JP7262041B2 - 電気化学デバイス - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態に係る電気化学デバイスに含まれる巻回体の外観を示す斜視図である。図2、3は、それぞれ本実施形態に係る巻回体を構成する第1電極および第2電極の一例の平面図である。図4は、本実施形態に係る巻回体の第1芯材露出部と第1集電部材とを概念的に示す断面図である。
図5は、本実施形態に係る電気化学デバイスに含まれる巻回体の外観を示す斜視図である。図6、7は、それぞれ本実施形態に係る巻回体を構成する第1電極および第2電極の一例の平面図である。図8は、本実施形態に係る巻回体の第1芯材露出部と第1集電部材とを概念的に示す断面図である。
図9は、本実施形態に係る電気化学デバイスに含まれる巻回体の外観を示す斜視図である。図10、11は、それぞれ本実施形態に係る巻回体を構成する第1電極および第2電極の一例の平面図である。図12は、本実施形態に係る巻回体の第1芯材露出部と第1集電部材とを概念的に示す断面図である。
第1電極10Dの第1芯材露出部11Dxは第1内周溶接部111Dxおよび第1外周溶接部112Dxを有し、第1内周溶接部111Dxおよび第1外周溶接部112Dxに、それぞれ巻回体の軸方向に沿う複数の切れ目113を有する。切れ目は、一定幅を有する切り抜き(すなわちスリット)でもよい。切れ目113を有することで、第1集電部材と第1芯材露出部11Dxの第1内周溶接部111Dxおよび第1外周溶接部112Dxとを溶接する際に、第1内周溶接部111Dxおよび第1外周溶接部112Dxを第1集電部材に向けて引き寄せやすくなり、溶接の作業が容易になる。切れ目113は第1芯材露出部の各溶接部の少なくとも一部に設ければよい。
図示例の場合、集電部材13(23)を巻回体の軸方向から見たときの形状は六角形である。このような多角形の集電部材13(23)は、内周側面131(231)および外周側面132(232)にそれぞれ複数の平坦面を有する。よって、平坦面を利用して芯材露出部の内側溶接部もしくは外側溶接部と集電部材13(23)とを溶接することができるため、溶接の作業が容易になる。
正極芯材には、シート状の金属材料が用いられる。シート状の金属材料は、金属箔、金属多孔体、エッチングメタルなどであればよい。金属材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、チタンなどを用い得る。正極芯材の引っ張り弾性率は、例えば40~60MPa程度である。正極芯材の厚みは、例えば10~100μmである。正極芯材には、カーボン層を形成してもよい。カーボン層は、正極芯材と正極材料層との間に介在して、例えば、正極材料層から正極芯材への集電性を向上させる機能を有する。
カーボン層は、例えば、正極芯材の表面に導電性炭素材料を蒸着し、もしくは、導電性炭素材料を含むカーボンペーストの塗膜を形成し、塗膜を乾燥することで形成される。カーボンペーストは、例えば、導電性炭素材料と、高分子材料と、水または有機溶媒とを含む。カーボン層の厚みは、例えば1~20μmであればよい。導電性炭素材料には、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン、カーボンブラックなどを用い得る。中でも、カーボンブラックは、薄くて導電性に優れたカーボン層を形成し得る。高分子材料には、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)などを用い得る。
正極材料層は、導電性高分子を含む。正極材料層は、例えば、カーボン層を備える正極芯材を導電性高分子の原料モノマーを含む反応液に浸漬し、正極芯材の存在下で原料モノマーを電解重合することにより形成される。このとき、正極芯材をアノードとして電解重合を行うことにより、導電性高分子を含む正極材料層がカーボン層を覆うように形成される。正極材料層の厚みは、電解電流密度、重合時間等により制御し得る。正極材料層の厚みは、片面あたり、例えば10~300μmである。
