JP6815716B2 - 蓄電素子 - Google Patents

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池のような非水電解質二次電池を含む蓄電素子に関する。

リチウムイオン二次電池のような非水電解質二次電池を含む蓄電素子には、いわゆる巻回型の電極体が設けられることがある。巻回型の電極体は、いずれも帯状である正極電極シート、負極電極シート、及び２枚のセパレータを重ね合わせて、一対の湾曲部が形成されるように高扁平率の楕円筒状に巻回したものである。

特許文献１に開示されているように、巻回型の電極体は、絶縁シートで被覆された状態で扁平な直方体の金属製の外装体に収容されることがあり、これにより、電極体と外装体との間での短絡防止が図られる。

一般的に、絶縁シートとしては、１枚のシートを電極体と外装体との間に配置し得るように扁平な箱状又は筒状に成形したものが用いられる。具体的に、絶縁シートを箱状に成形する場合、例えば、外装体の底部に沿って配置される部分を挟んだ両側部分を立ち上げるように折り曲げることで、一対の立ち上がり部を形成し、これらの立ち上がり部の側縁同士を接合することで、箱状の絶縁シートが形成される。また、絶縁シートを筒状に成形する場合、帯状のシートを長手方向の両端部同士が重なるように筒状に湾曲させて、重ねられた端部同士を接合することで、筒状の絶縁シートが形成される。

特許文献１に開示された電池では、巻回軸が外装体の長側面に沿って水平方向に延びるような姿勢で電極体が外装体に収容されている。これにより、電極体の端面部は、外装体の短側面に対向配置されている。絶縁シートは、外装体の長側面に沿って配置される一対の立ち上がり部を備え、各立ち上がり部の両側縁部は、外装体の短側面に沿って配置されるように折り曲げられている。外装体の短側面に沿って配置される２つのシート部分は互いに接合されており、これにより、外装体の内面に沿った形状を有する箱状の絶縁シートが形成されている。

特開２０１１−１５５００１号公報

ところで、巻回型の電極体を備えた蓄電素子には、所定寸法を有する直方体の外装体内に電極体を収めるという寸法上の制約の下、外装体内面との隙間が可及的に小さくなるように電極体を形成及び配置することで、高容量化を図ることが要求される。

しかしながら、特許文献１に開示された蓄電素子では、電極体の端面部と外装体の短側面との間に絶縁シートの接合部が介在している。該接合部では、２つのシート部分が重なることで厚みが大きくなっている。そのため、厚みの大きな接合部を電極体の端面部と外装体の短側面との間に収めるという制約によって、電極体の大型化が制限され、蓄電素子の容量を十分に増大できない。

このように、特許文献１の蓄電素子も含めて、巻回型の電極体と外装体との間に絶縁シートが介在する従来の蓄電素子では、蓄電素子の高容量化を図りつつ絶縁シートを設けることについて特段の考慮はなされていない。

そこで、本発明は、巻回型の電極体と外装体内面との間に絶縁シートが介在する蓄電素子の高容量化を図ることを課題とする。

本発明は、
湾曲部を有する電極体と、
前記湾曲部に対向する対向面部を有し、前記電極体を収容する外装体と、
２つのシート部が重なり合う厚肉部を有し、前記電極体と前記外装体の内面との間に配置される絶縁シートと、を備え、
前記厚肉部は、前記対向面部に対する前記湾曲部の最接近部から前記湾曲部の周方向にずれた位置で、前記湾曲部に対向配置されている、蓄電素子を提供する。

また、本発明は、
湾曲部を有する電極体と、
前記湾曲部に対向する対向面部を有し、前記電極体を収容する外装体と、
前記電極体と前記外装体の内面との間に配置される絶縁シートと、を備え、
前記絶縁シートにおける厚みが最も大きな厚肉部は、前記対向面部に対する前記湾曲部の最接近部から前記湾曲部の周方向にずれた位置で、前記湾曲部に対向配置されている、蓄電素子を提供する。

これらの蓄電素子によれば、電極体の湾曲部と外装体の対向面部との間の距離が最小となる隙間部分に絶縁シートの厚肉部が介在しないことにより、湾曲部と対向面部との距離が厚肉部の厚みよりも小さくなるように、対向面部に湾曲部を近づけて配置することが可能となる。また、絶縁シートの厚肉部は、電極体の湾曲部に対向配置されるため、電極体の湾曲部以外の部分を、外装体の内面に対して厚肉部を介在させることなく近づけて配置することができる。このように外装体の内面と電極体との距離の最小化が図られることで、電極体の寸法増大を図ることができ、これにより、蓄電素子の高容量化を図ることができる。

本発明に係る蓄電素子によれば、外装体と電極体との間の短絡を絶縁シートによって防止しつつ、蓄電素子の高容量化を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係る非水電解質二次電池の縦断面図。 図１の非水電解質二次電池の分解斜視図。 電極体の斜視図。 電極体の展開図。 図１の部分Ｖの拡大図。 図１の部分VIの拡大図。 電極体及び集電体の斜視図。 図１の非水電解質二次電池の一部破断部分斜視図。 図１の非水電解質二次電池の一部破断分解側面図。 電極体を含むアセンブリ体と絶縁シートの斜視図。 斜め下方から見た絶縁シートの斜視図。 絶縁シートの展開図。 図１のXIII−XIII線で破断された非水電解質二次電池の横断面図。 図１３の部分XIVの拡大図。 図１３の部分XIVを含む非水電解質二次電池の一部を示す一部破断斜視図。 絶縁シートの変形例を示す図１４と同様の拡大横断面図。 本発明の第２実施形態に係る非水電解質二次電池のアセンブリ体と絶縁シートの斜視図。 図１７の非水電解質二次電池の図１４と同様の拡大横断面図。

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「側」、「端」を含む用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。

［第１実施形態］
図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係るリチウムイオン二次電池（以下、単に「電池」という）１を示す。

