(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024017915
(43)【公開日】2024-02-08
(54)【発明の名称】電池
(51)【国際特許分類】
H01M 10/04 20060101AFI20240201BHJP
H01M 50/449 20210101ALI20240201BHJP
H01M 50/46 20210101ALI20240201BHJP
H01M 50/434 20210101ALI20240201BHJP
H01G 11/52 20130101ALI20240201BHJP
H01G 13/02 20060101ALI20240201BHJP
H01M 10/052 20100101ALN20240201BHJP
H01M 10/0587 20100101ALN20240201BHJP
H01M 50/446 20210101ALN20240201BHJP
H01M 50/443 20210101ALN20240201BHJP
H01M 50/42 20210101ALN20240201BHJP
H01M 50/426 20210101ALN20240201BHJP
H01M 50/414 20210101ALN20240201BHJP
【FI】
H01M10/04 W
H01M50/449
H01M50/46
H01M50/434
H01G11/52
H01G13/02 301B
H01M10/052
H01M10/0587
H01M50/446
H01M50/443 M
H01M50/42
H01M50/426
H01M50/414
【審査請求】有
【請求項の数】9
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022120874
(22)【出願日】2022-07-28
(71)【出願人】
【識別番号】520184767
【氏名又は名称】プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100117606
【弁理士】
【氏名又は名称】安部 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100121186
【弁理士】
【氏名又は名称】山根 広昭
(74)【代理人】
【識別番号】100130605
【弁理士】
【氏名又は名称】天野 浩治
(72)【発明者】
【氏名】三田 和隆
(72)【発明者】
【氏名】埜渡 夕有子
(72)【発明者】
【氏名】草田 英夫
【テーマコード(参考)】
5E078
5E082
5H021
5H028
5H029
【Fターム(参考)】
5E078AA14
5E078AB02
5E078AB13
5E078CA10
5E082AB04
5E082AB09
5H021BB11
5H021CC04
5H021EE02
5H021EE06
5H021EE09
5H021EE10
5H021EE22
5H021EE32
5H021HH10
5H028AA05
5H028BB07
5H028CC02
5H028CC08
5H028CC13
5H028CC21
5H029AJ14
5H029AK03
5H029AL07
5H029AL11
5H029BJ14
5H029CJ05
5H029CJ07
5H029DJ04
5H029HJ12
(57)【要約】
【課題】捲回電極体を簡便に得ることができる技術を提供すること。
【解決手段】ここで開示される電池100は、帯状の正極22と帯状の負極24とが、帯状のセパレータ70を介して、捲回軸WLを中心に所定の捲回方向D1に捲回された捲回電極体20を備えている。第2セパレータ70Bは、第1セパレータ70Aの捲き終わり端部70a
2よりも外側に位置する領域を有し、第2セパレータ70Bは、捲回方向D1において、第1セパレータの捲き終わり端部70a
2よりも延出した延出部28を有し、延出部28の少なくとも一部と、第2セパレータ70Bにおける延出部28よりも内側に位置する領域Sとが、第2セパレータ70Bの表面に形成された第2接着層74b
2によって接着されており、捲回電極体20の最外面には、耐熱層73が設けられている。
【選択図】
図7
【特許請求の範囲】
【請求項1】
帯状の正極と帯状の負極とが、帯状のセパレータを介して、捲回軸を中心に所定の捲回方向に捲回された捲回電極体を備えた電池であって、
前記セパレータとして、第1セパレータおよび第2セパレータを含み、
前記第2セパレータは、前記第1セパレータの捲き終わり端部よりも外側に位置する領域を有し、
前記第2セパレータは、前記捲回方向において、前記第1セパレータの捲き終わり端部よりも延出した延出部を有し、
前記延出部の少なくとも一部と、前記第2セパレータにおける前記延出部よりも内側に位置する領域とが、前記第2セパレータの表面に形成された第2接着層によって接着されており、
前記捲回電極体の最外面には、耐熱層が設けられている、電池。
【請求項2】
前記延出部には、捲き止めテープが設けられていない、請求項1に記載の電池。
【請求項3】
前記第2セパレータにおいて、前記正極と対向する領域には前記第2接着層が形成されており、前記第2セパレータおよび前記正極は、前記第2接着層によって接着されており、
前記第1セパレータにおいて、前記正極と対向する領域には第1接着層が形成されており、前記第1セパレータおよび前記正極は、前記第1接着層によって接着されている、請求項1または2に記載の電池。
【請求項4】
前記捲回電極体の最外面に位置する前記第2セパレータの外表面には、
前記第2接着層が形成されていない、もしくは、前記第2接着層が形成されており、
前記第2接着層が形成されている場合、前記外表面における前記第2接着層の目付は、前記正極と対向する領域における前記第2接着層の目付よりも小さい、請求項1または2に記載の電池。
【請求項5】
前記捲回電極体の最外面に位置する前記第2セパレータの外表面において、前記第2接着層の面積は、前記外表面の面積の30%以下である、請求項1または2に記載の電池。
【請求項6】
前記第2セパレータの前記正極と当接する側の表面において、
前記第2セパレータの捲き始め領域には、
前記第2接着層が形成されていない、もしくは、前記第2接着層が形成されており、
前記第2接着層が形成されている場合、前記第2セパレータの捲き始め領域における前記第2接着層の目付は、前記正極と対向する領域における前記第2接着層の目付よりも小さい、請求項1または2に記載の電池。
【請求項7】
前記第1セパレータの前記正極と当接する側の表面において、
前記第1セパレータの捲き始め領域には、
第1接着層が形成されていない、もしくは、前記第1接着層が形成されており、
前記第1接着層が形成されている場合、前記第1セパレータの捲き始め領域における前記第1接着層の目付は、前記正極と対向する領域における前記第1接着層の目付よりも小さい、請求項1または2に記載の電池。
【請求項8】
前記第2セパレータにおいて、前記延出部よりも内側に位置する領域における前記第2接着層の目付は、前記正極と対向する領域に形成された前記第2接着層の目付よりも大きい、請求項1または2に記載の電池。
【請求項9】
前記捲回電極体は、扁平形状に形成されており、
外表面が湾曲した一対の湾曲部と、一対の前記湾曲部を連結する外表面が平坦な平坦部と、を有し、
前記正極の捲き終わり端部は前記一対の湾曲部のうちいずれかの湾曲部に位置し、
前記負極の捲き終わり端部は前記一対の湾曲部のうちいずれかの湾曲部に位置する、請求項1または2に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、電池に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、下記特許文献1には、負極シート、第1セパレータシート、正極シート、および第2セパレータシートが捲回された捲回電極体が開示されている。かかる捲回電極体は、捲き取りローラーを備えた電極製造装置を用いて製造することができる旨、記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、捲回電極体の製造においては、セパレータの捲き終わり端部を捲き取り体に固定すべく捲き止めテープが用いられるが、かかる捲き止めテープを付与する機構によって電極製造装置の構成が煩雑になる傾向にある。そこで、捲回電極体を簡便に得ることができる技術のさらなる開発が求められている。
【0005】
本開示は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、その主な目的は、捲回電極体を簡便に得ることができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
