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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-20
(45)【発行日】2022-12-28
(54)【発明の名称】電池
(51)【国際特許分類】
   H01M 10/0587 20100101AFI20221221BHJP
   H01M 50/533 20210101ALI20221221BHJP
   H01M 50/103 20210101ALI20221221BHJP
   H01M 50/15 20210101ALI20221221BHJP
   H01M 50/176 20210101ALI20221221BHJP
   H01M 10/04 20060101ALI20221221BHJP
   H01M 50/548 20210101ALI20221221BHJP
   H01G 11/70 20130101ALI20221221BHJP
   H01G 11/74 20130101ALI20221221BHJP
【FI】
H01M10/0587
H01M50/533
H01M50/103
H01M50/15
H01M50/176
H01M10/04 W
H01M50/548 101
H01G11/70
H01G11/74
【請求項の数】 15
(21)【出願番号】P 2020187462
(22)【出願日】2020-11-10
(65)【公開番号】P2022076846
(43)【公開日】2022-05-20
【審査請求日】2021-12-03
(73)【特許権者】
【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】100136423
【弁理士】
【氏名又は名称】大井 道子
(74)【代理人】
【識別番号】100121186
【弁理士】
【氏名又は名称】山根 広昭
(72)【発明者】
【氏名】太田 雅人
(72)【発明者】
【氏名】新谷 晃大
(72)【発明者】
【氏名】池下 一哉
(72)【発明者】
【氏名】細川 尚士
【審査官】冨士 美香
(56)【参考文献】
【文献】特公昭46-036018(JP,B1)
【文献】特開2019-046592(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 10/0587
H01M 50/50
H01M 50/10
H01M 10/04
H01G 11/70
H01G 11/74
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
帯状の第1電極板と、帯状の第2電極板とが、帯状のセパレータを介して積層され、捲回されてなる1つまたは複数の捲回電極体と、
前記捲回電極体を収容する電池ケースと、
を備え、
前記第1電極板は、長手方向に延びる端辺から突出した複数の電極タブを有し、
複数の前記電極タブは、
前記端辺に対して90°±5°で且つ前記端辺と直交する方向の長さが2mm以上である直線部を有する第1電極タブと、
前記直線部を有しない第2電極タブと、
を含
前記第2電極タブのうちの少なくとも1つは、
前記長手方向と直交する方向の長さが、前記第1電極タブよりも大きく、且つ、
前記端辺に連なる根元の前記長手方向の長さが、前記第1電極タブよりも大きい、
電池。
【請求項2】
前記第2電極タブのうちの少なくとも1つは、
前記長手方向と直交する方向の長さが、前記第1電極タブよりも小さく、且つ、
前記端辺に連なる根元の前記長手方向の長さが、前記第1電極タブよりも小さい、
請求項1に記載の電池。
【請求項3】
前記第1電極タブは、前記長手方向に非対称な形状で設けられている、
請求項1または2に記載の電池。
【請求項4】
前記第1電極タブは、前記長手方向と直交する方向において、前記端辺に連なる根元と前記直線部との間に、前記直線部に対して傾斜した傾斜部ないし曲線部を有する、
請求項1からのいずれか1つに記載の電池。
【請求項5】
前記第1電極タブは、前記根元から前記直線部までの長さが、4mm以上である、
請求項に記載の電池。
【請求項6】
前記第1電極タブは、
前記第1電極タブが突出する方向の前記直線部の一方の端を通り、前記長手方向に延びる直線を直線Laとし、前記第1電極タブが突出する方向の前記直線部の他方の端を通り、前記長手方向に延びる直線を直線Lbとしたときに、
前記直線Laと前記直線Lbとの間に、前記長手方向の長さが10mm以上であり且つ前記長手方向と直交する方向の長さが3mm以上である領域を有する、
請求項1からのいずれか1つに記載の電池。
【請求項7】
前記電池ケースは、
底壁と、前記底壁から延び相互に対向する一対の第1側壁と、前記底壁から延び相互に対向する一対の第2側壁と、前記底壁に対向する開口と、を有する外装体と、
前記外装体の前記開口を封口する封口板と、
を含み、
前記封口板に固定された電極端子と、
前記電極端子と前記第1電極タブとを電気的に接続する集電部と、
をさらに備え、
複数の前記電極タブは、前記捲回電極体の前記第1側壁に沿う方向の端部に積層されており、
前記集電部は、前記第1側壁に沿う方向の端部に、前記第1電極タブが接続されるタブ接続面を有する、
請求項1からのいずれか1つに記載の電池。
【請求項8】
前記捲回電極体は、複数である、
請求項1からのいずれか1つに記載の電池。
【請求項9】
前記第1電極板の積層数に対する前記電極タブの数が、0.8以上である、
請求項1からのいずれか1つに記載の電池。
【請求項10】
帯状の第1電極板と、帯状の第2電極板とが、帯状のセパレータを介して積層され、捲回されてなる1つまたは複数の捲回電極体と、
前記捲回電極体を収容する電池ケースと、
を備え、
前記第1電極板は、長手方向に延びる端辺から突出した複数の電極タブを有し、
複数の前記電極タブは、
前記端辺に対して90°±5°で且つ前記端辺と直交する方向の長さが2mm以上である直線部を有する第1電極タブと、
前記直線部を有しない第2電極タブと、
を含
前記第2電極タブのうちの少なくとも1つは、
前記長手方向と直交する方向の長さが、前記第1電極タブよりも小さく、且つ、
前記端辺に連なる根元の前記長手方向の長さが、前記第1電極タブよりも小さい、
電池。
【請求項11】
帯状の第1電極板と、帯状の第2電極板とが、帯状のセパレータを介して積層され、捲回されてなる1つまたは複数の捲回電極体と、
前記捲回電極体を収容する電池ケースと、
を備え、
前記第1電極板は、長手方向に延びる端辺から突出した複数の電極タブを有し、
複数の前記電極タブは、
前記端辺に対して90°±5°で且つ前記端辺と直交する方向の長さが2mm以上である直線部を有する第1電極タブと、
前記直線部を有しない第2電極タブと、
を含
