JPWO2017209101A1 - 電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、異形状を有する外装体の内部に電解液を注液して、電極体の内部全体に電解液を浸透させるまでの時間を短くすることができる電池およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の電池（１００）は、正極、負極、および正極と負極との間に配置されているセパレータを有する電極体と、電解液と、直方体および立方体以外の形状を有し、電極体および電解液を収容した外装体（２０）とを備える。外装体（２０）は、正極、セパレータ、および負極の並ぶ方向に複数の内面を有する。外装体（２０）は、複数の内面のうち最も広い内面に、電解液を注液するための注液口（３０）を有し、外装体２０の最も広い内面と電極体との間には、電解液の注液時に注液口（３０）から注液された電解液を一時的に保持可能な保持領域が設けられている。外装体（２０）の各内面と電極体との間に存在する各領域のうち、保持領域と隣接する領域は、保持領域に注液された電解液の流出を抑制し得る大きさの領域である。

Description

本発明は、電極体および電解液を外装体に収容してなる電池、およびその製造方法に関する。

セパレータを間に挟んだ正極および負極を有する電極体と、電解液とを外装体に収容した電池が知られている。このような電池には、外装体に注液口が設けられており、電池の製造時に、電極体を収容した外装体の注液口から電解液を注液する。注液口から注液された電解液は電極体の内部に少しずつ浸透していくが、内部に浸透していくのに時間がかかるため、電解液は複数回に分けて注液する必要がある。

特許文献１には、注液口を複数設けた電池が開示されている。注液口を複数設けることにより、いずれかの注液口から電解液を注液すると、他の注液口から外装体内の気体が排出されるので、排出された気体に相当する量の電解液をスムーズに外装体内に注入することができる。

特開平１０−２４１７４１号公報

ここで、電極体および電解液を収容する外装体の形状として、直方体や立方体の形状はよく知られている。特許文献１に開示されている外装体の形状も、角部が丸みを帯びているものの、略直方体の形状である。

しかしながら、外装体が直方体や立方体以外の形状（以下、「異形状」ともいう）を有するものである場合においては、注液口の位置によって電極体の内部全体に電解液を浸透させるのに要する時間が変動する。そのため、どの位置に注液口を設けるかによって電池の生産性が左右されることになるが、これまで、外装体の形状と注液口の最適な位置との関係については、必ずしも十分な知見が共有されておらず、効率のよい注液を行うことができにくい場合があった。

本発明は、異形状を有する外装体の内部に電解液を注液して、電極体の内部全体に電解液を浸透させるまでの時間を短くすることができる電池およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の電池は、正極、負極、および前記正極と前記負極との間に配置されているセパレータを有する電極体と、電解液と、直方体および立方体以外の異形状を有し、前記電極体および前記電解液を収容した外装体とを備え、前記外装体は、前記正極、前記セパレータ、および前記負極の並ぶ方向と平行な方向に複数の内面を有し、前記外装体は、前記複数の内面のうち最も広い内面に、電解液を注液するための注液口を有し、前記外装体の前記最も広い内面と前記電極体との間には、前記電解液の注液時に前記注液口から注液された電解液を一時的に保持可能な保持領域が設けられており、前記外装体の各内面と前記電極体との間の各領域のうち、前記保持領域と隣接する領域は、前記注液口から前記保持領域に注液された電解液が前記保持領域から流出するのを抑制し得る大きさの領域である、ことを特徴とする。

また、前記保持領域と隣接する領域を構成する前記外装体の内面と前記電極体との間の距離は、２０μｍ未満としてもよい。

また、前記保持領域を構成する前記外装体の前記最も広い内面と前記電極体との間の距離は、５０μｍ以上５００μｍ以下としてもよい。

また、前記保持領域の体積をＶ１、前記電極体の体積をＶ２、前記電極体の空隙率をＸ（％）としたときに、下記（１）式が成り立つようにしてもよい。
２０≦Ｖ１／（Ｖ２×Ｘ／１００）≦８０ …（１）

