第２シート２２は、第２ケース２７の内面に上述したラミネートフィルムの融着層が位置するように形成されている。第２ケース２７は、第１シート２１の第１ケース２５と同軸に配置されている。第２ケース２７は、第１ケース２５よりも浅く形成されている。第２ケース２７の内径は、第１ケース２５の内径と同等になっている。第２フランジ部２８の外形は、第１フランジ部２６の外形と略一致している。第２シート２２は、第２フランジ部２８を第１フランジ部２６に重ね合わせるようにして、第１シート２１に熱溶着されている。なお、第２ケース２７は、第１ケース２５と同じ深さに形成されていてもよいし、第１ケース２５よりも深く形成されていてもよい。

収容部２３は、第１ケース２５および第２ケース２７により形成されている。収容部２３の内部には、電極体１０が捲回軸Ｐ（図３参照）を収容部２３の中心軸と略一致させた状態で配置されている。

周縁部２４は、第１フランジ部２６および第２フランジ部２８を重ね合わせて形成されている。周縁部２４は、収容部２３のうち第１ケース２５および第２ケース２７の開口縁を径方向の外側から全周に亘って取り囲んでいる。周縁部２４は、収容部２３から径方向に沿って突出するとともに周方向に沿って延びている。周縁部２４は、第１シート２１と第２シート２２との間に各電極端子１３，１４を各別に保持する一対の端子保持部３１Ａ，３１Ｂと、周方向における一対の端子保持部３１Ａ，３１Ｂ間に設けられ、端子保持部３１Ａ，３１Ｂよりも幅の狭い幅狭部３２と、を備えている。

各端子保持部３１Ａ，３１Ｂは、同一形状に形成され、収容部２３を挟んで径方向に対向する位置にそれぞれ設けられている。端子保持部３１Ａ，３１Ｂは、軸方向から見て、収容部２３から離間する方向に突出する矩形状に形成されている。端子保持部３１Ａには、第１シート２１および第２シート２２により正極端子１３が挟み込まれている。端子保持部３１Ａは、正極端子１３よりも周方向に大きく形成され、周方向における中央部に正極端子１３を挟み込んでいる。端子保持部３１Ｂには、第１シート２１および第２シート２２により負極端子１４が挟み込まれている。端子保持部３１Ｂは、負極端子１４よりも周方向に大きく形成され、周方向における中央部に負極端子１４を挟み込んでいる。したがって、各電極端子１３，１４における周方向の両端部は、端子保持部３１Ａ，３１Ｂによってそれぞれ被覆されている。

幅狭部３２は、周縁部２４のうち上述した端子保持部３１Ａ，３１Ｂ以外の部分である。すなわち、幅狭部３２は、端子保持部３１Ａにおける周方向一方端部、および端子保持部３１Ｂにおける周方向他方端部同士を周方向で接続するとともに、端子保持部３１Ａにおける周方向他方端部、および端子保持部３１Ｂにおける周方向一方端部同士を周方向で接続している。幅狭部３２の外周縁は、捲回軸Ｐを中心とする円弧状に形成されている。幅狭部３２の外周縁から収容部２３の外周縁までの距離Ｄ１は、各端子保持部３１Ａ，３１Ｂの外周縁から収容部２３の外周縁までの距離Ｄ２よりも小さくなっている。

収容部２３の内部は、周縁部２４において重ね合わされた第１フランジ部２６および第２フランジ部２８が、各電極端子１３，１４および後述するシーラントフィルム４０を挟んで溶着された状態で気密封止されている。第１シート２１と第２シート２２との溶着方法としては、超音波溶着や、ヒーター等を用いた溶着等の熱溶着を適用でき、必要に応じて組み合わせて適用することもできる。

