WO2021065340A1 - 二次電池およびその製造方法 - Google Patents

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WO2021065340A1
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雅之 影山
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • This technology relates to secondary batteries and their manufacturing methods.
  • a wound electrode body is housed inside a flexible exterior material, and the exterior material is sealed on four or three sides (for example,). , Patent Document 1).
  • the positive electrode lead and the negative electrode lead are led out from the exterior material in opposite directions.
  • a wound electrode body is housed inside the laminated film outer body, and the laminated film outer body is sealed at two places opposite to each other (see, for example, Patent Document 2). .).
  • the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are led out from the laminated exterior body in opposite directions.
  • an electrode body is housed inside the laminated film, and the laminated film is sealed on four sides (see, for example, Patent Document 3).
  • the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are led out from the laminated film in opposite directions.
  • JP-A-2015-115293 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-171579 JP-A-2017-130415
  • This technology was made in view of such problems, and its purpose is to provide a secondary battery capable of increasing the energy density per unit volume and a method for manufacturing the secondary battery.
  • the secondary battery of one embodiment of the present technology contains a battery element including a positive electrode and a negative electrode, and the battery element is housed therein, and has a sealing portion at one end and a sealing portion at a location other than one end.
  • the method for manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present technology is a positive electrode and a negative electrode inside a flexible exterior member which is formed by using a deep drawing molding process, is flat and columnar, and has an opening at one end.
  • the battery element containing the above is inserted, and the battery element seals the opening of the exterior member inserted inside.
  • the battery element is housed inside a flat and columnar flexible exterior member, and the exterior member has a sealing portion at one end. At the same time, it does not have a sealing part other than one end. Further, the positive electrode wiring connected to the positive electrode is led out to the outside of the exterior member via the sealing portion, and the negative electrode wiring connected to the negative electrode is led out to the outside of the exterior member via the sealing portion. In the sealing portion, the exterior members facing each other are joined to each other. Therefore, the energy density per unit volume can be increased.
  • the battery element is inserted. Since the opening is sealed, it is possible to manufacture a secondary battery having an increased energy density per unit volume.
  • the effect of the present technology is not necessarily limited to the effect described here, and may be any effect of a series of effects related to the present technology described later.
  • FIG. 7A It is a perspective view which shows the structure of the secondary battery in one Embodiment of this technique. It is sectional drawing which shows the structure of the secondary battery shown in FIG. It is a perspective view which shows the structure of the battery element shown in FIG. It is a partial cross-sectional view schematically showing the structure of the secondary battery shown in FIG. It is another partial sectional view schematically showing the structure of the secondary battery shown in FIG. It is a perspective view for demonstrating the manufacturing process of a secondary battery. It is a perspective view for demonstrating the manufacturing process of a secondary battery following FIG. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the secondary battery corresponding to FIG. 7A. It is a partial cross-sectional view for demonstrating the manufacturing process of the secondary battery corresponding to FIG. 7A.
  • FIG. 7A It is a perspective view for demonstrating the manufacturing process of the secondary battery following FIG. 7A. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the secondary battery corresponding to FIG. 8A. It is a partial cross-sectional view for demonstrating the manufacturing process of the secondary battery corresponding to FIG. 8A. It is a perspective view for demonstrating the manufacturing process of the secondary battery following FIG. 8A. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the secondary battery corresponding to FIG. 9A. It is a partial cross-sectional view for demonstrating the manufacturing process of the secondary battery corresponding to FIG. 9A. It is a perspective view which shows the structure of the secondary battery of the comparative example. It is a perspective view for demonstrating the manufacturing process of the secondary battery of the comparative example shown in FIG. It is a perspective view for demonstrating the manufacturing process of the secondary battery of the comparative example following FIG.
  • the secondary battery described here is a secondary battery having a flat and columnar shape, and the secondary battery includes a so-called coin-type secondary battery, a button-type secondary battery, and the like.
  • this flat and columnar secondary battery has a pair of bottom portions facing each other and a side wall portion between the pair of bottom portions, and the secondary battery is higher than the outer diameter. Is getting smaller.
  • the charging / discharging principle of the secondary battery is not particularly limited.
  • a secondary battery in which the battery capacity can be obtained by using the occlusion and release of the electrode reactant will be described.
  • This secondary battery includes an electrolytic solution together with a positive electrode and a negative electrode.
  • the charge capacity of the negative electrode is set to the positive electrode in order to prevent electrode reactants from depositing on the surface of the negative electrode during charging. It is larger than the discharge capacity. That is, the electrochemical capacity per unit area of the negative electrode is set to be larger than the electrochemical capacity per unit area of the positive electrode.
  • the type of electrode reactant is not particularly limited, but is a light metal such as an alkali metal and an alkaline earth metal.
  • Alkali metals include lithium, sodium and potassium, and alkaline earth metals include beryllium, magnesium and calcium.
  • a secondary battery whose battery capacity can be obtained by using the occlusion and release of lithium is a so-called lithium ion secondary battery.
  • lithium ion secondary battery lithium is occluded and released in an ionic state.
  • FIG. 1 shows a perspective configuration of a secondary battery.
  • FIG. 2 shows the cross-sectional configuration of the secondary battery shown in FIG.
  • FIG. 3 shows the perspective configuration of the battery element 20 shown in FIG.
  • FIGS. 4 and 5 schematically shows the partial cross-sectional configuration of the secondary battery shown in FIG.
  • each of the positive electrode 21, the negative electrode 22, the separator 23, the positive electrode lead 30, and the negative electrode lead 40, which will be described later, is shown linearly.
  • FIG. 4 shows only a part of the components of the secondary battery, and more specifically, only the exterior film 10 (sealing portion 11), the battery element 20, the positive electrode lead 30, and the negative electrode lead 40 are shown. ing. In this case, the cross sections of the exterior film 10 (sealing portion 11), the positive electrode lead 30 and the negative electrode lead 40 are also shown, and for the battery element 20, only the outer edge (contour) in the middle of winding is indicated by a broken line. Shown.
  • FIG. 5 shows only a part of the components of the secondary battery, and more specifically, only the positive electrode lead 30 (lead portion 31) and the negative electrode lead 40 (lead portion 41) are shown.
  • the battery element 20 as in FIG. 4, only the outer edge in the middle of winding is shown.
  • FIGS. 1 and 2 will be described as the upper side of the secondary battery, and the lower direction in FIGS. 1 and 2 will be described as the lower side of the secondary battery.
  • this secondary battery is a button type secondary battery, as shown in FIGS. 1 and 2, it is flat and has a small height (maximum height) HM with respect to an outer diameter (maximum outer diameter) DM. It has a columnar three-dimensional shape.
  • the secondary battery has a flat and cylindrical (cylindrical) three-dimensional shape.
  • the ratio of the outer diameter DM to the height HM (DM / HM) is larger than 1 and 25 or less.
  • the secondary battery includes an exterior film 10, a battery element 20, a positive electrode lead 30, a negative electrode lead 40, and sealing films 51 and 52.
  • the secondary battery described here is a laminated film type secondary battery in which a flexible (or flexible) exterior member (exterior film 10) is used as an exterior member for accommodating the battery element 20. is there.
  • the exterior film 10 is an exterior member that houses the battery element 20, and as described above, is flat, columnar, and flexible.
  • the exterior film 10 is a single member.
  • the exterior film 10 has a hollow, flat and substantially columnar three-dimensional shape according to the three-dimensional shape of the secondary battery described above.
  • the exterior film 10 having a substantially columnar shape has a pair of bottom portions M1 and M2 and a side wall portion M3.
  • the side wall portion M3 is connected to the bottom portion M1 at one end and is connected to the bottom M2 at the other end.
  • each of the bottom portions M1 and M2 has a substantially circular planar shape, and the surface of the side wall portion M3 is a convex curved surface.
  • the exterior film 10 contains any one or more of metal and polymer compounds. Therefore, the exterior film 10 may be a metal foil, a polymer film, or a laminate in which the metal foil and the polymer film are laminated on each other. That is, the exterior film 10 may be a single layer or a multi-layer.
  • the exterior film 10 is a three-layer laminated film in which a fusion layer, a metal layer, and a surface protective layer are laminated in this order from the inside.
  • the fused layer is a polymer compound film containing polypropylene or the like.
  • the metal layer is a metal foil containing aluminum or the like.
  • the surface protective layer is a polymer film compound containing nylon or the like.
  • the number of layers of the exterior film 10 which is a laminated film is not limited to three, and may be two or four or more.
  • the exterior film 10 has a sealing portion 11 at one end (upper end in FIGS. 1 and 2) of the crossing direction R2 intersecting the winding direction R1 (FIG. 3) described later, and one end thereof. It is a bag shape that does not have a sealing portion 11 in a place other than the portion.
  • the exterior film 10 has an opening 10K (see FIG. 7A and the like) described later at one end thereof, in the sealing portion 11, the exterior films 10 facing each other at the opening 10K are opposed to each other. They are joined to each other. As a result, since the opening 10K is sealed in the exterior film 10, the sealing portion 11 is formed. Therefore, the exterior film 10 described here has a closed structure in which only one place (one side) is sealed, that is, a one-sided sealed structure.
  • the sealing portion 11 is preferably provided on any of the bottom portions M1 and M2 of the flat and columnar exterior film 10. Compared with the case where the sealing portion 11 is provided on the side wall portion M3, the element space volume described later increases, and the battery element 20 is smoothly inserted into the exterior film 10 in the secondary battery manufacturing process. This is because it becomes easier.
  • the method of joining the exterior films 10 facing each other to form the sealing portion 11 is not particularly limited, but is any one or more of the heat fusion method and the welding method.
  • This welding method includes a laser welding method and a resistance welding method.
  • the exterior film 10 is formed by deep-drawing a laminate film or the like in order to realize the above-mentioned one-sided sealing type sealing structure. In this deep drawing process, a so-called deep drawing portion is formed on the laminated film, so that a hollow columnar exterior film 10 having an opening 10K at one end is formed.
  • the sealing portion 11 has a joint surface 11M, and the joint surface 11M is formed by joining the exterior films 10 facing each other at the opening 10K to each other.
  • the exterior films 10 facing each other are joined to each other so as to sandwich the positive electrode lead 30 and the negative electrode lead 40.
  • the sealing portion 11 is bent so that the joint surface 11M is inclined with respect to the crossing direction R2. This is because the loss height HR is smaller than when the sealing portion 11 is not bent. As a result, the effective height HY becomes relatively large with respect to the height HM, so that the element space volume increases.
  • the "element space volume” is the volume of the internal space that can be used to house the battery element 20 inside the exterior film 10.
  • the angle ⁇ at which the joint surface 11M is inclined with respect to the intersection direction R2 is not particularly limited.
  • the angle ⁇ at which the joint surface 11M is inclined with respect to the line segment L1 along the intersection direction R2 is shown.
  • the angle ⁇ is preferably 90 ° or more. This is because the height HM is smaller than when the angle ⁇ is less than 90 °. As a result, the effective height HY becomes sufficiently large with respect to the height HM, so that the element space volume is sufficiently increased.
  • the battery element 20 is an element that promotes a charge / discharge reaction, and includes a positive electrode 21, a negative electrode 22, a separator 23, and an electrolytic solution that is a liquid electrolyte. .. However, in each of FIGS. 2 and 3, the illustration of the electrolytic solution is omitted.
  • the battery element 20 has a three-dimensional shape corresponding to the three-dimensional shape of the exterior film 10.
  • the "three-dimensional shape corresponding to the three-dimensional shape of the exterior film 10" means a three-dimensional shape similar to the three-dimensional shape of the exterior film 10.
  • a so-called dead space This is because a gap between the film 10 and the battery element 20) is less likely to occur.
  • the element space volume increases due to the effective use of the internal space of the exterior film 10, so that the energy density per unit volume of the secondary battery also increases.
  • the battery element 20 since the exterior film 10 has a flat and columnar three-dimensional shape, the battery element 20 also has a flat and columnar three-dimensional shape.
  • the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound in the winding direction R1 via the separator 23. More specifically, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are laminated with each other via the separator 23, and are wound in the winding direction R1 in a state of being laminated with each other via the separator 23.