前記電極体は、前記正極および前記負極が前記セパレータを介して交互に複数積層された積層電極体であってもよい。

本発明の電池の製造方法は、直方体および立方体以外の形状を有する外装体の内部に、正極、負極、および前記正極と前記負極との間に配置されているセパレータを有する電極体と、電解液とが収容され、前記外装体は、前記正極、前記セパレータ、および前記負極の並ぶ方向と平行な方向の複数の内面を有する構造の電池の製造方法であって、（ａ）前記複数の内面のうち最も広い内面に注液口が設けられている外装体に前記電極体が収容され、前記外装体の前記最も広い内面と前記電極体との間に、前記注液口から注液された前記電解液を一時的に保持可能な保持領域を有するとともに、前記外装体の各内面と前記電極体との間に存在する各領域のうち、前記保持領域と隣接する領域は、前記注液口から前記保持領域に注液された電解液が前記保持領域から流出するのを抑制し得る大きさの領域である電極体収容体を用意する工程と、（ｂ）前記注液口から前記外装体の内部に前記電解液を注液する工程と、（ｃ）注液を一旦停止して、注液された前記電解液を前記電極体の内部に浸透させる工程と、（ｄ）前記電極体の内部全体への前記電解液の浸透が終了するまで、前記（ｂ）の工程および前記（ｃ）の工程を繰り返す工程と、を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、正極、セパレータ、および負極の並ぶ方向と平行な方向の外装体の各内面と電極体との間の領域のうちの最も大きい領域である、外装体の上記最も広い内面と電極体との間の保持領域に、注液口から注液された電解液が一時的に保持されて、電極体の内部に少しずつ浸透していくので、電解液の１回の注液量を多くすることができる。これにより、外装体が直方体および立方体以外の異形状を有するものである場合でも、電極体の内部全体に非水電解液を浸透させるまでの注液回数を少なくして、電極体の内部全体に非水電解液が浸透するまでの時間を短くすることができる。

本発明の第１の実施形態におけるリチウムイオン電池の外観形状を示す斜視図である。 図１に示すリチウムイオン電池のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図１に示すリチウムイオン電池のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の第２の実施形態におけるリチウムイオン電池の外観形状を示す斜視図である。 図４に示すリチウムイオン電池のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 本発明の第３の実施形態におけるリチウムイオン電池の外観形状を示す斜視図である。 図６に示すリチウムイオン電池のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。

以下に本発明の実施形態を示して、本発明の特徴とするところをさらに具体的に説明する。以下では、本発明の電池として、リチウムイオン電池を例に挙げて説明する。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態におけるリチウムイオン電池１００の外観形状を示す斜視図である。図２は、図１に示すリチウムイオン電池１００のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図３は、図１に示すリチウムイオン電池１００のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。

リチウムイオン電池１００は、電極体１０と、電極体１０および非水電解液（不図示）を収容する外装体としての外装缶２０とを備える。

電極体１０は、図３に示すように、正極１１と負極１４とがセパレータ１７を介して交互に複数積層されることによって構成された積層電極体である。本明細書では、正極１１および負極１４が積層されている方向（ｙ軸方向）を積層方向と呼ぶ。

正極１１は、アルミニウムなどの金属箔からなる正極集電体１２の両面に、正極活物質１３が塗工されることによって形成されている。正極集電体１２は、図２に示すように、Ｌ字状の形状を有する。正極活物質１３としては、例えばコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム、または、それらの遷移金属の一部を別の金属で置き換えたものが用いられている。これらを単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。全ての正極集電体１２は、図示しない正極端子と接続されている。

負極１４は、銅などの金属箔からなる負極集電体１５の両面に、負極活物質１６が塗工されることによって形成されている。負極集電体１５は、Ｌ字状の形状を有する。負極活物質１６としては、例えば黒鉛（天然黒鉛、人造黒鉛）、ハードカーボン、ソフトカーボン、などの炭素材料、酸化シリコン、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛および酸化リチウムなどの酸化物、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｂａ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｌａなどの金属とリチウムとの２元、３元またはそれ以上の合金が用いられている。これらを単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。全ての負極集電体１５は、図示しない負極端子と接続されている。

セパレータ１７としては、シート状のものが用いられており、例えば、絶縁性に優れたポリプロピレン製の微多孔性薄膜によって構成されている。セパレータ１７もＬ字状の形状を有する。セパレータ１７が微多孔性薄膜によって構成されていることにより、リチウムイオンはセパレータ１７を透過する。なお、セパレータ１７は、シート状のものに限定されることはなく、正極１１または負極１４を個別に収容可能な袋状の形態であってもよいし、九十九折りの形態であってもよい。

