WO2017033456A1 - 電池 - Google Patents

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WO2017033456A1
WO2017033456A1 PCT/JP2016/003812 JP2016003812W WO2017033456A1 WO 2017033456 A1 WO2017033456 A1 WO 2017033456A1 JP 2016003812 W JP2016003812 W JP 2016003812W WO 2017033456 A1 WO2017033456 A1 WO 2017033456A1
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WO
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negative electrode
positive electrode
electrode
exterior body
lead
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/003812
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English (en)
French (fr)
Inventor
児玉　康伸
智博 植田
裕也 浅野
陽子 佐野
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/547—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
    • H01M50/548—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells on opposite sides of the cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
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    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/02—Details
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention has a positive electrode exterior body that also serves as a positive electrode terminal and a negative electrode exterior body that also serves as a negative electrode terminal, and a peripheral portion of the positive electrode exterior body and a peripheral portion of the negative electrode exterior body are welded to a frame-shaped resin. Relates to a battery having a flat shape.
  • Patent Document 1 includes a positive electrode current collector in which a positive electrode active material layer is formed inside, a negative electrode current collector in which a negative electrode active material layer is formed inside, and a separator interposed therebetween.
  • a thin battery has been proposed in which a power generating element is sandwiched between a plate-like metal exterior body on the positive electrode side and a metal exterior body on the negative electrode side, and the peripheral portions of both exterior bodies are joined with a frame-shaped resin.
  • each current collector is secured from the viewpoint of securing the connection between the positive electrode current collector and the metal outer casing on the positive electrode side and the connection between the negative electrode current collector and the metal outer casing on the negative electrode side. It proposes connecting a part of a body and each metal exterior body by welding.
  • Patent Document 1 when the exterior body and the current collector are connected, the positional relationship between the exterior body and the current collector is greatly limited. Therefore, firstly, it is necessary to align the connecting portion between the exterior body and the current collector with high accuracy, and secondly, when the peripheral edge portion of the exterior body and the frame-shaped resin are welded, It is necessary to align the two exterior bodies and the current collectors with accuracy.
  • the size of batteries has been reduced year by year, it has become difficult to perform highly accurate alignment as described above.
  • one aspect of the present disclosure includes a positive electrode exterior body also serving as a positive electrode terminal, a negative electrode exterior body also serving as a negative electrode terminal, an electrode group interposed between the positive electrode exterior body and the negative electrode exterior body, and an electrode group And a frame-shaped resin that surrounds the electrode group and joins the peripheral edge of the positive electrode exterior body and the peripheral edge of the negative electrode exterior body.
  • the electrode group includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.
  • the positive electrode includes a positive electrode current collector sheet and a positive electrode active material layer formed on the surface of the positive electrode current collector sheet. And a positive electrode lead that is an extension of the positive electrode current collector sheet.
  • the negative electrode includes a negative electrode current collector sheet and a negative electrode active material layer formed on the surface of the negative electrode current collector sheet, and has a negative electrode lead that is an extension of the negative electrode current collector sheet.
  • the positive electrode lead extends from the first end of the electrode group on the positive electrode exterior body side, is folded back toward the other second end of the electrode group on the positive electrode exterior body side, and is further folded at least once. And electrically connected to the inner surface of the positive electrode exterior body.
  • the negative electrode lead extends from the third end portion of the electrode group on the negative electrode exterior body side, is folded back toward the other fourth end portion on the negative electrode exterior body side of the electrode group at the third end portion, and is further folded at least once. And electrically connected to the inner surface of the negative electrode exterior body.
  • FIG. 1A is a perspective view schematically showing a structure of a battery according to an embodiment of the present invention.
  • 1B is an exploded perspective view of the battery shown in FIG. 1A.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along broken line DL of the battery shown in FIG. 1A.
  • FIG. 3 is a front view schematically showing the structure of the electrode group of the battery shown in FIG. 1A.
  • FIG. 4 is a front view showing the structure of the electrode group of the battery shown in FIG. 1A with the positive electrode lead and the negative electrode lead developed.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view schematically showing the structure of an example of a stacked electrode group in which a positive electrode lead and a negative electrode lead are developed.
  • FIG. 1A is a perspective view schematically showing a structure of a battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along broken line DL of the battery shown in FIG. 1A.
  • FIG. 3 is a
  • FIG. 6 is a conceptual diagram of an example of a wound electrode group viewed from the winding axis direction.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of definitions of each end of the electrode group and its vicinity.
  • FIG. 8 is a top view conceptually showing an example of the structure of the lead extending from the electrode.
  • FIG. 9 is a top view conceptually showing another example of the structure of the lead extending from the electrode.
  • FIG. 10 is a top view conceptually showing still another example of the structure of the lead extending from the electrode.
  • FIG. 11 is a top view conceptually showing still another example of the structure of the lead extending from the electrode.
  • FIG. 12 is a top view conceptually showing the center of the electrode group when the electrode group is viewed in plan from the normal direction of the exterior body.
  • FIG. 12 is a top view conceptually showing the center of the electrode group when the electrode group is viewed in plan from the normal direction of the exterior body.
  • FIG. 13 is a top view illustrating an example of a point-symmetrical relationship between the first connection portion and the second connection portion when the electrode group is viewed in plan from the normal direction of the exterior body.
  • FIG. 14 is a top view illustrating another example of a point-symmetrical relationship between the first connection portion and the second connection portion when the electrode group is viewed in plan from the normal direction of the exterior body.
  • FIG. 15 is a top view showing still another example of a point-symmetrical relationship between the first connection portion and the second connection portion when the electrode group is viewed in plan from the normal direction of the exterior body.
  • the lead extending direction is further reversed. Thereafter, the end of the lead is overlapped with the exterior body and connected by resistance welding or the like.
  • a crease is inevitably formed in the lead.
  • Such a crease is formed at the stage where the electrode group is sandwiched by the exterior body after connecting the lead and the exterior body. That is, when aligning the exterior body and the electrode group, no fold is formed, and the alignment is not hindered by the fold.
  • the trouble of reversing the leads does not increase the complexity of the manufacturing process so much.
  • the present disclosure is promising in the case of forming a battery having a small thickness (hereinafter referred to as a thin battery).
  • the thickness of the thin battery may be, for example, 3 mm or less, and may be 2 mm or less, or even 1 mm or less.
  • the thickness of the thin battery is preferably 0.1 mm or more, and more preferably 0.2 mm or more.
  • a battery according to an embodiment of the present invention is included in a positive electrode outer package that also serves as a positive electrode terminal, a negative electrode outer package that also functions as a negative electrode terminal, an electrode group that is interposed between the positive electrode outer package and the negative electrode outer package, and an electrode group.
  • FIG. 1A is a perspective view schematically showing a structure of a battery 1 according to an embodiment
  • FIG. 1B is an exploded perspective view of the battery 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of battery 1 taken along broken line DL shown in FIG. 1A.
  • the battery 1 is included in a positive electrode exterior body 10 that also serves as a positive electrode terminal, a negative electrode exterior body 20 that also serves as a negative electrode terminal, an electrode group 30 interposed between the positive electrode exterior body 10 and the negative electrode exterior body 20, and the electrode group 30.
  • An electrolyte (not shown) and a frame-shaped resin 40 surrounding the electrode group 30 are provided.
  • the frame-shaped resin 40 is joined to the peripheral edge of the positive electrode outer casing 10 and the peripheral edge of the negative electrode outer casing 20.
  • the method for joining the peripheral portion of each exterior body and the frame-shaped resin 40 is not particularly limited. For example, by heating the frame-shaped resin 40 and softening or melting at least a part of the frame-shaped resin 40, the peripheral resin can be welded. You may adhere
  • the material of the frame-shaped resin is not particularly limited as long as it is an insulating material, and preferably has a property of being softened or melted by heating.
  • a thermoplastic resin is desirable, and for example, polyolefin such as polyethylene and polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyester such as polyethylene terephthalate, and the like can be used.
  • polyolefin such as polyethylene and polypropylene
  • ethylene-vinyl acetate copolymer such as polyethylene terephthalate, and the like
  • polyester such as polyethylene terephthalate, and the like
  • modified resins such as modified polypropylene and modified polyethylene are also preferably used.
  • a conductive material sheet can be used as the positive electrode outer package and the negative electrode outer package.
  • the thickness of the sheet is not particularly limited, but may be, for example, 5 ⁇ m to 500 ⁇ m when the thickness of the battery exceeds 5 mm, and may be, for example, 5 ⁇ m to 200 ⁇ m when the thickness of the battery is less than 5 mm. That's fine.
  • a metal is preferable as the conductive material.
  • the metal species is not particularly limited as long as it is stable at the positive electrode potential or the negative electrode potential.