前記第1電極タブは、前記長手方向と直交する方向において、前記端辺に連なる根元と前記直線部との間に、前記直線部に対して傾斜した傾斜部ないし曲線部を有する、
電池。
【請求項12】
帯状の第1電極板と、帯状の第2電極板とが、帯状のセパレータを介して積層され、捲回されてなる1つまたは複数の捲回電極体と、
前記捲回電極体を収容する電池ケースと、
を備え、
前記第1電極板は、長手方向に延びる端辺から突出した複数の電極タブを有し、
複数の前記電極タブは、
前記端辺に対して90°±5°で且つ前記端辺と直交する方向の長さが2mm以上である直線部を有する第1電極タブと、
前記直線部を有しない第2電極タブと、
を含
前記第1電極タブは、前記根元から前記直線部までの長さが、4mm以上である、
電池。
【請求項13】
帯状の第1電極板と、帯状の第2電極板とが、帯状のセパレータを介して積層され、捲回されてなる1つまたは複数の捲回電極体と、
前記捲回電極体を収容する電池ケースと、
を備え、
前記第1電極板は、長手方向に延びる端辺から突出した複数の電極タブを有し、
複数の前記電極タブは、
前記端辺に対して90°±5°で且つ前記端辺と直交する方向の長さが2mm以上である直線部を有する第1電極タブと、
前記直線部を有しない第2電極タブと、
を含
前記第1電極タブは、
前記第1電極タブが突出する方向の前記直線部の一方の端を通り、前記長手方向に延びる直線を直線Laとし、前記第1電極タブが突出する方向の前記直線部の他方の端を通り、前記長手方向に延びる直線を直線Lbとしたときに、
前記直線Laと前記直線Lbとの間に、前記長手方向の長さが10mm以上であり且つ前記長手方向と直交する方向の長さが3mm以上である領域を有する、
電池。
【請求項14】
帯状の第1電極板と、帯状の第2電極板とが、帯状のセパレータを介して積層され、捲回されてなる1つまたは複数の捲回電極体と、
前記捲回電極体を収容する電池ケースと、
を備え、
前記第1電極板は、長手方向に延びる端辺から突出した複数の電極タブを有し、
複数の前記電極タブは、
前記端辺に対して90°±5°で且つ前記端辺と直交する方向の長さが2mm以上である直線部を有する第1電極タブと、
前記直線部を有しない第2電極タブと、
を含
前記電池ケースは、
底壁と、前記底壁から延び相互に対向する一対の第1側壁と、前記底壁から延び相互に対向する一対の第2側壁と、前記底壁に対向する開口と、を有する外装体と、
前記外装体の前記開口を封口する封口板と、
を含み、
前記封口板に固定された電極端子と、
前記電極端子と前記第1電極タブとを電気的に接続する集電部と、
をさらに備え、
複数の前記電極タブは、前記捲回電極体の前記第1側壁に沿う方向の端部に積層されており、
前記集電部は、前記第1側壁に沿う方向の端部に、前記第1電極タブが接続されるタブ接続面を有する、
電池。
【請求項15】
帯状の第1電極板と、帯状の第2電極板とが、帯状のセパレータを介して積層され、捲回されてなる1つまたは複数の捲回電極体と、
前記捲回電極体を収容する電池ケースと、
を備え、
前記第1電極板は、長手方向に延びる端辺から突出した複数の電極タブを有し、
複数の前記電極タブは、
前記端辺に対して90°±5°で且つ前記端辺と直交する方向の長さが2mm以上である直線部を有する第1電極タブと、
前記直線部を有しない第2電極タブと、
を含
前記捲回電極体は、複数である、
電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電池に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、正極集電体の上に正極活物質層を備える帯状の正極と、負極集電体の上に負極活物質層を備える帯状の負極とが、帯状のセパレータを介して積層され、長手方向に捲回されてなる捲回電極体を備えた電池が知られている(特許文献1~3参照)。例えば特許文献1には、帯状の電極板(正極板および/または負極板)の長手方向に延びる端辺に、等脚台形形状の複数の電極タブを設け、当該電極板を捲回することによって複数の電極タブを積層した後、電極端子と電気的に接続することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第5127271号
【文献】特許第4449279号
【文献】特開2009-129553号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記のような電極板は、例えば、次の工程:集電体の端辺を間欠的に切除し、電極板に複数の電極タブを形成する工程;電極板を巻芯に巻き取り、所定の長さ(巻き取り長)に切断する捲回工程;を含む製造方法で作製される。上記捲回工程において、電極板の切断は、例えば、電極板に設けられた電極タブの位置をレーザで検出する検出装置と、検出装置で検出された電極タブの長手方向の位置を基準とし、所定の巻き取り長だけ離れたカット位置で電極板を切断する切断部と、を備えた切断ユニットを用いて行うことができる。
【0005】
しかし、本発明者らの検討によれば、捲回工程では「巻きずれ」が発生することがある。これについて図18を参照して詳しく説明する。図18は、捲回工程の模式的な平面図である。図18に示す電極板102は、等脚台形形状の複数の電極タブ102tを有している。なお、図18では、電極板102の長手方向Wの2つ目以降の電極タブ102tの図示を省略している。等脚台形形状の電極タブ102tの脚部(長手方向Wと交差する高さ方向Yの辺)は、長手方向Wに対して傾斜している。そのため、図18に仮想線で示すように、電極板102の捲回時に電極板102が長手方向Wと交差する高さ方向Yに動いて巻きずれが発生すると、レーザで検出される電極タブ102tの位置が変化する。これにより、電極板102の切断の位置がずれ、カット位置(1)とカット位置(2)とで切断の位置が異なってしまう。その結果、捲回によって複数の電極タブ102tを積層したときに、電極タブ102tの位置がバラついて電極端子との電気的な接続(例えば、電極端子との間に介在する集電部との溶接接合)が難しくなる課題がある。
【0006】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、捲回後に、複数の電極タブの位置のバラつきが抑制された電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明により、帯状の第1電極板と、帯状の第2電極板とが、帯状のセパレータを介して積層され、捲回されてなる1つまたは複数の捲回電極体と、上記捲回電極体を収容する電池ケースと、を備える電池が提供される。上記第1電極板は、長手方向に延びる端辺から突出した複数の電極タブを有する。複数の上記電極タブは、上記端辺に対して略垂直で且つ上記端辺と直交する方向の長さが2mm以上である直線部を有する第1電極タブと、上記直線部を有しない第2電極タブと、を含む。
【0008】