正極集電板は、概ね円盤状の金属板である。正極集電板の中央部には非水電解質の通路となる貫通孔を形成することが好ましい。正極集電板の材質は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、チタン、ステンレス鋼などである。正極集電板の材質は、正極芯材の材質と同じでもよい。
負極芯材にもシート状の金属材料が用いられる。シート状の金属材料は、金属箔、金属多孔体、エッチングメタルなどであればよい。金属材料としては、銅、銅合金、ニッケル、ステンレス鋼などを用い得る。負極芯材の引っ張り弾性率は、例えば180~350MPaである。負極芯材の厚みは、正極芯材の厚みよりも小さく、例えば10~100μmである。
負極集電板は、概ね円盤状の金属板である。負極集電板の材質は、例えば銅、銅合金、ニッケル、ステンレス鋼などである。負極集電板の材質は、負極芯材の材質と同じでもよい。
セパレータとしては、セルロース繊維製の不織布、ガラス繊維製の不織布、ポリオレフィン製の微多孔膜、織布もしくは不織布などを用い得る。セパレータの厚みは、例えば10~300μmであり、10~40μmが好ましい。
非水電解質は、リチウムイオン伝導性を有し、リチウム塩と、リチウム塩を溶解させる非水溶媒とを含む。リチウム塩のアニオンは、正極へのドープと脱ドープとを可逆的に繰り返すことが可能である。リチウム塩に由来するリチウムイオンは、可逆的に負極に吸蔵および放出される。
電池ケースの材質は、特に限定されないが、例えば鋼板が用いられる。鋼板にはニッケルめっきを施すことが好ましい。鋼板の具体的種類としては、例えばJIS G3141に準拠したSPCC、SPCD、SPCE等が挙げられる。
101A、101B、101C:中空孔
10A、10B、10C:第1電極
11A、11B、11C:第1芯材
11Ax、11Bx、11Cx:第1芯材露出部
111Ax、111Bx:第1内周溶接部
112Bx、112Cx:第1外周溶接部
113:切れ目
12A、12B、12C:第1材料層
13A、13B、13C:第1集電部材
131、131A、131B、131C:第1内周側面、
132、132A、132B、132C:第2外周側面
15:第1タブリード
20A、20B、20C:第2電極
21A、21B、21C:第2芯材
21Ax、21Bx、21Cx:第2芯材露出部
211Ax、211Bx:第2内周溶接部
212Bx、212Cx:第2外周溶接部
22:第2材料層
23B:第2集電部材
231:第2内周側面、
232:第2外周側面
25:第2タブリード
30A、30B、30C:セパレータ
200:電気化学デバイス
210:電池ケース
220:封口板
221:ガスケット
Claims (24)
- 第1芯材および前記第1芯材に担持された第1材料層を具備する第1電極と、
第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に介在するセパレータと、
電解質と、
前記第1芯材と電気的に接続された第1集電部材と、を具備し、
前記第1電極、前記第2電極および前記セパレータは、巻回体を構成しており、
前記第1芯材の長手方向に沿う端部に第1芯材露出部を有し、
前記第1芯材露出部は、前記巻回体の一方の端面から突出するとともに前記第1集電部材と抵抗溶接もしくはスポット溶接され、
前記第1集電部材は、第1内周側面と第1外周側面とを有し、
前記第1芯材露出部は、前記第1集電部材の前記第1内周側面と抵抗溶接もしくはスポット溶接される第1内周溶接部および前記第1外周側面と抵抗溶接もしくはスポット溶接される第1外周溶接部の少なくとも一方を有する、電気化学デバイス。 - 前記第1内周側面および前記第1外周側面の少なくとも一方が、連続的な曲面である、請求項1に記載の電気化学デバイス。
- 前記第1集電部材が、リング状である、請求項2に記載の電気化学デバイス。
- 前記第1内周側面および前記第1外周側面の少なくとも一方が、複数の平坦面を有する、請求項1に記載の電気化学デバイス。