かかる目的を実現するべく、本開示は、帯状の正極と帯状の負極とが、帯状のセパレータを介して、捲回軸を中心に所定の捲回方向に捲回された捲回電極体を備えた電池であって、上記セパレータとして、第1セパレータおよび第2セパレータを含み、上記第2セパレータは、上記第1セパレータの捲き終わり端部よりも外側に位置する領域を有し、上記第2セパレータは、上記捲回方向において、上記第1セパレータの捲き終わり端部よりも延出した延出部を有し、上記延出部の少なくとも一部と、上記第2セパレータにおける上記延出部よりも内側に位置する領域とが、上記第2セパレータの表面に形成された第2接着層によって接着されており、上記捲回電極体の最外面には、耐熱層が設けられている電池を提供する。
【0007】
本開示によると、捲回電極体(ここでは、最外面に耐熱層が設けられた捲回電極体)の製造において、セパレータの捲き終わり端部を捲き取り体に好適に固定することができる。即ち、捲回電極体を簡便に得ることができる技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図1】一実施形態に係る電池を模式的に示す斜視図である。
【
図2】
図1のII-II線に沿う模式的な縦断面図である。
【
図3】
図1のIII-III線に沿う模式的な横断面図である。
【
図4】
図2のIV-IV線に沿う模式的な縦断面図である。
【
図5A】一実施形態に係る捲回電極体の構成を示す模式図である。
【
図5B】一実施形態に係る捲回電極体を示す模式図である。
【
図6A】
図5BのVI-VI線に沿う模式的な縦断面図である。
【
図6B】
図5BのVI-VI線に沿う模式的な縦断面図である。
【
図6C】
図5BのVI-VI線に沿う模式的な縦断面図である。
【
図10】一実施形態に係る第1セパレータおよび第2セパレータの構成を示す模式図である。
【
図11】一実施形態に係る捲回電極体の製造方法について説明するための説明図である。
【
図12】第2実施形態に係る第1セパレータおよび第2セパレータの構成を示す模式図である。
【
図13】第3実施形態に係る第1セパレータおよび第2セパレータの構成を示す模式図である。
【
図14】第4実施形態に係る第1セパレータおよび第2セパレータの構成を示す模式図である。
【
図15】第5実施形態に係る第1セパレータおよび第2セパレータの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、ここで開示される技術のいくつかの実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって、ここで開示される技術の実施に必要な事柄(例えば、本発明を特徴付けない電池の一般的な構成および製造プロセス)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。ここで開示される技術は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、本明細書において範囲を示す「A~B」の表記は、「A以上B以下」の意と共に、「Aを超える」および「B未満」の意を包含するものとする。
【0010】
なお、本明細書において「電池」とは、電気エネルギーを取り出し可能な蓄電デバイス全般を指す用語であって、一次電池と二次電池とを包含する概念である。また、本明細書において「二次電池」とは、電解質を介して正極と負極の間で電荷担体が移動することによって繰り返し充放電が可能な蓄電デバイス全般をいう。電解質は、液状電解質(電解液)、ゲル状電解質、固体電解質のいずれであってもよい。かかる二次電池は、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池等のいわゆる蓄電池(化学電池)の他に、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ(物理電池)等も包含する。以下では、リチウムイオン二次電池を対象とした場合の実施形態について説明する。
【0011】
図1は、第1実施形態に係る電池100を模式的に示す斜視図である。電池100は、二次電池であることが好ましく、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池であることがより好ましい。
図2は、
図1中のII-II線に沿う模式的な縦断面図である。
図3は、
図1中のIII-III線に沿う模式的な横断面図である。
図4は、
図2中のIV-IV線に沿う模式的な縦断面図である。なお、以下の説明において、図面中の符号L、R、F、Rr、U、Dは、左、右、前、後、上、下を表す。また、図面中の符号Xは、電池100の短辺方向を示し、符号Yは、電池100の長辺方向を示し、符号Zは、電池100の上下方向を示す。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、電池100の設置形態を何ら限定するものではない。また、図中のD1は捲回方向を示しているが、捲回方向をかかる方向に限定することを意図したものではない。
【0012】
図1~
図3に示すように、電池100は、電池ケース10(
図1参照)と、複数の捲回電極体20(
図2、
図3参照)と、正極端子30(
図1、
図2参照)と、負極端子40(
図1、
図2参照)と、正極集電部50(
図2参照)と、負極集電部60(
図2参照)と、を備えている。図示は省略するが、電池100は、ここではさらに電解液を備えている。電池100は非水電解液二次電池である。以下、電池100の具体的な構成について説明する。
【0013】
電池ケース10は、捲回電極体20を収容する筐体である。
図1に示すように、電池ケース10は、ここでは扁平かつ有底の直方体形状(角形)の外形を有する。電池ケース10の材質は、従来から使用されているものと同じでよく、特に制限はない。電池ケース10は、金属製であることが好ましく、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金等からなることがより好ましい。
図2に示すように、電池ケース10は、開口12hを有する外装体12と、開口12hを封口する封口板(蓋体)14と、を備えている。外装体12および封口板14は、捲回電極体20の収容数(1つまたは複数。ここでは、複数。)や、サイズ等に応じた大きさを有している。
【0014】
外装体12は、
図1、
図2から分かるように、上面に開口12hを有する有底かつ角型の容器である。外装体12は、
図1に示すように、底壁12aと、底壁12aの長辺から上方に延び相互に対向する一対の長側壁12bと、底壁12aの短辺から上方に延び相互に対向する一対の短側壁12cと、を備えている。底壁12aは、略矩形状である。底壁12aは、開口12h(
図2参照)と対向している。長側壁12bおよび短側壁12cは、「側壁」の一例である。封口板14は、外装体12の開口12hを塞ぐように外装体12に取り付けられた平面略矩形の板状部材である。封口板14は、外装体12の底壁12aと対向している。封口板14は、略矩形状である。電池ケース10は、外装体12の開口12hの周縁に封口板14が接合(例えば溶接接合)されることによって、一体化されている。これによって、電池ケース10は気密に封止(密閉)されている。
【0015】
図2に示すように、封口板14には、注液孔15と、ガス排出弁17と、端子引出孔18、19と、が設けられている。注液孔15は、外装体12に封口板14を組み付けた後、電池ケース10の内部に電解液を注液するための貫通孔である。注液孔15は、電解液の注液後に封止部材16によって封止されている。ガス排出弁17は、電池ケース10内の圧力が所定値以上になったときに破断して、電池ケース10内のガスを外部に排出するように構成された薄肉部である。
【0016】
電解液としては、従来公知の電池において使用されているものを特に制限なく使用できる。一例として、非水系溶媒に支持塩を溶解させた非水電解液が挙げられる。非水系溶媒の一例として、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等のカーボネート系溶媒が挙げられる。支持塩の一例として、LiPF6等のフッ素含有リチウム塩が挙げられる。電解液は、必要に応じて添加剤を含有してもよい。
【0017】
正極端子30は、封口板14の長辺方向Yの一方の端部(
図1、
図2の左端部)に取り付けられている。負極端子40は、封口板14の長辺方向Yの他方の端部(
図1、
図2の右端部)に取り付けられている。正極端子30および負極端子40は、端子引出孔18、19に挿通され、封口板14の外側の表面に露出している。正極端子30は、電池ケース10の外側において、板状の正極外部導電部材32と電気的に接続されている。負極端子40は、電池ケース10の外側において、板状の負極外部導電部材42と電気的に接続されている。正極外部導電部材32および負極外部導電部材42は、バスバー等の外部接続部材を介して、他の二次電池や外部機器と接続される。正極外部導電部材32および負極外部導電部材42は、導電性に優れた金属から構成されていることが好ましく、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等で構成されている。ただし、正極外部導電部材32および負極外部導電部材42は必須ではなく、他の実施形態において省略することもできる。