  • aluminum, aluminum alloy, nickel, stainless steel SUS, NAS, etc.
  • copper, copper alloy, nickel, stainless steel, etc. can be used for the negative electrode exterior body. (SUS, NAS) or the like can be used.
  • the electrode group according to the embodiment of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.
  • the positive electrode includes a positive electrode current collector sheet and a positive electrode active material layer formed on the surface of the positive electrode current collector sheet, and has a positive electrode lead that is an extension of the positive electrode current collector sheet.
  • the negative electrode includes a negative electrode current collector sheet and a negative electrode active material layer formed on the surface of the negative electrode current collector sheet, and has a negative electrode lead that is an extension of the negative electrode current collector sheet.
  • the positive electrode lead extends from the first end of the electrode group on the positive electrode exterior body side, is folded back toward the other second end of the electrode group on the positive electrode exterior body side, and is further folded at least once.
  • the negative electrode lead extends from the third end portion of the electrode group on the negative electrode exterior body side, is folded back toward the other fourth end portion on the negative electrode exterior body side of the electrode group at the third end portion, and is further folded at least once. And electrically connected to the inner surface of the negative electrode exterior body.
  • FIG. 3 is a front view schematically showing the structure of the electrode group 30 as an example of the above structure
  • FIG. 4 is a front view showing the structure of the electrode group 30 with the positive electrode lead and the negative electrode lead developed.
  • the shape of the electrode group 30 is generally rectangular, and has a first end 31 and a second end 32 on the positive electrode exterior body 10 side and a third end 33 on the negative electrode exterior body 20 side when viewed from the front. It has a fourth end 34.
  • the first end portion 31 and the fourth end portion 34 face each other in the thickness direction of the electrode group 30, and the second end portion 32 and the third end portion 33 are in the thickness direction of the electrode group 30. Are facing each other.
  • the first end 31 where the positive electrode lead 220 starts to extend and the third end 33 where the negative electrode lead 330 starts to extend are the thickness of the electrode group. It is preferable that the first end portion 31 and the fourth end portion 34 face each other, and the second end portion 32 and the third end portion 33 face each other without facing each other in the vertical direction. Thereby, it becomes easy to make the thickness of the battery uniform, and the symmetry of the battery is also improved. Therefore, the concentration of stress on the connecting portion between the lead and the exterior body is easily relaxed, and peeling of the connecting portion is further less likely to occur.
  • the electrode group 30 includes a positive electrode 200, a negative electrode 300, and a separator (not shown) interposed between the positive electrode 200 and the negative electrode 300.
  • the positive electrode 200 includes a positive electrode current collector sheet (not shown) and a positive electrode active material layer (not shown) formed on the surface of the positive electrode current collector sheet, and is an extension of the positive electrode current collector sheet.
  • a certain positive electrode lead 220 is included.
  • the negative electrode 300 includes a negative electrode current collector sheet (not shown) and a negative electrode active material layer (not shown) formed on the surface of the negative electrode current collector sheet, and is an extension of the negative electrode current collector sheet.
  • a certain negative electrode lead 330 is provided.
  • the positive electrode lead 220 extends from the first end portion 31 of the electrode group 30 on the positive electrode exterior body 10 side, and is first folded at the first end portion 31. That is, the first end portion 31 corresponds to the first folding position 221 of the positive electrode lead 220.
  • the negative electrode lead 330 extends from the third end portion 33 of the electrode group 30 on the negative electrode exterior body 20 side, and is first folded at the third end portion 33. That is, the third end portion 33 corresponds to the first folding position 331 of the negative electrode lead 330.
  • the positive electrode lead 220 further extends from the first folding position 221 toward the other second end portion 32 on the positive electrode exterior body 10 side of the electrode group 30, and a second folding position 222 corresponding to the second end portion 32. Then it is wrapped again. Next, the positive electrode lead 220 further extends from the second folded position 222 toward the first end portion 31 and is electrically connected to the inner surface of the positive electrode exterior body 10 at a position facing the first end portion 31. Is done. Thus, the first connection portion 223 that connects the positive electrode lead 220 and the positive electrode exterior body 10 is formed.
  • the negative electrode lead 330 further extends from the first folding position 331 toward the other fourth end 34 on the negative electrode exterior body 20 side of the electrode group 30, and corresponds to the fourth end 34. It is folded again at the folding position 332.
  • the negative electrode lead 330 further extends from the second folded position 332 toward the third end portion 33 and is electrically connected to the inner surface of the negative electrode exterior body 20 at a position facing the third end portion 33. Is done. In this way, the second connection portion 333 that connects the negative electrode lead 330 and the negative electrode exterior body 20 is formed.
  • the electrode group includes a stacked type and a wound type.
  • FIG. 5 schematically shows a cross-sectional structure of an example of a stacked electrode group in which a positive electrode lead and a negative electrode lead are developed.
  • the stacked electrode group 30A is an electrode group having the simplest structure, and includes one positive electrode 200A and one negative electrode 300A.
  • the thickness of the battery can be made very thin. For example, a flexible thin battery having a thickness of 0.1 to 2 mm, further 0.1 to 1 mm can be obtained.
  • the positive electrode 200A includes a positive electrode current collector sheet 250 and a positive electrode active material layer 260 formed on one surface of the positive electrode current collector sheet 250, and is a positive electrode lead 220A that is an extension of the positive electrode current collector sheet 250.
  • Have Negative electrode 300A includes negative electrode current collector sheet 350 and negative electrode active material layer 360 formed on one surface of negative electrode current collector sheet 350, and negative electrode lead 330A that is an extension of negative electrode current collector sheet 350
  • a separator 400 that is a porous material is interposed between the positive electrode active material layer 250 and the negative electrode active material layer 350. The pores of the separator 400 contain an electrolyte.
  • a negative electrode, a positive electrode, and these are provided between the positive electrode 200A having the positive electrode lead 220A and the negative electrode 300A having the negative electrode lead 330A, which are respectively arranged on the outermost sides of the electrode group.
  • What is necessary is just to further interpose the electrode unit containing the separator interposed between.
  • the positive electrode and the negative electrode are alternately stacked, and a separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode.
  • the method for connecting the electrodes having the same polarity is not particularly limited.
  • all the positive electrodes are provided with a positive electrode tab that is an extension of the positive electrode current collector sheet, the positive electrode tabs are connected to each other by welding, and all the negative electrodes are provided with a negative electrode tab that is an extension of the negative electrode current collector sheet.
  • the negative electrode tabs may be connected by welding or the like.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram of an example of a flat wound electrode group viewed from the winding axis direction.
  • the wound electrode group 30B is wound so that one long positive electrode 200B and one long negative electrode 300B are wound around the plate-like member via a pair of separators 400. It is formed by doing.
  • the positive electrode 200B includes, for example, a positive electrode current collector sheet (not shown) and a positive electrode active material layer (not shown) formed on both surfaces of the positive electrode current collector sheet, and the positive electrode current collector sheet A positive lead 220B which is an extension of
  • the negative electrode 300B includes a negative electrode current collector sheet (not shown) and a negative electrode active material layer (not shown) formed on both surfaces of the negative electrode current collector sheet, and is an extension of the negative electrode current collector sheet A negative electrode lead 330B.
  • a double-sided exposed portion where both sides of the current collector sheet are exposed is formed on one end side of each long electrode.
  • the double-sided exposed portion of the positive electrode 200B becomes the positive electrode lead 220B
  • the double-sided exposed portion of the negative electrode 300B becomes the negative electrode lead 330B.
  • each electrode an active material layer is formed on one surface of the current collector sheet following the double-sided exposed portion, and a single-side exposed portion where the other surface of the current collector sheet is exposed is formed.
  • the single-side exposed portion of the positive electrode 200B and the single-side exposed portion of the negative electrode 300B are respectively disposed on one and other end surfaces in the thickness direction of the flat wound electrode group 30B. Positioning is performed when winding the positive electrode 200B and the negative electrode 300B so as to have such an arrangement.
  • the first end, the second end, the third end, and the fourth end (hereinafter collectively referred to as group end) of the electrode group are as shown in FIG. 7 regardless of the type of the electrode group. Further, it is defined by an outer shape or a projection image 500 when the electrode group is viewed in plan from the normal direction of the exterior body.
  • the group end is a distance from one side (or the other side) to 5% of the distance D w when the distance from one side corresponding to the end in the projected image 500 to the other side is D w .
  • Region r is assumed. Further, the group ends or in the vicinity thereof, the region R of the from side (or the other side) up to 20% of the distance of the distance D w.
  • the distance D PL from the first end to the second end and the distance D NL from the third end to the fourth end are both the same as the distance D w .