非水電解液は、溶質と溶媒を含む。溶質には、例えば、ＬｉＰＦ₆やＬｉＢＦ₄などのＬｉ塩が好ましく用いられる。溶媒には、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）などの有機溶媒が好ましく用いられる。電解質は液体でもよいし、ポリマー状のものを用いてもよい。

外装缶２０は、例えばステンレス、アルミニウム、ニッケル、鉄などの金属からなり、直方体および立方体以外の異形の形状を有する。直方体には、角部が丸みを帯びている略直方体のものも含まれる。また、立方体には、角部が丸みを帯びている略立方体のものも含まれる。

この実施形態では、外装缶２０は、ｘｙ平面と平行な第１の面２１、第２の面２２、および第３の面２３と、ｙｚ平面と平行な第４の面２４、第５の面２５、および第６の面２６と、ｘｚ平面と平行な第７の面２７および第８の面２８とを有する。

第２の面２２および第３の面２３はそれぞれ、第１の面２１と対向する。第５の面２５および第６の面２６はそれぞれ、第４の面２４と対向する。また、第７の面２７は、第８の面２８と対向する。第１の面２１〜第６の面２６の形状はそれぞれ長方形であり、第７の面２７および第８の面２８の形状はそれぞれ、Ｌ字形状である。

上述した第１の面２１〜第８の面のうち、第１の面２１〜第６の面２６は、正極１１、セパレータ１７、および負極１４の並ぶ方向と平行な面である。この第１の面２１〜第６の面２６のうち、最も広い面積を有する面は、第１の面２１である。外装缶２０を構成する部材の厚みは、全ての面において略同じであるため、上記第１の面２１〜第６の面２６にそれぞれ対応する外装缶２０の複数の内面のうち、最も広い内面は、第１の面２１の内側の面２１ａである。

換言すると、外装缶２０は、正極１１、セパレータ１７、および負極１４の並ぶ方向と平行な方向の複数の内面を有し、この複数の内面のうち最も広い内面は、第１の面２１の内側の面２１ａである。

外装缶２０には、非水電解液を注液するための注液口３０が設けられている。注液口３０は、封止栓３１によって封止されている。

注液口３０は、外装缶２０の上記最も広い内面２１ａに設けられている。特に、注液口３０は、上記最も広い内面２１ａの中央に設けられていることが好ましい。

外装缶２０の上記最も広い内面２１ａと電極体１０との間には、非水電解液の注液時に注液口３０から注液された非水電解液を一時的に保持することが可能な保持領域４０が設けられている。

保持領域４０を構成する外装缶２０の上記最も広い内面２１ａと電極体１０との間の距離が５０μｍ未満であると、非水電解液を一時的に保持できる量が少なくなり、それにより、非水電解液の注液回数が多くなってしまう。また、保持領域４０を構成する外装缶２０の上記最も広い内面２１ａと電極体１０との間の距離が５０μｍ未満であると、電極体１０の内部で非水電解液の未含浸領域が発生する可能性があり、その場合には電池の特性が低下する。一方、保持領域４０を構成する外装缶２０の上記最も広い内面２１ａと電極体１０との間の距離が５００μｍより大きくなると、デッドスペースが大きくなるため、十分な体積エネルギー密度の電池を得ることができなくなる。したがって、この実施形態では、保持領域４０を構成する外装缶２０の上記最も広い内面２１ａと電極体１０との間の距離は、５０μｍ以上５００μｍ以下とする。

また、外装缶２０の各内面と電極体１０との間に存在する各領域のうち、保持領域４０と隣接する領域は、注液口３０から保持領域４０に注液された非水電解液が保持領域４０から流出するのを抑制し得る大きさの領域である。この実施形態では、外装缶２０の各内面と電極体１０との間に存在する各領域のうち、保持領域４０と隣接する領域とは、第４の面２４の内側の面と電極体１０との間の領域、および第６の面２６の内側の面と電極体１０との間の領域である。これらの領域を構成する外装缶２０の内面と電極体１０との間の距離は、例えば２０μｍ未満である。すなわち、外装缶２０の内面と電極体１０との間の距離が２０μｍ未満であれば、注液口３０から保持領域４０に注液された非水電解液が保持領域４０から流出するのを抑制することができる。