［全体構成］
図１及び図２を参照すると、電池１は、外装体１０、電極体２０、絶縁シート３０、底部スペーサ４０、正極及び負極の外部端子５０Ａ，５０Ｂ、正負の集電体６０Ａ，６０Ｂ、上側パッキン７０Ａ，７０Ｂ、下側パッキン８０Ａ，８０Ｂ及び上部スペーサ９０を備える。

外装体１０は、ケース本体１１と、ケース本体１１の開口１１ａを閉じる蓋１２とを備える。本実施形態では、ケース本体１１と蓋１２は、アルミニウム又はアルミニウム合金製である。ケース本体１１は長方形板状の底壁部１１ｂと、底壁部１１ｂの長辺から立ち上がる一対の長側壁部１１ｃと、底壁部１１ｂの短辺から立ち上がる一対の短側壁部１１ｄとを備える。蓋１２は概ね長方形板状である。長側壁部１１ｃと短側壁部１１ｂの上端が、ケース本体１１の開口１１ａを画定している。電解液が充填されたケース本体１１内には、電極体２０が収容されている。電極体２０は絶縁シート３０で覆われている。電極体２０とケース本体１１の底壁部１１ｂの間に底部スペーサ４０が介在している。下側パッキン８０Ａ，８０Ｂと上部スペーサ９０も、ケース本体１１に収容されている。蓋１２には、ケース本体１１内で発生したガスを外装体１０の外側へ排出するための安全弁１３が設けられている。

図３及び図４を併せて参照すると、電極体２０は、いずれも一定幅の長尺な帯状である正極電極シート２１、負極電極シート２２及び微多孔性樹脂シートからなる２枚のセパレータ２３，２３を重ね合わせて、概ね高扁平率の長楕円状に巻回したものである。正極電極シート２１の一つの層と、それに隣接する負極電極シート２２の一つの層との間には、２枚のセパレータ２３，２３のうちのいずれか一方が介在している。セパレータ２３は、正極電極シート２１及び負極電極シート２２よりも長尺である。これにより、電極体２０の最外層はセパレータ２３で構成されている（図１４参照）。

正極電極シート２１、負極電極シート２２及び２枚のセパレータ２３，２３の巻回の軸線（巻回軸）は、図３において符号Ａで概念的に示されている。電極体２０は、巻回軸Ａが概ね、ケース本体１１の底壁部１１ｂと開口１１ａが対向する方向（図１において上下方向）に延びる姿勢で、ケース本体１１内に収容されている。

図３に示すように、巻回軸Ａの延びる方向における電極体２０の各端部は、正極電極シート２１、負極電極シート２２及びセパレータ２３，２３の幅方向の端部が配置された端面部２０ａ，２０ｂとなっている。電極体２０は、巻回軸Ａを挟んで対向配置され、巻回軸Ａの延びる方向から見て互いに平行に直線状に延びる一対の直線部２０ｃ，２０ｃと、巻回軸Ａの延びる方向から見て半円状に湾曲しながら一対の直線部２０ｃ，２０ｃを接続するように延びる一対の湾曲部２０ｄ，２０ｄとを有する。

なお、直線部２０ｃは、設計上において直線状に延びる部分である。実際に外装体１０に電極体２０が収容された状態において、直線部２０ｃは、完全な直線状に配置されるとは限らず、全体的には直線に近い形状となるように撓んだ状態で配置されることもある。

正極電極シート２１は、帯状の正極金属箔２４と、この正極金属箔２４の両面に形成された正極活物質層２５とを備える。正極電極シート２１の幅方向の一方（図３及び図４において下側）の端部では、正極活物質層２５が正極金属箔２４の側縁まで設けられている。正極電極シート２１の幅方向の他方（図３及び図４において上側）の端部には、正極活物質層２５を設けずに、正極金属箔２４を露出させた未塗工部２４ａが設けられている。

負極電極シート２２は、帯状の負極金属箔２６と、この負極金属箔２６の両面に形成された負極活物質層２７とを備える。負極電極シート２２の幅方向の一方（図３及び図４において下側）の端部では、負極活物質層２７が負極金属箔２６の側縁まで設けられている。負極電極シート２２の幅方向の他方（図３及び図４において上側）の端部には、負極活物質層２７を設けずに、負極金属箔２６を露出させた未塗工部２６ａが設けられている。正極電極シート２１の幅よりも負極電極シート２２の幅が大きく、セパレータ２３の幅は負極電極シート２２の幅よりも大きい。

正極金属箔２４には、未塗工部２４ａから幅方向外向きに突出する複数の突部２４ｂが、長手方向に間隔をあけて設けられている。正極電極シート２１、負極電極シート２２及びセパレータ２３，２３を重ね合わせて巻回した状態では、複数の突部２４ｂが互いに重ね合わされて電極体２０から突出するタブ状の部分（正極集電タブ２８）を形成している。負極金属箔２６にも正極金属箔２４の突部２４ｂと同様の複数の突部２６ｂが設けられており、これらの突部２６ｂが互いに重ね合わされることで、電極体２０から突出する負極集電タブ２９が形成されている。

図３を参照すると、正極集電タブ２８と負極集電タブ２９は、電極体２０の一方の端部２０ａ（図３において上側の端部）から突出している。また、電極体２０の端部２０ａを巻回軸Ａの延びる方向から見たときの長手方向の中心線Ｂに対し、一対の直線部２０ｃ，２０ｃのうちの一方側（図３において手前側）から、正極集電タブ２８と負極集電タブ２９が突出している。

蓋１２の一端側（図１において左側）に正極の外部端子５０Ａが配置され、他端側（図１において右側）に負極の外部端子５０Ｂが配置されている。外部端子５０Ａ，５０Ｂは蓋１２の外側面（上側面）１２ａに配置される板状部５１Ａ，５１Ｂを備える。板状部５１Ａ，５１Ｂにはバスバーのような接続部材が溶接されて外部回路に接続される。

図１及び図２に加えて図５を参照すると、正極の外部端子５０Ａは、蓋１２の外側面１２ａに配置される板状部５１Ａと、板状部５１Ａの下面から下方に突出する円筒状の軸部５２を備える。板状部５１Ａと軸部５２は一体成形されている。軸部５２は、蓋１２を貫通してケース本体１１の内部に突出している。