  • the winding direction R1 is a bending direction along the outer peripheral surface of the battery element 20. Therefore, the battery element 20 is a wound electrode body including a positive electrode 21 and a negative electrode 22 wound in the winding direction R1 via a separator 23.
  • the battery element 20 which is the winding electrode body has a winding center space 20K extending in the crossing direction R2 as a winding core portion.
  • the heights of the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are smaller than the height of the separator 23. This is because contact (short circuit) between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 is prevented. Further, the height of the negative electrode 22 is larger than the height of the positive electrode 21. This is because a short circuit between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 due to the precipitation of lithium during charging / discharging is prevented.
  • the positive electrode 21 includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer.
  • the positive electrode active material layer may be provided on both sides of the positive electrode current collector, or may be provided on only one side of the positive electrode current collector.
  • the positive electrode current collector contains any one or more of conductive materials such as aluminum, aluminum alloy and stainless steel.
  • the positive electrode active material layer contains a positive electrode active material that occludes and releases lithium, and the positive electrode active material contains any one or more of lithium-containing compounds such as a lithium-containing transition metal compound. ..
  • the lithium-containing transition metal compound is an oxide, a phosphoric acid compound, a silicic acid compound, a boric acid compound or the like containing lithium and one or more kinds of transition metal elements as constituent elements.
  • the positive electrode active material layer may further contain a positive electrode binder, a positive electrode conductive agent, and the like.
  • the negative electrode 22 includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer.
  • the negative electrode active material layer may be provided on both sides of the negative electrode current collector, or may be provided on only one side of the negative electrode current collector.
  • the negative electrode current collector contains any one or more of iron, copper, nickel, stainless steel, iron alloys, copper alloys, nickel alloys and the like.
  • the negative electrode active material layer contains a negative electrode active material that occludes and releases lithium, and the negative electrode active material contains any one or more of carbon materials and metal-based materials.
  • the carbon material is graphite or the like.
  • the metal-based material is a material containing one or more of metal elements and metalloid elements forming an alloy with lithium as constituent elements, and specifically contains silicon, tin, and the like as constituent elements.
  • the metal-based material may be a simple substance, an alloy, a compound, or a mixture of two or more of them.
  • the negative electrode active material layer may further contain a negative electrode binder, a negative electrode conductive agent, and the like.
  • the separator 23 is an insulating porous film interposed between the positive electrode 21 and the negative electrode 22, and allows lithium to pass through while preventing a short circuit between the positive electrode 21 and the negative electrode 22.
  • the separator 23 contains any one or more of the polymer compounds such as polyethylene.
  • the electrolytic solution is impregnated in each of the positive electrode 21, the negative electrode 22, and the separator 23, and contains a solvent and an electrolyte salt.
  • the solvent contains any one or more of non-aqueous solvents (organic solvents) such as carbonic acid ester compounds, carboxylic acid ester compounds and lactone compounds.
  • the electrolyte salt contains any one or more of light metal salts such as lithium salt.
  • the positive electrode lead 30 is a positive electrode wiring in which one end is connected to the positive electrode 21 (positive electrode current collector) and the other end is led out to the outside of the exterior film 10. is there.
  • the positive electrode lead 30 passes through the sealing portion 11. It is derived from the inside of the exterior film 10 to the outside.
  • the material for forming the positive electrode lead 30 is the same as the material for forming the positive electrode 21 (positive electrode current collector).
  • the connection position of the positive electrode lead 30 with respect to the positive electrode 21 is not particularly limited and can be set arbitrarily.
  • the negative electrode lead 40 is a negative electrode wiring in which one end is connected to the negative electrode 22 (negative electrode current collector) and the other end is led out to the outside of the exterior film 10. is there.
  • the negative electrode lead 40 passes through the sealing portion 11. It is derived from the inside of the exterior film 10 to the outside.
  • the material for forming the negative electrode lead 40 is the same as the material for forming the negative electrode 22 (negative electrode current collector). Since the connection position of the negative electrode lead 40 with respect to the negative electrode 22 is not particularly limited, it can be set arbitrarily.
  • each of the positive electrode lead 30 and the negative electrode lead 40 is led out from the exterior film 10 via the sealing portion 11 common to each other, it is led out to the outside of the exterior film 10 in a direction common to each other.
  • the positive electrode lead 30 and the negative electrode lead 40 are shown so as to apparently overlap each other, but in reality, as shown in FIGS. 4 and 5, the positive electrode lead 30 and the negative electrode lead 40 overlap each other. Not separated from each other.
  • each of the positive electrode lead 30 and the negative electrode lead 40 is led out to the outside of the exterior film 10 via the sealing portion 11, the joint surface 11M is inclined with respect to the crossing direction R2.
  • each of the positive electrode lead 30 and the negative electrode lead 40 is bent together with the sealing portion 11.
  • each of the positive electrode lead 30 and the negative electrode lead 40 can be led out to the outside through a sealing portion 11 common to each other in the process of being led out from the inside of the exterior film 10. It is bent in the middle so that it becomes.
  • the positive electrode lead 30 includes lead portions 31, 32, 33.
  • the lead portion 31 is located inside the exterior film 10 and is one end portion (positive electrode connecting portion) connected to the battery element 20 (positive electrode 21).
  • the lead portion 32 is the other end portion extending from the sealing portion 11 to the outside of the exterior film 10 while being sandwiched by the sealing portion 11.
  • the lead portion 33 is located inside the exterior film 10 and is an intermediate portion connected to each of the lead portions 31 and 32.
  • the positive electrode lead 30 is bent in two stages. Specifically, the positive electrode lead 30 is bent along the battery element 20 at the connecting portion of the lead portions 31 and 33 so that the positive electrode lead 30 can be guided from the battery element 20 to the sealing portion 11. As a result, the lead portion 31 extends along the winding surface of the battery element 20, whereas the lead portion 33 extends along the upper surface of the battery element 20. Further, the positive electrode lead 30 is bent so as to be away from the battery element 20 at the connecting portion of the lead portions 32 and 33 so that the positive electrode lead 30 can be guided from the inside to the outside of the exterior film 10. As a result, the lead portion 32 extends from the upper surface of the battery element 20 toward the sealing portion 11.
  • the negative electrode lead 40 includes lead portions 41, 42, 43.
  • the lead portion 41 is located inside the exterior film 10 and is one end portion (negative electrode connecting portion) connected to the battery element 20 (negative electrode 22).
  • the lead portion 42 is the other end portion extending from the sealing portion 11 to the outside of the exterior film 10 while being sandwiched by the sealing portion 11.
  • the lead portion 43 is located inside the exterior film 10 and is an intermediate portion connected to each of the lead portions 41 and 42.
  • the negative electrode lead 40 is bent in two stages like the positive electrode lead 30 described above. Specifically, the negative electrode lead 40 is bent along the battery element 20 at the connecting portion of the lead portions 41 and 43 so that the negative electrode lead 40 can be guided from the battery element 20 to the sealing portion 11. As a result, the lead portion 41 extends along the winding surface of the battery element 20, whereas the lead portion 43 extends along the upper surface of the battery element 20. Further, the negative electrode lead 40 is bent so as to be away from the battery element 20 at the connecting portion of the lead portions 42 and 43 so that the negative electrode lead 40 can be guided from the inside to the outside of the exterior film 10. As a result, the lead portion 42 extends from the upper surface of the battery element 20 toward the sealing portion 11.
  • the lead portion 33 is bent in a direction away from the lead portion 43 so as not to come into contact with the lead portion 43 before reaching the sealing portion 11. Further, the lead portion 43 is bent in a direction away from the lead portion 33 so as not to come into contact with the lead portion 33 before reaching the sealing portion 11.
  • FIG. 5 shows a state in which the lead portion 31 is inclined with respect to the line segment L2 along the joint surface 11M in order to simplify the illustrated contents.
  • FIG. 5 shows a state in which the lead portion 41 is inclined with respect to the line segment L2 along the joint surface 11M, similarly to the lead portion 31 described above.
  • the lead portions 31 and 41 are inclined with respect to the line segment L2 (joint surface 11M) so that the positive electrode lead 30 (lead portion 31) and the negative electrode lead 40 (lead portion 41) are arranged so as not to overlap each other. This is because each of the positive electrode lead 30 and the negative electrode lead 40 is guided to the sealing portion 11 which is common to each other. As a result, each of the positive electrode lead 30 and the negative electrode lead 40 can be led out to the outside of the exterior film 10 via the sealing portion 11 common to each other as described above.
  • the angle ⁇ 1 at which the lead portion 31 is inclined with respect to the line segment L2 is not particularly limited, and the angle ⁇ 2 at which the lead portion 41 is inclined with respect to the line segment L2 is not particularly limited.
  • each of the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 is in a range larger than 0 ° and smaller than 90 °, preferably 5 ° to 85 °. This is because each of the positive electrode lead 30 and the negative electrode lead 40 is easily guided to the sealing portion 11.
  • the sealing film 51 is inserted into the gap between the exterior film 10 and the positive electrode lead 30 in the sealing portion 11, and is a member that seals the gap.
  • the sealing film 51 is arranged between one of the exterior films 10 facing each other and the positive electrode lead 30. At the same time, it is arranged between the other of the exterior films 10 facing each other and the positive electrode lead 30.
  • the installation range of the sealing film 51 is extended to the outside of the exterior film 10.
  • the sealing film 51 contains any one or more of the polymer compounds such as polyolefin that adhere to the positive electrode lead 30.
  • the type of polyolefin is not particularly limited, but is polyethylene, polypropylene, and the like.
  • the sealing film 52 is arranged in the gap between the exterior film 10 and the negative electrode lead 40 in the sealing portion 11, and is a member that seals the gap.
  • the sealing film 52 is arranged between one of the exterior films 10 facing each other and the negative electrode lead 40. At the same time, it is arranged between the other of the exterior films 10 facing each other and the negative electrode lead 40.
  • the installation range of the sealing film 52 is extended to the outside of the exterior film 10 in the same manner as the installation range of the sealing film 51 described above.
  • the sealing film 52 contains any one or more of the polymer compounds such as polyolefin that adhere to the negative electrode lead 40.
  • the type of polyolefin is the same as that described with respect to the sealing film 51.
  • This secondary battery operates as described below. At the time of charging, lithium is discharged from the positive electrode 21 in the battery element 20, and the lithium is occluded in the negative electrode 22 via the electrolytic solution. Further, at the time of discharging, lithium is discharged from the negative electrode 22 in the battery element 20, and the lithium is occluded in the positive electrode 21 via the electrolytic solution. In these cases, lithium is occluded and released in the ionic state.
  • FIG. 7A, FIG. 8A and FIG. 9A each show a perspective configuration corresponding to FIG. 7B
  • 8B and 9B each show a cross-sectional configuration corresponding to FIG. 7C
  • 8C and 9C each show a partial cross-sectional configuration corresponding to FIG.
  • FIGS. 7A to 7C When manufacturing a secondary battery, assemble the secondary battery according to the procedure explained below.
  • the winding body 120 described later is used (FIGS. 7A to 7C).
  • the winding body 120 has the same configuration as that of the battery element 20 except that the positive electrode 21, the negative electrode 22, and the separator 23 are not impregnated with the electrolytic solution.
  • FIGS. 1 to 5 already described will be referred to from time to time.
  • a slurry containing a positive electrode active material or the like is prepared in a solvent such as an organic solvent, and then the slurry is applied to a positive electrode current collector to form a positive electrode active material layer.
  • the positive electrode 21 including the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer is produced.
  • a slurry containing a negative electrode active material or the like is prepared in a solvent such as an organic solvent, and then the slurry is applied to a negative electrode current collector to form a negative electrode active material layer.
  • a solvent such as an organic solvent
  • an electrolyte salt is added to the solvent.
  • an electrolytic solution containing a solvent and an electrolyte salt is prepared.
  • the positive electrode lead 30 (lead portion 31) is connected to the positive electrode 21 (positive electrode current collector) by using a welding method or the like, and the negative electrode lead 40 (lead portion 41) is connected to the negative electrode 22 (negative electrode current collector). Connect.
  • the positive electrode 21 to which the positive electrode lead 30 is connected and the negative electrode 22 to which the negative electrode lead 40 is connected are laminated with each other via the separator 23, and then the positive electrode 21, the negative electrode 22 and the separator 23 are wound in the winding direction. Let R1 wind it. As a result, as shown in FIG. 6, a winding body 120 having a winding center space of 20K is produced.