第１フランジ部２６および第２フランジ部２８と各電極端子１３，１４との間には、各電極端子１３，１４を被覆するシーラントフィルム４０がそれぞれ介在している。シーラントフィルム４０は、例えばポリオレフィンやポリエチレン、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂からなるフィルム材である。シーラントフィルム４０は、一対の前記フィルム材によって、各電極端子１３，１４をそれぞれ軸方向の両側から挟み込んでいる。各シーラントフィルム４０は、それぞれ端子保持部３１Ａまたは端子保持部３１Ｂから周方向両側の幅狭部３２に亘って配置されている。また、シーラントフィルム４０における径方向の外側端部は、周縁部２４よりも径方向の外側にはみ出し、各電極端子１３，１４のうち外装体２０から引き出された部分の基端部を覆っている。シーラントフィルム４０は、第１シート２１および第２シート２２に溶着されて固定されている。

以下、本実施形態の電池１の製造方法について説明する。なお、以下の説明における電池１の各構成部品の符号については、図１および図２を参照されたい。
図４は、第１実施形態に係る電池の製造方法を示すフローチャートである。図５から図１１は、第１実施形態に係る電池の製造方法を示す工程図である。なお、図５から図１１では、わかりやすくするため後述する第１フィルム５１および第２フィルム５２が溶着された領域にハッチングを付している。
図４に示すように、電池１の製造方法は、電極体配置工程Ｓ１０と、第１シール工程Ｓ２０と、電解液注入工程Ｓ３０と、第２シール工程Ｓ４０と、化成処理工程Ｓ５０と、脱気工程Ｓ６０と、第３シール工程Ｓ７０（シール工程）と、切断工程Ｓ８０と、を有する。

最初に、電極体配置工程Ｓ１０を行う。図５および図６に示すように、電極体配置工程Ｓ１０では、第１シート２１を形成する第１フィルム５１と、第２シート２２を形成する第２フィルム５２と、の間に電極体１０を配置する。

具体的に、電極体配置工程Ｓ１０は、以下の手順で行う。最初に、第１ケース２５が形成された長方形状の第１フィルム５１と、第２ケース２７が形成された長方形状の第２フィルム５２と、を準備する。各フィルム５１，５２は、ラミネートフィルムにより、平面視で同一形状に形成されている。第１ケース２５および第２ケース２７は、各フィルム５１，５２に対して絞り加工を行うことで形成される。本実施形態では、第１ケース２５および第２ケース２７は、各フィルム５１，５２の長手方向における一方側に寄った位置に形成されている。

次に、図５に示すように、第１ケース２５内に電極体１０を配置する。このとき、電極体１０は、電極体１０に接続された各電極端子１３，１４が第１フィルム５１の長辺に対して直角に交差するように配置される。なお、各電極端子１３，１４のうち先端部以外の部分の両面には、矩形状のシーラントフィルム４０が溶着等により密着して貼り合された状態となっている。シーラントフィルム４０は、平面視で第１フィルム５１よりも外側から各電極端子１３，１４と電極体１０との接続部に亘って、かつ各電極端子１３，１４よりも幅広に配置されている。

次に、図６に示すように、第２フィルム５２を第１フィルム５１上に重ね合わせて、第１ケース２５と第２ケース２７との間に電極体１０を配置した状態とする。このとき、第１フィルム５１と第２フィルム５２とが平面視で一致するように重ね合わせる。

続いて、第１シール工程Ｓ２０を行う。第１シール工程Ｓ２０では、第１フィルム５１および第２フィルム５２の外周部を溶着し、一部が開口した袋状に形成する。
具体的に、重ね合わされた各フィルム５１，５２の外周部のうち３辺を溶着して平面視Ｕ字状の第１溶着部５４を形成する。本実施形態では、各フィルム５１，５２の外周部のうち、第１ケース２５および第２ケース２７に近接する３辺をシーラントフィルム４０とともに溶着する。各フィルム５１，５２の外周部のうち溶着されていない残り１辺には、各フィルム５１，５２および第１溶着部５４で画成された開口部５８が形成される。なお、溶着方法としては、超音波溶着や、ヒーター等を用いた溶着等の熱溶着を適用できる（以下の溶着を行う工程でも同様）。
ここで準備した各部材は、電解液を入れる前に十分乾燥する必要がある。乾燥は、加熱および減圧を適宜組み合わせることにより、効果的に行うことができる。