本発明では、電極板が、第2電極タブに加えて、直線部を有する第1電極タブを有している。これにより、捲回時に電極板が長手方向と交差する方向に動いて巻きずれが発生した際にも、検出装置で検出される電極タブの位置が変化しにくくなる。その結果、例えば等脚台形形状の電極タブのみを備える態様に比べて、電極板を相対的に正確な位置で切断することができる。したがって、捲回後に、複数のタブの位置のバラつきが抑えられる。
【0009】
ここに開示される電池の好適な一態様では、上記第2電極タブのうちの少なくとも1つは、上記長手方向と直交する方向の長さが、上記第1電極タブよりも大きく、且つ、上記端辺に連なる根元の上記長手方向の長さが、上記第1電極タブよりも大きい。このような構成により、第2電極タブの強度を向上することができる。また、電極端子と第2電極タブとの導通接合部を十分に確保することができる。例えば第2電極タブに、溶接接合のための面積を広く確保することができる。これにより、電極端子と第2電極タブとの間の電気抵抗を低減することができる。さらに、捲回後に複数の電極タブを束ねて折り曲げる場合に、電極タブの端部の位置を揃えやすくなる。これにより、電池ケースへの収容性を向上して電池を小型化することができる。
【0010】
ここに開示される電池の好適な一態様では、上記第2電極タブのうちの少なくとも1つは、上記長手方向と直交する方向の長さが、上記第1電極タブよりも小さく、且つ、上記端辺に連なる根元の上記長手方向の長さが、上記第1電極タブよりも小さい。このような構成により、第1電極タブの強度を向上することができる。また、第1電極タブが直線部を有する場合であっても、第1電極タブと電極端子との導通接合部を十分に確保することができる。例えば第1電極タブに、溶接接合のための面積を広く確保することができる。これにより、電極端子と第1電極タブとの間の電気抵抗を低減することができる。さらに、捲回後に複数の電極タブを束ねて折り曲げる場合に、電極タブの端部の位置を揃えやすくなる。これにより、電池ケースへの収容性を向上して電池を小型化することができる。
【0011】
ここに開示される電池の好適な一態様では、上記第1電極タブは、上記長手方向に非対称な形状で設けられている。このような構成により、第1電極タブの強度を向上することができる。また、第1電極タブが直線部を有する場合であっても、第1電極タブと電極端子との導通接合部を十分に確保することができる。例えば第1電極タブに、溶接接合のための面積を広く確保することができる。これにより、電極端子と第1電極タブとの間の電気抵抗を低減することができる。
【0012】
ここに開示される電池の好適な一態様では、上記第1電極タブは、上記長手方向と直交する方向において、上記端辺に連なる根元と上記直線部との間に、上記直線部に対して傾斜した傾斜部ないし曲線部を有する。このような構成により、例えば第1電極タブの形成時や電極板の捲回時に、根元に応力が集中しにくくなり、根元付近が破れにくくなる。そのため、第1電極タブの強度を向上することができる。また、電池の使用時に振動や衝撃等が加わっても電極端子との電気的な接続を安定して保つことができ、電池の導通信頼性を向上することができる。
【0013】
ここに開示される電池の好適な一態様では、上記第1電極タブは、上記根元から上記直線部までの長さが、4mm以上である。このような構成により、例えば第1電極タブの形成時や電極板の捲回時に、根元に応力が集中しにくくなり、根元付近が破れにくくなる。そのため、第1電極タブの強度を向上することができる。また、電池の使用時に振動や衝撃等が加わっても電極端子との電気的な接続を安定して保つことができ、電池の導通信頼性を向上することができる。
【0014】
ここに開示される電池の好適な一態様では、上記第1電極タブは、上記第1電極タブが突出する方向の上記直線部の一方の端を通り、上記長手方向に延びる直線を直線Laとし、上記第1電極タブが突出する方向の上記直線部の他方の端を通り、上記長手方向に延びる直線を直線Lbとしたときに、上記直線Laと上記直線Lbとの間に、上記長手方向の長さが10mm以上であり且つ上記長手方向と直交する方向の長さが3mm以上である領域を有する。このような構成により、第1電極タブが直線部を有する場合であっても、第1電極タブと電極端子との導通接合部を十分に確保することができる。例えば第1電極タブに、溶接接合のための面積を広く確保することができる。これにより、電極端子と第1電極タブとの間の電気抵抗を低減することができる。
【0015】
ここに開示される電池の好適な一態様では、上記電池ケースは、底壁と、上記底壁から延び相互に対向する一対の第1側壁と、上記底壁から延び相互に対向する一対の第2側壁と、上記底壁に対向する開口と、を有する外装体と、上記外装体の上記開口を封口する封口板と、を含み、上記封口板に固定された電極端子と、上記電極端子と上記第1電極タブとを電気的に接続する集電部と、をさらに備える。複数の上記電極タブは、上記捲回電極体の上記第1側壁に沿う方向の端部に積層されており、上記集電部は、上記第1側壁に沿う方向の端部に、上記第1電極タブが接続されるタブ接続面を有する。このような構成により、電極端子との電気的な接続を安定して保つことができ、電池の導通信頼性を向上することができる。
【0016】
ここに開示される電池の好適な一態様では、上記捲回電極体は、複数である。本発明によれば、複数の捲回電極体をバランスよく充放電させることができるので、複数の捲回電極体を備える場合であっても、優れたサイクル特性を実現することができる。
【0017】
ここに開示される電池の好適な一態様では、上記第1電極板の積層数に対する上記電極タブの数が、0.8以上である。このような構成により、内部抵抗を高いレベルで低減することができ、電池の出力特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
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線に沿う模式的な縦断面図である。
図4図1のIV-IV線に沿う模式的な横断面図である。
図5】封口板に取り付けられた電極体群を模式的に示す斜視図である。
図6】正極第2集電部および負極第2集電部が取り付けられた電極体を模式的に示す斜視図である。
図7】捲回電極体の構成を示す模式図である。
図8】一実施形態に係る正極の模式的な平面図である。
図9図8の正極を捲回した時の模式的な部分側面図である。
図10図2の正極端子の近傍を模式的に示す部分拡大断面図である。
図11】正極端子と負極端子と正極第1集電部と負極第1集電部と正極絶縁部材と負極絶縁部材とが取り付けられた封口板を模式的に示す斜視図である。
図12図11の封口板を裏返した斜視図である。
図13】一実施形態に係る捲回工程の模式的な平面図である。
図14】一実施形態に係る電池の挿入工程を説明する模式的な断面図である。
図15】(A)~(D)は、変形例に係る検出用タブを示す模式的な平面図である。