  • each of the positive electrode lead 30 and the negative electrode lead 40 is bent in two stages by utilizing the fact that the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 are within the above ranges, and then the positive electrode lead 30 and the negative electrode lead 40 are bent in two stages.
  • the winding body 120 is housed inside the exterior film 10.
  • the lead portion 33 bends the positive electrode lead 30 along the upper surface of the winding body 120, and then the lead portion 32 is the exterior.
  • the positive electrode lead 30 is bent so that it can be led out to the outside of the film 10.
  • the negative electrode lead 40 is bent so that the lead portion 43 is along the upper surface of the winding body 120, and then the lead portion 42 is attached to the exterior film 10.
  • the negative electrode lead 40 is bent so that it can be led out to the outside.
  • the exterior film 10 used here is formed by using a deep drawing molding process as described above. Therefore, the exterior film 10 is flat and columnar (vessel-shaped) with one end open and the other end closed, and has an opening of 10K. In the opening 10K, the exterior films 10 face each other through the opening 10K. Therefore, the winding body 120 is housed inside the exterior film 10 through the opening 10K so that the positive electrode lead 30 and the negative electrode lead 40 are led out from the exterior film 10.
  • the exterior film 10 has a sufficient depth so that a sufficient space is secured above the winding body 120 in a state where the winding body 120 is housed inside the container-shaped exterior film 10. doing.
  • each of the lead portions 32 and 42 is sufficiently outside the exterior film 10 in a state where the winding body 120 is housed inside the vessel-shaped exterior film 10. It has a sufficient length so that it can be derived from.
  • the electrolytic solution is injected into the exterior film 10.
  • the winding body 120 positive electrode 21, negative electrode 22 and separator 23
  • the battery element 20 is manufactured.
  • the exterior film 10 is pressed at the opening 10K using a press processing machine or the like equipped with two pressurizing jigs (not shown).
  • two pieces are applied to the exterior film 10 from both sides (right side and left side of the exterior film 10 in FIGS. 8A to 8C) via the positive electrode lead 30 (lead portion 33) and the negative electrode lead 40 (lead portion 43). Since the pressurizing jig is pressed against the outer film 10, pressing force F is supplied to the exterior film 10 from both sides.
  • the exterior film 10 is folded so that the front and rear portions of the exterior film 10 approach each other and then both side portions of the exterior film 10 also approach each other. 32 and 42 are sandwiched.
  • the pressing force F is supplied to the exterior films 10 until the exterior films 10 facing each other in the opening 10K are brought into close contact with each other via the lead portions 32 and 42.
  • the exterior films 10 facing each other in the opening 10K are joined to each other via the positive electrode lead 30 and the negative electrode lead 40, so that the seal having the bonding surface 11M is provided.
  • the stop 11 is formed.
  • the sealing portion 11 extends in the crossing direction R2.
  • the sealing film 51 is inserted between the exterior film 10 and the positive electrode lead 30, and the sealing film 52 is inserted between the exterior film 10 and the negative electrode lead 40.
  • the illustrations of the sealing films 51 and 52 are omitted in order to simplify the illustrated contents.
  • the exterior film 10 (opening 10K) is sealed, so that the sealing portion 11 is formed.
  • a part of the electrolytic solution is not impregnated in each of the positive electrode 21, the negative electrode 22, and the separator 23, but exists in a surplus space such as the winding center space 20K. May be good.
  • each of the positive electrode lead 30 and the negative electrode lead 40 is also bent in response to the bending of the sealing portion 11, so that the secondary battery is completed.
  • the battery element 20 is housed inside a flat and columnar flexible exterior film 10, and the exterior film 10 has a sealing portion 11 at one end and one end.
  • the sealing portion 11 is not provided in a place other than the above.
  • the positive electrode lead 30 connected to the positive electrode 21 is led out to the outside of the exterior film 10 via the sealing portion 11, and the negative electrode lead 40 connected to the negative electrode 22 passes through the sealing portion 11. Since the exterior films 10 are led out to the outside of the exterior film 10 and the exterior films 10 facing each other are bonded to each other in the sealing portion 11, the energy density per unit volume of the secondary battery is determined for the reason described below. Can be increased.
  • FIG. 10 shows the perspective configuration of the secondary battery of the comparative example, and corresponds to FIG.
  • FIGS. 11 and 12 shows a perspective configuration corresponding to FIG. 10 in order to explain the manufacturing process of the secondary battery of the comparative example.
  • the same components as the components of the secondary battery of the present embodiment are designated by the same reference numerals.
  • the secondary battery of the comparative example includes the exterior film 60 instead of the exterior film 10, and the derivation type of the positive electrode lead 30 and the negative electrode lead 40 is different. It has the same configuration as the configuration of the secondary battery of this embodiment.
  • the exterior film 60 has a sealing structure (three-sided sealing type sealing structure) sealed at three different locations (three sides), the three sealing portions 61, It has 62,63.
  • the first sealing portion 61 is one end portion (upper end portion in FIG. 10) in the crossing direction R2.
  • the second sealing portion 62 is the other end portion (lower end portion in FIG. 10) in the crossing direction R2.
  • the third sealing portion 63 is a side end portion (left end portion in the drawing) in the direction of intersection with the intersection direction R2.
  • the positive electrode lead 30 is connected to the positive electrode 21 at one end and is led out to the outside of the exterior film 60 via the sealing portion 61 at the other end.
  • the negative electrode lead 40 is connected to the negative electrode 22 at one end and is led out to the outside of the exterior film 60 at the other end via a sealing portion 62 different from the sealing portion 61.
  • the secondary batteries of this comparative example differ in the procedure for manufacturing the wound body 120 (steps for forming the positive electrode lead 30 and the negative electrode lead 40), and the procedure for assembling the secondary battery (secondary battery). It can be manufactured by the same procedure as the method for manufacturing the secondary battery of the present embodiment, except that the sealing step of the exterior film 60) is different.
  • the lead portion 31 is connected to the positive electrode 21 and intersects so that the lead portion 32 can be guided in one of the crossing directions R2 (upward direction).
  • the lead portion 42 is connected to the negative electrode 22 so that the lead portion 42 can be guided in the other direction (downward direction) of the direction R2.
  • one foldable exterior film 60 is used.
  • two deep drawing portions 60S1 and 60S2 are formed at locations facing each other in the folded state so that the wound body 120 can be stored in the folded state in the subsequent process. ..
  • the battery element 20 is housed in the deep drawing portions 60S1 and 60S2, and then the three sides other than the bent portion are stored.
  • three sealing portions 61 to 63 are formed.
  • the exterior films 60 facing each other are bonded to each other via the positive electrode leads 30 to form a sealing portion 61 having a bonding surface 61M.
  • the exterior films 60 facing each other are bonded to each other via the negative electrode leads 40 to form a sealing portion 62 having a bonding surface 62M.
  • the exterior films 60 facing each other are bonded to each other to form a sealing portion 63 having a bonding surface 63M.
  • each of the sealing portions 61, 62, and 63 is bent. Specifically, the sealing portion 61 is bent so that the joint surface 61M is inclined with respect to the crossing direction R2. Further, the sealing portion 62 is bent in the same direction as the bending direction of the sealing portion 61 so that the joint surface 62M is inclined with respect to the crossing direction R2. Further, the sealing portion 63 is bent in the same direction as the bending directions of the sealing portions 61 and 62, respectively.
  • the exterior film 60 since the exterior film 60 has a three-sided sealing type sealing structure, the exterior film 60 seals not only the sealing portion 61 but also the sealing portion 61. It also has a stop 63. In this case, the element space volume is reduced by the occupant integral of the sealing portion 63.
  • the element space volume depends on the effective outer diameter DY of the secondary battery.
  • the element space volume is determined based on the effective outer diameter DY, which is smaller than the outer diameter DM by the loss outer diameter DR, the element space volume is reduced by the volume integral due to the loss outer diameter DR. .. As a result, it is difficult to increase the energy density per unit volume of the secondary battery because a sufficient element space volume cannot be obtained.
  • the exterior film 10 has a one-sided sealing type sealing structure, so that the exterior film 10 has a sealing portion. It has only the sealing portion 11 corresponding to 61, and does not have the sealing portion 63.
  • the element space volume does not decrease by the occupant integral of the sealing portion 63, so that the loss outer diameter DR due to the presence of the sealing portion 63 occurs. do not.
  • the effective outer diameter DY is equal to the outer diameter DM, the element space volume is determined based on the outer diameter DM. As a result, a sufficient element space volume can be obtained, so that the energy density per unit volume of the secondary battery can be increased.
  • the sealing portion 11 if the exterior films 10 facing each other at the opening 10K are joined to each other, the exterior film 10 having a one-sided sealing type sealing structure can be obtained by using a deep drawing molding process or the like. Realized easily and stably. Therefore, the improvement of the battery characteristics is easily and stably realized, and a higher effect can be obtained.
  • the positive electrode lead 30 and the negative electrode lead 40 are led out to the outside of the exterior film 10 via the sealing portion 11, the positive electrode lead 30 and the negative electrode lead 40 are led out in a direction common to each other.
  • the element space volume is further increased as compared with the secondary battery of the comparative example, so that a higher effect can be obtained.
  • the element space volume depends on the effective height HY of the secondary battery.
  • the exterior film 60 since the exterior film 60 has a three-sided sealing type sealing structure, the exterior film 60 seals not only the sealing portion 61 but also the sealing portion 61. It also has a section 62.
  • the element space volume is determined based on the effective height HY, which is smaller than the height HM by the loss heights HR1 and HR2. Therefore, the element space volume is the volume integral due to the loss heights HR1 and HR2. Only decrease. Therefore, in the secondary battery of the comparative example, it is difficult to increase the energy density per unit volume of the secondary battery because a sufficient element space volume cannot be obtained.
  • the exterior film 10 has a one-sided sealing type sealing structure, so that the exterior film 10 has a sealing portion. It has only the sealing portion 11 corresponding to 61, and does not have the sealing portion 62.
  • the element space volume is determined based on the effective height HY, which is smaller than the height HM by the loss height HR1, so that the element space volume is different from the secondary battery of the above-mentioned comparative example, and the loss. Only the volume due to the height outer diameter HR1 is reduced. Therefore, since a sufficient element space volume can be obtained, the energy density per unit volume of the secondary battery can be increased.
  • the element space volume increases not only from the viewpoint of the effective outer diameter DY but also from the viewpoint of the effective height HY as compared with the secondary battery of the comparative example, so that the unit volume The energy density per hit can be increased more.
  • the secondary battery of the comparative example has a three-sided sealed structure
  • the advantage of increasing the element space volume from the viewpoint of the above-mentioned effective height HY is the comparative example.
  • the same can be obtained when the secondary battery of No. 1 has a two-sided sealed structure.
  • the secondary battery of the comparative example having the two-sided sealing type sealing structure has only the sealing portions 61 and 62, the above-mentioned three-sided sealing type sealing structure is provided. Since the loss heights HR1 and HR2 are generated as in the case of the above, the effective height HY is reduced. Therefore, since the element space volume is reduced by the volume integral caused by the loss heights HR1 and TR2, it is difficult to increase the energy density per unit volume of the secondary battery.
  • the loss height is only HR1. Since it does not occur, the effective height HY increases as compared with the secondary battery of the comparative example having the two-sided sealing type sealing structure. Therefore, since the element space volume increases, the energy density per unit volume of the secondary battery can be increased.
  • the exterior film 10 is a single member, the one exterior film 10 formed by the deep drawing molding process or the like is used as described above.
  • the exterior film 10 having a one-sided sealing structure is easily and stably realized. Therefore, even from this viewpoint, the battery characteristics can be easily and stably improved, and a higher effect can be obtained.
  • the lead portion 31 of the positive electrode leads 30 is inclined with respect to the joint surface 11M (line segment L2), and the lead portion 41 of the negative electrode leads 40 is inclined with respect to the joint surface 11M (line segment L2). If it is inclined, even if the positive electrode leads 30 and the negative electrode leads 40 are arranged at different places from each other, the positive electrode leads 30 and the negative electrode leads are led out to the outside of the exterior film 10 through the sealing portion 11 common to each other. The lead 40 can be guided. Therefore, the secondary battery can be stably operated (charged / discharged) by using the positive electrode lead 30 and the negative electrode lead 40 derived in the common direction, and the secondary battery can be easily connected to the electronic device. , Higher effect can be obtained.