なお、「非水電解液が保持領域４０から流出するのを抑制し得る大きさ」とは、非水電解液が保持領域４０から全く流出しない大きさを意味するものではなく、非水電解液の一部が保持領域４０から流出する大きさも含まれる。

ここで、保持領域４０の体積をＶ１、電極体１０の体積をＶ２、電極体１０の空隙率をＸ（％）としたときに、Ｖ１、Ｖ２、およびＸの間には、下記（１）式の関係が成り立つようにすることが好ましい。ただし、電極体１０の空隙率Ｘ（％）とは、電極体１０の体積Ｖ２に対して、正極１１、負極１４、およびセパレータ１７が設けられていない領域の体積の割合である。
２０≦Ｖ１／（Ｖ２×Ｘ／１００）≦８０ …（１）

Ｖ１／（Ｖ２×Ｘ／１００）が２０未満である場合、注液口３０から注液された非水電解液を一時的に保持する領域が狭くなり、それにより、非水電解液の注液回数が多くなってしまう。また、Ｖ１／（Ｖ２×Ｘ／１００）が２０未満である場合、電極体１０の内部で非水電解液の未含浸領域が発生する可能性があり、その場合には電池の特性が低下する。一方、Ｖ１／（Ｖ２×Ｘ／１００）が８０を超えると、デッドスペースが大きくなるため、十分な体積エネルギー密度の電池を得ることができなくなる。したがって、Ｖ１、Ｖ２、およびＸの間には、（１）式の関係が成り立つようにすることが好ましい。

［非水電解液の注液方法］
リチウムイオン電池１００を製造するための一工程である非水電解液の注液の方法について説明する。電極体１０を内部に収容した外装缶２０を、上記最も広い内面２１ａ側を上側として載置する。この状態では、外装缶２０の第２の面２２が下面となる。外装缶２０は、例えば、第７の面２７側を蓋のように取り外して電極体１０を内部に収容可能な構造となっている。

続いて、注液口３０から、外装缶２０の内部に非水電解液を注液する。

ここで、上述したように、外装缶２０の各内面と電極体１０との間に存在する各領域のうち、保持領域４０と隣接する領域は、注液口３０から保持領域４０に注液された非水電解液が保持領域４０から流出するのを抑制し得る大きさの領域である。また、注液口３０から注液された非水電解液は、すぐに電極体１０の内部に浸透するわけではなく、少しずつ時間をかけて電極体１０の内部に浸透していく。したがって、注液口３０から注液された非水電解液は、外装缶２０の上記最も広い内面２１ａと電極体１０との間の保持領域４０に一時的に保持される。保持領域４０が非水電解液によってある程度満たされると、注液を一旦停止する。

本実施形態では、正極１１、セパレータ１７、および負極１４は、図１のｙ軸方向に積層されている。これにより、正極１１、セパレータ１７、および負極１４の端部は、少なくとも外装缶２０の上記最も広い内面２１ａ側に露出しているので、上記最も広い内面２１ａと電極体１０との間の保持領域４０に溜まっている非水電解液は、重力により、電極体１０の上部から内部に少しずつ浸透していく。

非水電解液が電極体１０の内部に浸透していくにつれて、保持領域４０に溜まっていた非水電解液は減少していく。保持領域４０に溜まっていた非水電解液がある程度減少すると、再び、注液口３０から外装缶２０の内部に非水電解液を注液する。そして、保持領域４０内に非水電解液がある程度溜まると、注液を一旦停止して、非水電解液が電極体１０の内部に浸透するのを待つ。

上述した処理を繰り返すことにより、電極体１０の内部に非水電解液を完全に浸透させる。

ここで、保持領域４０は、外装缶２０の上記最も広い内面２１ａと電極体１０との間の領域であるため、外装缶２０の各内面と電極体１０との間の距離が均一である場合、外装缶２０の各内面と電極体１０との間の領域のうち、上記最も広い内面２１ａと電極体１０との間の保持領域４０が体積的に最も大きくなる。したがって、注液口３０から注液された非水電解液を一時的に保持する領域として最も大きくなるので、１回の注液量を最大とすることができる。これにより、電極体１０の内部全体に非水電解液を浸透させるまでの注液回数を少なくすることができるとともに、電極体１０の内部全体に非水電解液が浸透するまでの時間を短くすることができる。これにより、リチウムイオン電池１００の製造時間を短くすることができる。