【0018】
図3、
図4に示すように、本実施形態の電池100では、電池ケース10内に複数個(具体的には2個)の捲回電極体20が収容されている。ただし、1つの外装体12の内部に配置される捲回電極体の数は特に限定されず、3個以上(複数)であってもよいし、1個であってもよい。捲回電極体20の詳しい構造については後述するが、
図2に示すように、捲回電極体20の上部には、正極タブ群25と負極タブ群27とが突出している。電池100は、捲回電極体20の上方に正極タブ群25と負極タブ群27とが位置する、所謂、上タブ構造である。
図4に示すように、正極タブ群25は正極集電部50と接合された状態で湾曲されている。図示は省略するが、同様に負極タブ群27は、負極集電部60と接合された状態で湾曲されている。
【0019】
正極集電部50は、捲回電極体20の正極タブ群25と正極端子30とを電気的に接続している。正極集電部50は、
図2に示すように、封口板14の内側面に沿って長辺方向Yに延びる板状の導電部材である。正極集電部50の一方(
図2の右側)の端部は、正極タブ群25と電気的に接続されている。正極集電部50の他方(
図2の左側)の端部は、正極端子30の下端部30cと電気的に接続されている。正極端子30および正極集電部50は、導電性に優れた金属から構成されていることが好ましく、例えばアルミニウムやアルミニウム合金で構成されている。
【0020】
負極集電部60は、捲回電極体20の負極タブ群27と負極端子40とを電気的に接続している。負極集電部60は、
図2に示すように、封口板14の内側面に沿って長辺方向Yに延びる板状の導電部材である。負極集電部60の一方(
図2の左側)の端部は、負極タブ群27と電気的に接続されている。負極集電部60の他方(
図2の右側)の端部は、負極端子40の下端部40cと電気的に接続されている。負極端子40および負極集電部60は、導電性に優れた金属から構成されていることが好ましく、例えば銅や銅合金で構成されている。
【0021】
電池100では、捲回電極体20と電池ケース10との導通を防止するために、種々の絶縁部材が用いられている。例えば、
図1に示すように、正極外部導電部材32および負極外部導電部材42は、外部絶縁部材92によって封口板14と絶縁されている。また、
図2に示すように、封口板14の端子引出孔18、19には、それぞれガスケット90が装着されている。これによって、端子引出孔18、19に挿通された正極端子30および負極端子40が封口板14と導通することを防止できる。また、正極集電部50および負極集電部60と、封口板14の内面側との間には、内部絶縁部材94が配置されている。これにより、正極集電部50および負極集電部60が封口板14と導通することを防止できる。なお、内部絶縁部材94は、捲回電極体20に向かって突出する突出部を備えていてもよい。
【0022】
さらに、複数の捲回電極体20は、絶縁性の樹脂シートからなる電極体ホルダ29(
図3参照)に覆われた状態で、外装体12の内部に配置されている。これによって、捲回電極体20が外装体12と直接接触することを防止できる。なお、上述した各々の絶縁部材の材質は、所定の絶縁性を有している限りにおいて特に限定されない。そのような材質の一例として、ポリプロピレン(PP)やポリエチレン(PE)等のポリオレフィン樹脂、パーフルオロアルコキシアルカン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系樹脂等の合成樹脂材料が挙げられる。
【0023】
図5Aは、捲回電極体20の構成を示す模式図である。
図5Aに示すように、捲回電極体20は、帯状の正極22と帯状の負極24とが2枚の帯状のセパレータ70を介して絶縁された状態で積層され、捲回軸WLを中心として長手方向に捲回されて構成されている。なお、
図5A等における符号LDは、帯状に製造される捲回電極体20およびセパレータ70の長手方向(即ち、搬送方向)を示している。符号WDは、長手方向LDと略直交する方向であり、捲回電極体20およびセパレータ70の捲回軸方向(幅方向でもある)を示している。捲回軸方向WDは、上記した電池100の上下方向Zと略平行である。
【0024】
捲回電極体20は、ここでは外形が扁平形状である。捲回電極体20は、扁平形状であることが好ましい。扁平形状の捲回電極体20は、例えば筒状に捲回した電極体(筒状体)を扁平にプレス成形することによって形成し得る。扁平形状の捲回電極体20は、
図3に示すように、外表面が湾曲した一対の湾曲部20rと、一対の湾曲部20rを連結する外表面が平坦な一対の平坦部20fと、を有している。
【0025】
電池100において、捲回電極体20は、捲回軸方向WDが上下方向Zと略一致するように電池ケース10の内部に収容されている。言い換えれば、捲回電極体20は、捲回軸方向WDが、長側壁12bおよび短側壁12cと略平行になり、かつ底壁12aおよび封口板14と略直交する向きで、電池ケース10の内部に配置されている。
図3に示すように、一対の湾曲部20rは、外装体12の一対の短側壁12cと対向している。一対の平坦部20fは、外装体12の長側壁12bと対向している。捲回電極体20の端面(すなわち、正極22と負極24とが積層された積層面、
図5Aの捲回軸方向WDの両端部)は、底壁12aおよび封口板14と対向している。
【0026】
正極22は、
図5Aに示すように、帯状の部材である。正極22は、帯状の正極集電体22cと、正極集電体22cの少なくとも一方の表面上に固着された正極活物質層22aおよび正極保護層22pと、を備えている。正極活物質層22aは、電池性能の観点から、正極集電体22cの両面に形成されていることが好ましい。
【0027】
正極22を構成する各部材には、一般的な電池(例えば、リチウムイオン二次電池)で使用され得る従来公知の材料を特に制限なく使用できる。例えば、正極集電体22cは、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性金属からなることが好ましく、ここでは金属箔、具体的にはアルミニウム箔である。
【0028】
正極22では、
図5Aに示すように、捲回軸方向WDの一方の端辺から外側(
図5Aの上側)に向かって複数の正極タブ22tが突出している。複数の正極タブ22tは、長手方向LDに沿って所定の間隔を空けて(間欠的に)設けられている。正極タブ22tは、ここでは正極22の一部である。正極タブ22tは、正極活物質層22aが形成されていない領域である。正極タブ22tの一部には、ここでは正極保護層22pが設けられている。ただし、正極タブ22tには正極保護層22pが設けられていなくてもよい。正極タブ22tの少なくとも一部には正極集電体22cが露出している。正極タブ22tは正極22と別の部材であってもよい。
【0029】
複数の正極タブ22tは、ここではそれぞれ台形状である。ただし、正極タブ22tの形状はこれに限定されない。また、複数の正極タブ22tのサイズも特に限定されない。正極タブ22tの形状やサイズは、例えば正極集電部50に接続される状態を考慮し、その形成位置等によって、適宜調整することができる。複数の正極タブ22tは、正極22の捲回軸方向WDの一方の端部(
図5Aの上端部)で積層され、正極タブ群25を構成している(
図2参照)。
【0030】
正極活物質層22aは、
図5Aに示すように、正極集電体22cの長手方向LDに沿って、帯状に設けられている。正極活物質層22aの幅(捲回軸方向WDの長さ。以下同じ)は、負極活物質層24aの幅よりも小さい。正極活物質層22aは、電荷担体を可逆的に吸蔵および放出可能な正極活物質を含んでいる。正極活物質は、リチウム遷移金属複合酸化物であることが好ましく、なかでもNiを含むものがより好ましい。Niを含むリチウム遷移金属複合酸化物の一例として、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物が挙げられる。正極活物質層22aは、正極活物質以外の任意成分、例えば、バインダ、導電材、各種添加成分等を含んでいてもよい。正極活物質層22aは、正極活物質に加えて、バインダと導電材とを含むことが好ましい。バインダは、典型的には樹脂製であり、なかでもポリフッ化ビニリデン(PVdF)等のフッ素系樹脂が好ましい。導電材としては、アセチレンブラック(AB)等の炭素材料が好ましい。
【0031】
正極保護層22pは、正極活物質層22aよりも電気伝導性が低くなるように構成された層である。正極保護層22pは、
図5Aに示すように、正極集電体22cの長手方向LDに沿って、帯状に設けられている。正極保護層22pは、捲回軸方向WDにおいて正極集電体22cと正極活物質層22aとの境界部分に設けられている。正極保護層22pは、ここでは正極集電体22cの捲回軸方向WDの一方の端部、具体的には、正極タブ22tのある側の端部(