  • the length L PL from the first end in the extending direction of the positive electrode lead, the length L NL from the third end in the extending direction of the negative electrode lead, and the first end in the extending direction of the positive electrode lead are: Assume that each of the positive electrode lead and the negative electrode lead is a first folding position at which the lead is first folded. At this time, the first folded position, which may protrude from the slightly projected image, protrusion distance is desirably within 5% of the distance D w.
  • the width perpendicular to the extending direction of each lead (hereinafter also referred to as lead width) is not particularly limited, and may be the same as the width of each current collector sheet, for example. Further, the lead width may be constant or may vary along the extending direction. For example, in consideration of the possibility of positional deviation between the electrode group and the lead, the lead width may be made smaller than the width of the active material layer.
  • the positive electrode lead and the negative electrode lead may have the same structure, or may have different structures. In order to reduce the lead width, for example, both end portions along the longitudinal direction of the extending portion of the current collector sheet may be cut off.
  • the width perpendicular to the extending direction of the positive electrode lead W PL and the width perpendicular to the extending direction of the negative electrode lead W NL (hereinafter, collectively referred to W PL and W NL with W L) and a positive electrode active material layer width W PA and the anode active width of the material layer W NA (hereinafter, collectively referred to W PA and W NA with W a) is, for example, should satisfy 0.7 ⁇ W L / W a ⁇ 1.05.
  • W L / W A ⁇ 1.05
  • it is 0.7 ⁇ W L / W A it is possible to improve the reliability of the connection portion between the lead and the package body.
  • W L / W A is preferably as small as possible. For example, it is preferable that W L / W A ⁇ 1.03.
  • W L / W A desirably satisfies, for example, 0.9 ⁇ W L / W A.
  • the lead width is desirably substantially the same as the width of the current collector sheet or the width of the active material layer. For example, 0.95 ⁇ W L / W A ⁇ 1.05 is preferably satisfied, and 0.97 ⁇ W L / W A ⁇ 1.05 is more preferable.
  • FIG. 8 conceptually shows an example of the structure of the lead 110 extending from the electrode 100 in a top view.
  • the electrode 100 in the illustrated example has a lead width that is substantially the same as the width of the current collector sheet 150. That lead width W L of the lead 110 is slightly larger than the width W A of the active material layer 160.
  • the region X of the electrode 100 is a main body portion of an electrode having an active material layer in a region surrounded by a broken line (the back side of the paper). In the case of a wound electrode group, the region X is a one-side exposed portion of the electrode.
  • the region Y and the region Z are extended portions of the current collector sheet 150 that becomes the leads 110.
  • the lead 110 is folded back at the first folding position 111 and is further folded at the second folding position 112. At this time, a part of the region Z (the paper surface) including the endmost portion becomes the first connection portion 113.
  • FIG. 9 conceptually shows another example of the structure of the lead extending from the electrode in a top view.
  • the electrode 100 in the illustrated example both end portions along the longitudinal direction of the extending portion of the current collector sheet 150 are cut off.
  • the read width W L of the lead 110 is smaller than the width W A of the active material layer 160.
  • the possibility that the lead comes into contact with the active material layer of other polarity is reduced. Therefore, the safety of the battery is improved.
  • the length of each lead is not particularly limited.
  • the length of the lead 110 may be shortened from the viewpoint of reducing the material cost and reducing the weight of the battery.
  • L PL and L NL are also collectively referred to as L L).
  • D L the distance D PL from the first end to the second end and the distance D NL from the third end to the fourth end (hereinafter, D PL and D NL are also collectively referred to as D L ) are:
  • D L the distance D PL from the first end to the second end and the distance D NL from the third end to the fourth end
  • D PL and D NL are also collectively referred to as D L
  • D L it is preferable to satisfy 0.4 ⁇ L L / D L ⁇ 3.05, more preferably 0.4 ⁇ L L / D L ⁇ 2.05, and 1.8 ⁇ L L / D L ⁇ It is more preferable to satisfy 2.05.
  • the connection between the exterior body and the current collector is easy, and the alignment of these is easy.
  • the connection portion is hardly peeled off.
  • the length L PL of the positive electrode lead and the length L NL of the negative electrode lead may be the same or different.
  • the distance T from the third end in the extending direction of the distance T PL and the negative electrode lead from the first end portion in the extending direction of the positive electrode lead to the second folded position to the second folded position NL (hereinafter, T PL and T NL are also collectively referred to as TL ) is not particularly limited.
  • T L and D L preferably satisfy, for example, 0.25 ⁇ T L / D L ⁇ 1.05, and more preferably satisfy 0.8 ⁇ T L / D L ⁇ 1.05, more preferably satisfies 0.9 ⁇ T L / D L ⁇ 1.05. Thereby, a sufficient margin can be given to the length of the lead. Therefore, it becomes easier to align the exterior body and the current collector.
  • T L and L L are 0.4 ⁇ T L / L L ⁇ 0. .55 is desirable. Thereby, the symmetry of an electrode group becomes favorable.
  • the second folding position of the positive electrode lead and the second folding position of the negative electrode lead do not face each other in the thickness direction of the electrode group. Thereby, local concentration of pressure on the electrode group is easily suppressed.
  • the case where the second folding positions of both leads oppose each other in the thickness direction of the electrode group satisfies 0.5 ⁇ T PL / L PL and 0.5 ⁇ T NL / L NL and the electrode
  • the distance D TT between the second folding position of the positive electrode lead and the second folding position of the negative electrode lead is D TT / D PL ⁇ 0.1 and D TT / D This is a case where NL ⁇ 0.1 is satisfied.
  • L L and D L generally satisfy 1.8 ⁇ L L / D L ⁇ 2.05. Further, T L and D L generally satisfy 0.9 ⁇ T L / D L ⁇ 1.05. After each ratio is set in this way and the lead is folded back at the second folding position, the symmetry of the electrode group is particularly good when it is connected to the exterior body without further folding. Therefore, the thickness of the battery is easily made uniform, and local concentration of pressure on the electrode group is easily suppressed.
  • the folding position is preferably three or less, and two is optimal.
  • FIG. 11 conceptually shows a top view of still another example of the structure of the lead 110 extending from the electrode 100.
  • the lead is folded back at the first folding position 111, the second folding position 112, and the third folding position 114.
  • the first connection portion 113 is formed on the back side of the paper.
  • L L and D L generally satisfy 1.8 ⁇ L L / D L ⁇ 2.05, and T L and D L generally satisfy 0.4 ⁇ T L / D L ⁇ 0.55. desirable.
  • the first connection portion that electrically connects the positive electrode lead and the positive electrode exterior body, and the negative electrode lead and the negative electrode exterior body are electrically connected. It is desirable that the second connection portion does not face in the thickness direction of the electrode group. Moreover, it is preferable that a 1st connection part opposes a 1st edge part or its vicinity, and a 2nd connection part opposes a 3rd edge part or its vicinity.
  • the first connection portion and the second connection portion are point-symmetric with respect to the center of the electrode group when the electrode group is viewed in plan from the normal direction of the exterior body. It is desirable to be located at.
  • point symmetry does not mean mathematically exact symmetry.
  • a region of 80% or more of the area of the first connection portion and a region of 80% or more of the area of the second connection portion may be opposed to each other through the center of the electrode group.
  • the area of a connection part is an area of the area
  • the lead and the inner surface of the exterior body are connected with a bonding material (conductive adhesive, solder, etc.), the area of the connection portion is an area of a region where the bonding material is wet and spread on the exterior body. .
  • FIG. 12 is a top view conceptually showing the center C of the electrode group when the electrode group is viewed in plan from the normal direction of the exterior body.
  • 13 to 15 are top views showing examples of point-symmetrical relationships between the first connection portion and the second connection portion when the electrode group is viewed in plan from the normal direction of the exterior body.
  • the first connection portion 223 faces the first end portion 31 or the vicinity thereof
  • the second connection portion 333 faces the third end portion 33 or the vicinity thereof.
  • the first connection portion and the second connection portion are provided at positions that are point-symmetric with respect to the center C.
  • the 1st connection part 223 and the 2nd connection part 333 are linear.
  • the 1st connection part 223 and the 2nd connection part 333 are provided in the corner of the edge part of each exterior body.
  • Such a connection part has a small area and good manufacturing process efficiency.
  • the 1st connection part 223 and the 2nd connection part 333 are dot-shaped, and the connection location is disperse
  • Example 1 An electrode group having a structure as shown in FIG. 5 was prepared according to the following procedure, and a battery as shown in FIGS. 1A and 1B was prepared.
  • a coating film of the positive electrode mixture was formed in a region X on one surface of the positive electrode current collector sheet from one end portion to a distance of 30.5 mm and sufficiently dried. Then, the positive electrode mixture was compressed with a roll press machine together with the current collector sheet to obtain a positive electrode having a positive electrode active material layer having a thickness of 110 ⁇ m. As a result, the length of the positive electrode lead was 35.5 mm.