一方、注液口３０を電極体１０の上記最も広い内面２１ａ以外の内面に設けた場合、注液された非水電解液は、保持領域４０よりも狭い領域に一時的に保持されることになる。したがって、電極体１０の上記最も広い内面２１ａに注液口３０を設けた場合と比べて、１回の注液量は少なくなるため、注液回数が多くなり、電極体１０の内部全体に非水電解液が浸透するまでの時間が長くなる。

［第２の実施形態］
図４は、第２の実施形態におけるリチウムイオン電池１００Ａの外観形状を示す斜視図である。図５は、図４に示すリチウムイオン電池１００ＡのＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図４および図５において、図１〜図３に示す構成と同じ構成部分については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。

リチウムイオン電池１００Ａは、電極体１０と、電極体１０および非水電解液（不図示）を収容する外装体としての外装缶２０Ａとを備える。

電極体１０の正極１１、セパレータ１７、および負極１４はそれぞれ、台形の形状を有する。正極１１、セパレータ１７、および負極１４の積層方向は、ｙ軸方向である。

外装缶２０Ａは、直方体および立方体以外の異形の形状を有する。この実施形態では、外装缶２０Ａは、第１の面４１と、第２の面４２と、第３の面４３と、第４の面４４と、第５の面４５と、第６の面４６とを備える。

第１の面４１および第２の面４２は、ｘｙ平面と平行であり、互いに対向する。第５の面４５および第６の面４６は、ｘｚ平面と平行であり、互いに対向する。第１の面４１〜第４の面４４の形状はそれぞれ長方形であり、第５の面４５および第６の面４６の形状はそれぞれ台形である。

上述した第１の面４１〜第６の面４６のうち、第１の面４１〜第４の面４４は、正極１１、セパレータ１７、および負極１４の並ぶ方向と平行な面である。これら第１の面４１〜第４の面４４のうち、最も広い面積を有する面は、第１の面４１である。外装缶２０Ａの厚みは、全ての面において略同じであるため、上記第１の面４１〜第４の面４４にそれぞれ対応する外装缶２０Ａの複数の内面のうち、最も広い内面は、第１の面４１の内側の面４１ａである。

注液口３０は、外装缶２０Ａの上記最も広い内面４１ａに設けられている。注液口３０は、上記最も広い内面４１ａの中央に設けられていることが好ましい。

外装缶２０Ａの上記最も広い内面４１ａと電極体１０との間には、注液口３０から注液された非水電解液を一時的に保持可能な保持領域４０が設けられている。第１の実施形態と同様に、保持領域４０を構成する上記最も広い内面４１ａと電極体１０との間の距離は、例えば５０μｍ以上５００μｍ以下である。正極１１、セパレータ１７、および負極１４の並ぶ方向と平行な方向の外装缶２０Ａの各内面と電極体１０との間の領域のうち、上記最も広い内面４１ａと電極体１０との間に形成されている保持領域４０の体積は最大である。

第１の実施形態と同様に、外装缶２０Ａの各内面と電極体１０との間に存在する各領域のうち、保持領域４０と隣接する領域は、注液口３０から保持領域４０に注液された非水電解液が保持領域４０から流出するのを抑制し得る大きさの領域である。この実施形態では、外装缶２０Ａの各内面と電極体１０との間に存在する各領域のうち、保持領域４０と隣接する領域とは、第３の面４３の内側の面と電極体１０との間の領域、および第４の面４４の内側の面と電極体１０との間の領域である。これらの領域を構成する外装缶２０Ａの内面と電極体１０との間の距離は、例えば２０μｍ未満である。

注液口３０から注液された非水電解液は、外装缶２０Ａの上記最も広い内面４１ａと電極体１０との間の保持領域４０に一時的に保持されて、電極体１０の上部からその内部に少しずつ浸透していく。上述したように、上記最も広い内面４１ａと電極体１０との間の保持領域４０は、その体積が最大であるため、非水電解液の１回の注液量を最大とすることができる。これにより、電極体１０の内部全体に非水電解液を浸透させるまでの注液回数を少なくすることができ、電極体１０の内部全体に非水電解液が浸透するまでの時間を短くすることができる。これにより、リチウムイオン電池１００の製造時間を短くすることができる。