  • the sealing portion 11 is bent so that the joint surface 11M is inclined with respect to the crossing direction R2, the height HM is reduced as compared with the case where the sealing portion 11 is not bent. Therefore, since the element space volume increases due to the relative increase in the effective height HY, a higher effect can be obtained. In this case, if the angle ⁇ at which the sealing portion 11 is inclined is 90 ° or more, the element space volume is sufficiently increased due to the height HM being sufficiently reduced, so that the effect is even higher. Can be obtained.
  • the sealing portion 11 is provided on any one of the bottom portions M1 and M2, the element space volume is only increased as compared with the case where the sealing portion M11 is provided on the side wall portion M3. Instead, the battery element 20 can be easily inserted into the exterior film 10 in the process of manufacturing the secondary battery, so that a higher effect can be obtained.
  • the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound via the separator 23 in the battery element 20, the number of times each of the positive electrode 21 and the negative electrode 22 is wound increases as the element space volume increases. The area facing the negative electrode 22 also increases. Therefore, the energy density per unit volume is sufficiently increased, and a higher effect can be obtained.
  • the secondary battery is a flat and columnar button-type secondary battery, the energy density per unit volume is effectively increased in a small secondary battery having a large restriction in terms of size, so that the effect is higher. Can be obtained.
  • the battery element 20 is inserted into the flat and columnar exterior film 10 formed by using the deep drawing molding process, and then the exterior film is inserted into the battery element 20. Since the 10 is sealed, the exterior film 10 having the above-mentioned one-side sealing type sealing structure can be easily and stably realized. Therefore, it is possible to manufacture a secondary battery having an increased energy density per unit volume.
  • the “sealed structure” column in Table 1 indicates the sealing type (one-sided sealing type or three-sided sealing type) of the sealed structure.
  • the "one-sided sealing type” is a sealing type having a sealed structure relating to the secondary battery of the present embodiment
  • the "three-sided sealing type” is a sealing type having a sealed structure relating to the secondary battery of the comparative example. is there.
  • the height HM (mm) was changed.
  • the effective height HY (mm) and the effective outer diameter DY (mm) are as shown in Table 1.
  • the volumetric energy density When calculating the volumetric energy density, first, the maximum volume (dm 3 ) of the secondary battery is calculated based on the outer diameter DM and the height HM. Subsequently, the battery capacity (Wh) is measured by charging and discharging the secondary battery at an average voltage of 3.8 V. Finally, the volumetric energy density (Wh / dm 3 ) is calculated by dividing the battery capacity by the maximum volume.
  • the volumetric energy density varies depending on the configuration of the secondary battery.
  • the loss height HR increases due to the presence of both the sealing portions 61 and 62, so that the effective height is increased.
  • the loss outer diameter DR becomes larger due to the presence of the sealing portion 63, so that the effective outer diameter DY becomes smaller.
  • the volume of the device space is reduced, so that the volumetric energy density is not sufficiently increased.
  • the volume energy density is 0 Wh / dm 3
  • the loss height HR is reduced due to the presence of only the sealing portion 11, so that the effective height is HY.
  • the loss outer diameter DR does not occur due to the absence of the sealing portion 63.
  • the volume of the device space increases, so that the volumetric energy density is sufficiently increased.
  • the secondary battery of the present embodiment has a minimum loss height HR and no loss outer diameter DR as compared with the secondary battery of the comparative example. Space volume increases. Therefore, the energy density per unit volume can be increased.
  • the exterior film 10 has a columnar three-dimensional shape, but the three-dimensional shape of the exterior film 10 is not particularly limited. Specifically, the three-dimensional shape of the exterior film 10 may be another columnar shape such as a quadrangular prism. Even in this case, the same effect can be obtained because the element space volume increases in the exterior film 10 having a one-sided sealing type sealing structure.
  • the number of positive electrode leads 30 is one, but the number of positive electrode leads 30 is not particularly limited, and may be two or more. Even in this case, the same effect can be obtained because the element space volume of the one-side sealing type sealing structure is increased in the exterior film 10. In this case, in particular, when the number of positive electrode leads 30 increases, the electrical resistance of the secondary battery (battery element 20) decreases, so that a higher effect can be obtained.
  • the modification 2 described here is the same for the negative electrode lead 40. That is, since the number of the negative electrode leads 40 is not limited to one, it may be two or more.
  • the positive electrode lead 30 Since the positive electrode lead 30 is physically separated from the positive electrode current collector, it may be separated from the positive electrode current collector, or it may be physically connected to the positive electrode current collector. It may be integrated with the positive electrode current collector. In the latter case, in the step of forming the positive electrode 21 using the punching process of the metal foil, after forming the positive electrode active material layer on the positive electrode current collector, the positive electrode lead 30 and the positive electrode current collector are integrated with each other. By punching out the positive electrode current collector so as to have a formed shape, it is possible to form the positive electrode 21 including the positive electrode current collector integrated with the positive electrode lead 30. Even in this case, since the electrical continuity between the positive electrode lead 30 and the positive electrode current collector is ensured, the same effect can be obtained.