  • Negative Electrode As a negative electrode current collector sheet, an electrolytic copper foil having a thickness of 8 ⁇ m, a width of 22 mm ⁇ a length of 64 mm was prepared. On the other hand, 100 parts by mass of graphite (average particle size 22 ⁇ m) as a negative electrode active material, 8 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder, and an appropriate amount of NMP were mixed to prepare a paste-like negative electrode mixture. . Next, a coating film of the negative electrode mixture was formed in a region X on one surface of the negative electrode current collector sheet from one end portion to a distance of 32 mm and sufficiently dried. Thereafter, the negative electrode mixture was compressed together with the current collector sheet with a roll press to obtain a negative electrode having a negative electrode active material layer having a thickness of 135 ⁇ m. As a result, the length of the negative electrode lead was 32 mm.
  • Electrode group The gel polymer obtained in the above (3) was uniformly applied to the positive electrode active material layer, DME was volatilized, and the electrolytic solution was impregnated. Next, the negative electrode and the positive electrode are laminated so that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other through a separator having a width of 24 mm and a length of 34 mm, and the laminate is 1 at 0.5 MPa at 90 ° C.
  • An electrode group was formed by partial heat pressing. However, when the group end portion where the positive electrode lead extends was the first end portion, the negative electrode lead was extended from the third end portion not facing the first end portion in the thickness direction of the electrode group. That is, in the thickness direction of the electrode group, the first end portion and the fourth end portion are opposed to each other, and the second end portion and the third end portion are opposed to each other.
  • Battery assembly As a positive electrode exterior body, an aluminum foil having a thickness of 40 ⁇ m and 29 mm ⁇ 39 mm was prepared. A nickel foil having a thickness of 10 ⁇ m and a thickness of 29 mm ⁇ 39 mm was prepared as a negative electrode exterior body. A frame resin made of polypropylene having a thickness of 100 ⁇ m, an outer method of 29.5 mm ⁇ 39.5 mm, and an inner method of 25 mm ⁇ 35 mm was prepared, and the frame resin was arranged so as to surround the electrode group. Next, the positive electrode and the negative electrode are folded at the first end and the third end (first folding position), which are the boundary between the active material layer and the lead (termination of the region X), respectively, and are further reversed to be free.
  • each lead serving as the end was welded to each exterior body.
  • the first connection portion between the positive electrode lead and the positive electrode exterior body and the second connection portion between the negative electrode lead and the negative electrode exterior body are point-symmetric with respect to the center of the electrode group, as shown in FIG. In this way, the first connection portion is opposed to the first end portion or the vicinity thereof, and the second connection portion is opposed to the third end portion or the vicinity thereof.
  • folds were formed at the second folding position between the vicinity of the center of the lead and the first folding position.
  • the periphery of each outer package and the frame-shaped resin were welded to complete a battery having a maximum thickness of 500 ⁇ m or less.
  • the present invention is applicable to chemical batteries such as primary batteries and secondary batteries, and is particularly suitable for the field of non-aqueous electrolyte batteries such as lithium ion batteries.
  • SYMBOLS 1 Battery 10: Positive electrode exterior body 20: Negative electrode exterior body 30,30A, 30B: Electrode group 31: 1st edge part 32: 2nd edge part 33: 3rd edge part 34: 4th edge part 40: Frame-shaped resin DESCRIPTION OF SYMBOLS 100: Electrode 110: Lead 111: 1st folding position 112: 2nd folding position 113: 1st connection part 114: 3rd folding position 150: Current collector sheet 160: Active material layer 200, 200A, 200B: Positive electrode 220, 220A, 220B: Positive electrode lead 221: First folding position 222: Second folding position 223: First connection portion 250: Positive electrode collector sheet 260: Positive electrode active material layer 300, 300A, 300B: Negative electrode 330, 330A, 330B: Negative electrode lead 331: first folding position 332: second folding position 333: second connection portion 350: negative electrode current collector sheet 360: negative electrode active material Layer 400: Separator 500: electrode group of the projected image