正極の外部端子５０Ａの軸部５２の下端には拡径部５２ａが設けられ、それによって正極の外部端子５０Ａが蓋１２に対して加締固定されている。具体的には、外部端子５０Ａの板状部５１Ａと拡径部５２ａとの間に、絶縁樹脂製の上側パッキン７０Ａ、蓋１２、絶縁樹脂製の下側パッキン８０Ａ及び正極の集電体６０Ａ（後述する被加締部６２Ａ）が挟み込まれることで、正極の外部端子５０Ａと集電体６０Ａが蓋１２に固定されている。蓋１２の外側面１２ａと外部端子５０Ａとの間に上側パッキン７０Ａが介装され、蓋１２の内側面（下側面）１２ｂと集電体６０Ａとの間に、下側パッキン８０Ａが介装されている。本実施形態では、正極の外部端子５０と集電体６０Ａは、アルミニウム又はアルミニウム合金製である。

図１及び図２に加えて図６を参照すると、負極の外部端子５０Ｂは、蓋１２の外側面１２ａに配置される板状部５１Ｂと、板状部５１Ｂとは別体のリベット５３を備える。板状部５１Ｂに形成された貫通孔にリベット５３の上端の顎部５３ａが圧入され、それによってリベット５３が板状部５１Ｂに固定されている。リベット５３は板状部５１Ｂの下面から下方に突出し、蓋１２を貫通してケース本体１１の内部に突出している。

負極の外部端子５０Ａのリベット５３の下端には拡径部５３ｂが設けられ、それによって負極の外部端子５０Ｂが蓋１２に対して加締固定されている。具体的には、外部端子５０Ｂの板状部５１Ｂと拡径部５３ｂとの間に、絶縁樹脂製の上側パッキン７０Ｂ、蓋１２、絶縁樹脂製の下側パッキン８０Ｂ及び負極の集電体６０Ｂが挟み込まれることで、負極の外部端子５０Ｂと集電体６０Ｂが蓋１２に固定されている。蓋１２の外側面１２ａと外部端子５０Ｂとの間に上側パッキン７０Ｂが介装され、蓋１２の内側面１２ｂと負極の集電体６０Ｂとの間に下側パッキン８０Ｂが介装されている。本実施形態では、負極の外部端子５０Ｂは、その板状部５１Ｂアルミニウム又はアルミニウム合金製であり、リベット５３が銅又は銅合金製である。負極の集電体６０Ｂは銅又は銅合金製である。

図７に最も明瞭に示すように、正極の集電体６０Ａは、被溶接部６１Ａと被加締部６２Ａを備える。被溶接部６１Ａは電極体２０の正極集電タブ２８に溶接されて、電気的かつ機械的に接続されている。被加締部６２Ａは、前述のように、正極の外部端子５０Ａの軸部５２に形成された拡径部５２ａによって蓋１２に対して加締固定されている。同様に、負極の集電体６０Ｂは、被溶接部６１Ｂと被加締部６２Ｂを備える。被溶接部６１Ｂは電極体２０の負極集電タブ２９に溶接されて、電気的かつ機械的に接続されている。被加締部６２Ｂは、前述のように、負極の外部端子５０Ｂのリベット５３に形成された拡径部５３ｂによって、蓋１２に対して加締固定されている。

図８及び図９に最も明瞭に示すように、電極体２０と蓋１２の内側面１２ｂとの間には、上部スペーサ９０が介在している。上部スペーサ９０には、集電体６０Ａ，６０Ｂ毎に集電体収容部９２が設けられている。集電体収容部９２は、側壁部９２ａと、側壁部９２ａの上端から延びる上壁部９２ｂと、側壁部９２ａの下端から上壁部９２ｂと概ね平行に延びる下壁部９２ｃとを備える。上壁部９２ｂと下壁部９２ｃとの間には、側壁部９２ａとは反対側に開放した隙間９２ｄが形成されている。

図９に示すように、正極の集電体６０Ａは、折り畳まれた正極集電タブ２８と共に、集電体収容部９２の隙間９２ｄに差し込まれる。同様に、負極の集電体６０Ｂも、折り畳まれた負極集電タブ２９と共に、集電体収容部９２の隙間９２ｄに差し込まれる。これにより、各集電体６０Ａ，６０Ｂは、上部スペーサ９０の上壁部９２ｂによって蓋１２に対して絶縁され、上部スペーサ９０の下壁部９２ｃによって電極体２０に対して絶縁される。

［絶縁シート］
以下、絶縁シート３０及びこれに関連する構成について詳細に説明する。

図１０及び図１１に示すように、絶縁シート３０は、ケース本体１１の内面に沿って配置され得るように箱状に形成されている。絶縁シート３０は、ケース本体１１の底壁部１１ｂに対向する底面部３１と、ケース本体１１の各長側壁部１１ｃに対向する第１及び第２長側面部３２，３３と、ケース本体１１の各短側壁部１１ｄに対向する一対の短側面部３８ａ，３８ｂとを備えている。

絶縁シート３０の厚みは、２０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。仮に絶縁シート３０の厚みが２０μｍ未満であれば、絶縁シート３０の破損によって絶縁機能が損なわれやすくなり、仮に絶縁シート３０の厚みが２００μｍよりも大きければ、電極体２０を収容するためのスペースの縮小によって電池１の高容量化が妨げられる。

図１２は、組立前の絶縁シート３０の展開図を示す。図１２に示すように、絶縁シート３０の展開状態における底面部３１の長手方向を第１方向Ｘ、底面部３１の短手方向を第２方向Ｙとした場合、第２方向Ｙに関して、底面部３１の両側に一対の長側面部３２，３３が境界部Ｆ１，Ｆ２を介して隣接して配置されている。

第１方向Ｘに関して、底面部３１の両側には、長側面部３２，３３との境界部Ｆ１，Ｆ２よりも外側に突出した突出部３４が設けられている。各突出部３４には、第２方向Ｙに延びる折り目Ｆ３，Ｆ４が設けられている。