続いて、電解液注入工程Ｓ３０を行う。電解液注入工程Ｓ３０では、第１フィルム５１と第２フィルム５２との間に開口部５８を通じて電解液を注入する。電解液注入工程Ｓ３０は、電解液への水分の混入を防止するため、ドライルームや真空環境下で行われる。

続いて、第２シール工程Ｓ４０を行う。図７に示すように、第２シール工程Ｓ４０では、第１シール工程Ｓ２０で形成された開口部５８を閉じるように、各フィルム５１，５２の外周部のうち溶着されていない１辺を溶着して第２溶着部５５を形成する。第１溶着部５４および第２溶着部５５により、第１フィルム５１と第２フィルム５２との間が気密封止される。なお、第２シール工程Ｓ４０は、電解液注入工程Ｓ３０から引き続き、ドライルームや真空環境下で行われることが望ましい。

続いて、化成処理工程Ｓ５０を行う。化成処理工程Ｓ５０では、電極体１０に対して充電を行う。これにより、負極体１２の表面に固体電解質被膜（ＳＥＩ：Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ）が形成され、充放電時のガスの発生を抑制して電池を長寿命化することができる。

続いて、脱気工程Ｓ６０を行う。図８および図９に示すように、脱気工程Ｓ６０では、第１フィルム５１と第２フィルム５２との間を脱気して気密封止する。
具体的に、脱気工程Ｓ６０は、以下の手順で行う。最初に、図８に示すように、真空環境下で、各フィルム５１，５２の一部を、第１溶着部５４または第２溶着部５５（図７参照）よりも内側において切断し、第１フィルム５１と第２フィルム５２との間をその外部と連通させる。本実施形態では、各フィルム５１，５２の外周部のうち、第１ケース２５および第２ケース２７に最も離間した１辺（すなわち第２溶着部５５）に沿って切断する。これにより、第１フィルム５１と第２フィルム５２との間に存在していた気体を排出することができる。
また、各フィルム５１，５２の一部を、第１溶着部５４または第２溶着部５５（図７参照）よりも内側においてに穴を開けることでも脱気は可能である。

次に、図９に示すように、各フィルム５１，５２の切断された部分を、同様に真空環境下で、溶着して第３溶着部５６を形成し、第１フィルム５１と第２フィルム５２との間を再び気密封止する。これにより、第１フィルム５１と第２フィルム５２との間の脱気が完了する。

続いて、第３シール工程Ｓ７０を行う。図１０に示すように、第３シール工程Ｓ７０では、各フィルム５１，５２を電極体１０の周囲、すなわち第１ケース２５および第２ケース２７の周囲において全周に亘って溶着して、収容部２３、および収容部２３の周囲を取り囲む第４溶着部５７（溶着部）を形成する。第４溶着部５７の幅は、後に形成される周縁部２４の幅狭部３２の幅Ｄ１（図２参照）よりも広くなっている。第４溶着部５７は、シーラントフィルム４０のうち第１溶着部５４に覆われた部分よりも径方向内側の部分を覆っている。

続いて、切断工程Ｓ８０を行う。図１１に示すように、切断工程Ｓ８０では、第１溶着部５４および第４溶着部５７を切断線Ｌに沿って切断して、周縁部２４を形成する。
具体的に、切断工程Ｓ８０では、幅狭部３２となる部分の外周縁から収容部２３の外周縁までの距離Ｄ１が、端子保持部３１Ａ，３１Ｂとなる部分の外周縁から収容部２３の外周縁までの距離Ｄ２よりも小さくなるように、第１溶着部５４および第４溶着部５７を切断する。これにより、外装体２０が形成される。また、切断工程Ｓ８０では、外装体２０よりも外側に位置するシーラントフィルム４０を、外装体２０および各電極端子１３，１４の外形に倣って切断する。
以上により、電池１の製造が完了する。