図5Aの上端部)に設けられている。正極保護層22pを備えることで、セパレータ70が破損した際に正極22が負極活物質層24aと直接接触して電池100が内部短絡することを防止できる。
【0032】
正極保護層22pは、絶縁性の無機フィラーを含んでいる。無機フィラーの一例として、アルミナ等のセラミック粒子が挙げられる。正極保護層22pは、無機フィラー以外の任意成分、例えば、バインダ、導電材、各種添加成分等を含んでいてもよい。バインダおよび導電材は、正極活物質層22aに含み得るとして例示したものと同じであってもよい。ただし、正極保護層22pは必須ではなく、他の実施形態において省略することもできる。
【0033】
負極24は、
図5Aに示すように、帯状の部材である。負極24は、帯状の負極集電体24cと、負極集電体24c少なくとも一方の表面上に固着された負極活物質層24aと、を備えている。負極活物質層24aは、電池性能の観点から、負極集電体24cの両面に形成されていることが好ましい。
【0034】
負極24を構成する各部材には、一般的な電池(例えば、リチウムイオン二次電池)で使用され得る従来公知の材料を特に制限なく使用できる。例えば、負極集電体24cは、銅、銅合金、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性金属からなることが好ましく、ここでは金属箔、具体的には銅箔である。
【0035】
負極24では、
図5Aに示すように、捲回軸方向WDの一方の端辺から外側(
図5Aの上側)に向かって負極タブ24tが突出している。複数の負極タブ24tは、長手方向LDに沿って所定の間隔を空けて(間欠的に)設けられている。捲回軸方向WDにおいて、負極タブ24tは正極タブ22tと同じ側の端部に設けられている。負極タブ24tは、ここでは負極24の一部である。負極タブ24tは、ここでは負極活物質層24aが形成されておらず、負極集電体24cが露出した領域である。ただし、負極活物質層24aの一部が負極タブ24tにまではみ出して付着してもよい。また、負極タブ24tは負極24とは別の部材であってもよい。
【0036】
複数の負極タブ24tは、ここではそれぞれ台形状である。ただし、複数の負極タブ24tの形状やサイズは、正極タブ22tと同様に適宜調整することができる。複数の負極タブ24tは、負極24の捲回軸方向WDの一方の端部(
図5Aの上端部)で積層され、負極タブ群27を構成している(
図2参照)。
【0037】
負極活物質層24aは、
図5Aに示すように、負極集電体24cの長手方向LDに沿って、帯状に設けられている。負極活物質層24aの幅は、正極活物質層22aの幅よりも大きい。なお、負極活物質層24aの幅とは、厚みが略一定である部分の捲回軸方向WDの長さをいい、例えば負極活物質層24aの一部が負極タブ24tにまではみ出して付着していても、負極タブ24tの部分を含まないものとする。負極活物質層24aは、電荷担体を可逆的に吸蔵および放出可能な負極活物質を含んでいる。負極活物質は、例えば、黒鉛等の炭素材料や、シリコン材料が好ましい。負極活物質層24aは、負極活物質以外の任意成分、例えば、バインダ、導電材、各種添加成分等を含んでいてもよい。負極活物質層24aは、負極活物質に加えて、バインダを含むことが好ましい。バインダは、スチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴム類や、カルボキシメチルセルロース(CMC)等のセルロール類を含むことが好ましい。負極活物質層24aは、必要に応じて導電材として炭素材料を含んでもよい。
【0038】
セパレータ70は、
図5Aおよび
図11に示すように、帯状の部材である。セパレータ70は、電荷担体が通過し得る微細な貫通孔が複数形成された絶縁シートである。セパレータ70の幅は、負極活物質層24aの幅よりも大きい。正極22と負極24との間にセパレータ70を介在させることによって、正極22と負極24との接触を防止すると共に、正極22と負極24との間に電荷担体(例えばリチウムイオン)を移動させることができる。特に限定されるものではないが、セパレータ70の厚み(積層方向MDの長さ。以下同じ)は、4μm以上が好ましく、7μm以上がより好ましく、10μm以上がさらに好ましい。また、セパレータ70の厚みは、30μm以下が好ましく、25μm以下がより好ましく、20μm以下がさらに好ましい。
【0039】
セパレータ70は、ここでは1つの捲回電極体20に2枚使用されている。セパレータ70は、本実施形態のように1つの捲回電極体20に2枚、すなわち、第1セパレータおよび第2セパレータを含むことが好ましい。また、ここでは2枚のセパレータがそれぞれ異なる構成であるが、それぞれ同様の構成であってもよい。
【0040】
基材層72としては、従来公知の電池のセパレータに用いられる微多孔膜を特に制限なく使用できる。基材層72は、多孔質のシート状部材であることが好ましい。基材層72は、単層構造であってもよく、2層以上の構造、例えば3層構造であってもよい。基材層72は、少なくとも負極24と対向する面が、ポリオレフィン樹脂からなることが好ましい。基材層72は、全体がポリオレフィン樹脂からなることがより好ましい。これによって、セパレータ70の柔軟性を充分に確保し、捲回電極体20の作製(捲回およびプレス成形)を容易に実施できる。ポリオレフィン樹脂としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、またはこれらの混合物が好ましく、PEからなることがさらに好ましい。
【0041】
特に限定されるものではないが、基材層72の厚み(積層方向MDの長さ。以下同じ)は、3μm以上が好ましく、5μm以上がより好ましく、7μm以上がさらに好ましい。また、基材層72の厚みは、30μm以下が好ましく、20μm以下がより好ましく、15μm以下がさらに好ましい。基材層72の透気度は、30sec/100cc~500sec/100ccが好ましく、30sec/100cc~300sec/100ccがより好ましく、50sec/100cc~200sec/100ccがさらに好ましい。基材層72は、例えば加熱やプレス成形等によって負極活物質層24aと接着される程度の接着性を有していてもよい。
【0042】
耐熱層73は、基材層72の上に設けられている。耐熱層73は、基材層72の上に形成されていることが好ましい。耐熱層73は、基材層72の表面に直接設けられていてもよいし、他の層を介して基材層72の上に設けられていてもよい。ただし、耐熱層73は必須ではなく、他の実施形態において省略することもできる。耐熱層73は、ここでは基材層72の正極22と対向する面全体に設けられている。これにより、セパレータ70の熱収縮をより的確に抑え、電池100の安全性の向上に貢献できる。耐熱層73は、例えば加熱やプレス成形等によって正極活物質層22aと接着される程度の接着性を有していない。耐熱層73の目付は、ここではセパレータ70の長手方向LDおよび捲回軸方向WDに均質である。特に限定されるものではないが、耐熱層73の厚み(積層方向MDの長さ。以下同じ)は、0.3μm以上が好ましく、1μm以上がより好ましく、2μm以上がさらに好ましい。また、耐熱層73の厚みは、10μm以下が好ましく、8μm以下がより好ましく、6μm以下がさらに好ましい。耐熱層73は、無機フィラーと耐熱層バインダとを含むことが好ましい。
【0043】
無機フィラーとしては、従来公知この種の用途で使用されているものを特に制限なく使用できる。無機フィラーは、絶縁性のセラミック粒子を含むことが好ましい。なかでも、耐熱性、入手容易性等を考慮すると、アルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニア等の無機酸化物や、水酸化アルミニウム等の金属水酸化物、ベーマイト等の粘土鉱物が好ましく、アルミナ、ベーマイトがより好ましい。また、セパレータ70の熱収縮を抑制する観点からは、特にアルミニウムを含む化合物が好ましい。耐熱層73の総質量に対する無機フィラーの割合は、85質量%以上が好ましく、90質量%以上、さらには95質量%以上がより好ましい。
【0044】
耐熱層バインダとしては、従来公知この種の用途で使用されているものを特に制限なく使用できる。具体例として、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂等が挙げられる。なかでもアクリル系樹脂が好ましい。
【0045】
接着層74は、正極22と対向する面に設けられ、正極22と当接している。接着層74は、
図11に示すように、少なくともセパレータ70の正極22側の面に形成されていることが好ましい。これにより、上記したような効果がより良く発揮される。接着層74は、例えば加熱や押圧(典型的にはプレス成形)等によって、正極22と接着されている。特に限定されるものではないが、接着層74の厚み(積層方向MDの長さ。以下同じ)は、0.1μm以上が好ましく、0.5μm以上がより好ましく、1μm以上がさらに好ましい。また、接着層74の厚みは、6μm以下が好ましく、4μm以下がより好ましく、2μm以下がさらに好ましい。