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Abstract

正極外装体、負極外装体、電極群および電極群を囲む枠状樹脂を具備し、電極群は、正極、負極およびセパレータを具備する電池において、正極は、正極集電体シートの延長部である正極リードを有し、負極は、負極集電体シートの延長部である負極リードを有する。正極リードは、電極群の正極外装体側の第１端部から延在し、第１端部で電極群の他方の第２端部に向かって折り返され、更に少なくとも１回折り返され、正極外装体の内側面に接続される。負極リードは、電極群の負極外装体側の第３端部から延在し、第３端部で電極群の他方の第４端部に向かって折り返され、更に少なくとも１回折り返され、負極外装体の内側面に接続される。

Description

電池
　本発明は、正極端子を兼ねる正極外装体と、負極端子を兼ねる負極外装体とを有し、正極外装体の周縁部および前記負極外装体の周縁部が枠状樹脂と溶着された、典型的には平坦な形状を有する電池に関する。
　近年、電子機器用電源として、外部端子構造が簡略化された電池の開発が行われている。例えば、特許文献１は、内側に正極活物質層が形成された正極集電体と、内側に負極活物質層が形成された負極集電体と、これらの間に介在するセパレータと、を具備する発電要素を、それぞれ板状の正極側の金属外装体と負極側の金属外装体との間に挟み込み、両外装体の周縁部を枠状樹脂で接合した薄型電池が提案されている。特許文献１では、電池が膨れた場合に、正極集電体と正極側の金属外装体との接続および負極集電体と負極側の金属外装体との接続を確保する観点から、各集電体の一部と各金属外装体とを溶接により接続することを提案している。
特開平２０００－２６８７８５号公報
　しかし、特許文献１のように、外装体と集電体とを接続すると、外装体と集電体との位置関係が大きく制限されてしまう。よって、第一に、外装体と集電体との接続部の位置合わせを高精度で行う必要があり、かつ、第二に、外装体の周縁部と枠状樹脂とを溶着する際に高精度で２つの外装体と各集電体との位置合わせを行う必要がある。しかし、年々、電池のサイズの小型化が要望されるようになり、上記のような高精度の位置合わせを行うことが困難になりつつある。
　上記に鑑み、本開示の一局面は、正極端子を兼ねる正極外装体と、負極端子を兼ねる負極外装体と、正極外装体と負極外装体との間に介在する電極群と、電極群に含まれる電解質と、電極群を囲むとともに正極外装体の周縁部と負極外装体の周縁部とを接合する枠状樹脂と、を具備する電池に関する。電極群は、正極、負極および正極と負極との間に介在するセパレータを具備し、正極は、正極集電体シートと、正極集電体シートの表面に形成された正極活物質層と、を含み、かつ正極集電体シートの延長部である正極リードを有する。負極は、負極集電体シートと、負極集電体シートの表面に形成された負極活物質層と、を含み、かつ負極集電体シートの延長部である負極リードを有する。正極リードは、電極群の正極外装体側の第１端部から延在するとともに第１端部で電極群の正極外装体側の他方の第２端部に向かって折り返され、更に少なくとも１回折り返されて、正極外装体の内側面に電気的に接続される。負極リードは、電極群の負極外装体側の第３端部から延在するとともに第３端部で電極群の負極外装体側の他方の第４端部に向かって折り返され、更に少なくとも１回折り返されて、負極外装体の内側面に電気的に接続されている。
　本開示によれば、外装体と集電体との接続部の位置合わせ、および、外装体の周縁部と枠状樹脂との接合部の位置合わせが容易となり、電池の製造が容易となる。
　本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本発明の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。
図１Ａは、本発明の一実施形態に係る電池の構造を概略的に示す斜視図である。 図１Ｂは、図１Ａに示す電池の分解斜視図である。 図２は、図１Ａに示す電池の破線ＤＬにおける断面図である。 図３は、図１Ａに示す電池の電極群の構造を概略的に示す正面図である。 図４は、図１Ａに示す電池の電極群の構造を正極リードおよび負極リードを展開して示す正面図である。 図５は、積層型の電極群の一例の構造を正極リードおよび負極リードを展開して概略的に示す縦断面図である。 図６は、捲回型の電極群の一例を捲回軸方向から見た概念図である。 図７は、電極群の各端部およびその近傍の定義の説明図である。 図８は、電極から延在するリードの構造の一例を概念的に示す上面図である。 図９は、電極から延在するリードの構造の他の一例を概念的に示す上面図である。 図１０は、電極から延在するリードの構造の更に他の一例を概念的に示す上面図である。 図１１は、電極から延在するリードの構造の更に他の一例を概念的に示す上面図である。 図１２は、電極群を外装体の法線方向から平面視したときの電極群の中心を概念的に示す上面図である。 図１３は、電極群を外装体の法線方向から平面視したときの第１接続部と第２接続部との点対称な関係の一例を示す上面図である。 図１４は、電極群を外装体の法線方向から平面視したときの第１接続部と第２接続部との点対称な関係の他の一例を示す上面図である。 図１５は、電極群を外装体の法線方向から平面視したときの第１接続部と第２接続部との点対称な関係の更に他の一例を示す上面図である。
　電池の製造工程において、電極群の端部から一方向に延在するリードの端部を、そのまま外装体と重ね、抵抗溶接などで接合することは効率的である。電極群の端部から他方の端部に向かって１回だけリードを折り返した場合も同様である。これにより、シンプルな構造の電池を効率的に製造することができる。しかし、この場合、リードの存在によって、外装体と電極群との位置関係が規制される。電池サイズの小型化が進むのに伴い、外装体と電極群との位置合わせは困難になりつつある。外装体と電極群との位置関係が規制されることで、位置合わせの困難性が更に大きくなることが判明しつつある。
　そこで、本開示では、電極群の端部から他方の端部に向かってリードを折り返した後、敢えて更に、リードの延在方向を反転させる。その後、リードの端部を外装体と重ね、抵抗溶接などで接続する。リードの延在方向を反転させる場合、必然的に、リードには折り目が形成される。このような折り目は、リードと外装体とを接続した後、外装体で電極群を挟み込む段階で形成される。つまり、外装体と電極群との位置合わせのときには、折り目は形成されておらず、折り目により位置合わせが阻害されることはない。しかも、リードを反転させる手間は、製造工程の煩雑さをそれほど増大させるものではない。
　以上により、本開示によれば、電池サイズに関わらず、外装体と集電体との接続部の位置合わせを高精度で行うことが可能となり、かつ、外装体の周縁部と枠状樹脂とを溶着する際にも高精度で２つの外装体と各集電体との位置合わせを行うことが可能となる。
　また、電池の厚みが小さく、電池が屈曲しやすい場合、外装体と集電体とが接続されていると、電池が屈曲した際に、接続部に応力が集中し、剥離が生じることがある。これに対し、本開示によれば、電池が屈曲しやすい場合でも、折り目の存在により、接続部への応力の集中が緩和される。よって、リードと外装体との接続部の剥離が生じにくくなる。以上より、本開示は、厚みの小さい電池（以下、薄型電池）を形成する場合に有望である。本発明の実施形態によれば、薄型電池の厚さを、例えば３ｍｍ以下とすることができ、２ｍｍ以下、更には１ｍｍ以下であってもよい。ただし、容量を確保する観点から、薄型電池の厚さは、例えば０．１ｍｍ以上、更には０．２ｍｍ以上であることが好ましい。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
　本発明の実施形態に係る電池は、正極端子を兼ねる正極外装体と、負極端子を兼ねる負極外装体と、正極外装体と負極外装体との間に介在する電極群と、電極群に含まれる電解質と、電極群を囲むとともに正極外装体の周縁部と負極外装体の周縁部とを接合する枠状樹脂と、を具備する。
　図１Ａは、一実施形態に係る電池１の構造を概略的に示す斜視図であり、図１Ｂは、電池１の分解斜視図である。図２は、図１Ａに示す破線ＤＬにおける電池１の断面図である。電池１は、正極端子を兼ねる正極外装体１０と、負極端子を兼ねる負極外装体２０と、正極外装体１０と負極外装体２０との間に介在する電極群３０と、電極群３０に含まれる電解質（図示せず）と、電極群３０を囲む枠状樹脂４０とを具備する。枠状樹脂４０は、正極外装体１０の周縁部および負極外装体２０の周縁部と接合されている。すなわち、電極群３０の全側面が枠状樹脂４０で囲まれ、枠状樹脂４０の上下開口が２つの外装体１０、２０で密閉され、密閉された空間内に、電極群３０と電解質とが収容されている。
　各外装体の周縁部と枠状樹脂４０とを接合する方法は、特に限定されない。例えば、枠状樹脂４０を加熱し、枠状樹脂４０の少なくとも一部を軟化または溶融させることで、当該周縁部と溶着することができる。各外装体の周縁部と、枠状樹脂４０との間に、接着剤を介在させて接着してもよい。