図16】(A)は、第1変形例に係るノーマルタブを有する正極の模式的な平面図であり、(B)は、第1変形例に係る正極の図9対応図である。
図17】(A)は、第2変形例に係るノーマルタブを有する正極の模式的な平面図であり、(B)は、第2変形例に係る正極の図9対応図である。
図18】従来技術に係る捲回工程の模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、図面を参照しながら、ここで開示される技術のいくつかの好適な実施形態を説明する。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本発明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。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。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、「好ましくはAより大きい」および「好ましくはBより小さい」の意を包含するものとする。
【0020】
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、繰り返し充放電が可能な蓄電デバイス全般を指す用語であって、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)と、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ(物理電池)と、を包含する概念である。
【0021】
<電池100>
図1は、電池100の斜視図である。図2は、図1のII-II線に沿う模式的な縦断面図である。図3は、図1のIII-III線に沿う模式的な縦断面図である。図4は、図1のIV-IV線に沿う模式的な横断面図である。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、下を表し、図面中の符号X、Y、Zは、電池100の短辺方向、短辺方向と直交する長辺方向、上下方向を、それぞれ表すものとする。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。
【0022】
図2に示すように、電池100は、電池ケース10と、電極体群20と、正極端子30と、負極端子40と、正極集電部50と、負極集電部60と、正極絶縁部材70と、負極絶縁部材80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、ここではリチウムイオン二次電池である。
【0023】
電池ケース10は、電極体群20を収容する筐体である。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を塞ぐ封口板(蓋体)14と、を備えている。
【0024】
外装体12は、図1に示すように、底壁12aと、底壁12aから延び相互に対向する一対の長側壁12bと、底壁12aから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と対向している。短側壁12cの面積は、長側壁12bの面積よりも小さい。長側壁12bおよび短側壁12cは、第1側壁および第2側壁の一例である。
【0025】
封口板14は、外装体12の開口12hを塞ぐように外装体12に取り付けられている。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、平面視において略矩形状である。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。電池ケース10は、気密に封止(密閉)されている。
【0026】
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、2つの端子引出孔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を組み付けた後に電解液を注液するためのものである。注液孔15は、封止部材16により封止されている。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ている。端子引出孔18、19は、封口板14の長辺方向Yの両端部にそれぞれ形成されている。端子引出孔18、19は、封口板14を上下方向Zに貫通している。端子引出孔18、19は、それぞれ、封口板14に取り付けられる前の(かしめ加工前の)の正極端子30および負極端子40を挿通可能な大きさの内径を有する。
【0027】
正極端子30および負極端子40は、それぞれ封口板14に固定されている。正極端子30は、封口板14の長辺方向Yの一方側(図1図2の左側)に配置されている。負極端子40は、封口板14の長辺方向Yの他方側(図1図2の右側)に配置されている。図1に示すように、正極端子30および負極端子40は、封口板14の外側の表面に露出している。図2に示すように、正極端子30および負極端子40は、端子引出孔18、19を挿通して封口板14の内部から外部へと延びている。正極端子30および負極端子40は、ここでは、かしめ加工により、封口板14の端子引出孔18、19を囲む周縁部分に、かしめられている。正極端子30および負極端子40の外装体12の側の端部(図2の下端部)には、かしめ部30c、40cが形成されている。正極端子30および負極端子40は、電極端子の一例である。
【0028】
図2に示すように、正極端子30は、外装体12の内部で、正極集電部50を介して電極体群20の正極22(図7参照)と電気的に接続されている。正極端子30は、正極絶縁部材70およびガスケット90によって封口板14と絶縁されている。正極端子30は、金属製であることが好ましく、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることがより好ましい。
【0029】
負極端子40は、外装体12の内部で、負極集電部60を介して電極体群20の負極24(図7参照)と電気的に接続されている。負極端子40は、負極絶縁部材80およびガスケット90によって封口板14と絶縁されている。負極端子40は、金属製であることが好ましく、例えば銅または銅合金からなることがより好ましい。負極端子40は、2つの導電部材が接合され一体化されて構成されていてもよい。例えば、負極集電部60と接続される部分が銅または銅合金からなり、封口板14の外側の表面に露出する部分がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなっていてもよい。
【0030】