【0046】
接着層74は、ここでは耐熱層73の上に設けられている。接着層74は、耐熱層73の上に形成されていることが好ましい。接着層74は、耐熱層73の表面に直接設けられていてもよいし、他の層を介して耐熱層73の上に設けられていてもよい。また、基材層72の表面に直接設けられていてもよいし、耐熱層73以外の層を介して基材層72の上に設けられていてもよい。接着層74の構成は特に限定されず、従来公知のものと同様であってよい。接着層74は、電解液との親和性が、例えば耐熱層73と比べて相対的に高く、電解液を吸収して膨潤する層であり得る。接着層74は、接着層バインダを含んでいる。
【0047】
接着層バインダとしては、正極22に対して一定の粘性を有する従来公知の樹脂材料を特に制限なく使用できる。具体例として、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂、ポリアリルアミン(PAA)樹脂、カルボキシメチルセルロース(CMC)等のセルロース系樹脂等が挙げられる。なかでも、高い柔軟性を有し、正極22に対する接着性をより好適に発揮できることから、フッ素系樹脂やアクリル系樹脂が好ましい。フッ素系樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等が挙げられる。接着層バインダの種類は、耐熱層バインダと同じであってもよく、異なっていてもよい。接着層74の総質量に対する耐熱層バインダの割合は、20質量%以上が好ましく、50質量%以上、さらには70質量%以上がより好ましい。これにより、正極22に対して所定の接着性が的確に発揮されるとともに、プレス成形においてセパレータ70が変形しやすくなる。
【0048】
接着層74は、接着層バインダに加えて、他の材料(例えば、耐熱層73の成分として挙げた無機フィラー等)を含んでいてもよい。接着層74が無機フィラーを含む場合、接着層74の総質量に対する無機フィラーの割合は、80質量%以下が好ましく、50質量%以下がより好ましく、30質量%以下がさらに好ましい。
【0049】
続いて、適宜図面を参照しつつ、捲回電極体20の構成について説明する。ここで、
図6A~Cは、
図5BのVI-VI線に沿う模式的な縦断面図である。
図7は、
図6Aの破線枠内の拡大図である。
図8は、
図6Aの一点鎖線枠内の拡大図である。
図9は、
図6Aの実線枠内の拡大図である。なお、以下の説明では、第1セパレータ70Aに形成された接着層を第1接着層、第2セパレータ70Bに形成された接着層を第2接着層と表記する。また、第1接着層74aは、正極22と対向する領域を包含する。そして、第2接着層のうち、正極22と対向する領域を包含する第2接着層を第2接着層74b
1、延出部28の内側の表面に形成された第2接着層を第2接着層74b
2と表記する。
【0050】
図6Aに示すように、捲回電極体20は、セパレータとして第1セパレータ70Aおよび第2セパレータ70Bを含む。第2セパレータ70Bは、第1セパレータの捲き終わり端部70a
2よりも外側に位置する領域を有する。
図6Aおよび
図7に示すように、第2セパレータ70Bは、捲回方向D1において、第1セパレータの捲き終わり端部70a
2よりも延出した延出部28を有しており、延出部28の少なくとも一部と、第2セパレータ70Bにおける延出部28よりも内側に位置する領域Sとが、第2セパレータ70Bの表面に形成された第2接着層74b
2によって接着されている。そして、捲回電極体20の最外面(
図6BのPを参照)には、耐熱層73が設けられている。かかる構成によると、捲回電極体20の製造において、例えば捲き止めテープを使用しない場合においても、セパレータの捲き終わり端部(ここでは、第2セパレータの捲き終わり端部70b
2)を捲き取り体に好適に固定することができる。これによって、電極体製造装置の構成を煩雑にし得る捲き止めテープの付与機構を省略することができるため、電極体製造装置によって捲回電極体20を簡便に得ることができる。
【0051】
図7に示すように、本実施形態では、延出部28(ここでは、延出部28の一部分28’)における基材層72が、延出部28よりも内側に位置する第2セパレータ70Bに形成された第2接着層74b
2によって接着されている。より詳しくは、延出部28よりも内側に位置する第2セパレータ70Bにおいて、第2接着層74b
2は耐熱層73の上に形成されており、延出部28における基材層72の内側の表面と第2接着層74b
2とが接着されている。
【0052】
図6Bに示すように、本実施形態では、捲回電極体20は最外面に正極22と対向していない第2セパレータ70Bを有している。ここで、延出部28の捲回方向D1における長さは、捲回電極体20の最外周(
図6BのPに対応)の長さを100%としたとき、例えば10%以上であり、延出部28を捲き取り体に好適に固定するという観点から、好ましくは15%以上であり、より好ましくは20%以上である。また、延出部28の捲回方向D1における長さの上限は、捲回電極体20の最外周の長さに対して、例えば40%以下であり、コストの削減等の観点から、好ましくは30%以下である。ただし、これらに限られるものではない。
【0053】
延出部28の捲回方向D1における長さは、捲回電極体20の最外周(
図6BのPに対応)の長さに対して、例えば350°以上であり、延出部28を捲き取り体に好適に固定するという観点から、好ましくは370°以上(例えば372°以上)であり、より好ましくは390°以上であり、さらに好ましくは400°以上(例えば405°以上)である。また、延出部28の捲回方向D1における長さの上限は、捲回電極体20の最外周の長さに対して、例えば750°以下であり、コストの削減等の観点から、好ましくは720°以下であり、例えば700°以下である。ただし、これらに限られるものではない。
【0054】
延出部28の捲回方向D1における長さは、例えば5mm以上であり、延出部28を捲き取り体に好適に固定するという観点から、好ましくは10mm以上であり、より好ましくは15mm以上であり、さらに好ましくは20mm以上である。また、延出部28の捲回方向D1における長さの上限は、例えば700mm以下であり、コストの削減等の観点から、好ましくは60mm以下であり、より好ましくは50mm以下である。また、延出部28の捲回方向D1における長さは、捲回電極体20の高さ(捲回電極体20のLD方向における幅)よりも小さい場合が好ましい。ただし、これらに限られるものではない。
【0055】
第2セパレータ70Bにおける延出部28よりも内側に位置する領域Sに形成された第2接着層74b2の面積は、かかる領域Sの面積を100%としたとき、例えば10%以上であり、延出部28と、第2セパレータ70Bにおける延出部28よりも内側に位置する領域Sとの接着性を好適に向上させるという観点から、好ましくは20%以上であり、例えば30%以上、40%以上であってもよい。また、第2セパレータ70Bにおける延出部28よりも内側に位置する領域Sに形成された第2接着層74b2の面積は、100%(即ち、第2接着層74b2が領域Sの全面に形成されている態様)であってもよいし、コストの削減等の観点から、好ましくは90%以下であり、例えば80%以下、70%以下、60%以下、50%以下であってもよい。
【0056】
本実施形態では、第2セパレータ70Bにおいて、第2セパレータ70Bにおける延出部28よりも内側に位置する領域Sに形成された第2接着層74b2の目付は、正極22と対向する領域における第2接着層74b1の目付よりも大きい。かかる構成によると、延出部28と、第2セパレータ70Bにおける延出部28よりも内側に位置する領域Sとの接着性を好適に向上させることができるため、好ましい。なお、本明細書および特許請求の範囲において「目付」とは、接着層の質量を形成領域の面積で割った値(接着層の質量/形成領域の面積)をいう。
【0057】
ここで、第2セパレータ70Bにおいて、第2セパレータ70Bにおける延出部28よりも内側に位置する領域Sに形成された第2接着層74b2の目付をX、正極22と対向する領域における第2接着層74b1の目付をYとしたとき、比(X/Y)の値は、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて特に制限されない。一方、延出部28と、第2セパレータ70Bにおける延出部28よりも内側に位置する領域Sとの接着性を好適に向上させるという観点から、好ましくは1.1以上であり、例えば1.2以上、1.3以上であってもよい。また、上記比(X/Y)の上限は、コストの削減等の観点から、好ましくは2.0以下であり、例えば1.8以下、1.5以下であってもよい。なお、他の実施形態では、上記比(X/Y)の値が1よりも小さくてもよいし、1であってもよい。後述する第1接着層174a1および174a2、474a1および474a2に関しても同様である。
【0058】
