JP7412928B2 - 電気化学セル - Google Patents
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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、セパレータを介して互い違いに積層された負極電極と正極電極とを備えた電極体をケースに収め、電解液を電極体に含浸させた構造が知られている(例えば、特許文献1参照)。
ここで、電極構造体の製造時において一定の幅を有する帯状のセパレータ用のシート部材を正極体および負極体とともに扁平に捲回する場合には、捲回体の平面視の外形が捲回軸方向に直交する方向に延びる側縁を有する。このため、上記構成のように電極構造体の平面視の側縁が捲回軸方向に交差する方向、かつ捲回軸方向に直交する方向に交差する方向に延びる構成では、電極構造体の製造時に捲回体のセパレータ用のシート部材を切断して、セパレータの張り出し部を成形する必要がある。セパレータ用のシート部材の切断ラインが一直線ではない場合には、切断位置のずれにより正極体および負極体の端縁が電極構造体の平面視の側縁に近接するおそれがある。また、正極体および負極体が巻きずれしている場合には、電極構造体の平面視の側縁が捲回軸方向に直交する方向に延びる構成と比較して、正極体および負極体の端縁が電極構造体の平面視の側縁に近接しやすい。よって、上述したようにセパレータの張り出し部が正極体および負極体の端縁を覆うことで、正極体および負極体の端縁が電極構造体の平面視の側縁に近接していても、ショートリスクの低減を図ることができる。
さらに、正極体および負極体が巻きずれしている場合には、正極体および負極体の端縁は電極構造体の外周側ほど捲回軸方向の外側に位置し得る。上記構成によれば、厚さ方向に並ぶ少なくとも一部の層の張り出し部は、電極構造体の捲回中心側から外周側に向かうに従い張り出し量が大きくなるように形成されているので、正極体および負極体が巻きずれしていても、セパレータの張り出し部によって正極体および負極体の端縁を確実に覆うことができる。
図1は、実施形態の電池の斜視図である。図2は、実施形態の電池の断面図である。
図1および図2に示すように、電池1は、平面視円形状のいわゆるボタン形の電池である。電池1は、正極活物質および負極活物質を有する発電要素の電極構造体40と、電極構造体40に含浸される電解液(図示せず)と、電極構造体40を収容する外装体10と、を備える。
外装体10は、電池1の外郭を形成している。外装体10は、電極構造体40が収容される収容部11と、収容部11の外周11aに沿って折り曲げられた封止部12と、を備える。封止部12は、例えば絞り成形によって、収容部11の外周11aに沿って折り曲げられている。
図3は、実施形態の電極構造体の平面図である。図4は、図3のIV-IV線における断面図である。
図3および図4に示すように、電極構造体40は、交互に積層されたシート状の正極体50および負極体60と、正極体50と負極体60との間に介在するシート状のセパレータ70と、を備える。正極体50および負極体60は、セパレータ70を挟んで扁平に捲回されている。正極体50および負極体60は、所定の捲回軸線Oを中心として捲回されている。なお、本実施形態では、正極体50および負極体60が交互に積層された部分を電極構造体40と称し、後述する正極リード2および負極リード3は電極構造体40に含まれないものとする。また、以下の説明では、電極構造体40の厚さ方向を単に厚さ方向といい、捲回軸線Oに沿う方向を軸方向(捲回軸方向)といい、厚さ方向および軸方向に直交する方向を軸直方向という。厚さ方向は、外装体10の第1容器20と第2容器30との重ね合わせ方向に一致している。
図5に示すように、正極体50は、捲回される前の展開状態で、全体として帯状に形成されている。正極体50は、金属材料により形成された正極集電箔と、正極集電箔の表面に配置された正極活物質と、を備える。正極集電箔は、例えばアルミニウムやステンレス等の金属箔により形成されている。正極活物質は、例えば、コバルト酸リチウムやチタン酸リチウム、マンガン酸リチウム等のように、リチウムと遷移金属とを含む複合酸化物である。以下、展開状態における正極体50の長手方向を正極長手方向といい、展開状態における正極体50の短手方向を正極短手方向という。