なお、本実施形態の製造方法では、脱気工程Ｓ６０は、真空環境下で行われているが、ドライルームで行ってもよい。
また、第３シール工程Ｓ７０以降において、電極体１０に対して充放電を行い、電池の容量選別を行ってもよい。
また、本実施形態の製造方法では、１枚ずつの各フィルム５１，５２により１個の電池１を製造しているが、これに限定されず、１枚ずつの第１フィルムおよび第２フィルムにより複数の電池１を同時に製造してもよい。この場合には、電池１を各別に個片化する前に、上述した容量選別を行うことで、容量選別を行う検査装置等にまとめてセットすることができるので、製造効率を向上させることができる。

また、本実施形態の製造方法では、第１フィルム５１および第２フィルム５２が別体で形成されているが、これに限定されず、１枚のラミネートフィルムを折り曲げて第１フィルムおよび第２フィルムとしてもよい。

このように、本実施形態によれば、外装体２０の内部が第１シート２１および第２シート２２を溶着することにより気密封止されているので、外装体の内部がカシメ加工により封止される構成と比較して、第１シート２１および第２シート２２を薄くすることができる。これにより、外装体２０の内部の体積を大きく確保でき、電池１のエネルギー密度を向上させることができる。

さらに、幅狭部３２の外周縁から収容部２３の外周縁までの距離Ｄ１が、端子保持部３１Ａ，３１Ｂの外周縁から収容部２３の外周縁までの距離Ｄ２よりも小さいので、端子保持部３１Ａ，３１Ｂにおける外装体２０の外部から内部へ至る経路の距離を大きく確保しつつ、幅狭部３２の幅を十分に小さくすることができる。これにより、端子保持部３１Ａ，３１Ｂでの気密性を低下させることなく、軸方向から見た外装体２０の外形を小さくすることができる。したがって、エネルギー密度の高い小形円筒形の電池１が得られる。

また、本実施形態では、収容部２３は、第１シート２１に形成された第１ケース２５、および第２シート２２に形成された第２ケース２７により形成されている構成とした。
一般に、ラミネートフィルムに絞り加工を行って有底筒状のケースを形成する場合、ラミネートフィルムの強度の低下を抑制するために、ケースの深さを制限する必要がある。
本実施形態によれば、第１シートおよび第２シートのうちいずれか一方に形成された有底筒状のケースにより収容部が形成されている構成と比較して、外装体２０の強度を維持しつつ、収容部２３をより大きく形成することができる。したがって、信頼性の高い大容量の小形円筒形の電池１が得られる。

また、本実施形態では、各電極端子１３，１４と第１シート２１および第２シート２２との間にシーラントフィルム４０が介在するので、シーラントフィルム４０と第１シート２１および第２シート２２とを溶着により密着させることが可能となる。これにより、各電極端子１３，１４と第１シート２１および第２シート２２との間にすき間が形成されることを防止できる。したがって、端子保持部３１Ａ，３１Ｂでの気密性を向上させることができる。
しかも、シーラントフィルム４０は、端子保持部３１Ａ，３１Ｂにそれぞれ対応して各別に配置されている。このため、シーラントフィルムが周縁部２４の全周に亘って配置されている構成と比較して、ラミネートフィルム同士（すなわち第１シート２１および第２シート２２）が直接溶着される領域を大きく確保することができる。これにより、幅狭部３２での気密性を向上させることができる。

また、本実施形態の製造方法によれば、第３シール工程Ｓ７０において第４溶着部５７を形成した後、切断工程Ｓ８０において第４溶着部５７を切断して周縁部２４を形成するので、第１フィルムおよび第２フィルムの切断後に溶着を行って収容部２３および周縁部２４を形成する方法と比較して、第１フィルム５１と第２フィルム５２とが溶着される部分の面積を大きく確保できる。これにより、外装体２０の内部の気密性を保ちつつ、第１フィルム５１と第２フィルム５２とを容易に溶着することができる。したがって、エネルギー密度の高い小形円筒形の電池１を容易に製造できる。