すなわち、外装缶２０Ａが図４に示すような形状であっても、正極１１、セパレータ１７、および負極１４の並ぶ方向と平行な方向の複数の内面のうちの最も広い内面４１ａに注液口３０が設けられていることにより、他の位置に注液口３０が設けられている構成と比べて、非水電解液が電極体１０の内部全体に浸透するまでの時間を短くすることができる。

［第３の実施形態］
図６は、第３の実施形態におけるリチウムイオン電池１００Ｂの外観形状を示す斜視図である。図７は、図６に示すリチウムイオン電池１００ＢのＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。図６および図７において、図１〜図３に示す構成と同じ構成部分については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。

リチウムイオン電池１００Ｂは、電極体１０と、電極体１０および非水電解液（不図示）を収容する外装体としての外装缶２０Ｂとを備える。

電極体１０の正極１１、セパレータ１７、および負極１４はそれぞれ、凸状の形状を有する。正極１１、セパレータ１７、および負極１４の積層方向は、ｙ軸方向である。

外装缶２０Ｂは、直方体および立方体以外の異形の形状を有する。この実施形態では、外装缶２０Ｂは、ｘｙ平面と平行な第１の面６１、第２の面６２、第３の面６３、第４の面６４と、ｙｚ平面と平行な第５の面６５、第６の面６６、第７の面６７、および第８の面６８と、ｘｚ平面と平行な第９の面６９、および第１０の面７０とを備える。

第２の面６２、第３の面６３、および第４の面６４は、第１の面６１と対向する。第５の面６５は第８の面６８と対向し、第６の面６６は、第７の面６７と対向する。第９の面６９は、第１０の面７０と対向する。第１の面６１〜第８の面６８の形状はそれぞれ長方形であり、第９の面６９および第１０の面７０の形状は、凸状である。

上述した第１の面６１〜第１０の面７０のうち、第１の面６１〜第８の面６８は、正極１１、セパレータ１７、および負極１４の並ぶ方向と平行な面である。これら第１の面６１〜第８の面６８のうち、最も広い面積を有する面は、第１の面６１である。外装缶２０Ｂの厚みは、全ての面において略同じであるため、上記第１の面６１〜第８の面６８にそれぞれ対応する外装缶２０Ｂの複数の内面のうち、最も広い内面は、第１の面６１の内側の面６１ａである。

注液口３０は、外装缶２０Ｂの上記最も広い内面６１ａに設けられている。注液口３０は、上記最も広い内面６１ａの中央に設けられていることが好ましい。

外装缶２０Ｂの上記最も広い内面６１ａと電極体１０との間には、注液口３０から注液された非水電解液を一時的に保持可能な保持領域４０が設けられている。第１および第２の実施形態と同様に、保持領域４０を構成する上記最も広い内面６１ａと電極体１０との間の距離は、例えば５０μｍ以上５００μｍ以下である。正極１１、セパレータ１７、および負極１４の並ぶ方向と平行な方向の外装缶２０Ｂの各内面と電極体１０との間の領域のうち、上記最も広い内面４１ａと電極体１０との間に形成されている保持領域４０の体積は最大である。

第１および第２の実施形態と同様に、外装缶２０Ｂの各内面と電極体１０との間に存在する各領域のうち、保持領域４０と隣接する領域は、注液口３０から保持領域４０に注液された非水電解液が保持領域４０から流出するのを抑制し得る大きさの領域である。この実施形態では、外装缶２０Ｂの各内面と電極体１０との間に存在する各領域のうち、保持領域４０と隣接する領域とは、第５の面６５の内側の面と電極体１０との間の領域、および第８の面６８の内側の面と電極体１０との間の領域である。これらの領域を構成する外装缶２０Ｂの内面と電極体１０との間の距離は、例えば２０μｍ未満である。

注液口３０から注液された非水電解液は、外装缶２０Ｂの上記最も広い内面６１ａと電極体１０との間の保持領域４０に一時的に保持されて、電極体１０の上部からその内部に少しずつ浸透していく。上述したように、上記最も広い内面６１ａと電極体１０との間の保持領域４０は、その体積が最大であるため、非水電解液の１回の注液量を最大とすることができる。これにより、電極体１０の内部全体に非水電解液を浸透させるまでの注液回数を少なくすることができ、電極体１０の内部全体に非水電解液が浸透するまでの時間を短くすることができる。これにより、リチウムイオン電池１００の製造時間を短くすることができる。