図1に示すように、封口板14の外側の面には、板状の正極外部導電部材32および負極外部導電部材42が取り付けられている。正極外部導電部材32は、正極端子30と電気的に接続されている。負極外部導電部材42は、負極端子40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、複数の電池100を相互に電気的に接続する際に、バスバーが付設される部材である。正極外部導電部材32および負極外部導電部材42は、金属製であることが好ましく、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることがより好ましい。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。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。
【0031】
図5は、封口板14に取り付けられた電極体群20を模式的に示す斜視図である。電極体群20は、ここでは3つの捲回電極体20a、20b、20cを有する。ここに開示される技術によれば、複数の捲回電極体20a、20b、20cをバランスよく充放電させることができるので、優れたサイクル特性を実現することができる。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、2つ以上(複数)であってもよいし、1つであってもよい。電極体群20は、ここでは樹脂製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。
【0032】
図6は、捲回電極体20aを模式的に示す斜視図である。図7は、捲回電極体20aの構成を示す模式図である。なお、以下では捲回電極体20aを例として詳しく説明するが、捲回電極体20b、20cについても同様の構成とすることができる。
【0033】
捲回電極体20aは、正極22と負極24とセパレータ26とを有する。捲回電極体20aは、ここでは、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26を介して積層され、捲回軸WLを中心として捲回されて構成されている。捲回電極体20aは、扁平形状を有している。捲回電極体20aは、捲回軸WLが長辺方向Yと略平行になる向きで、外装体12の内部に配置されている。図3に示すように、捲回電極体20aは、外装体12の底壁12aおよび封口板14と対向する一対の湾曲部(R部)20rと、一対の湾曲部20rを連結し、外装体12の長側壁12bに対向する平坦部20fと、を有している。平坦部20fは、長側壁12bに沿って延びている。
【0034】
正極22は、図7に示すように、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、を有する。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。正極集電体22cは、帯状である。正極集電体22cは、例えばアルミニウム、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っている。正極集電体22cは、ここでは金属箔、具体的にはアルミニウム箔である。正極22は、第1電極板または第2電極板の一例である。
【0035】
正極集電体22cの長辺方向Yの一方の端部(図7の左端部)には、複数の正極タブ22tが設けられている。複数の正極タブ22tは、長辺方向Yの一方側(図7の左側)に突出している。複数の正極タブ22tは、セパレータ26よりも長辺方向Yに突出している。複数の正極タブ22tは、正極22の長手方向に沿って間隔を置いて(間欠的に)設けられている。ただし、正極タブ22tは、長辺方向Yの他方の端部(図7の右端部)に設けられていてもよいし、長辺方向Yの両端部にそれぞれ設けられていてもよい。正極タブ22tは、正極集電体22cの一部であり、金属箔(アルミニウム箔)からなっている。正極タブ22tの一部、詳しくは、後述する検出用タブ27の直線Lbよりも根元に近い領域およびノーマルタブ28a~28eの根元に近い領域には、正極保護層22pが形成されている。正極タブ22tの少なくとも一部には、正極活物質層22aおよび正極保護層22pが形成されずに、正極集電体22cが露出している。正極タブ22tは、電極タブの一例である。
【0036】
図4に示すように、複数の正極タブ22tは長辺方向Yの一方の端部(図4の左端部)で積層され、正極タブ群23を構成している。複数の正極タブ22tは、外方側の端が揃うように折り曲げられて湾曲している。これにより、電池ケース10への収容性を向上して電池100を小型化することができる。正極タブ群23は、正極集電部50を介して正極端子30と電気的に接続されている。複数の正極タブ22tは、折り曲げられ、正極端子30と電気的に接続されていることが好ましい。正極タブ群23には、後述する正極第2集電部52が付設されている。
【0037】
正極活物質層22aは、図7に示すように、帯状の正極集電体22cの長手方向に沿って、帯状に設けられている。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(例えば、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物)を含んでいる。正極活物質層22aの固形分全体を100質量%としたときに、正極活物質は、概ね80質量%以上、典型的には90質量%以上、例えば95質量%以上を占めていてもよい。正極活物質層22aは、正極活物質以外の任意成分、例えば、導電材、バインダ、各種添加成分等を含んでいてもよい。導電材としては、例えばアセチレンブラック(AB)等の炭素材料を使用し得る。バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVdF)等を使用し得る。
【0038】
正極保護層22pは、図7に示すように、長辺方向Y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の長辺方向Yの一方の端部(図7の左端部)に設けられている。ただし、正極保護層22pは、長辺方向Yの両端部に設けられていてもよい。正極保護層22pは、正極活物質層22aに沿って、帯状に設けられている。正極保護層22pは、無機フィラー(例えば、アルミナ)を含んでいる。正極保護層22pの固形分全体を100質量%としたときに、無機フィラーは、概ね50質量%以上、典型的には70質量%以上、例えば80質量%以上を占めていてもよい。正極保護層22pは、無機フィラー以外の任意成分、例えば、導電材、バインダ、各種添加成分等を含んでいてもよい。導電材およびバインダは、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。
【0039】