　枠状樹脂の材料は、特に限定されず、絶縁性を有する材料であればよく、加熱により軟化または溶融する性質を有することが好ましい。このような材料としては、熱可塑性樹脂が望ましく、例えばポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、エチレン－酢酸ビニル共重合体、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルなどを用いることができる。また、枠状樹脂の材料は、例えば金属で形成される各外装体との接着性に優れることが望まれるため、変性ポリプロピレン、変性ポリエチレンなどの変性樹脂も好適に用いられる。
　正極外装体および負極外装体としては、導電性材料のシートを用いることができる。シートの厚さは、特に限定されないが、電池の厚さが５ｍｍを超える場合には、例えば５μｍ～５００μｍであればよく、電池の厚さが５ｍｍ未満の場合には、例えば５μｍ～２００μｍであればよい。導電性材料としては、金属が好ましい。金属種は、正極電位または負極電位で安定であれば、特に限定されない。例えばリチウムイオン電池の場合、正極外装体には、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ、ＮＡＳなど）などを用いることができ、負極外装体には、銅、銅合金、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ、ＮＡＳ）などを用いることができる。更に、導電性材料のシートの表面に、耐電解質性および／または耐フッ酸性を向上させるための処理を施してもよい。
　本発明の実施形態に係る電極群は、正極、負極および正極と負極との間に介在するセパレータを具備する。正極は、正極集電体シートと、正極集電体シートの表面に形成された正極活物質層とを含み、かつ正極集電体シートの延長部である正極リードを有する。負極は、負極集電体シートと、負極集電体シートの表面に形成された負極活物質層とを含み、かつ負極集電体シートの延長部である負極リードを有する。正極リードは、電極群の正極外装体側の第１端部から延在するとともに第１端部で電極群の正極外装体側の他方の第２端部に向かって折り返され、更に少なくとも１回折り返されて、正極外装体の内側面に電気的に接続されている。負極リードは、電極群の負極外装体側の第３端部から延在するとともに第３端部で電極群の負極外装体側の他方の第４端部に向かって折り返され、更に少なくとも１回折り返されて、負極外装体の内側面に電気的に接続されている。
　図３は、上記構造の一例である電極群３０の構造を概略的に示す正面図であり、図４は、電極群３０の構造を正極リードおよび負極リードを展開して示す正面図である。
　電極群３０の形状は、概ね矩形であり、正面から視て、正極外装体１０側に第１端部３１と第２端部３２を有し、負極外装体２０側に第３端部３３と第４端部３４を有する。図示例では、第１端部３１と第４端部３４とが、電極群３０の厚さ方向において対向し、第２端部３２と第３端部３３とが、電極群３０の厚さ方向において対向している。
　本発明の実施形態では、図４に示されるように、正極リード２２０が延在し始める第１端部３１と、負極リード３３０が延在し始める第３端部３３とは、電極群の厚さ方向において対向せず、第１端部３１と第４端部３４とが対向し、第２端部３２と第３端部３３とが対向することが好ましい。これにより、電池の厚さを均一化しやすくなるとともに、電池の対称性も良好となる。よって、リードと外装体との接続部への応力の集中が緩和されやすく、接続部の剥離が、更に生じにくくなる。
　電極群３０は、正極２００、負極３００および正極２００と負極３００との間に介在するセパレータ（図示せず）を具備する。正極２００は、正極集電体シート（図示せず）と、正極集電体シートの表面に形成された正極活物質層（図示せず）とを含み、かつ正極集電体シートの延長部である正極リード２２０を有する。負極３００は、負極集電体シート（図示せず）と、負極集電体シートの表面に形成された負極活物質層（図示せず）とを含み、かつ負極集電体シートの延長部である負極リード３３０を有する。
　正極リード２２０は、電極群３０の正極外装体１０側の第１端部３１から延在し、第１端部３１で最初に折り返される。すなわち、第１端部３１は、正極リード２２０の第１折り返し位置２２１に対応している。同様に、負極リード３３０は、電極群３０の負極外装体２０側の第３端部３３から延在し、第３端部３３で最初に折り返される。すなわち、第３端部３３は、負極リード３３０の第１折り返し位置３３１に対応している。
　正極リード２２０は、第１折り返し位置２２１から、電極群３０の正極外装体１０側の他方の第２端部３２に向かって更に延在し、第２端部３２に対応する第２折り返し位置２２２で、再度、折り返される。次に、正極リード２２０は、第２折り返し位置２２２から第１端部３１に向かって更に延在し、第１端部３１と対向する位置で、正極外装体１０の内側面に電気的に接続される。こうして、正極リード２２０と正極外装体１０とを接続する第１接続部２２３が形成される。
　同様に、負極リード３３０は、第１折り返し位置３３１から、電極群３０の負極外装体２０側の他方の第４端部３４に向かって更に延在し、第４端部３４に対応する第２折り返し位置３３２で、再度、折り返される。次に、負極リード３３０は、第２折り返し位置３３２から第３端部３３に向かって更に延在し、第３端部３３と対向する位置で、負極外装体２０の内側面に電気的に接続される。こうして、負極リード３３０と負極外装体２０とを接続する第２接続部３３３が形成される。
　各リードに第２折り返し位置２２２、３３２を形成するとともに、第１接続部２２３および第２接続部３３３を、上記のように配置する場合、外装体と集電体との接続および外装体と枠状樹脂との接合が容易であり、かつこれらの位置合わせも容易である。
　電極群には、積層型と捲回型とが含まれる。
　図５に、積層型の電極群の一例の断面構造を、正極リードおよび負極リードを展開して概略的に示す。積層型の電極群３０Ａは、最もシンプルな構造の電極群であり、１枚の正極２００Ａと１枚の負極３００Ａとを具備する。このような構造の電極群３０Ａを用いることにより、電池の厚さを非常に薄くすることができる。例えば厚さが０．１～２ｍｍ、更には０．１～１ｍｍのフレキシブルな薄型電池を得ることができる。
　正極２００Ａは、正極集電体シート２５０と、正極集電体シート２５０の一方の表面に形成された正極活物質層２６０とを含み、かつ正極集電体シート２５０の延長部である正極リード２２０Ａを有する。負極３００Ａは、負極集電体シート３５０と、負極集電体シート３５０の一方の表面に形成された負極活物質層３６０とを含み、かつ負極集電体シート３５０の延長部である負極リード３３０Ａを有する。正極活物質層２５０と負極活物質層３５０との間には、多孔質材料であるセパレータ４００が介在している。セパレータ４００の細孔には電解質が含まれている。
　より容量の大きな電極群を形成する場合には、それぞれ電極群の最外部に配置される正極リード２２０Ａを有する正極２００Ａと、負極リード３３０Ａを有する負極３００Ａとの間に、負極、正極、およびこれらの間に介在するセパレータを含む電極ユニットを更に介在させればよい。ただし、正極と負極とを交互に積層し、正極と負極との間にはセパレータを介在させる。また、複数の正極同士を電気的に接続し、複数の負極同士を電気的に接続する必要がある。
　同極性の電極同士を接続する方法は、特に限定されない。例えば、全ての正極に正極集電体シートの延長部である正極タブを設け、正極タブ同士を溶接などで接続し、全ての負極に負極集電体シートの延長部である負極タブを設け、負極タブ同士を溶接などで接続すればよい。
　図６は、扁平形状の捲回型の電極群の一例を捲回軸方向から見た概念図である。
　捲回型の電極群３０Ｂは、１枚の長尺の正極２００Ｂと、１枚の長尺の負極３００Ｂとを、一対のセパレータ４００を介して、板状部材の周囲に捲きつけるように捲回することで形成される。正極２００Ｂは、例えば、正極集電体シート（図示せず）と、正極集電体シートの両方の表面に形成された正極活物質層（図示せず）とを含み、かつ正極集電体シートの延長部である正極リード２２０Ｂを有する。負極３００Ｂは、負極集電体シート（図示せず）と、負極集電体シートの両方の表面に形成された負極活物質層（図示せず）とを含み、かつ負極集電体シートの延長部である負極リード３３０Ｂを有する。
　長尺の各電極の一方の端部側には、集電体シートの両面が露出する両面露出部が形成される。正極２００Ｂの両面露出部は、正極リード２２０Ｂとなり、負極３００Ｂの両面露出部は、負極リード３３０Ｂとなる。
　各電極には、両面露出部に続き、集電体シートの一方の表面に活物質層が形成され、集電体シートの他方の表面が露出する片面露出部が形成される。正極２００Ｂの片面露出部および負極３００Ｂの片面露出部は、それぞれ扁平形状の捲回型の電極群３０Ｂの厚さ方向における一方および他方の端面に配置される。このような配置になるように、正極２００Ｂと負極３００Ｂとを捲回する際に、位置合わせが行われる。
　ここで、電極群の第１端部、第２端部、第３端部および第４端部（以下、群端部と総称する）は、電極群のタイプにかかわらず、図７に示すように、電極群を外装体の法線方向から平面視した場合の外形もしくは投影像５００により定義される。群端部とは、投影像５００における当該端部に対応する一辺から他方の辺までの距離をＤwとするとき、前記一辺（または他方の辺）から距離Ｄwの５％の距離までの領域ｒとする。また、群端部またはその近傍とは、前記一辺（または他方の辺）から距離Ｄwの２０％の距離までの領域Ｒとする。
　ただし、第１端部から第２端部までの距離ＤPLおよび第３端部から第４端部までの距離ＤNLは、いずれも距離Ｄwと同じであると仮定する。また、正極リードの延在方向における第１端部からの長さＬPL、負極リードの延在方向における第３端部からの長さＬNL、正極リードの延在方向における第１端部から第２折り返し位置までの長さＴPLおよび負極リードの延在方向における第３端部から第２折り返し位置までの長さＴNLを決定するときは、第１端部および第３端部は、それぞれ正極リードおよび負極リードが最初に折り返される第１折り返し位置であると仮定する。このとき、第１折り返し位置は、僅かに投影像からはみ出してもよいが、はみ出し距離は、距離Ｄwの５％以内であることが望ましい。