すなわち、外装缶２０Ｂが図６に示すような形状であっても、正極１１、セパレータ１７、および負極１４の並ぶ方向と平行な方向の複数の内面のうちの最も広い内面６１ａに注液口３０が設けられていることにより、他の位置に注液口３０が設けられている構成と比べて、非水電解液が電極体１０の内部全体に浸透するまでの時間を短くすることができる。

上述した実施形態では、電極体および非水電解液を収容する外装体は、外装缶であるものとして説明したが、外装缶に限定されることはなく、例えば、ラミネートフィルムであってもよい。

また、外装体の形状が上述した各実施形態で説明した形状に限定されることもない。すなわち、外装体は、直方体および立方体以外の異形の形状を有するものであればよい。

電極体は、上述した積層電極体に限定されることはなく、例えば、セパレータを間に挟んだ正極および負極が巻回された巻回電極体であってもよい。電極体を巻回電極体とした場合でも、正極、セパレータ、および負極の並ぶ方向と平行な方向の複数の内面のうち最も広い内面に、電解液を注液するための注液口が設けられていればよい。これにより、外装体の上記最も広い内面と電極体との間の保持領域に溜まった非水電解液は、その最も広い内面側から巻回電極体の内部に浸透していくので、単位時間あたりの電解液の内部浸透量を多くして、電解液が電極体の内部に完全に浸透するまでの時間を短くすることができる。

上述した実施形態では、リチウムイオン電池を例に挙げて説明したが、リチウムイオン電池以外の電池であってもよい。

本発明は、さらにその他の点においても上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

本発明による電池は、電極体および電解液を収容した外装体は、直方体および立方体以外の異形の形状を有しており、電極体の正極、セパレータ、および負極の並ぶ方向と平行な方向の複数の内面を有し、この複数の内面のうちの最も広い内面に、電解液を注液するための注液口を有し、外装体の上記最も広い内面と外装体との間には、電解液の注液時に注液口から注液された電解液を一時的に保持可能な保持領域が設けられている。また、外装体の各内面と電極体との間の各領域のうち、保持領域と隣接する領域は、注液口から保持領域に注液された電解液が保持領域から流出するのを抑制し得る大きさの領域である。この構成によれば、注液口から注液された電解液は、外装体の上記最も広い内面と外装体との間の保持領域に一時的に保持されて、電極体の内部に少しずつ浸透していく。これにより、外装体が直方体および立方体以外の異形状を有する場合において、他の位置に注液口が設けられている構成と比べて、電解液の１回の注液量を最大とすることができる。したがって、電極体の内部全体に電解液を浸透させるまでの注液回数を少なくすることができ、電極体の内部全体に電解液が浸透するまでの時間を短くすることができる。

また、保持領域と隣接する領域を構成する外装体の内面と電極体との間の距離を、２０μｍ未満とすることにより、注液口から注液された電解液の大部分を保持領域に一時的に保持することができる。

また、保持領域を構成する外装体の最も広い内面と電極体との間の距離を、５０μｍ以上５００μｍ以下とすることにより、十分な電池の体積エネルギー密度を確保しつつ、電解液を一時的に保持する領域として十分な領域を確保することができる。

また、電解液を一時的に保持可能な保持領域の体積をＶ１、電極体の体積をＶ２、電極体の空隙率をＸ（％）としたときに、下記（１）式の関係が成り立つようにすることにより、十分な電池の体積エネルギー密度を確保しつつ、電解液を一時的に保持する領域として十分な領域を確保することができる。
２０≦Ｖ１／（Ｖ２×Ｘ／１００）≦８０ …（１）

また、電極体は、正極および負極がセパレータを介して交互に複数積層された積層電極体であっても、電解液が積層電極体の内部に完全に浸透するまでの時間を短くすることができる。