図8は、正極22の模式的な平面図である。以下の説明において、図8の符号W、Yは、正極22の長手方向、正極22の長手方向と直交する高さ方向を、それぞれ表すものとする。なお、長手方向Wは、捲回電極体20aの捲回方向と一致する方向である。符号W1、W2は、捲回方向の始端側、終端側を表している。高さ方向Yは、検出用タブ27が突出する方向であり、電池100の長辺方向Yと一致する方向である。符号Bは、後述する捲回工程において、湾曲部20rを形成するために折り曲げる屈曲個所を表している。なお、以下では、正極22を例として詳しく説明するが、負極24(詳しくは、後述する負極タブ24t)についても同様の構成とすることができる。
【0040】
図8に示すように、正極22は、長手方向Wに沿って延びる端辺22eを有している。複数の正極タブ22tは、正極22の端辺22eから高さ方向Yの一方側(図8の上方)に突出している。複数の正極タブ22tは、所定の直線部27Sを有する検出用タブ27と、所定の直線部27Sを有しない複数のノーマルタブ28a~28eと、を含んでいる。検出用タブ27は、ここでは1つである。ただし、検出用タブ27は、2つ以上(複数)であってもよい。ノーマルタブ28a~28eは、ここでは複数である。ただし、検出用タブ27は、1つであってもよい。検出用タブ27は、直線部27Sを有する第1電極タブの一例であり、ノーマルタブ28a~28eは、直線部27Sを有しない第2電極タブの一例である。
【0041】
複数の正極タブ22tは、ここでは屈曲個所Bで区切られた領域のなかに1つずつ設けられている。すなわち、正極タブ22tの数は、正極22の積層数と同じ(1タブ/1積層)である。捲回工程で正極22を捲回軸WLに1ターン捲回すると、正極タブ22tは、捲回軸WLからみて前側と後側に計2回積層される。このため、正極タブ22tの数は、2タブ/捲回数(ターン)である。正極タブ22tの数は、正極22の積層数に対して、概ね0.5(0.5タブ/1積層)以上であることが好ましく、0.8(0.8タブ/1積層)以上であることがより好ましい。このような構成により、内部抵抗を高いレベルで低減することができ、電池の出力特性を向上することができる。
【0042】
検出用タブ27は、後述する捲回工程において、帯状の正極22を所定の巻き取り長に切断する際、検出装置(例えばレーザ検出装置)で読み取られ、カット位置の判断基準となる部位である。図8に示すように、正極22の長手方向Wにおいて、検出用タブ27は、ここでは所定の巻き取り長における先頭(最も始端側W1)に配置されている。検出用タブ27は、複数の正極タブ22tのなかで捲回電極体20aの捲回軸WLの最も近くに配置されていることが好ましい。これにより、長手方向Wにおいて、所定の巻き取り長における2番目の正極タブ22t(ここではノーマルタブ28a)から後尾のタブまでの位置ズレを、例えば公差±0.5mm程度にまで、小さく抑えることができる。
【0043】
所定の巻き取り長において、検出用タブ27は、先頭(最も始端側W1)、および/または、後尾(最も終端側W2)に配置されていることが好ましい。言い換えれば、検出用タブ27は、正極22のカット位置の最も近くに配置されていることが好ましい。検出用タブ27がカット位置に近接していることで、正極22を正確な位置で精度よく切断することができる。また、例えば捲回工程で巻き始めから中盤にかけて正極22を巻き取る速度が上昇しても、巻き取り速度への影響を避けることができる。
【0044】
検出用タブ27は、正極22の端辺22eに連なる根元から延びている。検出用タブ27の形状は、直線部27Sを有する限りにおいて、特に限定されない。検出用タブ27は、五角形、四角形、三角形等の多角形状であってもよい。検出用タブ27の形状は、ここでは五角形である。これにより、検出用タブ27の形成時(例えば、正極集電体22cを加工した際に生じる端材を除去する時)等に、検出用タブ27の根元に応力が集中しにくくなり、根元付近が切れにくくなる。また、捲回工程において、検出用タブ27のタブ折れが発生しにくくなる。さらに、検出用タブ27の根元に電流が集中しにくくなり、電池100の充放電時に根元付近に熱が集中したり根元付近で抵抗が増大したりすることを抑制することができる。
【0045】
検出用タブ27は、ここでは長手方向Wに非対称な形状で設けられている。これにより、検出用タブ27の強度を向上することができる。また、検出用タブ27に、後述する正極第2集電部52と溶接接合するための面積を広く確保することができ、検出用タブ27と正極端子30との間の電気抵抗を低減することができる。検出用タブ27は、高さ方向Yの長さ(タブ高さ)Ttが、概ね13~22mm、例えば17.5mmであってもよい。
【0046】
直線部27Sは、正極22の端辺22eに対して略垂直(90°±5°)に設けられている。直線部27Sの端辺22eに対する角度は、90°±2°であることが好ましい。なお、検出用タブ27が直線部27Sを有しない場合、例えば図18の等脚台形形状の脚部の端辺に対する角度は、80°±2°程度でありうる。直線部27Sの端辺22eに直交する方向の長さ(ここでは高さ方向Yの長さと同じ)は、2mm以上である。これにより、例えば正極集電体22cを加工して検出用タブ27を形成する際の寸法の公差が±0.5mm程度であっても、ここに開示される技術の効果を適切に奏することができる。直線部27Sの長さは、3~20mmであることが好ましく、5~15mm(10±5mm)であることがより好ましい。これにより、例えば巻きずれの公差を、±1.0mm程度に抑えることができる。
【0047】
検出用タブ27は、高さ方向Yにおいて、正極22の端辺22eに連なる根元と直線部27Sとの間に、直線部27Sに対して傾斜した傾斜部ないし曲線部を有することが好ましい。検出用タブ27は、ここでは根元と直線部27Sとの間に傾斜部27aを有している。このような構成により、例えば検出用タブ27の形成時や正極22の捲回時に、検出用タブ27の根元付近が破れにくくなり、検出用タブ27の強度を向上することができる。また、電池100の使用時に振動や衝撃等が加わっても正極端子30との電気的な接続を安定して保つことができ、電池100の導通信頼性を向上することができる。
【0048】
高さ方向Yにおいて、根元から直線部27Sまでの長さ(高さ)Tsは、4mm以上であることが好ましい。これにより、上記した効果を高いレベルで発揮することができる。根元から直線部27Sまでの高さTsは、検出用タブ27のタブ高さTtよりも短い。根元から直線部27Sまでの高さTsは、タブ高さTtの10%以上であることが好ましく、15%以上であることがより好ましく、20%以上であることがさらに好ましい。これにより、捲回工程においてタブ折れが発生しにくくなる。また、根元に電流が集中しにくくなり、電池100の充放電時に根元付近に熱が集中したり根元付近で抵抗が増大したりすることを抑制することができる。根元から直線部27Sまでの高さTsは、タブ高さTtの概ね50%以下であってもよく、例えば30%以下であってもよい。根元から直線部27Sまでの高さTsは、直線部27Sの長さよりも長くてもよい。