特に限定されるものではないが、正極22と対向する領域における第2接着層74b1の目付は、例えば0.005g/m2以上であり、好ましくは0.01g/m2以上であり、より好ましくは0.02g/m2以上である。また、第2接着層74b1の目付の上限は、例えば2.0g/m2以下であり、好ましくは1.0g/m2以下であり、より好ましくは0.05g/m2以下である。
【0059】
特に限定されるものではないが、第2セパレータ70Bにおける延出部28よりも内側に位置する領域Sに形成された第2接着層74b2の目付は、例えば0.005g/m2以上であり、好ましくは0.01g/m2以上であり、より好ましくは0.02g/m2以上である。また、第2接着層74b2の目付の上限は、例えば2.0g/m2以下であり、好ましくは1.0g/m2以下であり、より好ましくは0.05g/m2以下である。
【0060】
図8に示すように、本実施形態では、第2セパレータ70Bにおいて、正極22と対向する領域には第2接着層74b
1が形成されており、第2セパレータ70Bおよび正極22は、第2接着層74b
1によって接着されている。また、第1セパレータ70Aにおいて、正極22と対向する領域には第1接着層74aが形成されており、第1セパレータ70Aおよび正極22は、第1接着層74aによって接着されている。ここで、捲回電極体20が扁平形状から円筒形状に復元しようとする力(所謂、スプリングバック)は、主に電池100の充放電に基づく正極22の膨張に起因するとされている。本実施形態のように、第1接着層74aおよび第2接着層74b
1によって正極22を固定することで、正極22の膨張を抑制することができ、これによって、かかるスプリングバックを好適に抑制することができる。
【0061】
図8に示すように、本実施形態では、第1セパレータ70Aの負極24と対向する領域には、第1接着層が形成されておらず、第2セパレータ70Bの負極24と対向する領域には、第2接着層が形成されていない。上述のように、第1接着層74aおよび第2接着層74b
1によって正極22の膨張が抑制されている場合、負極24に対向する領域には接着層が形成されていなくてもよい(あるいは、接着層が形成されていたとしても、その形成面積は小さくてよい)とされている。かかる構成によると、付与する接着層の量を削減することができるため、コストの削減等の観点から好ましい。また、接着層の量を削減することによって、捲回電極体20の厚みを好適に低減させることができ、かつ、電解液の吸収を好適に抑制することができる。
【0062】
ここで、第2セパレータ70Bの負極24と当接する側の表面(
図5Aおよび
図9の70B
2に対応)の面積を100%としたとき、第2セパレータ70Bの負極24と対向する領域(あるいは、第1セパレータ70Aの負極24と対向する領域)における第2接着層(あるいは、第1接着層)の面積は、例えば50%以下であり、コストの削減や捲回電極体20の厚みの低減、電解液の吸収の抑制等の観点から、好ましくは40%以下、30%以下であり、例えば20%以下、10%以下、5%以下(本実施形態では、0%)であってもよい。
【0063】
図9に示すように、本実施形態では、第1セパレータ70Aの正極22と当接する側の表面(
図5Aおよび
図9の70A
1に対応)において、第1セパレータ70Aの捲き始め領域には、第1接着層が形成されていない。また、
図5Aおよび
図9の70A
2は、第1セパレータ70Aの負極24と当接する側の表面を示している。かかる構成によると、付与する接着層の量を削減することができるため、コストの削減等の観点から好ましい。また、接着層の量を削減することによって、捲回電極体20の厚みを好適に低減させることができ、かつ、電解液の吸収を好適に抑制することができる。なお、本明細書および特許請求の範囲において「第1セパレータの捲き始め領域」とは、例えば第1セパレータ70Aにおける、第1セパレータの捲き始め端部70a
1から1周するまでの領域(
図9のC-D間の領域に対応)、好ましくは2周するまでの領域を意味し得る。
【0064】
また、他の実施形態では、第1セパレータ70Aの正極22と当接する側の表面において、第1セパレータ70Aの捲き始め領域に、第1接着層が形成されていてもよい。かかる場合、第1セパレータの捲き始め領域における第1接着層の目付は、正極22と対向する領域における第1接着層74aの目付よりも小さいことが好ましい。ここで、正極22と対向する領域における第1接着層74aの目付を100%としたとき、第1セパレータの捲き始め領域における第1接着層の目付は、例えば50%以下であり、コストの削減や捲回電極体20の厚みの低減、電解液の吸収の抑制等の観点から、好ましくは40%以下、30%以下であり、例えば20%以下、10%以下であってもよい。
【0065】
図9に示すように、本実施形態では、第2セパレータ70Bの正極22と当接する側の表面(
図5Aおよび
図9の70B
1に対応)において、第2セパレータ70Bの捲き始め領域には、第2接着層が形成されていない。かかる構成によると、付与する接着層の量を削減することができるため、コストの削減等の観点から好ましい。また、接着層の量を削減することによって、捲回電極体20の厚みを好適に低減させることができ、かつ、電解液の吸収を好適に抑制することができる。なお、本明細書および特許請求の範囲において「第2セパレータの捲き始め領域」とは、例えば第2セパレータ70Bにおける、第2セパレータの捲き始め端部70b
1から1周するまでの領域(
図9のE-F間の領域に対応)、好ましくは2周するまでの領域を意味し得る。
【0066】
また、他の実施形態では、第2セパレータ70Bの正極22と当接する側の表面において、第2セパレータ70Bの捲き始め領域に、第2接着層が形成されていてもよい。かかる場合、第2セパレータの捲き始め領域における第2接着層の目付は、正極22と対向する領域における第2接着層74b1の目付よりも小さくすることが好ましい。ここで、正極22と対向する領域における第2接着層74b1の目付を100%としたとき、第2セパレータの捲き始め領域における第2接着層の目付は、例えば50%以下であり、コストの削減や捲回電極体20の厚みの低減、電解液の吸収の抑制等の観点から、好ましくは40%以下、30%以下であり、例えば20%以下、10%以下であってもよい。
【0067】
図6Bに示すように、本実施形態では、捲回電極体20の最外面に位置する第2セパレータの外表面(
図6BのPを参照)には、第2接着層が形成されていない。かかる構成によると、付与する接着層の量を削減することができるため、コストの削減等の観点から好ましい。また、捲回電極体20の取り扱い易さの観点から好ましい。そして、接着層の量を削減することによって、捲回電極体20の厚みを好適に低減させることができ、かつ、電解液の吸収を好適に抑制することができる。
【0068】
また、他の実施形態では、捲回電極体20の最外面に位置する第2セパレータ70Bの外表面において、第2接着層が形成されていてもよい。この場合、かかる外表面における第2接着層の目付は、正極22と対向する領域における第2接着層74b1の目付よりも小さいことが好ましい。ここで、正極22と対向する領域における第2接着層74b1の目付を100%としたとき、捲回電極体20の最外面に位置する第2セパレータ70Bの最外面における第2接着層の目付は、概ね50%以下とすることができ、コストの削減や捲回電極体20の厚みの低減、電解液の吸収の抑制等の観点から、好ましくは40%以下、30%以下であり、例えば20%以下、10%以下であってもよい。
【0069】
図6Cに示すように、本実施形態では、捲回電極体20の最外面に位置する第2セパレータ70Bの外表面(
図6BのPを参照)において、第2接着層が形成されていない。即ち、捲回電極体20の最外面に位置する第2セパレータ70Bの外表面における第2接着層の面積は、かかる外表面の面積の30%以下である。かかる構成によると、付与する接着層の量を削減することができるため、コストの削減等の観点から好ましい。また、捲回電極体20の最外面における接着層の面積が小さい場合、取り扱い易さの観点から好ましい。なお、捲回電極体20の最外面に位置する第2セパレータ70Bの外表面における第2接着層の面積は、かかる外表面の面積の20%以下、10%以下(本実施形態では、0%)であってもよい。
【0070】
本実施形態では、第2セパレータ70B全体における第2接着層の目付は、第1セパレータ70A全体における第1接着層の目付よりも大きい。具体的には、第2接着層74b2の目付が大きい分、第2セパレータ70B全体の第2接着層の目付は大きくなる。かかる構成によると、接着層の総量を最適化する(換言すると、接着層を過度に形成しないようにする)ことができ、これによって、捲回電極体20の厚みの抑制、電解液の含浸性の向上、電解液の吸収の抑制等が実現されるため好ましい。なお、本実施形態に係る第2セパレータ70Bのように、目付の異なる2種類の第2接着層(即ち、第2接着層74b1および第2接着層74b2)が形成されている場合、第2セパレータ70B全体の第2接着層の目付とは、第2接着層74b1および第2接着層74b2の質量の和を、第2接着層74b1および第2接着層74b2の形成領域の面積の和で割った値{(第2接着層74b1の質量+第2接着層74b2の質量)/(第2接着層74b1の形成領域の面積+第2接着層74b2の形成領域の面積)}をいう。