図１２の第１方向Ｘに関して、第１長側面部３２の両側には、底面部３１との境界部Ｆ１よりも外側に突出した第１突出部３２ａが設けられて、第２長側面部３３の両側には、底面部３１との境界部Ｆ２よりも外側に突出した第２突出部３３ａが設けられている。第２突出部３３ａの突出量は、第１突出部３２ａの突出量よりも大きい。各第１突出部３２ａの先端には、第２突出部３３ａに接合される第１シール部３２ｃが設けられ、各第２突出部３３ａの先端には、第１突出部３２ａに接合される第２シール部３３ｃが設けられている。

図１２の第２方向Ｙに関して、第１長側面部３２における底面部３１とは反対側の端部には、上部スペーサ９０の一方の長側面に接合される第３シール部３２ｅが設けられ、第２長側面部３３における底面部３１とは反対側の端部には、上部スペーサ９０の他方の長側面に接合される第４シール部３３ｅが設けられている。

ところで、図１２に示す展開状態の絶縁シート３０では、第１方向Ｘに関して、第２突出部３３ａが第１突出部３２ａ及び底面部３１の突出部３４に比べて大きく突出している。通常はこのような展開形状を採用しないが、本実施形態では、絶縁シートの構成によって電池１の高容量化を図るという新たな課題を解決するために、図１２に示す展開形状を採用している。

図１２に示す絶縁シート３０は、次の手順で図１０及び図１１に示すような箱状に成形される。

先ず、絶縁シート３０を境界部Ｆ１，Ｆ２に沿ってそれぞれ谷折りで略直角に折り曲げることにより、底面部３１に対して第１及び第２長側面部３２，３３が立ち上げられる。また、底面部３１の一対の突出部３４をそれぞれ折り目Ｆ３，Ｆ４に沿って略直角に折り曲げることで、各突出部３４の先端部３４ａが立ち上げられる。

底面部３１に対して第１及び第２長側面部３２，３３が立ち上げられた後、一対の第２突出部３３ａを内側に湾曲又は折曲させるとともに、一対の第１突出部３２ａを内側に湾曲又は折曲させ、これにより、各第１シール部３２ｃと各第２シール部３３ｃとが互いに重ね合わされたオーバラップ部３６を形成する。第２突出部３３ａの突出量は第１突出部３２ａの突出量よりも大きいため、オーバラップ部３６は、第２長側面部３３との距離に比べて第１長側面部３２との距離が小さくなる位置に形成される。

各オーバラップ部３６では、第１及び第２シール部３２ｃ，３３ｃが互いに接合され、これにより、第１突出部３２ａと第２突出部３３ａからなる短側面部３８ａ，３８ｂが形成される。第１及び第２シール部３２ｃ，３３ｃの接合は、任意の方法によって行えばよいが、例えば、接着剤を用いた接着、又は溶着によって行われる。以上の手順により、図１０及び図１１に示す箱状の絶縁シート３０が形成される。

絶縁シート３０による電極体２０の被覆は、上述のように蓋１２を含む複数の部材に電極体２０が組み付けられてなるアセンブリ体２を、箱状の絶縁シート３０の中に挿入することによって行ってもよいし、図１２に示す展開状態の絶縁シート３０を電極体２０の表面に沿うように折曲及び湾曲させながら箱状に組み立てることによって行ってもよい。

いずれにしても、電極体２０を被覆した箱状の絶縁シート３０は、第３及び第４シール部３２ｅ，３３ｅにおいて上部スペーサ９０に接合されることで、アセンブリ体２に取り付けられる。このように絶縁シート３０が電極体２０を覆うようにアセンブリ体２に組み付けられた状態で、電極体２０がケース本体１１に収容されることで、電極体２０とケース本体１１の内面との間に絶縁シート３０が配置されることになる。

図１０及び図１１に示すように、箱状の絶縁シート３０において、底面部３１の各突出部３４は、隣接する長側面部３２，３３及び短側面部３８ａ，３８ｂとの間に間隔を空けて配置され、これにより、底面部３１の長手方向両端のコーナー部に、絶縁シート３０の内部空間と外部空間とを連通する連通部３９ａ，３９ｂが形成されている。これにより、絶縁シート３０で被覆された電極体２０の層間で発生したガスを連通部３９ａ，３９ｂから絶縁シート３０の外側へ排出できる。

なお、図１０及び図１１に示す例では、第２シール部３３ｃの外側に第１シール部３２ｃが重ねられているが、第１シール部３２ｃの外側に第２シール部３３ｃが重ねられてもよい。

図１３〜図１５を参照しながら、ケース本体１１内における電極体２０及び絶縁シート３０の配置について説明する。

図１３の横断面図に示すように、電極体２０の各直線部２０ｃは、絶縁シート３０の長側面部３２，３３を介してケース本体１１の長側壁部１１ｃに対向配置される。電極体２０の各湾曲部２０ｄは、絶縁シート３０の短側面部３８ａ，３８ｂを介してケース本体１１の短側壁部１１ｄに対向配置される。なお、ケース本体１１の底壁部１１ｂには、電極体２０の一方の端面部２０ｂが絶縁シート３０の底面部３１及び底部スペーサ４０を介して対向配置される（図１、図２及び図１０参照）。

電池１の高容量化を図るためには、所定寸法を有する外装体１０に収容可能な程度に電極体２０の寸法を最大化することが要求される。そのため、電極体２０の外周面をケース本体１１の内面にできるだけ近づけて配置すること好ましい。この点に関して、電極体２０の各直線部２０ｃは、ケース本体１１の長側壁部１１ｃに対して絶縁シート３０の長側面部３２，３３を挟んでほぼ隙間無く配置することができる。一方、電極体２０の各湾曲部２０ｄは、以下の構成によりケース本体１１の短側壁部１１ｄに対してできるだけ近づけて配置されている。