［第１実施形態の第１変形例］
次に、以下、第１実施形態の第１変形例の電池１０１について説明する。
図１２は、第１実施形態の第１変形例に係る電池の側面図である。
図１および図２に示す第１実施形態では、周縁部２４は、収容部２３から径方向に沿って突出するように形成されている。これに対して、図１２に示す第１実施形態の第１変形例では、周縁部２４が収容部２３の外面（本変形例では第２ケース２７の外面）上で軸方向に沿って延在している点で、第１変形例と異なっている。なお、上述した第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図１２に示すように、周縁部２４は、その基端部において全周に亘って直角に折曲されている。なお、本実施形態では、径方向から見て端子保持部３１Ａ，３１Ｂの先端部、および各電極端子１３，１４の先端部が収容部２３から軸方向に突出した形状となっている。

以下、本変形例の電池１０１の製造方法について説明する。なお、以下の説明における電池１０１の各構成部品の符号については、図１２を参照されたい。
図１３は、第１実施形態の第１変形例に係る電池の製造方法の説明図である。
電池１０１の製造方法は、上述した第１実施形態の切断工程Ｓ８０の後に、折曲工程Ｓ９０を行う。すなわち、電池１０１は、第１実施形態における電池１に対して折曲工程Ｓ９０を行うことで形成される。図１３に示すように、折曲工程Ｓ９０では、ヒーター６０（加熱手段）を用いて、周縁部２４を加熱しつつ、周縁部２４を収容部２３の外面に沿うように折り曲げる。

具体的に、折曲工程Ｓ９０は、以下の手順で行う。最初に、外装体２０を軸方向両側から、支持部材６１，６２により支持する。支持部材６１，６２は、それぞれ軸方向から見て、収容部２３と同一形状に形成されている。支持部材６１，６２のうち、電池１に接触する部分は、それぞれ収容部２３の軸方向両端面に倣った形状に形成されている。

次に、加熱されたヒーター６０に設けられた孔部６３に、外装体２０を保持した支持部材６１，６２を通過させる。孔部６３は、収容部２３の外径よりも僅かに大きい内径を有する円孔状に形成されている。孔部６３の内面における入口端部は、開口端から内側に向かうに従い漸次縮径する傾斜面となっている。この孔部６３の入口端部側から、孔部６３の中心軸と捲回軸Ｐとが一致する状態で、外装体２０を第１シート２１側から挿入する。すると、収容部２３から径方向に沿って突出する周縁部２４が、孔部６３の入口端部の開口縁に当接する。さらに外装体２０を孔部６３の入口端部側から出口端部側に向かって挿入すると、周縁部２４は、ヒーター６０により加熱されて軟化するとともに、収容部２３（第２ケース２７）の外面と孔部６３の内面との間に挟み込まれる。これにより、周縁部２４が主に孔部６３の内面に倣って軸方向に折り曲げられる。その結果、周縁部２４が収容部２３の外面上で軸方向に沿って延在する状態となる。次いで、孔部６３の出口端部から外装体２０を抜き取り、加熱されて軟化した外装体２０を冷却して硬化させる。
以上により、電池１０１の製造が完了する。

このように、本変形例によれば、周縁部２４は、収容部２３の外面上で軸方向に沿って延在しているので、軸方向から見て、収容部２３からの周縁部２４の突出量を抑制でき、軸方向から見た外装体２０の外形を小さくすることが可能となる。したがって、電池１０１のエネルギー密度を向上させることができる。

また、本変形例の製造方法では、ヒーター６０の孔部６３に外装体２０を通過させるだけで、容易に周縁部２４の全周を収容部２３の外面に沿うように一括で折り曲げて配置することができる。これにより、収容部２３からの周縁部２４の突出量を抑制できるので、外装体の軸方向から見た外形を小さくすることが可能となる。したがって、エネルギー密度の高い小形円筒形の電池１０１を容易に製造できる。