  • the modification 3 described here is also applicable to the negative electrode lead 40 and the negative electrode current collector. That is, the negative electrode lead 40 may be separated from the negative electrode current collector, or may be integrated with the negative electrode current collector. Even in this case, since the electrical continuity between the negative electrode lead 40 and the negative electrode current collector is ensured, the same effect can be obtained.
  • liquid electrolyte electrolyte solution
  • gel-like electrolyte electrolyte layer
  • solid electrolyte solid electrolyte
  • the element structure of the battery element is a wound type (wound electrode body)
  • the positive electrode and the negative electrode are laminated with each other via the separator.
  • Other element structures such as a laminated type (laminated electrode body) and a ninety-nine-fold type in which the positive electrode and the negative electrode are folded in a zigzag manner via a separator may be used.
  • the electrode reactant is not particularly limited. Specifically, as described above, the electrode reactant may be another alkali metal such as sodium and potassium, or an alkaline earth metal such as beryllium, magnesium and calcium. In addition, the electrode reactant may be another light metal such as aluminum.

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Abstract

二次電池は、正極および負極を含む電池素子と、その電池素子が内部に収納され、一端部に封止部を有すると共に一端部以外の場所に封止部を有しない可撓性の外装部材と、正極に接続されると共に封止部を経由して外装部材の外部に導出された正極配線と、負極に接続されると共に封止部を経由して外装部材の外部に導出された負極配線とを備える。外装部材は、扁平かつ柱状であると共に、封止部では、互いに対向する外装部材同士が互いに接合されている。

Description

二次電池およびその製造方法
　本技術は、二次電池およびその製造方法に関する。
　携帯電話機などの多様な電子機器が普及しているため、小型かつ軽量であると共に高いエネルギー密度が得られる電源として、二次電池の開発が進められている。二次電池の構成は、電池特性に影響を及ぼすため、その二次電池の構成に関しては、様々な検討がなされている。
　具体的には、小型化を実現するために、可撓性を有する外装材の内部に巻回電極体が収納されており、その外装材が４辺または３辺において封止されている（例えば、特許文献１参照。）。この場合には、正極リードおよび負極リードが互いに反対の方向に向かって外装材から導出されている。
　エネルギー密度を増加させるために、ラミネートフィルム外装体の内部に巻回電極体が収納されており、そのラミネートフィルム外装体が互いに反対方向の２箇所において封止されている（例えば、特許文献２参照。）。この場合には、正極端子および負極端子が互いに反対の方向に向かってラミネート外装体から導出されている。
　小型化を実現すると共にエネルギー密度を増加させるために、ラミネートフィルムの内部に電極体が収納されており、そのラミネートフィルムが４辺において封止されている（例えば、特許文献３参照。）。この場合には、正極端子および負極端子が互いの反対の方向に向かってラミネートフィルムから導出されている。
特開２０１５－１１５２９３号公報 特開２００８－１７１５７９号公報 特開２０１７－１３０４１５号公報
　二次電池の課題を解決するために様々な検討がなされているが、その二次電池の単位体積当たりのエネルギー密度は未だ十分でないため、未だ改善の余地がある。
　本技術はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、単位体積当たりのエネルギー密度を増加させることが可能な二次電池およびその製造方法を提供することにある。
　本技術の一実施形態の二次電池は、正極および負極を含む電池素子と、その電池素子が内部に収納され、一端部に封止部を有すると共に一端部以外の場所に封止部を有しない可撓性の外装部材と、正極に接続されると共に封止部を経由して外装部材の外部に導出された正極配線と、負極に接続されると共に封止部を経由して外装部材の外部に導出された負極配線とを備え、その外装部材が扁平かつ柱状であると共に、封止部では互いに対向する外装部材同士が互いに接合されているものである。
　本技術の一実施形態の二次電池の製造方法は、深絞り成型処理を用いて形成され、扁平かつ柱状であると共に一端部に開口部を有する可撓性の外装部材の内部に正極および負極を含む電池素子を挿入し、その電池素子が内部に挿入された外装部材の開口部を封止するものである。
　本技術の一実施形態の二次電池によれば、扁平かつ柱状である可撓性の外装部材の内部に電池素子が収納されており、その外装部材が一端部に封止部を有していると共に一端部以外の場所に封止部を有していない。また、正極に接続された正極配線が封止部を経由して外装部材の外部に導出されていると共に、負極に接続された負極配線が封止部を経由して外装部材の外部に導出されており、その封止部では互いに対向する外装部材同士が互いに接合されている。よって、単位体積当たりのエネルギー密度を増加させることができる。
　また、本技術の一実施形態の二次電池の製造方法によれば、深絞り成型処理を用いて形成された扁平かつ柱状である可撓性の外装部材の内部に電池素子を挿入したのち、その開口部を封止しているので、単位体積当たりのエネルギー密度が増加した二次電池を製造することができる。
　なお、本技術の効果は、必ずしもここで説明された効果に限定されるわけではなく、後述する本技術に関連する一連の効果のうちのいずれの効果でもよい。
本技術の一実施形態における二次電池の構成を表す斜視図である。 図１に示した二次電池の構成を表す断面図である。 図１に示した電池素子の構成を表す斜視図である。 図１に示した二次電池の構成を模式的に表す部分断面図である。 図１に示した二次電池の構成を模式的に表す他の部分断面図である。 二次電池の製造工程を説明するための斜視図である。 図６に続く二次電池の製造工程を説明するための斜視図である。 図７Ａに対応する二次電池の製造工程を説明するための断面図である。 図７Ａに対応する二次電池の製造工程を説明するための部分断面図である。 図７Ａに続く二次電池の製造工程を説明するための斜視図である。 図８Ａに対応する二次電池の製造工程を説明するための断面図である。 図８Ａに対応する二次電池の製造工程を説明するための部分断面図である。 図８Ａに続く二次電池の製造工程を説明するための斜視図である。 図９Ａに対応する二次電池の製造工程を説明するための断面図である。 図９Ａに対応する二次電池の製造工程を説明するための部分断面図である。 比較例の二次電池の構成を表す斜視図である。 図１０に示した比較例の二次電池の製造工程を説明するための斜視図である。 図１１に続く比較例の二次電池の製造工程を説明するための斜視図である。
　以下、本技術の一実施形態に関して、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。

　１．二次電池
　　１－１．構成
　　１－２．動作
　　１－３．製造方法
　　１－４．作用および効果
　　１－５．体積エネルギー密度の比較
　２．変形例
＜１．二次電池＞
　まず、本技術の一実施形態の二次電池に関して説明する。
　ここで説明する二次電池は、扁平かつ柱状の形状を有する二次電池であり、その二次電池には、いわゆるコイン型の二次電池およびボタン型の二次電池などが含まれる。この扁平かつ柱状の二次電池は、後述するように、互いに対向する一対の底部とその一対の底部の間の側壁部とを有しており、その二次電池では、外径に対して高さが小さくなっている。
　二次電池の充放電原理は、特に限定されない。以下では、電極反応物質の吸蔵放出を利用して電池容量が得られる二次電池に関して説明する。この二次電池は、正極および負極と共に電解液を備えており、その二次電池では、充電途中において負極の表面に電極反応物質が析出することを防止するために、負極の充電容量が正極の放電容量よりも大きくなっている。すなわち、負極の単位面積当たりの電気化学容量は、正極の単位面積当たりの電気化学容量よりも大きくなるように設定されている。
　電極反応物質の種類は、特に限定されないが、アルカリ金属およびアルカリ土類金属などの軽金属である。アルカリ金属は、リチウム、ナトリウムおよびカリウムなどであると共に、アルカリ土類金属は、ベリリウム、マグネシウムおよびカルシウムなどである。
　以下では、電極反応物質がリチウムである場合を例に挙げる。リチウムの吸蔵放出を利用して電池容量が得られる二次電池は、いわゆるリチウムイオン二次電池である。このリチウムイオン二次電池では、リチウムがイオン状態で吸蔵および放出される。
＜１－１．構成＞
　図１は、二次電池の斜視構成を表している。図２は、図１に示した二次電池の断面構成を表している。図３は、図１に示した電池素子２０の斜視構成を表している。図４および図５のそれぞれは、図１に示した二次電池の部分断面構成を模式的に表している。
　ただし、図２では、図示内容を簡略化するために、後述する正極２１、負極２２、セパレータ２３、正極リード３０および負極リード４０のそれぞれを線状に示している。
　図４では、二次電池の構成要素のうちの一部だけを示しており、より具体的には外装フィルム１０（封止部１１）、電池素子２０、正極リード３０および負極リード４０だけを示している。この場合には、外装フィルム１０（封止部１１）、正極リード３０および負極リード４０のそれぞれに関しては断面も示していると共に、電池素子２０に関しては巻回途中の外縁（輪郭）だけを破線で示している。
　図５では、二次電池の構成要素のうちの一部だけを示しており、より具体的には正極リード３０（リード部３１）および負極リード４０（リード部４１）だけを示している。電池素子２０に関しては、図４と同様に、巻回途中の外縁だけを示している。
　以下では、便宜上、図１および図２中の上方向を二次電池の上側として説明すると共に、図１および図２中の下方向を二次電池の下側として説明する。
　この二次電池は、ボタン型の二次電池であるため、図１および図２に示したように、外径（最大外径）ＤＭに対して高さ（最大高さ）ＨＭが小さい扁平かつ柱状の立体的形状を有している。ここでは、二次電池は、扁平かつ円筒（円柱）状の立体的形状を有している。二次電池に関する寸法は、特に限定されないが、外径（ここでは直径）ＤＭ＝３ｍｍ～３０ｍｍであると共に、高さＨＭ＝０．５ｍｍ～７０ｍｍである。ただし、高さＨＭに対する外径ＤＭの比（ＤＭ／ＨＭ）は、１よりも大きいと共に２５以下である。
　具体的には、二次電池は、外装フィルム１０と、電池素子２０と、正極リード３０と、負極リード４０と、封止フィルム５１，５２とを備えている。ここで説明する二次電池は、電池素子２０を収納するための外装部材として、可撓性（または柔軟性）の外装部材（外装フィルム１０）が用いられているラミネートフィルム型の二次電池である。
［外装フィルム］
　外装フィルム１０は、図１および図２に示したように、電池素子２０を収納する外装部材であり、上記したように、扁平かつ柱状であると共に可撓性を有している。ここでは、外装フィルム１０は、１枚の部材である。また、外装フィルム１０は、上記した二次電池の立体的形状に応じて、中空である扁平かつ略円柱状の立体的形状を有している。
　このため、略円柱状である外装フィルム１０は、一対の底部Ｍ１，Ｍ２と、側壁部Ｍ３とを有している。この側壁部Ｍ３は、一端部において底部Ｍ１に連結されていると共に、他端部において底部Ｍ２に連結されている。上記したように、外装フィルム１０が扁平かつ円柱状であるため、底部Ｍ１，Ｍ２のそれぞれは略円形の平面形状を有していると共に、側壁部Ｍ３の表面は凸型の曲面である。
　この外装フィルム１０は、金属および高分子化合物などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。このため、外装フィルム１０は、金属箔でもよいし、高分子フィルムでもよいし、金属箔および高分子フィルムが互いに積層された積層体でもよい。すなわち、外装フィルム１０は、単層でもよいし、多層でもよい。
　具体的には、外装フィルム１０は、融着層、金属層および表面保護層が内側からこの順に積層された３層のラミネートフィルムである。融着層は、ポリプロピレンなどを含む高分子化合物フィルムである。金属層は、アルミニウムなどを含む金属箔である。表面保護層は、ナイロンなどを含む高分子フィルム化合物である。ただし、ラミネートフィルムである外装フィルム１０の層数は、３層に限定されないため、２層または４層以上でもよい。
　特に、外装フィルム１０は、後述する巻回方向Ｒ１（図３）と交差する交差方向Ｒ２の一端部（図１および図２中の上端部）に封止部１１を有しており、その一端部以外の場所に封止部１１を有していない袋状である。
　ここでは、外装フィルム１０は、上記した一端部に後述する開口部１０Ｋ（図７Ａなど参照）を有しているため、封止部１１では、その開口部１０Ｋにおいて互いに対向する外装フィルム１０同士が互いに接合されている。これにより、外装フィルム１０において開口部１０Ｋが封止されているため、封止部１１が形成されている。よって、ここで説明する外装フィルム１０は、１箇所（１辺）だけにおいて封止された密閉構造、すなわち１辺封止型の密閉構造を有している。