図１４及び図１５を参照しながら、電極体２０の一方の湾曲部２０ｄ及びその周辺部の配置について説明する。なお、図示及び説明は省略するが、電極体２０の他方の湾曲部２０ｄ及びその周辺部も同様の配置となっている。

図１４及び図１５に示すように、電極体２０の湾曲部２０ｄの外周面は、巻回軸Ａ（図３参照）が延びる方向から見て半円形であり、ケース本体１１は同方向から見て略矩形である。そのため、電極体２０の湾曲部２０ｄと、湾曲部２０ｄに対向するケース本体１１の短側壁部１１ｄの両側コーナー部１１ｅとの間にはそれぞれ空間が形成される。湾曲部２０ｄは、その頂部２０ｅにおいて短側壁部１１ｄに最も接近している。頂部２０ｅとは、湾曲部２０ｄの外周面における周方向の中央部を意味する。巻回軸Ａ（図３参照）が延びる方向から見て、電極体２０の長手方向の端部に頂部２０ｅが配置される。

湾曲部２０ｄとケース本体１１の短側壁部１１ｄとの間には、絶縁シート３０の短側面部３８ａが配置される。上述のように、短側面部３８ａは、第１長側面部３２から突出した第１突出部３２ａと、第２長側面部３３から突出した第２突出部３３ａとが重ね合わされて接合されることで形成されている。

絶縁シート３０の第１突出部３２ａは、湾曲部２０ｄとケース本体１１のコーナー部１１ｅとの間の空間においてコーナー部３２ｆを形成し、コーナー部３２ｆよりも先端側の部分はケース本体１１の短側壁部１１ｄの内面に沿って配置されている。

絶縁シート３０の第２突出部３３ａは、湾曲部２０ｄとケース本体１１のコーナー部１１ｅとの間の空間においてコーナー部３３ｆを形成し、コーナー部３３ｆよりも先端側の部分はケース本体１１の短側壁部１１ｄの内面に沿って配置されている。

絶縁シート３０の各コーナー部３２ｆ，３３ｆは、例えば円弧状に湾曲した形状を有する。コーナー部３２ｆ，３３ｆの曲率半径は、ケース本体１１のコーナー部１１ｅの曲率半径よりも大きく、湾曲部２０ｄの曲率半径よりも小さい。

湾曲部２０ｄの周方向に関して、絶縁シート３０における湾曲部２０ｄに対向する部分の周長Ｌは、湾曲部２０ｄの周長Ｌ１よりも大きく、ケース本体１１の内面における湾曲部２０ｄに対向する部分の周長Ｌ２よりも小さい。絶縁シート３０のコーナー部３２ｆ，３３ｆとケース本体１１のコーナー部１１ｅとの間には空間Ｓ１が形成され、絶縁シート３０のコーナー部３２ｆ，３３ｆと湾曲部２０ｄとの間には空間Ｓ２が形成されている。これらの空間Ｓ１，Ｓ２は、ケース本体１１の底部側から開口側に向かって流れるガスの通路となり得る。

湾曲部２０ｄの径方向に関して、コーナー部３２ｆ，３３ｆは、湾曲部２０ｄとの距離よりもケース本体１１のコーナー部１１ｅとの距離が小さくなるような位置を通るように配置されている。これにより、空間Ｓ１は空間Ｓ２よりも小さく形成されている。

巻回軸Ａ（図３参照）が延びる方向から見た空間Ｓ１，Ｓ２の断面積の大きさは、絶縁シート３０の周長Ｌを増減することで調整可能である。空間Ｓ１の断面積を大きくすることで、絶縁シート３０が組み付けられたアセンブリ体２をケース本体１１内に挿入するときに、ケース本体１１に絶縁シート３０が干渉し難くなり、ケース本体１１内へアセンブリ体２を挿入しやすくなる。

空間Ｓ２の断面積を大きくすることで、絶縁シート３０を成形した後に電極体２０を絶縁シート３０内に挿入する場合、絶縁シート３０に電極体２０が干渉し難くなり、絶縁シート３０内に電極体２０を挿入しやすくなる。一方、図１２に示す展開状態の絶縁シート３０を電極体２０の表面に沿うように折曲及び湾曲させながら成形する場合、空間Ｓ２の断面積を大きくすることで、オーバラップ部３６における接合作業がしやすくなる。

第１突出部３２ａと第２突出部３３ａとのオーバラップ部３６では、第１突出部３２ａの先端のシール部３２ｃと第２突出部３３ａの先端のシール部３３ｃとが重ね合わされており、これにより、オーバラップ部３６は、絶縁シート３０における厚みが最も大きな厚肉部となっている。オーバラップ部３６の厚みは、絶縁シート３０における他の部分に比べて、例えば２倍の厚みとなっている。

湾曲部２０ｄの周方向に関して、第１突出部３２ａと第２突出部３３ａの長さが異なることにより、オーバラップ部３６は、短側壁部１１ｄに対する湾曲部２０ｄの最接近部である頂部２０ｅからずれて配置されている。これにより、湾曲部２０ｄの頂部２０ｅと短側壁部１１ｄとの間に、オーバラップ部３６は介在せず、絶縁シート３０の第２突出部３３ａが１層のみ介在する。

したがって、湾曲部２０ｄと短側壁部１１ｄとの距離がオーバラップ部３６の厚みよりも小さくなるように、短側壁部１１ｄに対して湾曲部２０ｄを近づけて配置することが可能となる。理論的には、湾曲部２０ｄと短側壁部１１ｄとの距離を、絶縁シート３０の１層分の厚みと略同じ距離にすることが可能である。巻回軸Ａ（図３参照）が延びる方向から見た電極体２０の長手方向に関して、図１４及び図１５に示す部分とは反対側においても、湾曲部２０ｄ、短側面部３８ｂ及び短側壁部１１ｄが同様に配置されることにより、短側壁部１１ｄに対して湾曲部２０ｄを可及的に近づけて配置することができる。