【0071】
ここで、第2セパレータ70B全体の接着層74の目付をM、第1セパレータ70A全体の接着層74の目付をNとしたとき、比(M/N)の値は、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいて特に制限されない。一方、上述したような効果を好適に得るという観点から、好ましくは1.1以上であり、より好ましくは1.2以上であり、例えば1.3以上であってもよい。また、上記比(M/N)の上限は、例えば2.0以下であり、1.8以下、1.5以下であってもよい。
【0072】
図6Aに示すように、本実施形態では、捲回方向D1における、正極22の捲き始め端部22Sよりも捲き始め側において、第1セパレータ70Aおよび第2セパレータ70Bは、正極22を介さずに接着されている。また、捲回方向D1における、正極22の捲き終わり端部22Tよりも捲き終わり側において、第1セパレータ70Aおよび第2セパレータ70Bは、正極22を介さずに接着されている。なお、
図6A中の24Sは、負極24の捲き始め端部を示している。
【0073】
図6Aに示すように、本実施形態では、第2セパレータ70Bにおいて、正極22と対向する領域および延出部28の間の領域(
図6AのG-H間に対応する領域)に、第2接着層が形成されていない領域が存在する。かかる構成によると、付与する接着層の量を削減することができるため、コストの削減等の観点から好ましい。また、接着層を削減することによって、捲回電極体20の厚みを好適に低減させることができ、かつ、電解液の吸収を好適に抑制することができる。
【0074】
図6Aに示すように、本実施形態では、第1セパレータの捲き始め端部70a
1および第2セパレータの捲き始め端部70b
1の捲回方向D1における差は、第1セパレータの捲き終わり端部70a
2および第2セパレータの捲き終わり端部70b
2の捲回方向D1における差よりも小さい。
【0075】
特に制限されるものではないが、第2セパレータ70Bの長尺方向(
図5AのLD方向)における長さをQ、第1セパレータ70Aの長尺方向における長さをRとしたとき、比(Q/R)の値は、例えば1.1以上であり、1.2以上、1.3以上であってもよい。また、上記比(Q/R)の上限は、例えば1.5以下であり、1.4以下であってもよい。
【0076】
本実施形態では、第1セパレータ70Aは、第1セパレータ70Aの捲き始め領域および捲き終わり領域に、それぞれ第1接着層が形成されていない領域が存在する。また、第2セパレータ70Bは、第2セパレータ70Bの捲き始め領域および捲き終わり領域に、それぞれ第2接着層が形成されていない領域が存在する。なお、本明細書および特許請求の範囲において「第1セパレータの捲き終わり領域」とは、例えば第1セパレータ70Aの最外面となる領域(
図6CのI-J間に対応する領域)を意味し得る。また、「第2セパレータの捲き終わり領域」とは、例えば、第2セパレータ70Bの最外面となる領域(
図6CのK-L間に対応する領域)を意味し得る。
【0077】
図6Aに示すように、本実施形態では、正極の捲き終わり端部22Tは一対の湾曲部20rのうちいずれかの湾曲部20rに位置し、負極の捲き終わり端部24Tは一対の湾曲部20rのうちいずれかの湾曲部20rに位置する。かかる構成によると、捲回電極体20の平坦部22fにおいて凸部が生じることを抑制することができる。これによって、(特に組電池にした際に)局所的に応力が加わることを防止することができるため、反応ムラ等を好適に抑制することができる。また、本実施形態では、捲回方向D1において、負極の捲き終わり端部24Tは、正極の捲き終わり端部22Tよりも延出している。また、本実施形態にように、中心線L1に対して、正極の捲き終わり端部22Tが捲回方向D1における一方側に配置されており、負極の捲き終わり端部24Tが捲回方向D1における他方側に配置されている場合が好ましい。セパレータの捲き終わり端部(ここでは、第2セパレータの捲き終わり端部70b
2)は、捲回電極体20の平坦部20fおよび湾曲部20rのいずれに配置されていてもよいが、本実施形態のように、捲回電極体20の平坦部20fに配置されている場合、捲き止めがより確実に実施されるため好ましい。
【0078】
図6Aに示すように、本実施形態では、第2セパレータの捲き終わり端部70b
2に捲き止めテープ(セパレータの捲き終わり端部を捲き取り体に固定する部材)が付与されていない。ここで、例えば捲き止めテープを使用した場合、該捲き止めテープに含まれる糊剤等によって電解液が吸収される傾向にあるため、電池の性能等の観点から好ましくないとされている。また、捲き取り体の厚みに関して、捲き止めテープが付与された部分に凸部が生じ、反応ムラ等が生じるおそれがあるため好ましくないとされている。一方、本実施形態に係る捲回電極体20にように、捲き終わりを厚みの小さなセパレータ(ここでは、第2セパレータ70B)とし、さらに、捲き止めテープが付与されていない場合、上述したような課題を解消し得るため好ましい。さらに、本実施形態のように、電池ケース10内に複数の捲回電極体20が収容された電池100においては、各捲回電極体20に捲き終わり端部が存在するため、上述したような効果を特に得やすい。
【0079】
内部絶縁部材94は、封口板14の内側面から捲回電極体20に向かって突出する突出部を備えている。これによって、上下方向Zにおける捲回電極体20の移動が規制される。そのため、振動や落下等の衝撃を受けても捲回電極体20が封口板14と干渉しにくくなり、捲回電極体20の損傷を抑制できる。
【0080】
<電池の製造方法>
次に、電池100の製造方法について説明する。なお、ここで開示される電池100は、捲回電極体20の製造方法に特徴を有しており、電池の製造方法に関するその他の工程については、従来公知の方法に従って実施することができる。そこで、以下では、捲回電極体20の製造方法についてのみ説明する。
【0081】
図10は、第1セパレータおよび第2セパレータの構成を示す模式図である。また、
図11は、捲回電極体の製造方法について説明するための説明図である。
図11に示すように、捲回電極体20の製造において、先ず、第1セパレータ70A、正極22,第2セパレータ70B、および負極24を用意する。なお、第2接着層74b
2の形状は、ここでは平面視で矩形状としているが、例えば円形状、楕円形状等その他の種々の形状であってもよい。また、第2接着層74b
2は、複数に分割された状態で形成されていてもよい。ここで、第1接着層74a、第2接着層74b
1、および第2接着層74b
2は、平面視で、ドット状、ストライプ状、波状、帯状(筋状)、破線状又はこれらの組み合わせ等の形状に形成されていることが好ましい。これにより、捲回電極体20の内部への電解液の含浸性を向上できる。なお、本明細書において、「形成領域が線状に形成されている」とは、形成領域として線状であることをいい、接着層自体はドット状等であってもよいことをいう。
【0082】
続いて、捲回ローラー200によって各部材を捲回する。その後、所定の圧力によって捲き取り体をプレスすることによって、捲回電極体20を得ることができる。なお、上述したように、本開示の技術では、延出部28の少なくとも一部と、第2セパレータ70Bにおける延出部28よりも内側に位置する領域Sとが、第2セパレータ70Bの表面に形成された第2接着層74b2によって接着されているため、セパレータの捲き終わり端部(ここでは、第2セパレータの捲き終わり端部70b2)を捲き取り体に好適に固定することができる。その後、所定の圧力によって捲き取り体をプレスすることによって、捲回電極体20を得ることができる。これによって、電極体製造装置の構成を煩雑とすることなく、捲回電極体20を簡便に得ることができる。
【0083】
<電池の用途>
電池100は各種用途に利用可能であるが、例えば、乗用車、トラック等の車両に搭載されるモータ用の動力源(駆動用電源)として好適に用いることができる。車両の種類は特に限定されないが、例えば、プラグインハイブリッド自動車(PHEV;Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、ハイブリッド自動車(HEV;Hybrid Electric Vehicle)、電気自動車(BEV;Battery Electric Vehicle)等が挙げられる。電池100は、電池反応のバラつきが低減されているため、組電池の構築に好適に用いることができる。
【0084】