　封止部１１は、扁平かつ柱状である外装フィルム１０において、底部Ｍ１，Ｍ２のうちのいずれかに設けられていることが好ましい。封止部１１が側壁部Ｍ３に設けられている場合と比較して、後述する素子空間体積が増加すると共に、二次電池の製造工程において外装フィルム１０の内部に電池素子２０が円滑に挿入されやすくなるからである。
　封止部１１を形成するために互いに対向する外装フィルム１０同士を互いに接合させる方法は、特に限定されないが、熱融着法および溶接法などのうちのいずれか１種類または２種類以上である。この溶接法は、レーザ溶接法および抵抗溶接法などである。
　この外装フィルム１０は、上記した１辺封止型の密閉構造を実現するために、ラミネートフィルムなどが深絞り成型処理されることにより形成されている。この深絞り成型処理では、いわゆる深絞り部がラミネートフィルムに形成されるため、一端部に開口部１０Ｋを有する中空の円柱状の外装フィルム１０が形成される。
　封止部１１は、接合面１１Ｍを有しており、その接合面１１Ｍは、開口部１０Ｋにおいて互いに対向する外装フィルム１０同士が互いに接合されることにより形成されている。この封止部１１では、後述するように、互いに対向する外装フィルム１０同士が正極リード３０および負極リード４０のそれぞれを挟むように互いに接合されている。
　この封止部１１は、交差方向Ｒ２に対して接合面１１Ｍが傾斜するように折り曲げられていることが好ましい。封止部１１が折り曲げられていない場合と比較して、ロス高さＨＲが小さくなるからである。これにより、高さＨＭに対して有効高さＨＹが相対的に大きくなるため、素子空間体積が増加する。この「素子空間体積」とは、外装フィルム１０の内部に電池素子２０を収納するために利用可能である内部空間の体積である。
　交差方向Ｒ２に対して接合面１１Ｍが傾斜する角度ωは、特に限定されない。図２では、角度ωの定義を明確にするために、交差方向Ｒ２に沿った線分Ｌ１に対して接合面１１Ｍが傾斜する角度ωを示している。中でも、角度ωは、９０°以上であることが好ましい。角度ωが９０°未満である場合と比較して、高さＨＭが小さくなるからである。これにより、高さＨＭに対して有効高さＨＹが十分に大きくなるため、素子空間体積が十分に増加する。
［電池素子］
　電池素子２０は、図１～図３に示したように、充放電反応を進行させる素子であり、正極２１と、負極２２と、セパレータ２３と、液状の電解質である電解液とを含んでいる。ただし、図２および図３のそれぞれでは、電解液の図示を省略している。
　この電池素子２０は、外装フィルム１０の立体的形状に対応した立体的形状を有している。この「外装フィルム１０の立体的形状に対応した立体的形状」とは、外装フィルム１０の立体的形状と同様の立体的形状を意味している。電池素子２０が外装フィルム１０の立体的形状とは異なる立体的形状を有している場合と比較して、その外装フィルム１０の内部に電池素子２０が収納された際に、いわゆるデッドスペース（外装フィルム１０と電池素子２０との間の隙間）が発生しにくくなるからである。これにより、外装フィルム１０の内部空間が有効に利用されることに起因して素子空間体積が増加するため、二次電池の単位体積当たりのエネルギー密度も増加する。ここでは、上記したように、外装フィルム１０が扁平かつ円柱状の立体的形状を有しているため、電池素子２０も扁平かつ円柱状の立体的形状を有している。
　正極２１および負極２２は、セパレータ２３を介して巻回方向Ｒ１に巻回されている。より具体的には、正極２１および負極２２は、セパレータ２３を介して互いに積層されていると共に、そのセパレータ２３を介して互いに積層された状態において巻回方向Ｒ１に巻回されている。この巻回方向Ｒ１とは、電池素子２０の外周面に沿った湾曲方向である。このため、電池素子２０は、セパレータ２３を介して巻回方向Ｒ１に巻回された正極２１および負極２２を含む巻回電極体である。この巻回電極体である電池素子２０は、巻芯部として交差方向Ｒ２に延在する巻回中心空間２０Ｋを有している。
　なお、正極２１および負極２２のそれぞれの高さは、セパレータ２３の高さよりも小さくなっている。正極２１と負極２２との接触（短絡）が防止されるからである。また、負極２２の高さは、正極２１の高さよりも大きくなっている。充放電時におけるリチウムの析出に起因した正極２１と負極２２との短絡が防止されるからである。
　正極２１は、正極集電体および正極活物質層を含んでいる。この正極活物質層は、正極集電体の両面に設けられていてもよいし、正極集電体の片面だけに設けられていてもよい。正極集電体は、アルミニウム、アルミニウム合金およびステンレスなどの導電性材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。正極活物質層は、リチウムを吸蔵放出する正極活物質を含んでおり、その正極活物質は、リチウム含有遷移金属化合物などのリチウム含有化合物のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。このリチウム含有遷移金属化合物は、リチウムと１種類または２種類以上の遷移金属元素とを構成元素として含む酸化物、リン酸化合物、ケイ酸化合物およびホウ酸化合物などである。ただし、正極活物質層は、さらに正極結着剤および正極導電剤などを含んでいてもよい。
　負極２２は、負極集電体および負極活物質層を含んでいる。この負極活物質層は、負極集電体の両面に設けられていてもよいし、負極集電体の片面だけに設けられていてもよい。負極集電体は、鉄、銅、ニッケル、ステンレス、鉄合金、銅合金およびニッケル合金などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。負極活物質層は、リチウムを吸蔵放出する負極活物質を含んでおり、その負極活物質は、炭素材料および金属系材料などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。炭素材料は、黒鉛などである。金属系材料は、リチウムと合金を形成する金属元素および半金属元素のうちのいずれか１種類または２種類以上を構成元素として含む材料であり、具体的にはケイ素およびスズなどを構成元素として含んでいる。この金属系材料は、単体でもよいし、合金でもよいし、化合物でもよいし、それらの２種類以上の混合物でもよい。ただし、負極活物質層は、さらに負極結着剤および負極導電剤などを含んでいてもよい。
　セパレータ２３は、正極２１と負極２２との間に介在する絶縁性の多孔質膜であり、その正極２１と負極２２との短絡を防止しながらリチウムを通過させる。このセパレータ２３は、ポリエチレンなどの高分子化合物のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。
　電解液は、正極２１、負極２２およびセパレータ２３のそれぞれに含浸されており、溶媒および電解質塩を含んでいる。溶媒は、炭酸エステル系化合物、カルボン酸エステル系化合物およびラクトン系化合物などの非水溶媒（有機溶剤）のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。電解質塩は、リチウム塩などの軽金属塩のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。
［正極リードおよび負極リード］
　正極リード３０は、図１～図５に示したように、一端部が正極２１（正極集電体）に接続されていると共に他端部が外装フィルム１０の外部に導出されている正極配線である。上記したように、封止部１１では、開口部１０Ｋにおいて互いに対向する外装フィルム１０同士が正極リード３０を挟むように互いに接合されているため、その正極リード３０は、封止部１１を経由して外装フィルム１０の内部から外部に導出されている。正極リード３０の形成材料は、正極２１（正極集電体）の形成材料と同様である。なお、正極２１に対する正極リード３０の接続位置は、特に限定されないため、任意に設定可能である。
　負極リード４０は、図１～図５に示したように、一端部が負極２２（負極集電体）に接続されていると共に他端部が外装フィルム１０の外部に導出されている負極配線である。上記したように、封止部１１では、開口部１０Ｋにおいて互いに対向する外装フィルム１０同士が負極リード４０を挟むように互いに接合されているため、その負極リード４０は、封止部１１を経由して外装フィルム１０の内部から外部に導出されている。負極リード４０の形成材料は、負極２２（負極集電体）の形成材料と同様である。なお、負極２２に対する負極リード４０の接続位置は、特に限定されないため、任意に設定可能である。
　すなわち、正極リード３０および負極リード４０のそれぞれは、互いに共通する封止部１１を経由して外装フィルム１０から外部に導出されているため、互いに共通する方向に向かって外装フィルム１０の外部に導出されている。図２では、見かけ上、互いに重なるように正極リード３０および負極リード４０を図示しているが、実際には、図４および図５に示したように、正極リード３０および負極リード４０は互いに重なっておらずに互いに離間されている。
　上記したように、正極リード３０および負極リード４０のそれぞれは、封止部１１を経由して外装フィルム１０の外部に導出されているため、交差方向Ｒ２に対して接合面１１Ｍが傾斜するように封止部１１が折り曲げられている場合には、正極リード３０および負極リード４０のそれぞれは、その封止部１１と一緒に折り曲げられている。
　なお、正極リード３０および負極リード４０のそれぞれは、図４に示したように、外装フィルム１０の内部から外部に導出される過程において、互いに共通する封止部１１を介して外部に導出可能となるように途中で折り曲げられている。
　具体的には、正極リード３０は、リード部３１，３２，３３を含んでいる。リード部３１は、外装フィルム１０の内部に位置していると共に、電池素子２０（正極２１）に接続されている一端部分（正極接続部）である。リード部３２は、封止部１１により挟まれながら、その封止部１１から外装フィルム１０の外部まで延在している他端部分である。リード部３３は、外装フィルム１０の内部に位置していると共に、リード部３１，３２のそれぞれに連結された中間部分である。
　この正極リード３０は、２段階に折り曲げられている。具体的には、正極リード３０は、電池素子２０から封止部１１まで誘導可能となるように、リード部３１，３３の連結箇所において電池素子２０に沿うように折り曲げられている。これにより、リード部３１は、電池素子２０の巻回面に沿うように延在しているのに対して、リード部３３は、電池素子２０の上面に沿うように延在している。また、正極リード３０は、外装フィルム１０の内部から外部まで正極リード３０が誘導可能となるように、リード部３２，３３の連結箇所において電池素子２０から遠ざかるように折り曲げられている。これにより、リード部３２は、電池素子２０の上面から封止部１１に向かうように延在している。
　負極リード４０は、リード部４１，４２，４３を含んでいる。リード部４１は、外装フィルム１０の内部に位置していると共に、電池素子２０（負極２２）に接続されている一端部分（負極接続部）である。リード部４２は、封止部１１により挟まれながら、その封止部１１から外装フィルム１０の外部まで延在している他端部分である。リード部４３は、外装フィルム１０の内部に位置していると共に、リード部４１，４２のそれぞれに連結された中間部分である。
　この負極リード４０は、上記した正極リード３０と同様に、２段階に折り曲げられている。具体的には、負極リード４０は、電池素子２０から封止部１１まで誘導可能となるように、リード部４１，４３の連結箇所において電池素子２０に沿うように折り曲げられている。これにより、リード部４１は、電池素子２０の巻回面に沿うように延在しているのに対して、リード部４３は、電池素子２０の上面に沿うように延在している。また、負極リード４０は、外装フィルム１０の内部から外部まで負極リード４０が誘導可能となるように、リード部４２，４３の連結箇所において電池素子２０から遠ざかるように折り曲げられている。これにより、リード部４２は、電池素子２０の上面から封止部１１に向かうように延在している。
　なお、リード部３３は、封止部１１に到達する前にリード部４３と接触しないように、そのリード部４３から遠ざかる方向に屈曲している。また、リード部４３は、封止部１１に到達する前にリード部３３と接触しないように、そのリード部３３から遠ざかる方向に屈曲している。
　ここで、リード部３１が電池素子２０（正極２１）に接続されている状態に着目すると、そのリード部３１は、図５に示したように、接合面１１Ｍに対して傾斜している。図５では、図示内容を簡略化するために、接合面１１Ｍに沿った線分Ｌ２に対してリード部３１が傾斜している状態を示している。
　また、リード部４１が電池素子２０（負極２２）に接続されている状態に着目すると、そのリード部４１は、図５に示したように、接合面１１Ｍに対して傾斜している。図５では、上記したリード部３１と同様に、接合面１１Ｍに沿った線分Ｌ２に対してリード部４１が傾斜している状態を示している。
　リード部３１，４１のそれぞれが線分Ｌ２（接合面１１Ｍ）に対して傾斜しているのは、互いに重ならないように正極リード３０（リード部３１）および負極リード４０（リード部４１）が配置されていても、互いに共通する封止部１１まで正極リード３０および負極リード４０のそれぞれが誘導されるからである。これにより、正極リード３０および負極リード４０のそれぞれは、上記したように、互いに共通する封止部１１を経由して外装フィルム１０の外部に導出可能になる。
　リード部３１が線分Ｌ２に対して傾斜する角度θ１は、特に限定されないと共に、リード部４１が線分Ｌ２に対して傾斜する角度θ２は、特に限定されない。具体的には、角度θ１，θ２のそれぞれは、０°よりも大きいと共に９０°よりも小さい範囲内であり、好ましくは５°～８５°である。正極リード３０および負極リード４０のそれぞれが封止部１１まで誘導されやすくなるからである。
［封止フィルム］
　封止フィルム５１は、封止部１１において外装フィルム１０と正極リード３０との間の隙間に挿入されており、その隙間を封止する部材である。
　ここでは、開口部１０Ｋにおいて互いに対向する外装フィルム１０同士が互いに接合されているため、封止フィルム５１は、互いに対向する外装フィルム１０のうちの一方と正極リード３０との間に配置されていると共に、互いに対向する外装フィルム１０のうちの他方と正極リード３０との間に配置されている。ここでは、封止フィルム５１の設置範囲は、外装フィルム１０の外部まで拡張されている。
　この封止フィルム５１は、正極リード３０に対して密着するポリオレフィンなどの高分子化合物のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。ポリオレフィンの種類は、特に限定されないが、ポリエチレンおよびポリプロピレンなどである。
　封止フィルム５２は、封止部１１において外装フィルム１０と負極リード４０との間の隙間に配置されており、その隙間を封止する部材である。