また、本実施形態において、オーバラップ部３６は、湾曲部２０ｄにおける頂部２０ｅとは異なる部分に対向配置される。これにより、湾曲部２０ｄとケース本体１１のコーナー部１１ｅとの間の空間を利用してオーバラップ部３６を配置することができる。そのため、電極体２０の直線部２０ｃとケース本体１１の長側壁部１１ｃとの間にオーバラップ部３６が介在することが回避され、これにより、直線部２０ｃを、長側壁部１１ｃに対して絶縁シート３０の長側面部３２，３３を１層のみ介在させて可及的に近づけて配置することができる。

よって、本実施形態によれば、ケース本体１１と電極体２０との間の短絡を絶縁シート３０によって効果的に防止しつつ、ケース本体１１の内面と電極体２０との間隔が最小限になるように電極体２０の寸法をできるだけ増大させて、電池１の高容量化を図ることができる。

特に、絶縁シート３０の両方のオーバラップ部３６が、それぞれに対向する電極体２０の湾曲部２０ｄの頂部２０ｅから周方向にずれて配置されていることにより、両方の湾曲部２０ｄとケース本体１１の短側壁部１１ｄとの間隔を最小化できる。これにより、電極体２０の寸法が効果的に増大されることで、電池１の容量を効果的に増大させることができる。

また、本実施形態によれば、湾曲部２０ｄ毎にオーバラップ部３６が設けられていることにより、例えば図１２に示すような展開状態の絶縁シート３０を用いて、電極体２０を容易に被覆することができる。具体的には、上述したように、展開状態の絶縁シート３０を折り曲げることで、一対の長側面部３２，３３によって電極体２０を挟み込んで、第１突出部３２ａと第２突出部３３ａとのオーバラップ部３６を接合するだけで、絶縁シート３０による電極体２０の被覆を容易に行うことができる。これにより、電池１の生産性が向上する。

さらに、このような方法により電極体２０の被覆を行う場合、予め箱形に成形された絶縁シート３０に電極体２０を挿入する場合に比べて、電極体２０と絶縁シート３０との間隔を小さくしやすくなる。これにより、電極体２０の寸法増大、ひいては電池１の高容量化をより効果的に実現できる。

ところで、仮にオーバラップ部３６が湾曲部２０ｄの頂部２０ｅに対向配置される場合、絶縁シート３０における頂部２０ｅを被覆する部分の厚みが大きいことにより、絶縁シート３０で被覆された電極体２０を、電極体２０の一方の端面部２０ｂがケース本体１１の底壁部１１ｂに対向する姿勢でケース本体１１内に挿入するとき、オーバラップ部３６がケース本体１１の短側壁部１１ｄに引っ掛かりやすくなる。

これに対して、本実施形態によれば、オーバラップ部３６が湾曲部２０ｄの頂部２０ｅから周方向にずれて配置されていることにより、絶縁シート３０における頂部２０ｅの被覆部分の厚みが低減される。そのため、絶縁シート３０で被覆された電極体２０を上記と同様の姿勢でケース本体１１内に挿入するとき、ケース本体１１に絶縁シート３０が引っ掛かり難く、この挿入作業を容易に行うことができる。

また、図１４に示すように、電極体２０の最外層及び外側から２番目の層は２枚のセパレータ２３，２３で構成されている。各セパレータ２３の長手方向の先端２３ａは、接着剤又は粘着テープのような任意の固定手段によって、内側に隣接する層の外周面に固定されている。セパレータ２３の先端２３ａが位置する周方向位置では、周方向に隣接する１層少ない部分に比べて、電極体２０の径方向寸法が大きくなる。

本実施形態によれば、セパレータ２３の先端２３ａは、周方向において、ケース本体１１の短側壁部１１ｄに対する湾曲部２０ｄの最接近部である頂部２０ｅと、ケース本体１１の長側壁部１１ｃに対する湾曲部２０ｄの最接近部である端部２０ｆとの間に配置されており、これにより、絶縁シート３０のコーナー部３２ｆと湾曲部２０ｄとの間の空間Ｓ２に対向するように、セパレータ２３の先端２３ａを配置することができる。このような空間Ｓ２を利用したセパレータ２３の先端２３ａの配置により、空間Ｓ２に対向する電極体２０の周方向部分の径方向寸法を増大させることができ、これにより、電池１の高容量化を促進できる。

なお、図１４に示す例では、２枚のセパレータ２３，２３の先端２３ａ，２３ａが、いずれも、湾曲部２０ｄの一方の端部２０ｆと頂部２０ｅとの間に配置されているが、一方のセパレータ２３の先端２３ａを湾曲部２０ｄの一方の端部２０ｆと頂部２０ｅとの間に配置し、他方のセパレータ２３の端部２３ａを湾曲部２０ｄの他方の端部２０ｇと頂部２０ｅとの間に配置してもよい。また、一方のセパレータ２３の先端２３ａを図１４に示す湾曲部２０ｄのいずれか一方の端部２０ｆ，２０ｇと頂部２０ｅとの間に配置し、他方のセパレータ２３の端部２３ａを図１４に示す湾曲部２０ｄとは反対側の湾曲部２０ｄのいずれか一方の端部と頂部との間に配置してもよい。

ところで、電極体２０よりも十分に大きな絶縁シート３０によって電極体２０を被覆した状態で、絶縁シート３０を熱収縮させながら成形するシュリンク包装を行う場合、本実施形態のようなオーバラップ部は生じないが、絶縁シート３０を収縮させるための加熱時に電極体２０に及ぶ熱的影響が大きくなる。これに対して、本実施形態では、仮に絶縁シート３０によって電極体２０を被覆した状態で第１シール部３２ｃと第２シール部３３ｃとの接合時にオーバラップ部３６を加熱する場合にも、電極体２０に及ぶ熱的影響は、オーバラップ部３６の近傍における限定的なものに止まる。また、接着によって第１シール部３２ｃと第２シール部３３ｃとを接合する場合には、接合のために加熱を必要としない。そのため、本実施形態によれば、熱による電極体２０の性能低下を抑制できる。