【0049】
図8に示すように、検出用タブ27は、直線部27Sの高さ方向Yの一方の端(図8の上端、ここでは検出用タブ27の上端と同じ)を通り、長手方向Wに延びる直線を直線Laとし、直線部27Sの高さ方向Yの他方の端(図8の上端)を通り、長手方向Wに延びる直線を直線Lbとしたときに、上記直線Laと上記直線Lbとの間に、領域Waを有する。領域Waは、検出用タブ27を後述する正極第2集電部52を溶接接合するための部位である。領域Waは、長手方向Wの長さが10mm以上であり、かつ高さ方向Yの長さが3mm以上の領域であるとよい。このような構成により、検出用タブ27が直線部27Sを有する場合であっても、検出用タブ27と正極端子30との導通接合部を十分に確保することができ、電気抵抗を低減することができる。
【0050】
ノーマルタブ28a~28eは、正極22の長手方向Wにおいて、ここでは所定の巻き取り長における2番目以降、例えば、2番目から最後までの正極タブ22tを構成している。ノーマルタブ28a~28eは、検出用タブ27以外の正極タブ22tを構成している。ノーマルタブ28a~28eの形状は、直線部27Sを有しない限りにおいて、特に限定されない。ノーマルタブ28a~28eは、四角形、三角形等の多角形状であってもよいし、半円形状等であってもよい。ノーマルタブ28a~28eの形状は、例えば、等脚台形等の台形状、長方形状、正方形状等であってもよい。ノーマルタブ28a~28eは、長手方向Wに対称な形状で設けられていてもよい。
【0051】
ノーマルタブ28a~28eの形状は、台形状であることが好ましい。これにより、検出用タブ27の形成時等に、根元に応力が集中しにくくなり、根元付近が切れにくくなる。また、捲回工程においてタブ折れが発生しにくくなる。さらに、根元に電流が集中しにくくなり、電池100の充放電時に根元付近に熱が集中したり根元付近で抵抗が増大したりすることを抑制することができる。
【0052】
複数のノーマルタブ28a~28eのサイズ(例えば、長手方向Wのタブ長さ、および/または、高さ方向Yの長さ(タブ高さ))は、同じであってもよく、相互に異なっていてもよい。図8に示すように、複数のノーマルタブ28a~28eは、ここでは相互にサイズが異なっている。
【0053】
いくつかの態様において、複数のノーマルタブ28a~28eのうちの少なくとも1つは、タブ高さが検出用タブ27よりも小さく、かつ根元の長手方向Wの長さ(根元の幅)が、検出用タブ27よりも小さいことが好ましい。これにより、検出用タブ27の強度を向上することができる。また、検出用タブ27に、溶接接合のための領域Waを広く確保することができ、正極端子30と検出用タブ27との電気抵抗を低減することができる。さらに、捲回後に複数の正極タブ22tを束ねて折り曲げる場合に、端部の位置を揃えやすくなる。
【0054】
また、いくつかの態様において、複数のノーマルタブ28a~28eのうちの少なくとも1つは、タブ高さが検出用タブ27よりも大きく、かつ根元の長手方向Wの長さ(根元の幅)が、検出用タブ27よりも大きいことが好ましい。これにより、少なくとも1つのノーマルタブ28a~28eの強度を向上することができる。また、少なくとも1つのノーマルタブ28a~28e、溶接接合のための領域Waを広く確保することができ、正極端子30と検出用タブ27との電気抵抗を低減することができる。さらに、捲回後に複数の正極タブ22tを束ねて折り曲げる場合に、端部の位置を揃えやすくなる。
【0055】
図8に示すように、長手方向W(言い換えれば捲回方向)において、複数のノーマルタブ28a~28eの先頭に位置するノーマルタブ28aの高さTaは、複数のノーマルタブ28a~28eのタブ高さの平均になっている。2番目に位置するノーマルタブ28bの高さTbは、ノーマルタブ28aのタブ高さTaよりも小さい。4番目に位置するノーマルタブ28dの高さTdは、ノーマルタブ28bのタブ高さTbよりも小さい。複数のノーマルタブ28a~28eのうち、長手方向Wの偶数番目に位置するノーマルタブ28b、28dは、始端側W1から終端側W2に向かって、タブ高さTb、Tdが漸次小さくなっている。一方、3番目に位置するノーマルタブ28cの高さTcは、ノーマルタブ28aのタブ高さTaよりも大きい。5番目に位置するノーマルタブ28eの高さTeは、ノーマルタブ28cのタブ高さTcよりも大きい。複数のノーマルタブ28a~28eのうち、長手方向Wの奇数番目に位置するノーマルタブ28c、28eは、始端側W1から終端側W2に向かって、タブ高さTc、Teが漸次大きくなっている。
【0056】
図9は、図8の正極22を捲回した時の模式的な部分側面図である。なお、図9では、検出用タブ27の図示を省略している。図9に示すように、正極22を屈曲個所Bで折り曲げて捲回すると、ノーマルタブ28a~28eは、短辺方向Xの一方側から他方側に向かって、長辺方向Yの長さが漸次長くなる。これにより、図4に示すように、複数のノーマルタブ28a~28eを湾曲させたときに、外方側の端を好適に揃えることができる。
【0057】
負極24は、図7に示すように、負極集電体24cと、負極集電体24cの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、を有する。負極集電体24cは、帯状である。負極集電体24cは、例えば銅、銅合金、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性金属からなっている。負極集電体24cは、ここでは金属箔、具体的には銅箔である。負極24は、第1電極板または第2電極板の一例である。
【0058】
負極集電体24cの長辺方向Yの一方の端部(図7の右端部)には、複数の負極タブ24tが設けられている。複数の負極タブ24tは、セパレータ26よりも長辺方向Yに突出している。複数の負極タブ24tは、セパレータ26よりも長辺方向Yに突出している。複数の負極タブ24tは、負極24の長手方向に沿って間隔を置いて(間欠的に)設けられている。負極タブ24tは、長辺方向Yの一方側(図7の右側)に突出している。ただし、負極タブ24tは、長辺方向Yの他方の端部(図7の左端部)に設けられていてもよいし、長辺方向Yの両端部にそれぞれ設けられていてもよい。負極タブ24tは、負極集電体24cの一部であり、金属箔(銅箔)からなっている。負極タブ24tの一部には、負極活物質層24aが形成されている。負極タブ24tの少なくとも一部には、負極活物質層24aが形成されずに、負極集電体24cが露出している。負極タブ24tは、電極タブの一例である。
【0059】