図6に示すように、負極体60は、捲回される前の展開状態で、全体として帯状に形成されている。負極体60は、金属材料により形成された負極集電箔と、負極集電箔の表面に配置された負極活物質と、を備える。負極集電箔は、例えば銅やステンレス等の金属箔により形成されている。負極活物質は、例えば、シリコン酸化物やグラファイト、ハードカーボン、チタン酸リチウム、LiAl等である。以下、展開状態における負極体60の長手方向を負極長手方向といい、展開状態における負極体60の短手方向を負極短手方向という。
図7に示すように、セパレータ70は、正極体50および負極体60の少なくともいずれか一方に対向する複数層の対向部71と、正極体50および負極体60よりも軸方向の外側に張り出した複数層の張り出し部72と、を有する。複数層の対向部71は、正極本体51および負極本体61の層間に配置された対向部71と、最外周の正極本体51に厚さ方向の外側から重なる対向部71と、最外周の負極本体61に厚さ方向の外側から重なる対向部71と、を備える。対向部71は、正極本体51および負極本体61と平行に配置されている。複数層の張り出し部72のそれぞれは、対向部71に連なっている。なお、複数層の張り出し部72は、正極体50および負極体60を挟んだ軸方向の両側で互いに同様に形成されている。このため、以下の複数層の張り出し部72に関する説明では、正極体50および負極体60よりも軸方向の一方側に張り出した複数層の張り出し部72について説明する。
ここで、図8に示すように、電極構造体40における軸方向および厚さ方向に沿い捲回軸線Oを含む断面上で基準線Lを定義する。基準線Lは、前記断面上で正極体50および負極体60における軸方向の前記一方側の端部を通り、厚さ方向に延びている。また、前記断面上での基準線Lに対する張り出し部72の長さを張り出し量と定義する。張り出し量は、撓みを解消して軸方向に延びている状態での張り出し部72の端縁から基準線Lまでの寸法である。張り出し量は、張り出し部72の厚さ方向の位置に応じて変化している。
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 (5)
- 交互に積層された正極体および負極体、並びに前記正極体と前記負極体との間に介在するセパレータを有し、前記正極体および前記負極体が前記セパレータを挟んで扁平に捲回された電極構造体と、
前記電極構造体を収容する外装体と、
を備え、
前記電極構造体の平面視の外形は、捲回軸方向に交差する方向に延びる側縁を有し、
前記側縁の少なくとも一部は、平面視で前記捲回軸方向に直交する方向に交差する方向に延び、
前記セパレータは、前記正極体および前記負極体よりも捲回軸方向に張り出した複数層の張り出し部を有し、
前記電極構造体における前記捲回軸方向、および前記電極構造体の厚さ方向に沿う断面上で、前記正極体および前記負極体における前記捲回軸方向の端部を通り前記厚さ方向に延びる基準線を定義し、
前記断面上での前記基準線に対する前記張り出し部の長さを張り出し量と定義した場合、
前記複数層の張り出し部のうち前記断面上で前記厚さ方向に並ぶ少なくとも一部の層の張り出し部は、前記電極構造体の捲回中心側から外周側に向かうに従い前記張り出し量が大きくなるように形成され、
前記複数層の張り出し部は、前記捲回軸方向の外側から見て前記正極体および前記負極体のうち少なくともいずれか一方の端縁に重なっている、
ことを特徴とする電気化学セル。 - 前記複数層の張り出し部は、
前記厚さ方向で両端に位置する第1張り出し部および第2張り出し部と、
前記第1張り出し部と前記第2張り出し部との間に位置する中間張り出し部と、
を備え、
前記第1張り出し部および前記第2張り出し部の前記張り出し量は、前記中間張り出し部の前記張り出し量よりも大きい、
ことを特徴とする請求項1に記載の電気化学セル。 - 前記複数層の張り出し部のうち前記中間張り出し部以外の張り出し部は、前記厚さ方向で前記中間張り出し部側に撓んでいる、
ことを特徴とする請求項2に記載の電気化学セル。 - 前記外装体は、第1容器および第2容器を前記厚さ方向に重ね合わせて形成され、前記第1容器と前記第2容器との間で前記電極構造体を収容する収容部、および前記厚さ方向から見て前記収容部の周囲の全周で前記第1容器と前記第2容器とが互いに重なり合う封止部を有し、
前記中間張り出し部は、捲回軸方向から見て前記封止部の内周縁に重なっている、
ことを特徴とする請求項3に記載の電気化学セル。 - 前記複数層の張り出し部のうち少なくとも1つの層の張り出し部は、撓んだ状態で前記外装体の内面に接触している、
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。
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