［第１実施形態の第２変形例］
次に、第１実施形態の第２変形例の電池２０１について説明する。
図１４は、第１実施形態の第２変形例に係る電池の平面図である。図１５は、第１実施形態の第２変形例に係る電池の斜視図である。なお、図１４では、わかりやすくするため後述するケース体７０の図示を省略している。

図１２に示す第１実施形態の第１変形例では、径方向から見て端子保持部３１Ａ，３１Ｂの先端部、および各電極端子１３，１４の先端部が収容部２３から軸方向に突出している。これに対して、図１４に示す第１実施形態の第２変形例では、端子保持部３１Ａ，３１Ｂおよび各電極端子１３，１４が、収容部２３の外面上で径方向に沿うように配置されている点で、第１変形例と異なっている。また、図１５に示すように、第１実施形態の第２変形例では、外装体２０を収容するケース体７０を備えている点で、第１変形例と異なっている。なお、上述した第１実施形態の第１変形例と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図１４に示すように、端子保持部３１Ａ，３１Ｂおよび各電極端子１３，１４は、軸方向から見て収容部２３と重なる位置に配置されている。具体的に、端子保持部３１Ａ，３１Ｂは、収容部２３との接続部から、第２ケース２７の外周面上を軸方向に沿って延び、第２ケース２７の外周面における第１ケース２５とは反対側の端部において、径方向内側に向かって折曲している。これにより、外装体２０の外形は、円柱状となっている。

各電極端子１３，１４は、第２ケース２７の底面に沿うように、各端子保持部３１Ａ，３１Ｂから径方向に沿って延出している。各電極端子１３，１４の先端部は、互いに接触しない位置に配置されている。なお、収容部２３の外面のうち、各電極端子１３，１４に接触する部分には、絶縁テープを貼り付けておくことが望ましい。これにより、収容部２３に各電極端子１３，１４が接触することで、収容部２３の外面に傷がつくことを防止できる。

各電極端子１３，１４の先端部には、それぞれリード線３４が接続されている。一対のリード線３４は、その先端部の芯線に配置されたはんだとともに、各電極端子１３，１４の先端部に対してそれぞれ超音波溶着されている。

図１５に示すように、外装体２０は、ケース体７０に収容されている。ケース体７０は、絶縁性を有する樹脂材料により形成されている。ケース体７０は、有底円筒状に形成されている。ケース体７０の内形は、外装体２０の外形よりも僅かに大きく形成されている。ケース体７０の周壁７１における底壁７２側の端部には、貫通孔７３が形成されている。

ケース体７０の内部には、各電極端子１３，１４（図１４参照）が底壁７２に対向する状態で、外装体２０が配置されている。ケース体７０の貫通孔７３には、一対のリード線３４が挿通されている。外装体２０とケース体７０とは、例えば各電極端子１３，１４の先端部近傍に塗布された接着剤により互いに固定されている。

このように、本変形例によれば、端子保持部３１Ａ，３１Ｂおよび各電極端子１３，１４は、軸方向から見て収容部２３と重なる位置に配置されているので、径方向から見て、収容部２３からの端子保持部３１Ａ，３１Ｂおよび各電極端子１３，１４の突出量を抑制できる。これにより、径方向から見た外装体２０の外形を小さくすることが可能となる。したがって、電池２０１のエネルギー密度を向上させることができる。