本実施形態において、絶縁シート３０の形状は上記形状に限定されるものでなく、湾曲部２０ｄにおける頂部２０ｅから周方向にずれた部分とケース本体１１の内面との間にオーバラップ部３６が配置される形状であれば、種々の変更が可能である。

図１６に示す変形例では、図１４及び図１５に示す上記構成に比べて、絶縁シート３０の第１突出部３２ａ及び第２突出部３３ａは短く形成されており、コーナー部３２ｆ，３３ｆの曲率半径が大きくなっている。これにより、湾曲部２０ｄの径方向に関して、コーナー部３２ｆ，３３ｆは、湾曲部２０ｄとケース本体１１のコーナー部１１ｅとの中間部近傍を通るように配置されている。これにより、上記構成に比べて空間Ｓ１が拡大されており、ケース本体１１内に、絶縁シート３０が取り付けられたアセンブリ体２を挿入しやすくなっている。

また、図１６に示す例では、オーバラップ部３６がコーナー部３２ｆに配置されている。これにより、オーバラップ部３６とケース本体１１とが接触しないようにケース本体１１内に絶縁シート３０が収められるため、オーバラップ部３６とケース本体１１との間の摩擦によって第１シール部３２ｃと第２シール部３３ｃとが剥がれることを防止できる。

［第２実施形態］
図１７は本発明の第２実施形態に係る電池が備えるアセンブリ体２及び絶縁シート１３０を示す。この実施形態の電池の構造は、絶縁シートの構造を除いて、第１実施形態と同様である。

図１７に示すように、絶縁シート１３０は、帯状のシートを電極体２０の外形に合わせて楕円筒状に撓ませて、長手方向の両端部に設けられた第１及び第２シール部１３２ａ，１３３ａを互いに重ね合わせて接合することで成形される。

このように成形された絶縁シート１３０は、電極体２０の直線部２０ｃに対向する一対の長側面部１３２，１３３と、電極体２０の一方の湾曲部２０ｄに対向する第１短側面部１３４と、電極体２０の他方の湾曲部２０ｄに対向する第２短側面部１３８とを備える。

第１短側面部１３４は、帯状の絶縁シート１３０の長手方向中央部を湾曲させた部分で構成される。第２短側面部１３８は、第１及び第２シール部１３２ａ，１３３ａを含む絶縁シート１３０の長手方向両端部で構成されている。

図１８に示すように、第２実施形態においても、第１シール部１３２ｃと第２シール部１３３ｃとが互いに重ね合わされることで、オーバラップ部１３６が形成される。オーバラップ部１３６は、第２長側面部１３３との距離に比べて第１長側面部１３２との距離が小さくなる位置に形成される。

オーバラップ部１３６では、第１及び第２シール部１３２ｃ，１３３ｃが互いに接合されている。第１及び第２シール部１３２ｃ，１３３ｃの接合は、任意の方法によって行えばよいが、例えば、接着剤を用いた接着、又は溶着によって行われる。

絶縁シート１３０の第２短側面部１３８には一対のコーナー部１３２ｆ、１３３ｆが形成される。各コーナー部１３２ｆ，１３３ｆとこれに対向するケース本体１１のコーナー部１１ｅとの間には空間Ｓ１１が形成され、絶縁シート１３０のコーナー部１３２ｆ，１３３ｆと湾曲部２０ｄとの間には空間Ｓ１２が形成されている。これらの空間Ｓ１１，Ｓ１２は、ケース本体１１の底部側から開口側に向かって流れるガスの通路となり得る。

湾曲部２０ｄの周方向に関して、オーバラップ部１３６は、湾曲部２０ｄの頂部２０ｅからずれて配置されている。これにより、湾曲部２０ｄの頂部２０ｅとケース本体１１の短側壁部１１ｄとの間に、オーバラップ部１３６は介在せず、絶縁シート１３０が１層のみ介在する。したがって、第１実施形態と同様、短側壁部１１ｄに対して湾曲部２０ｄを可及的に近づけて配置することができる。

また、湾曲部２０ｄとケース本体１１のコーナー部１１ｅとの間の空間を利用してオーバラップ部１３６が配置されることにより、電極体２０の直線部２０ｃとケース本体１１の長側壁部１１ｃとの間にオーバラップ部１３６が介在することが回避され、これにより、直線部２０ｃを、長側壁部１１ｃに対して絶縁シート１３０の長側面部１３２，１３３を１層のみ介在させて可及的に近づけて配置することができる。

よって、第２実施形態においても、ケース本体１１と電極体２０との間の短絡を絶縁シート１３０によって効果的に防止しつつ、ケース本体１１の内面と電極体２０との間隔が最小限になるように電極体２０の寸法をできるだけ増大させて、電池１の高容量化を図ることができる。

また、第２実施形態においても、オーバラップ部１３６が湾曲部２０ｄの頂部２０ｅから周方向にずれて配置されていることにより、絶縁シート１３０における頂部２０ｅの被覆部分の厚みが低減される。そのため、絶縁シート１３０で被覆された電極体２０を第１実施形態と同様の姿勢でケース本体１１内に挿入するとき、ケース本体１１に絶縁シート１３０が引っ掛かり難く、上記の挿入作業を容易に行うことができる。

さらに、第２実施形態においても、セパレータ２３の先端２３ａは、周方向において、湾曲部２０ｄの端部２０ｆと頂部２０ｅとの間に配置されており、これにより、絶縁シート１３０のコーナー部１３２ｆと湾曲部２０ｄとの間の空間Ｓ１２に対向するように、セパレータ２３の先端２３ａを配置することができる。このような空間Ｓ１２を利用したセパレータ２３の先端２３ａの配置により、空間Ｓ１２に対向する電極体２０の周方向部分の径方向寸法を増大させることができ、これにより、電池１の高容量化を促進できる。

以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態では、絶縁シートの厚肉部が、２つのシート部が重なり合うオーバラップ部からなる場合について説明したが、絶縁シートの厚みが一定でない場合、厚肉部は、絶縁シートにおける最も大きな厚みを有する部分であれば、１つのシート部からなるものでもよい。この場合も、上述の実施形態と同様に厚肉部を配置することで、同様に電池１の高容量化を図ることができる。