　ここでは、開口部１０Ｋにおいて互いに対向する外装フィルム１０同士が互いに接合されているため、封止フィルム５２は、互いに対向する外装フィルム１０のうちの一方と負極リード４０との間に配置されていると共に、互いに対向する外装フィルム１０のうちの他方と負極リード４０との間に配置されている。ここでは、封止フィルム５２の設置範囲は、上記した封止フィルム５１の設置範囲と同様に、外装フィルム１０の外部まで拡張されている。
　この封止フィルム５２は、負極リード４０に対して密着するポリオレフィンなどの高分子化合物のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。ポリオレフィンの種類は、封止フィルム５１に関して説明した場合と同様である。
＜１－２．動作＞
　この二次電池は、以下で説明するように動作する。充電時には、電池素子２０において、正極２１からリチウムが放出されると共に、そのリチウムが電解液を介して負極２２に吸蔵される。また、放電時には、電池素子２０において、負極２２からリチウムが放出されると共に、そのリチウムが電解液を介して正極２１に吸蔵される。これらの場合には、リチウムがイオン状態で吸蔵および放出される。
＜１－３．製造方法＞
　図６、図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ、図９Ａ、図９Ｂおよび図９Ｃのそれぞれは、二次電池の製造工程を説明するために、製造途中の二次電池の構成を表している。図６、図７Ａ、図８Ａおよび図９Ａのそれぞれは、図１に対応する斜視構成を示している。図７Ｂ、図８Ｂおよび図９Ｂのそれぞれは、図２に対応する断面構成を示している。図７Ｃ、図８Ｃおよび図９Ｃのそれぞれは、図４に対応する部分断面構成を示している。
　二次電池を製造する場合には、以下で説明する手順により、その二次電池を組み立てる。この場合には、電池素子２０を作製するために、後述する巻回体１２０を用いる（図７Ａ～図７Ｃ）。この巻回体１２０は、正極２１、負極２２およびセパレータ２３のそれぞれに電解液が含浸されていないことを除いて、電池素子２０の構成と同様の構成を有している。以下では、随時、既に説明した図１～図５を参照する。
　最初に、有機溶剤などの溶媒中に正極活物質などを含むスラリーを調製したのち、そのスラリーを正極集電体に塗布することにより、正極活物質層を形成する。これにより、正極集電体および正極活物質層を含む正極２１が作製される。
　続いて、有機溶剤などの溶媒中に負極活物質などを含むスラリーを調製したのち、そのスラリーを負極集電体に塗布することにより、負極活物質層を形成する。これにより、負極集電体および負極活物質層を含む負極２２が作製される。
　続いて、溶媒中に電解質塩を添加する。これにより、溶媒および電解質塩を含む電解液が調製される。
　続いて、溶接法などを用いて、正極２１（正極集電体）に正極リード３０（リード部３１）を接続させると共に、負極２２（負極集電体）に負極リード４０（リード部４１）を接続させる。
　続いて、セパレータ２３を介して、正極リード３０が接続された正極２１と、負極リード４０が接続された負極２２とを互いに積層させたのち、その正極２１、負極２２およびセパレータ２３を巻回方向Ｒ１に巻回させる。これにより、図６に示したように、巻回中心空間２０Ｋを有する巻回体１２０が作製される。
　続いて、図７Ａ～図７Ｃに示したように、角度θ１，θ２のそれぞれが上記した範囲内であることを利用して、正極リード３０および負極リード４０のそれぞれを２段階に折り曲げたのち、外装フィルム１０の内部に巻回体１２０を収納する。この場合には、上記したように、リード部３１が正極２１に接続された状態において、リード部３３が巻回体１２０の上面に沿うように正極リード３０を折り曲げたのち、リード部３２が外装フィルム１０の外部に導出可能となるように正極リード３０を折り曲げる。また、上記したように、リード部４１が負極２２に接続された状態において、リード部４３が巻回体１２０の上面に沿うように負極リード４０を折り曲げたのち、リード部４２が外装フィルム１０の外部に導出可能となるように負極リード４０を折り曲げる。
　ここで用いる外装フィルム１０は、上記したように、深絞り成型処理を用いて形成されている。このため、外装フィルム１０は、一端部が開放されると共に他端部が閉塞された扁平かつ柱状（器状）であり、開口部１０Ｋを有している。この開口部１０Ｋでは、外装フィルム１０同士が開口部１０Ｋを介して互いに対向している。このため、巻回体１２０は、正極リード３０および負極リード４０が外装フィルム１０から外部に導出されるように、その外装フィルム１０の内部に開口部１０Ｋを通じて収納される。
　この外装フィルム１０は、器状の外装フィルム１０の内部に巻回体１２０が収納された状態において、その巻回体１２０の上方に十分なスペースが確保されるように、十分な深さを有している。これに伴い、正極リード３０および負極リード４０のそれぞれは、器状の外装フィルム１０の内部に巻回体１２０が収納された状態において、リード部３２，４２のそれぞれが外装フィルム１０の外部に十分に導出されるように、十分な長さを有している。
　続いて、外装フィルム１０の内部に電解液を注入する。これにより、巻回体１２０（正極２１、負極２２およびセパレータ２３）に電解液が含浸されるため、電池素子２０が作製される。
　続いて、図８Ａ～図８Ｃに示したように、図示しない２個の加圧治具を備えたプレス加工機などを用いて、開口部１０Ｋにおいて外装フィルム１０にプレス処理を施す。このプレス処理では、正極リード３０（リード部３３）および負極リード４０（リード部４３）を介して両側（図８Ａ～図８Ｃ中において外装フィルム１０の右側および左側）から外装フィルム１０に２個の加圧治具が押し当てられるため、その外装フィルム１０に両側からプレス力Ｆが供給される。この場合には、開口部１０Ｋの近傍において、外装フィルム１０の前後部分が互いに接近したのちに外装フィルム１０の両側部分も互いに接近するように外装フィルム１０が折り畳まれるため、その両側部分によりリード部３２，４２が挟まれる。
　こののち、開口部１０Ｋにおいて互いに対向している外装フィルム１０同士がリード部３２，４２を介して互いに密着するまで、その外装フィルム１０にプレス力Ｆを供給する。これにより、図９Ａ～図９Ｃに示したように、開口部１０Ｋにおいて互いに対向している外装フィルム１０同士が正極リード３０および負極リード４０を介して互いに接合されるため、接合面１１Ｍを有する封止部１１が形成される。この封止部１１は、交差方向Ｒ２に延在している。
　この場合には、外装フィルム１０と正極リード３０との間に封止フィルム５１を挿入すると共に、外装フィルム１０と負極リード４０との間に封止フィルム５２を挿入する。ただし、図９Ａおよび図９Ｃのそれぞれでは、図示内容を簡略化するために、封止フィルム５１，５２の図示を省略している。
　これにより、外装フィルム１０の内部に電池素子２０が収納された状態において、その外装フィルム１０（開口部１０Ｋ）が封止されるため、封止部１１が形成される。なお、封止後の外装フィルム１０の内部では、電解液の一部が正極２１、負極２２およびセパレータ２３のそれぞれに含浸されておらずに巻回中心空間２０Ｋなどの余剰スペースに存在していてもよい。
　最後に、交差方向Ｒ２（線分Ｌ１）に対して接合面１１Ｍが傾斜するように、すなわち角度ωが上記した範囲内となるように、封止部１１を折り曲げる。これにより、図１および図２に示したように、封止部１１が折り曲げられたことに応じて正極リード３０および負極リード４０のそれぞれも折り曲げられるため、二次電池が完成する。
＜１－４．作用および効果＞
　この二次電池では、扁平かつ柱状である可撓性の外装フィルム１０の内部に電池素子２０が収納されており、その外装フィルム１０が一端部に封止部１１を有していると共に一端部以外の場所に封止部１１を有していない。また、正極２１に接続された正極リード３０が封止部１１を経由して外装フィルム１０の外部に導出されていると共に、負極２２に接続された負極リード４０が封止部１１を経由して外装フィルム１０の外部に導出されており、その封止部１１では互いに対向する外装フィルム１０同士が互いに接合されているよって、以下で説明する理由により、二次電池の単位体積当たりのエネルギー密度を増加させることができる。
　図１０は、比較例の二次電池の斜視構成を表しており、図１に対応している。図１１および図１２のそれぞれは、比較例の二次電池の製造工程を説明するために、図１０に対応する斜視構成を示している。図１０～図１２のそれぞれでは、本実施形態の二次電池の構成要素と同様の構成要素に同様の符号を付している。
　比較例の二次電池は、図１０に示したように、外装フィルム１０の代わりに外装フィルム６０を備えていると共に、正極リード３０および負極リード４０のそれぞれの導出形式が異なることを除いて、本実施形態の二次電池の構成と同様の構成を有している。
　具体的には、外装フィルム６０は、互いに異なる３箇所（３辺）において封止された密閉構造（３辺封止型の密閉構造）を有しているため、３個の封止部６１，６２，６３を有している。１個目の封止部６１は、上記したように、交差方向Ｒ２の一端部（図１０中の上端部）である。２個目の封止部６２は、交差方向Ｒ２の他端部（図１０中の下端部）である。３個目の封止部６３は、交差方向Ｒ２と交差する方向の側端部（図中の左端部）である。
　正極リード３０は、一端部において正極２１に接続されていると共に、他端部において封止部６１を経由して外装フィルム６０の外部に導出されている。負極リード４０は、一端部において負極２２に接続されていると共に、他端部において封止部６１とは異なる封止部６２を経由して外装フィルム６０の外部に導出されている。
　この比較例の二次電池は、図１１および図１２に示したように、巻回体１２０の作製手順（正極リード３０および負極リード４０の形成工程）が異なると共に、二次電池の組み立て手順（外装フィルム６０の封止工程）が異なることを除いて、本実施形態の二次電池の製造方法と同様の手順により製造可能である。
　正極リード３０および負極リード４０を形成する場合には、交差方向Ｒ２のうちの一方の方向（上方向）にリード部３２を誘導可能となるように正極２１にリード部３１を接続させると共に、交差方向Ｒ２のうちの他方の方向（下方向）にリード部４２を誘導可能となるように負極２２にリード部４２を接続させる。
　外装フィルム６０を封止する場合には、折り曲げ可能である１枚の外装フィルム６０を用いる。この外装フィルム６０では、後工程において折り曲げられた状態において巻回体１２０を収納可能となるために、折り曲げられた状態において互いに対向する箇所に２個の深絞り部６０Ｓ１，６０Ｓ２が形成されている。
　この外装フィルム６０を用いて、巻回体１２０を挟むように外装フィルム６０を折り曲げ方向Ｎに折り曲げることにより、深絞り部６０Ｓ１，６０Ｓ２に電池素子２０を収納したのち、その折り曲げ箇所以外の３辺において外装フィルム６０にプレス処理を施すことにより、３個の封止部６１～６３を形成する。具体的には、外装フィルム６０の上端部において、互いに対向する外装フィルム６０同士を正極リード３０を介して互いに接合させることにより、接合面６１Ｍを有する封止部６１を形成する。また、外装フィルム６０の下端部において、互いに対向する外装フィルム６０同士を負極リード４０を介して互いに接合させることにより、接合面６２Ｍを有する封止部６２を形成する。さらに、外装フィルム６０の側端部において、互いに対向する外装フィルム６０同士を互いに接合させることにより、接合面６３Ｍを有する封止部６３を形成する。
　こののち、封止部６１，６２，６３のそれぞれを折り曲げる。具体的には、接合面６１Ｍが交差方向Ｒ２に対して傾斜するように封止部６１を折り曲げる。また、接合面６２Ｍが交差方向Ｒ２に対して傾斜するように、封止部６１の折り曲げ方向と同様の方向に封止部６２を折り曲げる。さらに、封止部６１，６２のそれぞれの折り曲げ方向と同様の方向に封止部６３を折り曲げる。
　この比較例の二次電池は、図１０に示したように、外装フィルム６０が３辺封止型の密閉構造を有しているため、その外装フィルム６０は、封止部６１だけでなく封止部６３も有している。この場合には、素子空間体積は、封止部６３の占有体積分だけ減少する。
　具体的には、二次電池の高さＨＭが一定であるとすると、素子空間体積は、二次電池の有効外径ＤＹに依存する。比較例の二次電池は、外径ＤＭを有しているが、封止部６３の存在に起因してロス外径ＤＲが発生するため、素子空間体積を決定する有効外径ＤＹは、外径ＤＭからロス外径ＤＲを差し引いた値になる。すなわち、有効外径ＤＹは、有効外径ＤＹ＝外径ＤＭ－ロス外径ＤＲという計算式に基づいて算出される。この場合において、素子空間体積は、外径ＤＭよりもロス外径ＤＲだけ小さい有効外径ＤＹに基づいて決定されるため、その素子空間体積は、ロス外径ＤＲに起因する体積分だけ減少する。これにより、十分な素子空間体積が得られないため、二次電池の単位体積当たりのエネルギー密度を増加させることが困難である。
　これに対して、本実施形態の二次電池は、図１に示したように、外装フィルム１０が１辺封止型の密閉構造を有しているため、その外装フィルム１０は、封止部６１に対応する封止部１１だけを有しており、封止部６３を有していない。この場合には、上記した比較例の二次電池とは異なり、素子空間体積が封止部６３の占有体積分だけ減少しないため、その封止部６３の存在に起因するロス外径ＤＲが発生しない。この場合において、有効外径ＤＹは、外径ＤＭに等しくなるため、素子空間体積は、その外径ＤＭに基づいて決定される。これにより、十分な素子空間体積が得られるため、二次電池の単位体積当たりのエネルギー密度を増加させることができる。
　この他、封止部１１では開口部１０Ｋにおいて互いに対向する外装フィルム１０同士が互いに接合されていれば、深絞り成型処理などを利用して１辺封止型の密閉構造を有する外装フィルム１０が容易かつ安定に実現される。よって、電池特性の向上が容易かつ安定に実現されるため、より高い効果を得ることができる。
　また、正極リード３０および負極リード４０のそれぞれが封止部１１を経由して外装フィルム１０の外部に導出されていれば、その正極リード３０および負極リード４０が互いに共通する方向に導出される。これにより、以下で説明する理由により、比較例の二次電池と比較して素子空間体積がより増加するため、より高い効果を得ることができる。
　二次電池の外径ＤＭが一定であるとすると、素子空間体積は、二次電池の有効高さＨＹに依存する。比較例の二次電池は、図１０に示したように、外装フィルム６０が３辺封止型の密閉構造を有しているため、その外装フィルム６０は、封止部６１だけでなく封止部６２も有している。
　この場合には、二次電池が高さＨＭを有していたとしても、封止部６１の存在に起因してロス高さＨＲ１が発生すると共に、封止部６２の存在に起因してロス高さＨＲ２も発生するため、素子空間体積を決定する有効高さＨＹは、高さＨＭからロス高さＨＲ１，ＨＲ２を差し引いた値になる。すなわち、有効高さＨＹは、有効高さＨＹ＝高さＨＭ－（ロス高さＨＲ１＋ロス高さＨＲ２）という計算式に基づいて算出される。