また、外装体２０を収容するケース体７０を備えるので、第１シート２１および第２シート２２の端面において露出するラミネートフィルムの金属箔（金属層）、および各電極端子１３，１４をケース体７０により覆うことができる。しかも、ケース体７０は、絶縁材料により形成されているので、ラミネートフィルムの金属箔や各電極端子１３，１４の短絡を容易に防止できる。したがって、電池２０１の信頼性を向上させることができる。
なお、本変形例では、ケース体７０は全体が絶縁性を有する樹脂材料により形成されているが、これに限らず、少なくともケース体の内面を絶縁材料により形成することで、上述した作用効果を奏することができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態の電池３０１について説明する。
図１６は、第２実施形態に係る電池の側面図である。図１７は、第２実施形態に係る電池の平面図である。図１８は、第２実施形態に係る電極体および電極端子の斜視図である。
図１および図２に示す第１実施形態では、収容部２３は、第１ケース２５および第２ケース２７により形成されている。これに対して、図１６および図１７に示す第２実施形態では、収容部３２３は、第１シート３２１に形成された第１ケース３２５（一方側ケース）、および第２シート３２２に形成された平板部３２７と、により形成されている点で、第１実施形態と異なっている。なお、上述した第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図１６および図１７に示すように、電池３０１は、電極体１０と、電極体１０が収容された外装体３２０と、電極体１０から延出する正極端子３１３および負極端子３１４と、を主に備えている。
正極端子３１３および負極端子３１４は、外装体３２０の内部から外部へ引き出された帯状に形成されている。図１８に示すように、正極端子３１３は、正極体１１の正極集電体と一体的に形成され、正極体１１に導通している。負極端子３１４は、負極体１２の負極集電体と一体的に形成され、負極体１２に導通している。各電極端子３１３，３１４は、正極体１１および負極体１２の外周部のうち捲回軸Ｐを間に挟んで径方向で対向する位置から互いに離間する向きに突出している。各電極端子３１３，３１４は、電極体１０の軸方向における一方端面から、径方向外側に向かって延びている。

図１６および図１７に示すように、外装体３２０は、第１シート３２１（第１部材）および第２シート３２２（第２部材）が電極体１０を間に挟んだ状態で軸方向に重ね合わされることで形成されている。外装体３２０は、電極体１０の周囲で熱溶着され、電極体１０を気密封止している。外装体３２０は、内部に電極体１０を収容する円筒状の収容部３２３と、収容部３２３の周囲において第１シート３２１と第２シート３２２とが重なり合った周縁部３２４と、を備えている。

第１シート３２１には、有底円筒状に形成された第１ケース３２５と、第１ケース３２５の開口縁からその径方向外側に向かって張り出す第１フランジ部３２６と、が形成されている。
第２シート３２２は、平面視で第１シート３２１と同一形状の平板状に形成されている。第２シート３２２は、その中心部に設けられ、第１ケース３２５の開口部を閉塞する平板部３２７と、平板部３２７の周囲に設けられた重ね合わせ部３２８と、を有する。平板部３２７は、平面視で第１シート３２１の第１ケース３２５と同一形状に形成されている。重ね合わせ部３２８は、第１実施形態における第２フランジ部２８と同様に形成されている。第２シート３２２は、重ね合わせ部３２８を第１フランジ部３２６に重ね合わせるようにして、第１シート３２１に熱溶着されている。

収容部３２３は、第１ケース３２５および平板部３２７により形成されている。
周縁部３２４は、第１実施形態における周縁部２４と同様に形成されている。
収容部３２３の内部は、周縁部３２４において重ね合わされた第１フランジ部３２６および重ね合わせ部３２８が、各電極端子３１３，３１４およびシーラントフィルム４０を挟んで溶着された状態で気密封止されている。

このように、本実施形態によれば、収容部３２３が、第１シート３２１に形成された第１ケース３２５、および第２シート３２２に形成され、第１ケース３２５の開口部を閉塞する平板部３２７と、により形成されているので、ラミネートフィルムに対する絞り加工の工数を削減でき、低コストな電池３０１とすることができる。また、収容部３２３が小型に形成されるので、小型な電極体を備える電池に好適である。

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態においては、小形円筒形の電気化学セルの一例として、非水電解質二次電池を例に挙げて説明したが、この場合に限定されず、電気二重層キャパシタや一次電池等に上述した構成を適用することができる。