さらに、上述の実施形態では、電極体２０の１つの湾曲部２０ｄに対して絶縁シート３０，１３０の１つのオーバラップ部３６，１３６が対向する場合について説明したが、１つの湾曲部に対して複数のオーバラップ部が対向配置されてもよい。この場合、いずれのオーバラップ部も湾曲部における外装体内面との最接近部から周方向にずれて配置されることで、上記と同様の効果を得ることができる。

また、上述の実施形態では、電極体２０の湾曲部２０ｄがケース本体１１の短側壁部１１ｄに対向する場合について説明したが、本発明は、湾曲部が外装体内面のいずれの部分に対向する場合にも適用できる。

さらに、上述の実施形態では、リチウムイオン二次電池を例に本発明に係る蓄電素子を説明したが、本発明は、リチウムイオン二次電池以外の二次電池、一次電池、キャパシタを含む種々の蓄電素子に適用できる。

１ 電池（蓄電素子）
２ アセンブリ体
１０ 外装体
１１ ケース本体
１１ａ 開口
１１ｂ 底壁部
１１ｃ 長側壁部
１１ｄ 短側壁部（対向面部）
１１ｅ コーナー部
１２ 蓋
１２ａ 外側面
１２ｂ 内側面
２０ 電極体
２０ａ，２０ｂ 端面部
２０ｃ 直線部
２０ｄ 湾曲部
２１ 正極電極シート
２２ 負極電極シート
２３ セパレータ
２４ 正極金属箔
２４ａ 未塗工部
２４ｂ 突部
２５ 正極活物質層
２６ 負極金属箔
２６ａ 未塗工部
２６ｂ 突部
２７ 負極活物質層
２８ 正極集電タブ
２９ 負極集電タブ
３０ 絶縁シート
３１ 底面部
３２ 第１長側面部
３２ａ 第１突出部
３２ｃ 第１シール部
３２ｆ コーナー部
３３ 第２長側面部
３３ａ 第２突出部
３３ｃ 第２シール部
３３ｆ コーナー部
３６ オーバラップ部（厚肉部）
３８ａ，３８ｂ 短側面部
３９ａ，３９ｂ 連通部
４０ 底部スペーサ
５０Ａ，５０Ｂ 外部端子
５１Ａ，５１Ｂ 板状部
５２ 軸部
５２ａ 拡径部
５３ リベット
５３ａ 顎部
５３ｂ 拡径部
６０Ａ，６０Ｂ 集電体
６１Ａ，６１Ｂ 被溶接部
６２Ａ，６２Ｂ 被加締部
７０Ａ，７０Ｂ 上側パッキン
８０Ａ，８０Ｂ 下側パッキン
９０ 上部スペーサ
１３０ 絶縁シート
１３２ 第１長側面部
１３２ａ 第１シール部
１３２ｆ コーナー部
１３３ 第２長側面部
１３３ａ 第２シール部
１３３ｆ コーナー部
１３４ 第１短側面部
１３６ オーバラップ部（厚肉部）
１３８ 第２短側面部

Claims (4)

1. 電極シートが巻回された電極体であって、巻回軸の延びる方向から見て直線状の直線部及び湾曲する湾曲部を有する電極体と、
   前記湾曲部に対向する対向面部を有し、前記電極体を収容する外装体と、
   ２つのシート部が重なり合う厚肉部を有し、前記電極体の前記直線部及び前記湾曲部と前記外装体の内面との間に前記外装体の内面に沿って配置される絶縁シートと、を備え、
   前記厚肉部は、前記対向面部に対する前記湾曲部の最接近部から前記湾曲部の周方向にずれた位置で、前記湾曲部に対向配置され、かつ、前記直線部には対向配置されず、
   前記外装体は、底部とこの底部に対向する開口を有するケース本体と、前記開口を閉じる蓋とを備え、
   前記電極体は、前記ケース本体における前記底部及び前記開口が設けられた面とは異なる面に前記湾曲部が対向する姿勢で配置されていることを特徴とする蓄電素子。
2. 電極シートが巻回された電極体であって、巻回軸の延びる方向から見て直線状の直線部及び湾曲する湾曲部を有する電極体と、
   前記湾曲部に対向する対向面部を有し、前記電極体を収容する外装体と、
   前記電極体の前記直線部及び前記湾曲部と前記外装体の内面との間に前記外装体の内面に沿って配置される絶縁シートと、を備え、
   前記絶縁シートにおける厚みが最も大きな厚肉部は、前記対向面部に対する前記湾曲部の最接近部から前記湾曲部の周方向にずれた位置で、前記湾曲部に対向配置され、かつ、前記直線部には対向配置されず、
   前記外装体は、底部とこの底部に対向する開口を有するケース本体と、前記開口を閉じる蓋とを備え、
   前記電極体は、前記ケース本体における前記底部及び前記開口が設けられた面とは異なる面に前記湾曲部が対向する姿勢で配置されていることを特徴とする蓄電素子。
3. 前記電極体は一対の前記湾曲部を備え、
   前記対向面部及び前記厚肉部は、前記湾曲部ごとに設けられ、
   いずれの前記厚肉部も、前記対向面部に対する前記湾曲部の最接近部から前記湾曲部の周方向にずれた位置で、前記湾曲部に対向配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄電素子。
4. 前記電極体は、金属箔と前記金属箔に形成された活物質層とをそれぞれ備える正極電極シート及び負極電極シートと、セパレータとを、前記正極電極シートと前記負極電極シートとの間に前記セパレータが介在するように重ね合わせて巻回してなり、
   前記外装体は、コーナーを介して前記対向面部に隣接する別の面部を備え、
   前記電極体の最外層は前記セパレータで構成され、
   前記電極体の周方向において、前記対向面部に対する前記湾曲部の前記最接近部と前記別の面部に対する前記電極体の最接近部との間に前記セパレータの先端が配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電素子。

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