　本発明の実施形態において、各リードの延在方向に対して垂直な幅（以下、リード幅ともいう）は、特に限定されず、例えば各集電体シートの幅と同じでもよい。また、リード幅は、延在方向に沿って一定でもよく、変化してもよい。例えば、電極群とリードとの位置ずれの可能性を考慮して、リード幅を活物質層の幅より小さくしてもよい。正極リードおよび負極リードは、同様の構造を有してもよく、それぞれが異なる構造を有してもよい。リード幅を小さくする場合には、例えば、集電体シートの延在部の長手方向に沿う両方の端部を切除すればよい。
　正極リードの延在方向に対して垂直な幅ＷPLおよび負極リードの延在方向に対して垂直な幅ＷNL（以下、ＷPLとＷNLをＷLとも総称する）と、正極活物質層の幅ＷPAおよび負極活物質層の幅ＷNA（以下、ＷPAとＷNAをＷAとも総称する）は、例えば、０．７≦ＷL／ＷA≦１．０５を満たせばよい。ＷL／ＷA≦１．０５であることで、電極群とリードとの位置ずれによる短絡を防止しやすくなる。また、０．７≦ＷL／ＷAであることで、リードと外装体との接続部の信頼性を高めることができる。
　より確実に短絡を防止する観点からは、ＷL／ＷAは小さいほど望ましく、例えばＷL／ＷA≦１．０３を満たすことが望ましい。一方、電極群（特に活物質層）に局部的な圧力がかかることを避ける観点からは、ＷL／ＷAは、例えば０．９≦ＷL／ＷAを満たすことが望ましい。
　厚さが５ｍｍ以下の薄型電池の場合には、電極群（特に活物質層）に局部的な圧力がかかることを避ける重要性が大きくなる。大きな圧力が印加されている領域では、活物質層の厚みが僅かに減少し、電極間距離が短くなり、局部に電流が集中するためである。これにより、電池の劣化が加速することがある。劣化を抑制する観点からは、リード幅は、集電体シートの幅もしくは活物質層の幅とほぼ同じであることが望ましい。例えば、０．９５≦ＷL／ＷA≦１．０５を満たすことが好ましく、０．９７≦ＷL／ＷA≦１．０５を満たすことがより好ましい。
　図８に、電極１００から延在するリード１１０の構造の一例を、上面図で概念的に示す。図示例の電極１００は、集電体シート１５０の幅とほぼ同じリード幅を有する。すなわちリード１１０のリード幅ＷLは、活物質層１６０の幅ＷAより僅かに大きい。積層型の電極群の場合、電極１００の領域Ｘは、破線で囲まれた領域（紙面裏側）に活物質層を有する電極の本体部である。捲回型の電極群の場合、領域Ｘは、電極の片面露出部である。
　領域Ｙおよび領域Ｚは、リード１１０となる集電体シート１５０の延在部である。リード１１０は、第１折り返し位置１１１で折り返され、更に、第２折り返し位置１１２で折り返される。このとき、最端部を含む領域Ｚの一部（紙面表面）が第１接続部１１３となる。
　図９に、電極から延在するリードの構造の他の一例を、上面図で概念的に示す。図示例の電極１００では、集電体シート１５０の延在部の長手方向に沿う両方の端部が切除されている。これにより、リード１１０のリード幅ＷLは、活物質層１６０の幅ＷAより狭くなっている。この場合、リード１１０の第２折り返し位置１１２における折り目が、電極群の各端部に対して多少斜めになった場合でも、リードが他極性の活物質層と接触する可能性が低減する。よって、電池の安全性が高められる。
　本発明の実施形態においては、各リードの長さについても、特に限定されない。例えば、図１０に示すように、材料コストの低減、電池の軽量化などの観点から、リード１１０の長さを短くしてもよい。ただし、正極リードの延在方向における第１端部からの長さＬPLおよび負極リードの延在方向における第３端部からの長さＬNL（以下、ＬPLとＬNLをＬLとも総称する）と、第１端部から第２端部までの距離ＤPLおよび第３端部から第４端部までの距離ＤNL（以下、ＤPLとＤNLをＤLとも総称する）は、例えば０．４≦ＬL／ＤL≦３．０５を満たすことが好ましく、０．４≦ＬL／ＤL≦２．０５を満たすことがより好ましく、１．８≦ＬL／ＤL≦２．０５を満たすことが更に好ましい。このような関係が満たされる場合、外装体と集電体との接続が容易であり、かつ、これらの位置合わせも容易である。また、リードの長さに余裕があるため、接続部の剥離も生じにくい。なお、正極リードの長さＬPLと、負極リードの長さＬNLとは、同じでもよく、異なってもよい。
　本発明の実施形態においては、正極リードの延在方向における第１端部から第２折り返し位置までの距離ＴPLおよび負極リードの延在方向における第３端部から第２折り返し位置までの距離ＴNL（以下、ＴPLとＴNLをＴLとも総称する）についても特に限定されない。ただし、ＴLとＤLとは、例えば０．２５≦ＴL／ＤL≦１．０５を満たすことが好ましく、０．８≦ＴL／ＤL≦１．０５を満たすことがより好ましく、０．９≦ＴL／ＤL≦１．０５を満たすことが更に好ましい。これにより、リードの長さに十分な余裕を持たせることができる。よって、外装体と集電体との位置合わせが更に容易になる。
　また、本発明の実施形態においてリードを第２折り返し位置で折り返した後は、更に折り返さずに、外装体と接続する場合、ＴLとＬLが、０．４≦ＴL／ＬL≦０．５５を満たすことが望ましい。これにより、電極群の対称性が良好となる。
　本発明の実施形態においては、正極リードの第２折り返し位置と、負極リードの第２折り返し位置とは、電極群の厚さ方向において対向しないことが望ましい。これにより、電極群への局部的な圧力の集中も抑制されやすい。ここで、両リードの第２折り返し位置が電極群の厚さ方向において対向する場合とは、０．５≦ＴPL／ＬPLおよび０．５≦ＴNL／ＬNLが満たされ、かつ、電極群を外装体の法線方向から平面視したとき、正極リードの第２折り返し位置と負極リードの第２折り返し位置との距離ＤTTが、ＤTT／ＤPL≦０．１およびＤTT／ＤNL≦０．１を満たす場合である。
　なお、図３～図６に示される例では、ＬLとＤLとが概ね１．８≦ＬL／ＤL≦２．０５を満たしている。また、ＴLとＤLとが概ね０．９≦ＴL／ＤL≦１．０５を満たしている。このように各比を設定し、リードを第２折り返し位置で折り返した後は、更に折り返さずに、外装体と接続した場合、電極群の対称性が、特に良好となる。よって、電池の厚さが均一化されやすく、電極群への局部的な圧力の集中も抑制されやすい。
　本発明の実施形態において、リードの折り返し位置は、３箇所以上あってもよい。ただし、折り返し位置が多すぎると、電池の厚さが局部的に大きくなりやすい。よって、折り返し位置は３箇所以下が望ましく、２箇所が最適である。
　図１１に、電極１００から延在するリード１１０の構造の更に他の一例を、上面図で概念的に示す。図示例では、第１折り返し位置１１１、第２折り返し位置１１２および第３折り返し位置１１４でリードを折り返す場合を示している。第１接続部１１３は、紙面裏側に形成される。この場合、ＬLとＤLが概ね１．８≦ＬL／ＤL≦２．０５を満たし、ＴLとＤLが概ね０．４≦ＴL／ＤL≦０．５５を満たすことが望ましい。
　次に、第１接続部と第２接続部の好ましい配置について説明する。
　接続部に起因して発生する応力を更に均一化する観点からは、正極リードと正極外装体とを電気的に接続する第１接続部と、負極リードと負極外装体とを電気的に接続する第２接続部とが、電極群の厚さ方向において対向しないことが望ましい。また、第１接続部は、第１端部またはその近傍に対向し、第２接続部は、第３端部またはその近傍に対向することが好ましい。
　電池の対称性を更に高める観点からは、電極群を外装体の法線方向から平面視したとき、第１接続部と第２接続部とが、電極群の中心に対して点対称となるように位置していることが望ましい。ただし、点対称とは、数学的に厳密な対称を意味するものではない。例えば、第１接続部の面積の８０％以上の領域と第２接続部の面積の８０％以上の領域とが、電極群の中心を介して対向していればよい。なお、リードと外装体の内面とが溶接されている場合、接続部の面積とは、両者が溶着している領域の面積である。また、リードと外装体の内面とが接合材料（導電性接着剤、はんだなど）で接続されている場合、接続部の面積とは、接合材料が外装体に濡れ広がっている領域の面積である。
　図１２は、電極群を外装体の法線方向から平面視したときの電極群の中心Ｃを概念的に示す上面図である。図１３～図１５は、電極群を外装体の法線方向から平面視したときの第１接続部と第２接続部との点対称な関係の例を示す上面図である。いずれの場合も、第１接続部２２３は、第１端部３１またはその近傍に対向し、第２接続部３３３は、第３端部３３またはその近傍に対向している。また、第１接続部と第２接続部とは中心Ｃに対して点対称な位置に設けられている。
　図１３では、第１接続部２２３と第２接続部３３３とがライン状である。図１４では、第１接続部２２３と第２接続部３３３とが、各外装体の端部の隅に設けられている。このような接続部は、面積が小さく、製造プロセスの効率がよい。図１５では、第１接続部２２３と第２接続部３３３とがドット状であり、かつ接続箇所が複数箇所に分散している。よって、接続部の信頼性が高められる。
　以下、本発明を実施例に基づいて、より詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
　《実施例１》
　以下の手順で、図５のような構造を有する電極群を作製し、図１Ａ、図１Ｂに示すような電池を作製した。
　（１）正極の作製
　正極集電体シートとして、厚さ１５μｍ、幅２０．５ｍｍ×長さ６６ｍｍのアルミニウム箔を準備した。一方、正極活物質であるＬｉＮｉ0.8Ｃｏ0.16Ａｌ0.04Ｏ2（平均粒径２０μｍ）１００質量部と、導電剤であるアセチレンブラック０．７５質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン０．７５質量部と、適量のＮ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）とを混合して、ペースト状の正極合剤を調製した。次に、正極集電体シートの一方の表面の、一方の端部から距離３０．５ｍｍまでの領域Ｘに正極合剤の塗膜を形成し、十分に乾燥させた。その後、集電体シートとともに正極合剤をロールプレス機にて圧縮し、厚さ１１０μｍの正極活物質層を有する正極を得た。これにより、正極リードの長さは３５．５ｍｍとなった。