また、本発明による電池の製造方法は、直方体および立方体以外の形状を有する外装体の内部に、電極体と電解液とが収容され、外装体は、正極、セパレータ、および負極の並ぶ方向と平行な方向の複数の内面を有する構造の電池の製造方法であって、（ａ）上記複数の内面のうち最も広い内面に注液口が設けられている外装体に電極体が収容され、外装体の上記最も広い内面と電極体との間に、注液口から注液された電解液を一時的に保持可能な保持領域を有するとともに、外装体の各内面と電極体との間に存在する各領域のうち、保持領域と隣接する領域は、注液口から保持領域に注液された電解液が保持領域から流出するのを抑制し得る大きさの領域である電極体収容体を用意する工程と、（ｂ）注液口から外装体の内部に電解液を注液する工程と、（ｃ）注液を一旦停止して、注液された電解液を電極体の内部に浸透させる工程と、（ｄ）電極体の内部全体への電解液の浸透が終了するまで、（ｂ）の工程および（ｃ）の工程を繰り返す工程とを備えている。これにより、外装体が直方体および立方体以外の異形状を有する場合において、外装体の上記最も広い内面と電極体との間の最も広い領域に電解液を一時的に保持することができるので、電解液の１回の注液量を多くすることができる。したがって、電極体の内部全体に電解液を浸透させるまでの注液回数を少なくすることができ、電極体の内部全体に電解液が浸透するまでの時間を短くすることができる。

１０ 電極体
１１ 正極
１２ 正極集電体
１３ 正極活物質
１４ 負極
１５ 負極集電体
１６ 負極活物質
１７ セパレータ
２０，２０Ａ，２０Ｂ 外装缶
２１ａ，４１ａ，６１ａ 正極、セパレータ、および負極の並ぶ方向と平行な方向の外装缶の複数の内面のうち、最も広い内面
３０ 注液口
３１ 封止栓
４０ 保持領域
１００，１００Ａ，１００Ｂ リチウムイオン電池

Claims (6)

1. 正極、負極、および前記正極と前記負極との間に配置されているセパレータを有する電極体と、
   電解液と、
   直方体および立方体以外の形状を有し、前記電極体および前記電解液を収容した外装体と、
   を備え、
   前記外装体は、前記正極、前記セパレータ、および前記負極の並ぶ方向と平行な方向の複数の内面を有し、
   前記外装体は、前記複数の内面のうち最も広い内面に、電解液を注液するための注液口を有し、
   前記外装体の前記最も広い内面と前記電極体との間には、前記電解液の注液時に前記注液口から注液された電解液を一時的に保持可能な保持領域が設けられており、
   前記外装体の各内面と前記電極体との間に存在する各領域のうち、前記保持領域と隣接する領域は、前記注液口から前記保持領域に注液された電解液が前記保持領域から流出するのを抑制し得る大きさの領域である、
   ことを特徴とする電池。
2. 前記保持領域と隣接する領域を構成する前記外装体の内面と前記電極体との間の距離は、２０μｍ未満である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電池。
3. 前記保持領域を構成する前記外装体の前記最も広い内面と前記電極体との間の距離は、５０μｍ以上５００μｍ以下である、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電池。
4. 前記保持領域の体積をＶ１、前記電極体の体積をＶ２、前記電極体の空隙率をＸ（％）としたときに、下記（１）式が成り立つ、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電池。
   ２０≦Ｖ１／（Ｖ２×Ｘ／１００）≦８０ …（１）
5. 前記電極体は、前記正極および前記負極が前記セパレータを介して交互に複数積層された積層電極体である、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電池。
6. 直方体および立方体以外の形状を有する外装体の内部に、正極、負極、および前記正極と前記負極との間に配置されているセパレータを有する電極体と、電解液とが収容され、前記外装体は、前記正極、前記セパレータ、および前記負極の並ぶ方向と平行な方向の複数の内面を有する構造の電池の製造方法であって、
   （ａ）前記複数の内面のうち最も広い内面に注液口が設けられている外装体に前記電極体が収容され、前記外装体の前記最も広い内面と前記電極体との間に、前記注液口から注液された前記電解液を一時的に保持可能な保持領域を有するとともに、前記外装体の各内面と前記電極体との間に存在する各領域のうち、前記保持領域と隣接する領域は、前記注液口から前記保持領域に注液された電解液が前記保持領域から流出するのを抑制し得る大きさの領域である電極体収容体を用意する工程と、
   （ｂ）前記注液口から前記外装体の内部に前記電解液を注液する工程と、
   （ｃ）注液を一旦停止して、注液された前記電解液を前記電極体の内部に浸透させる工程と、
   （ｄ）前記電極体の内部全体への前記電解液の浸透が終了するまで、前記（ｂ）の工程および前記（ｃ）の工程を繰り返す工程と、
   を備えていることを特徴とする電池の製造方法。

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