- 前記第1内周側面および前記第1外周側面の少なくとも一方を前記巻回体の軸方向から見たときの形状が、多角形状である、請求項4に記載の電気化学デバイス。
- 前記第1芯材露出部は、前記第1内周溶接部だけを有する、請求項1~5のいずれか1項に記載の電気化学デバイス。
- 前記第1内周溶接部の外側における前記第1芯材露出部の露出幅は、前記第1内周溶接部における前記第1芯材露出部の露出幅よりも小さい、請求項6に記載の電気化学デバイス。
- 前記第1芯材露出部は、前記第1外周溶接部だけを有する、請求項1~5のいずれか1項に記載の電気化学デバイス。
- 前記第1外周溶接部の内側における前記第1芯材露出部の露出幅は、前記第1外周溶接部における前記第1芯材露出部の露出幅よりも小さい、請求項8に記載の電気化学デバイス。
- 前記第1芯材露出部は、前記第1内周溶接部と前記第1外周溶接部とを有する、請求項1~5のいずれか1項に記載の電気化学デバイス。
- 前記第1内周溶接部より外側かつ前記第1外周溶接部より内側において、前記第1芯材露出部の露出幅が前記第1内周溶接部および前記第1外周溶接部よりも小さい、請求項10に記載の電気化学デバイス。
- 前記第1内周溶接部の少なくとも一部および/または前記第1外周溶接部の少なくとも一部において、前記第1芯材露出部が、前記巻回体の軸方向に沿う切れ目を少なくとも1つ有する、請求項1~11のいずれか1項に記載の電気化学デバイス。
- 更に、第2集電部材を具備し、
前記第2電極は、第2芯材および前記第2芯材に担持された第2材料層を具備し、
前記第2芯材の長手方向に沿う端部に第2芯材露出部を有し、
前記第2芯材露出部は、前記巻回体の他方の端面から突出するとともに前記第2集電部材と溶接され、
前記第2集電部材は、第2内周側面と第2外周側面とを有し、
前記第2芯材露出部は、前記第2集電部材の前記第2内周側面と溶接される第2内周溶接部および前記第2外周側面と溶接される第2外周溶接部の少なくとも一方を有する、請求項1~12のいずれか1項に記載の電気化学デバイス。 - 前記第2内周側面および前記第2外周側面の少なくとも一方が、連続的な曲面である、請求項13に記載の電気化学デバイス。
- 前記第2集電部材が、リング状である、請求項14に記載の電気化学デバイス。
- 前記第2内周側面および前記第2外周側面の少なくとも一方が、複数の平坦面を有する、請求項13に記載の電気化学デバイス。
- 前記第2内周側面および前記第2外周側面の少なくとも一方を前記巻回体の軸方向から見たときの形状が、多角形状である、請求項16に記載の電気化学デバイス。
- 前記第2芯材露出部は、前記第2内周溶接部だけを有する、請求項13~17のいずれか1項に記載の電気化学デバイス。
- 前記第2内周溶接部の外側における前記第2芯材露出部の露出幅は、前記第2内周溶接部における前記第2芯材露出部の露出幅よりも小さい、請求項18に記載の電気化学デバイス。
- 前記第2芯材露出部は、前記第2外周溶接部だけを有する、請求項13~17のいずれか1項に記載の電気化学デバイス。
- 前記第2外周溶接部の内側における前記第2芯材露出部の露出幅は、前記第2外周溶接部における前記第2芯材露出部の露出幅よりも小さい、請求項20に記載の電気化学デバイス。
- 前記第2芯材露出部は、前記第2内周溶接部と前記第2外周溶接部とを有する、請求項13~17のいずれか1項に記載の電気化学デバイス。
- 前記第2内周溶接部より外側かつ前記第2外周溶接部より内側において、前記第2芯材露出部の露出幅が前記第2内周溶接部および前記第2外周溶接部よりも小さい、請求項22に記載の電気化学デバイス。
- 前記第2内周溶接部の少なくとも一部および/または前記第2外周溶接部の少なくとも一部において、前記第2芯材露出部が、前記巻回体の軸方向に沿う切れ目を少なくとも1つ有する、請求項13~23のいずれか1項に記載の電気化学デバイス。
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