　（２）負極の作製
　負極集電体シートとして、厚さ８μｍ、幅２２ｍｍ×長さ６４ｍｍの電解銅箔を準備した。一方、負極活物質である黒鉛（平均粒径２２μｍ）１００質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン８質量部と、適量のＮＭＰとを混合して、ペースト状の負極合剤を調製した。次に、負極集電体シートの一方の表面の、一方の端部から距離３２ｍｍまでの領域Ｘに、負極合剤の塗膜を形成し、十分に乾燥させた。その後、集電体シートとともに負極合剤をロールプレス機にて圧縮し、厚さ１３５μｍの負極活物質層を有する負極を得た。これにより、負極リードの長さは３２ｍｍとなった。
　（３）電解液を含むセパレータの形成
　エチレンカーボネート（ＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）およびジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶媒（体積比２０：３０：５０）に、ＬｉＰＦ6を１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させ、電解液を調製した。
　次に、ビニリデンフルオライド－ヘキサフルオロプロピレン共重合体（マトリックスポリマー）と電解液とを、マトリックスポリマー：電解液＝１：１０（質量比）の割合で混合し、更に溶剤としてジメチルカーボネート（ＤＭＣ）を添加し、ゲルポリマーを調製した。得られたゲルポリマーを、厚さ１４μｍのセパレータの両面に塗布し、ＤＭＣを揮発させて、電解液をセパレータに含浸させた。セパレータには、ポリエチレン製の微多孔性フィルムを用いた。
　（４）電極群の作製
　正極活物質層に、上記（３）で得られたゲルポリマーを均一に塗布し、ＤＭＥを揮発させ、電解液を含浸させた。次に、負極と正極とを、幅２４ｍｍ×長さ３４ｍｍのセパレータを介して、正極活物質層と負極活物質層とが対向するように積層し、積層体を９０℃で０．５ＭＰａで１分熱プレスすることにより、電極群を形成した。ただし、正極リードが延在する群端部を第１端部とするとき、負極リードは、電極群の厚さ方向において第１端部と対向しない第３端部から延在させた。すなわち、電極群の厚さ方向において、第１端部と第４端部とを対向させ、第２端部と第３端部とを対向させた。
　（５）電池の組立て
　正極外装体として、厚さ４０μｍ、２９ｍｍ×３９ｍｍのアルミニウム箔を準備した。
　負極外装体として、厚さ１０μｍ、２９ｍｍ×３９ｍｍのニッケル箔を準備した。
　厚さ１００μｍ、外法２９．５ｍｍ×３９．５ｍｍ、内法２５ｍｍ×３５ｍｍのポリプロピレン製の枠状樹脂を準備し、電極群の周囲を囲むように枠状樹脂を配置した。次に、正極および負極を、それぞれ活物質層とリードとの境界（領域Ｘの終端）である第１端部および第３端部（第１折り返し位置）で折り返し、更に、反転させて、自由端となっている各リードの先端と各外装体とを溶接した。このとき、正極リードと正極外装体との第１接続部および負極リードと負極外装体との第２接続部は、それぞれ図１４で示されるように、電極群の中心に対して点対称となるように対角線上に形成し、第１接続部は第１端部またはその近傍に、第２接続部は第３端部またはその近傍に対向させた。その後、各外装体で枠状樹脂の上下開口を塞ぐ際に、リードの中央付近と第１折り返し位置との間の第２折り返し位置に、折り目が形成された。最後に、各外装体の周縁部と枠状樹脂とを溶着して、最大厚さ５００μｍ以下の電池を完成させた。
　完成した電池の詳細を下記に示す。
　ＤL＝３４ｍｍ
　ＷPL／ＷPA＝１
　ＷNL／ＷNA＝１
　ＬPL＝３５．５ｍｍ
　ＬNL＝３２ｍｍ
　ＬPL／ＤL＝１．０４
　ＬNL／ＤL＝０．９４
　ＴPL／ＤL≦０．５２
　ＴNL／ＤL≦０．４７
　《比較例１》
　以下の手順で、正極集電体シートの長さを６６ｍｍから４５ｍｍに変更し、負極集電体シートの長さを６４ｍｍから４５ｍｍに変更し、負極および正極を、それぞれ第１端部および第３端部（第１折り返し位置）で折り返した後、更に反転させることなく、自由端となっている各リードの先端と各外装体とを溶接した。ここでも、第１接続部および第２接続部は、それぞれ電極群の中心に対して点対称となるように対角線上に形成した。
　実施例１および比較例１の電池をそれぞれ１００個ずつ作製したところ、比較例１では、目視で確認できる枠状樹脂と外装体との位置ずれが６３個の電池で発生したが、実施例１の電池では位置ずれが全く発生しなかった。また、１００個の電池の作製に要した時間は、実施例１では比較例１より５０％短くなった。
　本発明は、一次電池、二次電池などの化学電池に適用可能であり、特にリチウムイオン電池をはじめとする非水電解質電池の分野に適している。
　１：電池
　１０：正極外装体
　２０：負極外装体
　３０，３０Ａ，３０Ｂ：電極群
　３１：第１端部
　３２：第２端部
　３３：第３端部
　３４：第４端部
　４０：枠状樹脂
　１００：電極
　１１０：リード
　１１１：第１折り返し位置
　１１２：第２折り返し位置
　１１３：第１接続部
　１１４：第３折り返し位置
　１５０：集電体シート
　１６０：活物質層
　２００，２００Ａ，２００Ｂ：正極
　２２０，２２０Ａ，２２０Ｂ：正極リード
　２２１：第１折り返し位置
　２２２：第２折り返し位置
　２２３：第１接続部
　２５０：正極集電体シート
　２６０：正極活物質層
　３００，３００Ａ，３００Ｂ：負極
　３３０，３３０Ａ，３３０Ｂ：負極リード
　３３１：第１折り返し位置
　３３２：第２折り返し位置
　３３３：第２接続部
　３５０：負極集電体シート
　３６０：負極活物質層
　４００：セパレータ
　５００：電極群の投影像

Claims (8)

  1. 　正極端子を兼ねる正極外装体と、
    　負極端子を兼ねる負極外装体と、
    　前記正極外装体と前記負極外装体との間に介在する電極群と、
    　前記電極群に含まれる電解質と、
    　前記電極群を囲むとともに前記正極外装体の周縁部と前記負極外装体の周縁部とを接合する枠状樹脂と、を具備し、
    　前記電極群は、正極、負極および前記正極と前記負極との間に介在するセパレータを具備し、
    　前記正極は、正極集電体シートと、前記正極集電体シートの表面に形成された正極活物質層と、を含み、かつ前記正極集電体シートの延長部である正極リードを有し、
    　前記負極は、負極集電体シートと、前記負極集電体シートの表面に形成された負極活物質層と、を含み、かつ前記負極集電体シートの延長部である負極リードを有し、
    　前記正極リードは、前記電極群の前記正極外装体側の第１端部から延在するとともに前記第１端部で前記電極群の前記正極外装体側の他方の第２端部に向かって折り返され、更に少なくとも１回折り返されて、前記正極外装体の内側面に電気的に接続され、
    　前記負極リードは、前記電極群の前記負極外装体側の第３端部から延在するとともに前記第３端部で前記電極群の前記負極外装体側の他方の第４端部に向かって折り返され、更に少なくとも１回折り返されて、前記負極外装体の内側面に電気的に接続されている、電池。
  2. 　前記延在方向に対して垂直な前記正極リードの幅ＷPLと、前記正極活物質層の幅ＷPAとが、０．７≦ＷPL／ＷPA≦１．０５を満たし、
    　前記延在方向に対して垂直な前記負極リードの幅ＷNLと、前記負極活物質層の幅ＷNAとが、０．７≦ＷNL／ＷNA≦１．０５を満たす、請求項１に記載の電池。
  3. 　前記延在方向における前記正極リードの前記第１端部からの長さＬPLと、
    　前記第１端部から前記第２端部までの距離ＤPLとが、０．４≦ＬPL／ＤPL≦３．０５を満たし、
    　前記延在方向における前記負極リードの前記第３端部からの長さＬNLと、
    　前記第３端部から前記第４端部までの距離ＤNLとが、０．４≦ＬNL／ＤNL≦３．０５を満たす、請求項１または２に記載の電池。
  4. 　前記正極リードが前記第１端部で折り返された後、次に折り返される第２折り返し位置と、前記負極リードが前記第３端部で折り返された後、次に折り返される第２折り返し位置とが、前記電極群の厚さ方向において対向しておらず、
    　前記延在方向における前記正極リードの前記第１端部から前記第２折り返し位置までの長さＴPLと、前記第１端部から前記第２端部までの距離ＤPLとが、０．２５≦ＴPL／ＤPL≦１．０５を満たし、
    　前記延在方向における前記負極リードの前記第３端部から前記第２折り返し位置までの長さＴNLと、前記第３端部から前記第４端部までの距離ＤNLとが、０．２５≦ＴNL／ＤNL≦１．０５を満たす、請求項１～３のいずれか１項に記載の電池。
  5. 　前記正極リードと前記正極外装体とを電気的に接続する第１接続部と、前記負極リードと前記負極外装体とを電気的に接続する第２接続部とが、前記電極群の厚さ方向において対向していない、請求項１～４のいずれか１項に記載の電池。
  6. 　前記第１端部と前記第４端部とが、前記電極群の厚さ方向において対向しており、
    　前記第２端部と前記第３端部とが、前記電極群の厚さ方向において対向している、請求項１～５のいずれか１項に記載の電池。
  7. 　前記第１接続部が、前記第１端部またはその近傍に対向し、前記第２接続部が、前記第３端部またはその近傍に対向する、請求項５のいずれか１項に記載の電池。
  8. 　前記電極群を前記外装体の法線方向から平面視したとき、前記第１接続部と、前記第２接続部とが、前記電極群の中心に対して点対称となるように位置している、請求項５又は７のいずれか１項に記載の電池。
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