また、上記各実施形態においては、各電極端子１３，１４は、シーラントフィルム４０を介して第１シート２１および第２シート２２に挟まれているが、これに限定されるものではない。各電極端子１３，１４は、第１シート２１および第２シート２２に直接挟まれていてもよい。各電極端子３１３，３１４についても同様である。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１，１０１，２０１，３０１…電池（電気化学セル） １０…電極体 １１…正極体 １２…負極体 １３，３１３…正極端子（電極端子） １４，３１４…負極端子（電極端子） ２０，３２０…外装体 ２１，３２１…第１シート（第１部材） ２２，３２２…第２シート（第２部材） ２３，３２３…収容部 ２４，３２４…周縁部 ２５…第１ケース ２７…第２ケース ３１Ａ，３１Ｂ…端子保持部 ５１…第１フィルム ５２…第２フィルム ５７…第４溶着部（溶着部） ６０…ヒーター（加熱手段） ６３…孔部 ７０…ケース体 ３２５…第１ケース（一方側ケース） ３２７…平板部

Claims (7)

1. 正極体および負極体を含む電極体と、
   金属材料および樹脂材料を含むラミネートフィルムからなる第１部材および第２部材が前記電極体を間に挟んだ状態で重ね合わされるとともに、前記電極体の周囲で溶着され、前記電極体を気密封止する外装体と、
   前記電極体から延出し、前記外装体の内部から外部へ引き出された電極端子と、
   を備え、
   前記外装体は、
   前記電極体が収容された円筒状の収容部と、
   前記収容部の周囲に設けられた周縁部と、
   を備え、
   前記周縁部は、前記第１部材と前記第２部材との間に前記電極端子を保持する端子保持部を備え、
   前記周縁部のうち前記端子保持部以外の部分の外周縁から前記収容部の外周縁までの距離は、前記端子保持部の外周縁から前記収容部の外周縁までの距離よりも小さく、
   前記周縁部は、前記収容部の周囲で全周に亘って同一方向に折曲され、前記収容部の外周面上で前記収容部の軸方向に沿って延在している、
   ことを特徴とする電気化学セル。
2. 前記収容部は、
   前記第１部材に形成された有底筒状の第１ケースと、
   前記第２部材に形成され、前記第１ケースの開口部に向けて開口するとともに、前記第１ケースの開口部を閉塞する第２ケースと、
   により形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
3. 前記収容部は、
   前記第１部材および前記第２部材のうちいずれか一方の部材に形成された有底筒状の一方側ケースと、
   他方の部材に形成され、前記一方側ケースの開口部を閉塞する平板部と、
   により形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
4. 前記端子保持部および前記電極端子は、前記第１部材および前記第２部材の重ね合わせ方向から見て前記収容部と重なる位置に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電気化学セル。
5. 前記外装体を収容するとともに、少なくとも内面が絶縁材料により形成されたケース体を備える、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電気化学セル。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の電気化学セルの製造方法であって、
   前記電極体を間に挟んで重ね合わされた前記第１部材を形成する第１フィルム、および前記第２部材を形成する第２フィルムを、前記電極体の周囲において全周に亘って溶着し、前記収容部および前記収容部の周囲を取り囲む溶着部を形成するシール工程と、
   前記溶着部を切断して前記周縁部を形成する切断工程と、
   を備え、
   前記切断工程では、前記周縁部のうち前記端子保持部以外の部分となる部分の外周縁から前記収容部の外周縁までの距離が、前記端子保持部となる部分の外周縁から前記収容部の外周縁までの距離よりも小さくなるように、前記溶着部を切断する、
   ことを特徴とする電気化学セルの製造方法。
7. 前記切断工程の後、加熱手段を用いて、前記周縁部を加熱しつつ、前記収容部の外面に沿うように折り曲げる折曲工程を備え、
   前記折曲工程では、前記加熱手段に設けられた孔部に前記外装体を通過させることで、前記周縁部を前記収容部の前記外面と前記孔部の内面との間に挟み込んで折り曲げる、
   ことを特徴とする請求項６に記載の電気化学セルの製造方法。

Images