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、上記実施形態は一例に過ぎない。本発明は、他にも種々の形態にて実施することができる。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。請求の範囲に記載の技術には、上記に例示した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、上記した実施形態の一部を他の変形態様に置き換えることも可能であり、上記した実施形態に他の変形態様を追加することも可能である。また、その技術的特徴が必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することも可能である。
【0085】
例えば、上記実施形態では、捲回電極体20において、捲回軸方向WDの一方の端辺から外側に向かって複数の正極タブ22tおよび複数の負極タブ24tが突出している構成としているが、これに限定されない。ここで開示される技術は、例えば、捲回軸方向WDの一方の端辺から外側に向かって複数の正極タブ22tが突出しており、かつ、捲回軸方向WDの他方の端辺から外側に向かって複数の負極タブ24tが突出している捲回電極体についても適用することができる。また、ここで開示される技術は、正極タブ22tおよび負極タブ24tが形成されていない捲回電極体についても適用することができる。
【0086】
例えば、上記実施形態では、第2セパレータの捲き終わり端部70b2に捲き止めテープが付与されていないが、これに限定されない。例えば、第2セパレータの捲き終わり端部70b2に捲き止めテープが付与されていてもよい。かかる捲き止めテープの付与は、例えば電極体製造装置によって捲き取り体を作成した後、手作業等によって付与することができる。なお、かかる捲き止めテープとしては、この種の電池に用いられる従来公知のものを特に制限なく用いることができる。
【0087】
例えば、上記実施形態では、正極の捲き終わり端部22Tおよび負極の捲き終わり端部24Tは、捲回電極体20の湾曲部22rに位置しているが、これに限定されない。例えば、正極の捲き終わり端部24Tが捲回電極体20の湾曲部20rに位置し、負極の捲き終わり端部24Tが捲回電極体20の平坦部20fに位置していてもよい。かかる構成によると、捲回電極体20の平坦部22fにおいて凸部が生じることを抑制することができ、かつ、湾曲部20rの形状が安定するため、好ましい。
【0088】
図12は、第2実施形態に係る第1セパレータ170Aおよび第2セパレータ170Bの構成を示す模式図である。第2実施形態では、第1セパレータ170Aにおける、第1セパレータの捲き終わり端部170a
2側の第1接着層174a
2の目付を、正極と対向する領域に形成される第1接着層174a
1の目付よりも大きくしている。また、第2セパレータ170Bには、第2接着層174bが形成されている。
【0089】
図13は、第3実施形態に係る第1セパレータ270Aおよび第2セパレータ270Bの構成を示す模式図である。第3実施形態では、第2セパレータ270Bに形成される第2接着層274bの長辺方向(LD方向)における幅を、第1セパレータ270Aに形成される第1接着層274aの長辺方向における幅よりも大きくしている。
【0090】
図14は、第4実施形態に係る第1セパレータ370Aおよび第2セパレータ370Bの構成を示す模式図である。第4実施形態では、第1セパレータ370Aにおいて、第1セパレータの捲き始め端部370a
1から第1セパレータの捲き終わり端部370a
2にかけて、第1接着層374aが形成されている。また、第2セパレータ370Bにおいて、第2セパレータの捲き始め領域および捲き終わり領域以外の領域に、第2接着層374bが形成されている。
【0091】
図15は、第5実施形態に係る第1セパレータ470Aおよび第2セパレータ470Bの構成を示す模式図である。第5実施形態では、第1セパレータ470Aにおいて、第1セパレータの捲き始め領域および捲き終わり領域に第1接着層474a
2が形成されており、2箇所の第1接着層474a
2の間には、第1接着層474a
1が形成されている。第1接着層474a
2の目付は、第1接着層474a
1の目付よりも大きい。また、第2セパレータ470Bにおいて、第2セパレータの捲き始め領域および捲き終わり領域以外の領域に、第2接着層474bが形成されている。
【0092】
なお、
図12~
図15の172,272,372,472は、
図10の72に対応しており、173,273,373,473は、
図10の73に対応するものとする。
【0093】
以上のとおり、ここで開示される技術の具体的な態様として、以下の各項(item)に記載のものが挙げられる。
項1:帯状の正極と帯状の負極とが、帯状のセパレータを介して、捲回軸を中心に所定の捲回方向に捲回された捲回電極体を備えた電池であって、上記セパレータとして、第1セパレータおよび第2セパレータを含み、上記第2セパレータは、上記第1セパレータの捲き終わり端部よりも外側に位置する領域を有し、上記第2セパレータは、上記捲回方向において、上記第1セパレータの捲き終わり端部よりも延出した延出部を有し、上記延出部の少なくとも一部と、上記第2セパレータにおける上記延出部よりも内側に位置する領域とが、上記第2セパレータの表面に形成された第2接着層によって接着されており、上記捲回電極体の最外面には、耐熱層が設けられている、電池。
項2:上記延出部には、捲き止めテープが設けられていない、項1に記載の電池。
項3:上記第2セパレータにおいて、上記正極と対向する領域には上記第2接着層が形成されており、上記第2セパレータおよび上記正極は、上記第2接着層によって接着されており、上記第1セパレータにおいて、上記正極と対向する領域には第1接着層が形成されており、上記第1セパレータおよび上記正極は、上記第1接着層によって接着されている、項1または項2に記載の電池。
項4:上記捲回電極体の最外面に位置する上記第2セパレータの外表面には、上記第2接着層が形成されていない、もしくは、上記第2接着層が形成されており、上記第2接着層が形成されている場合、上記外表面における上記第2接着層の目付は、上記正極と対向する領域における上記第2接着層の目付よりも小さい、項1~項3のいずれか一つに記載の電池。
項5:上記捲回電極体の最外面に位置する上記第2セパレータの外表面において、上記第2接着層の面積は、上記外表面の面積の30%以下である、項1~項4のいずれか一つに記載の電池。
項6:上記第2セパレータの上記正極と当接する側の表面において、上記第2セパレータの捲き始め領域には、上記第2接着層が形成されていない、もしくは、上記第2接着層が形成されており、上記第2接着層が形成されている場合、上記第2セパレータの捲き始め領域における上記第2接着層の目付は、上記正極と対向する領域における上記第2接着層の目付よりも小さい、項1~項5にいずれか一つに記載の電池。
項7:上記第1セパレータの上記正極と当接する側の表面において、上記第1セパレータの捲き始め領域には、第1接着層が形成されていない、もしくは、上記第1接着層が形成されており、上記第1接着層が形成されている場合、上記第1セパレータの捲き始め領域における上記第1接着層の目付は、上記正極と対向する領域における上記第1接着層の目付よりも小さい、項1~項6のいずれか一つに記載の電池。
項8:上記第2セパレータにおいて、上記延出部よりも内側に位置する領域における上記第2接着層の目付は、上記正極と対向する領域に形成された上記第2接着層の目付よりも大きい、項1~項7のいずれか一つに記載の電池。
項9:上記捲回電極体は、扁平形状に形成されており、外表面が湾曲した一対の湾曲部と、一対の上記湾曲部を連結する外表面が平坦な平坦部と、を有し、上記正極の捲き終わり端部は上記一対の湾曲部のうちいずれかの湾曲部に位置し、上記負極の捲き終わり端部は上記一対の湾曲部のうちいずれかの湾曲部に位置する、項1~項8のいずれか一つに記載の電池。
【符号の説明】
【0094】
10 電池ケース
12 外装体
12a 底壁
12b 長側壁
12c 短側壁
12h 開口
14 封口板
15 注液孔
16 封止部材
17 ガス排出弁
18 端子引出孔
20 捲回電極体
20f 平坦部
20r 湾曲部
22 正極
22a 正極活物質層
22c 正極集電体
22p 正極保護層
22t 正極タブ
24 負極
24a 負極活物質層
24c 負極集電体
24t 負極タブ
25 正極タブ群
27 負極タブ群
29 電極体ホルダ
30 正極端子
30c 下端部
32 正極外部導電部材
34 耐熱層
40 負極端子
40c 下端部
42 負極外部導電部材
50 正極集電部
60 負極集電部
70 セパレータ
70A,170A,270A,370A,470A 第1セパレータ
70B,170B,270B,370B,470B 第2セパレータ
72,172,272,372,472 基材層
73,173,273,373,473 耐熱層
74 接着層
74a,174a1,174a2,274a,374a,474a1,474a2 第1接着層
74b1,74b2,174b,274b,374b,474b 第2接着層
90 ガスケット
92 外部絶縁部材
94 内部絶縁部材
100 電池
200 捲回ローラー
LD 長手方向
U 上方向
WL 捲回軸
Y 長手方向
Z 上下方向