　これにより、素子空間体積は、高さＨＭよりもロス高さＨＲ１，ＨＲ２だけ小さい有効高さＨＹに基づいて決定されるため、その素子空間体積は、ロス高さＨＲ１，ＨＲ２に起因する体積分だけ減少する。よって、比較例の二次電池では、十分な素子空間体積が得られないため、二次電池の単位体積当たりのエネルギー密度を増加させることが困難である。
　これに対して、本実施形態の二次電池は、図１に示したように、外装フィルム１０が１辺封止型の密閉構造を有しているため、その外装フィルム１０は、封止部６１に対応する封止部１１だけを有しており、封止部６２を有していない。
　この場合には、封止部１１の存在に起因したロス高さＨＲ（＝ＨＲ１）は発生するが、封止部６２の存在に起因したロス高さＨＲ２は発生しないため、有効高さＨＹは、上記した比較例の二次電池とは異なり、高さＨＭよりもロス高さＨＲ１だけ小さい値になる。すなわち、有効高さＨＹは、有効高さＨＹ＝高さＨＭ－ロス高さＨＲ１という計算式に基づいて算出される。
　これにより、素子空間体積は、高さＨＭよりもロス高さＨＲ１だけ小さい有効高さＨＹに基づいて決定されるため、その素子空間体積は、上記した比較例の二次電池とは異なり、ロス高さ外径ＨＲ１に起因する体積分だけしか減少しない。よって、十分な素子空間体積が得られるため、二次電池の単位体積当たりのエネルギー密度を増加させることができる。
　すなわち、本実施形態の二次電池では、比較例の二次電池と比較して、有効外径ＤＹの観点だけでなく、有効高さＨＹの観点においても素子空間体積が増加するため、単位体積当たりのエネルギー密度をより増加させることができる。
　なお、ここでは比較例の二次電池が３辺封止型の密閉構造を有している場合に関して説明したが、上記した有効高さＨＹの観点において素子空間体積が増加する利点は、比較例の二次電池が２辺封止型の密閉構造を有している場合に関しても同様に得られる。
　すなわち、２辺封止型の密閉構造を有している比較例の二次電池が封止部６１，６２だけを有している場合には、上記した３辺封止型の密閉構造を有している場合と同様に、ロス高さＨＲ１，ＨＲ２が発生するため、有効高さＨＹが減少する。よって、ロス高さＨＲ１，ＴＲ２に起因する体積分だけ素子空間体積が減少するため、二次電池の単位体積当たりのエネルギー密度を増加させることが困難である。
　これに対して、１辺封止型の密閉構造を有している本実施形態の二次電池が封止部１１だけを有している場合には、上記したように、ロス高さＨＲ１しか発生しないため、２辺封止型の密閉構造を有している比較例の二次電池と比較して、有効高さＨＹが増加する。よって、素子空間体積が増加するため、二次電池の単位体積当たりのエネルギー密度を増加させることができる。
　この他、本実施形態の二次電池では、外装フィルム１０が１枚の部材であれば、上記したように、深絞り成型処理などを用いて形成された１枚の外装フィルム１０を利用して１辺封止型の密閉構造を有する外装フィルム１０が容易かつ安定に実現される。よって、この観点においても電池特性の向上が容易かつ安定に実現されるため、より高い効果を得ることができる。
　また、正極リード３０のうちのリード部３１が接合面１１Ｍ（線分Ｌ２）に対して傾斜していると共に、負極リード４０のうちのリード部４１が接合面１１Ｍ（線分Ｌ２）に対して傾斜していれば、互いに異なる場所に正極リード３０および負極リード４０が配置されていても、互いに共通する封止部１１を介して外装フィルム１０の外部に導出されるように正極リード３０および負極リード４０が誘導可能になる。よって、互いに共通する方向に導出された正極リード３０および負極リード４０を利用して二次電池が安定に動作（充放電）可能になると共に、その二次電池が電子機器に接続されやすくなるため、より高い効果を得ることができる。
　また、交差方向Ｒ２に対して接合面１１Ｍが傾斜するように封止部１１が折り曲げられていれば、その封止部１１が折り曲げられていない場合と比較して、高さＨＭが減少する。よって、有効高さＨＹが相対的に増加することに起因して素子空間体積が増加するため、より高い効果を得ることができる。この場合には、封止部１１の傾斜している角度ωが９０°以上であれば、高さＨＭが十分に小さくなることに起因して素子空間体積が十分に増加するため、さらに高い効果を得ることができる。
　また、封止部１１が底部Ｍ１，Ｍ２のうちのいずれかに設けられていれば、その封止部Ｍ１１が側壁部Ｍ３に設けられている場合と比較して、素子空間体積が増加するだけでなく、二次電池の製造工程において外装フィルム１０の内部に電池素子２０が円滑に挿入されやすくなるため、より高い効果を得ることができる。
　また、電池素子２０において正極２１および負極２２がセパレータ２３を介して巻回されていれば、素子空間体積の増加に応じて正極２１および負極２２のそれぞれの巻回数が増加するため、正極２１と負極２２との対向面積も増加する。よって、単位体積当たりのエネルギー密度が十分に増加するため、より高い効果を得ることができる。
　また、二次電池が扁平かつ柱状であるボタン型の二次電池であれば、サイズの観点において制約が大きい小型の二次電池において単位体積当たりのエネルギー密度が有効に増加するため、より高い効果を得ることができる。
　また、二次電池の製造方法では、深絞り成型処理を用いて形成された扁平かつ柱状の外装フィルム１０の内部に電池素子２０を挿入したのち、その電池素子２０の内部に挿入された外装フィルム１０を封止しているので、上記した１辺封止型の密閉構造を有する外装フィルム１０が容易かつ安定に実現される。よって、単位体積当たりのエネルギー密度が増加した二次電池を製造することができる。
＜１－５．体積エネルギー密度の比較＞
　ここで、本実施形態の二次電池（図１）および比較例の二次電池（図１０）のそれぞれに関して論理的（数学的）に体積エネルギー密度（Ｗｈ／Ｌ（＝Ｗｈ／ｄｍ3 ））を算出することにより、それらの体積エネルギー密度を互いに比較すると、表１に示した結果が得られる。
　表１中の「密閉構造」の欄には、その密閉構造の封止形式（１辺封止型または３辺封止型）を表している。「１辺封止型」は、本実施形態の二次電池に関する密閉構造の封止形式であると共に、「３辺封止型」は、比較例の二次電池に関する密閉構造の封止形式である。二次電池の構成条件としては、外装フィルム１０，６０のそれぞれの底面の形状＝円、外径ＤＭ＝１２ｍｍ、封止部１１，６１，６２，６３の接合幅＝１．５ｍｍとすることにより、表１に示したように、高さＨＭ（ｍｍ）を変化させた。有効高さＨＹ（ｍｍ）および有効外径ＤＹ（ｍｍ）は、表１に示した通りである。
　体積エネルギー密度を算出する場合には、最初に、外径ＤＭおよび高さＨＭに基づいて、二次電池の最大体積（ｄｍ3 ）を算出する。続いて、３．８Ｖの平均電圧において二次電池を充放電させることにより、電池容量（Ｗｈ）を測定する。最後に、電池容量を最大体積で割ることにより、体積エネルギー密度（Ｗｈ／ｄｍ3 ）を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示したように、体積エネルギー密度は、二次電池の構成に応じて変動する。
　具体的には、比較例の二次電池（３辺封止型の密閉構造）では、封止部６１，６２の双方が存在することに起因してロス高さＨＲが大きくなるため、有効高さＨＹが小さくなると共に、封止部６３が存在することに起因してロス外径ＤＲが大きくなるため、有効外径ＤＹが小さくなる。これにより、素子空間体積が減少するため、体積エネルギー密度が十分に増加しない。
　なお、比較例の二次電池において、高さＨＭ＝３ｍｍである場合において体積エネルギー密度が０Ｗｈ／ｄｍ3 であるのは、封止部６１の接合幅＝封止部６２の接合幅＝１．５ｍｍであることに起因してロス高さＨＲが３ｍｍ（＝１．５ｍｍ＋１．５ｍｍ）になるため、素子空間体積が０ｍｍ3 になるからである。
　これに対して、本実施形態の二次電池（１辺封止型の密閉構造）では、封止部１１だけが存在することに起因してロス高さＨＲが小さくなるため、有効高さＨＹが大きくなる上、封止部６３が存在しないことに起因してロス外径ＤＲが発生しない。これにより、素子空間体積が増加するため、体積エネルギー密度が十分に増加する。
　表１に示した結果から、本実施形態の二次電池では、比較例の二次電池と比較して、ロス高さＨＲが最低限に抑えられると共に、ロス外径ＤＲが発生しないため、素子空間体積が増加する。よって、単位体積当たりのエネルギー密度を増加させることができる。
＜２．変形例＞
　次に、上記した二次電池の変形例に関して説明する。二次電池の構成は、以下で説明するように、適宜変更可能である。ただし、以下で説明する一連の変形例のうちの任意の２種類以上は、互いに組み合わされてもよい。
［変形例１］
　図１では、外装フィルム１０が円柱状の立体的形状を有しているが、その外装フィルム１０の立体的形状は、特に限定されない。具体的には、外装フィルム１０の立体的形状は、四角柱などの他の柱状形状でもよい。この場合においても、１辺封止型の密閉構造を有する外装フィルム１０では素子空間体積が増加するため、同様の効果を得ることができる。
［変形例２］
　図１では、正極リード３０の本数が１本であるが、その正極リード３０の本数は、特に限定されないため、２本以上でもよい。この場合においても、１辺封止型の密閉構造を外装フィルム１０では素子空間体積が増加するため、同様の効果を得ることができる。この場合には、特に、正極リード３０の本数が増加すると、二次電池（電池素子２０）の電気抵抗が低下するため、より高い効果を得ることができる。
　ここで説明した変形例２は、負極リード４０に関しても同様である。すなわち、負極リード４０の本数は、１本に限られないため、２本以上でもよい。
［変形例３］
　正極リード３０は、正極集電体から物理的に分離されているため、その正極集電体とは別体化されていてもよいし、正極集電体と物理的に連結されているため、その正極集電体とは一体化されていてもよい。後者の場合には、金属箔の打ち抜き加工を用いた正極２１の形成工程において、正極集電体の上に正極活物質層を形成したのち、正極リード３０と正極集電体とが互いに一体化された形状となるように正極集電体を打ち抜くことにより、その正極リード３０と一体化された正極集電体を含む正極２１を形成可能である。この場合においても、正極リード３０と正極集電体との電気的導通が担保されるため、同様の効果を得ることができる。
　ここで説明した変形例３は、負極リード４０および負極集電体に関しても適用可能である。すなわち、負極リード４０は、負極集電体と別体化されていてもよいし、負極集電体と一体化されていてもよい。この場合においても、負極リード４０と負極集電体との電気的導通が担保されるため、同様の効果を得ることができる。
　以上、一実施形態および実施例を挙げながら本技術に関して説明したが、その本技術の構成は、一実施形態および実施例において説明された構成に限定されないため、種々に変形可能である。
　具体的には、液状の電解質（電解液）を用いる場合に関して説明したが、その電解質の種類は、特に限定されないため、ゲル状の電解質（電解質層）を用いてもよいし、固体状の電解質（固体電解質）を用いてもよい。
　また、電池素子の素子構造が巻回型（巻回電極体）である場合に関して説明したが、その電池素子の素子構造は、特に限定されないため、正極および負極がセパレータを介して互いに積層された積層型（積層電極体）および正極および負極がセパレータを介してジグザグに折り畳まれた九十九折り型などの他の素子構造でもよい。
　また、電極反応物質がリチウムである場合に関して説明したが、その電極反応物質は、特に限定されない。具体的には、電極反応物質は、上記したように、ナトリウムおよびカリウムなどの他のアルカリ金属でもよいし、ベリリウム、マグネシウムおよびカルシウムなどのアルカリ土類金属でもよい。この他、電極反応物質は、アルミニウムなどの他の軽金属でもよい。
　本明細書中に記載された効果は、あくまで例示であるため、本技術の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されない。よって、本技術に関して、他の効果が得られてもよい。

Claims (8)

  1. 　正極および負極を含む電池素子と、
    　前記電池素子が内部に収納され、一端部に封止部を有すると共に前記一端部以外の場所に前記封止部を有しない可撓性の外装部材と、
    　前記正極に接続されると共に前記封止部を経由して前記外装部材の外部に導出された正極配線と、
    　前記負極に接続されると共に前記封止部を経由して前記外装部材の外部に導出された負極配線と
    　を備え、
    　前記外装部材は、扁平かつ柱状であると共に、前記封止部では、互いに対向する前記外装部材同士が互いに接合されている、
    　二次電池。
  2. 　前記外装部材は、１枚の部材である、
    　請求項１記載の二次電池。
  3. 　前記封止部は、互いに対向する前記外装部材同士が互いに接合された接合面を有し、
    　前記正極配線は、前記外装部材の内部に位置すると共に前記正極に接続された正極接続部を含み、
    　前記負極配線は、前記外装部材の内部に位置すると共に前記負極に接続された負極接続部を含み、
    　前記正極接続部および前記負極接続部のそれぞれは、前記接合面に対して傾斜している、
    　請求項１または請求項２に記載の二次電池。
  4. 　前記封止部は、互いに対向する前記外装部材同士が互いに接合された接合面を有し、前記接合面が傾斜するように折り曲げられている、
    　請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の二次電池。
  5. 　前記接合面が傾斜する角度は、９０°以上である、
    　請求項４記載の二次電池。
  6. 　前記外装部材は、一対の底部と、前記一対の底部の間の側壁部とを含み、
    　前記封止部は、前記一対の底部のうちのいずれかに設けられている、
    　請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の二次電池。
  7. 　前記電池素子は、さらに、セパレータを含み、
    　前記正極および前記負極は、前記セパレータを介して巻回されている、
    　請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の二次電池。
  8. 　深絞り成型処理を用いて形成され、扁平かつ柱状であると共に一端部に開口部を有する可撓性の外装部材の内部に、正極および負極を含む電池素子を挿入し、
    　前記電池素子が内部に挿入された前記外装部材の前記開口部を封止する、
    　二次電池の製造方法。
PCT/JP2020/033539 2019-09-30 2020-09-04 二次電池およびその製造方法 WO2021065340A1 (ja)

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