図4に示すように、複数の負極タブ24tは長辺方向Yの一方の端部(図6の右端部)で積層され、負極タブ群25を構成している。負極タブ群25は、正極タブ群23と長辺方向Yに対称的な位置に設けられている。複数の負極タブ24tは、外方側の端が揃うように折り曲げられて湾曲している。これにより、電池ケース10への収容性を向上して電池100を小型化することができる。負極タブ群25は、負極集電部60を介して負極端子40と電気的に接続されている。複数の負極タブ24tは、折り曲げられ、負極端子40と電気的に接続されていることが好ましい。負極タブ群25には、後述する負極第2集電部62が付設されている。複数の負極タブ24tは、ここでは複数の正極タブ22tと同様に、湾曲させたときに外方側の端が揃うように相互にサイズが異なっている。
【0060】
負極活物質層24aは、図7に示すように、帯状の負極集電体24cの長手方向に沿って、帯状に設けられている。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(例えば、黒鉛等の炭素材料)を含んでいる。負極活物質層24aの固形分全体を100質量%としたときに、負極活物質は、概ね80質量%以上、典型的には90質量%以上、例えば95質量%以上を占めていてもよい。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、分散剤、各種添加成分等を含んでいてもよい。バインダとしては、例えばスチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴム類を使用し得る。分散剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)等のセルロール類を使用し得る。
【0061】
セパレータ26は、正極22の正極活物質層22aと、負極24の負極活物質層24aと、を絶縁する部材である。セパレータ26は、ここでは捲回電極体20aの外表面を構成している。セパレータ26としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン樹脂からなる樹脂製の多孔性シートが好適である。セパレータ26は、樹脂製の多孔性シートからなる基材部と、基材部の少なくとも一方の表面上に形成された耐熱層(Heat Resistance Layer:HRL)と、を有することが好ましい。耐熱層は、無機フィラーを含む層である。無機フィラーとしては、例えば、アルミナ、ベーマイト、水酸化アルミニウム、チタニア等を使用し得る。
【0062】
電解液は従来と同様でよく、特に制限はない。電解液は、例えば、非水系溶媒と支持塩とを含有する非水電解液である。非水系溶媒は、例えば、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類を含んでいる。支持塩は、例えば、LiPF等のフッ素含有リチウム塩である。ただし、電解液は固体状(固体電解質)で、電極体群20と一体化されていてもよい。
【0063】
正極集電部50は、複数の正極タブ22tからなる正極タブ群23と、正極端子30と、を電気的に接続する導通経路を構成している。図2に示すように、正極集電部50は、正極第1集電部51と、正極第2集電部52と、を備えている。正極第1集電部51および正極第2集電部52は、正極集電体22cと同じ金属種、例えばアルミニウム、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っていてもよい。正極集電部50は、集電部の一例である。
【0064】
図10は、図2の正極端子30の近傍を模式的に示す部分拡大断面図である。図11は、封口板14を模式的に示す斜視図である。図12は、図11の封口板を裏返した斜視図である。図12は、封口板14の外装体12の側(内側)の面を示している。図10図12に示すように、正極第1集電部51は、封口板14の内側の面に取り付けられている。正極第1集電部51は、第1領域51aと、第2領域51bと、を有する。正極第1集電部51は、1つの部材を例えばプレス加工等によって折り曲げることで構成されてもよく、複数の部材を溶接接合等によって一体化することで構成されてもよい。正極第1集電部51は、ここでは、かしめ加工によって、封口板14に固定されている。
【0065】
第1領域51aは、封口板14と電極体群20との間に配置される部位である。第1領域51aは、長辺方向Yに沿って延びている。第1領域51aは、封口板14の内側の表面に沿って水平に広がっている。封口板14と第1領域51aとの間には、正極絶縁部材70が配置されている。第1領域51aは、正極絶縁部材70によって封口板14と絶縁されている。第1領域51aは、ここでは、かしめ加工により、正極端子30と電気的に接続されている。第1領域51aにおいて、封口板14の端子引出孔18に対応する位置には、上下方向Zに貫通した貫通孔51hが形成されている。第2領域51bは、外装体12の短側壁12cと電極体群20との間に配置される部位である。第2領域51bは、第1領域51aの長辺方向Yの一方の端(図10の左端)から外装体12の短側壁12cに向かって延びている。第2領域51bは、上下方向Zに沿って延びている。
【0066】
正極第2集電部52は、外装体12の短側壁12cに沿って延びている。正極第2集電部52は、図6に示すように、集電板接続部52aと、傾斜部52bと、タブ接合部52cと、を有する。集電板接続部52aは、正極第1集電部51と電気的に接続される部位である。集電板接続部52aは、上下方向Zに沿って延びている。集電板接続部52aは、捲回電極体20a、20b、20cの捲回軸WLに対して略垂直に配置されている。集電板接続部52aには、その周囲よりも厚みが薄い凹部52dが設けられている。凹部52dには、短辺方向Xに貫通した貫通孔52eが設けられている。貫通孔52eには、正極第1集電部51との接合部が形成されている。接合部は、例えば、超音波溶接、抵抗溶接、レーザ溶接等の溶接によって形成された溶接接合部である。正極第2集電部52には、ヒューズを設けてもよい。
【0067】
タブ接合部52cは、正極タブ群23に付設され、複数の正極タブ22tと電気的に接続される部位である。図5図6に示すように、タブ接合部52cは、上下方向Zに沿って延びている。タブ接合部52cは、捲回電極体20a、20b、20cの捲回軸WLに対して略垂直に配置されている。タブ接合部52cの複数の正極タブ22tと接続される面は、外装体12の短側壁12cと略平行に配置されている。図4に示すように、タブ接合部52cには、正極タブ群23との接合部Jが形成されている。接合部Jは、例えば、複数の正極タブ22tを重ねた状態で、超音波溶接、抵抗溶接、レーザ溶接等の溶接によって形成された溶接接合部である。溶接接合部は、複数の正極タブ22tを捲回電極体20a、20b、20cの短辺方向Xの一方側に寄せて配置されている。これにより、複数の正極タブ22tをより好適に折り曲げて、図4に示すような湾曲形状の正極タブ群23を安定して形成することができる。タブ接合部52cは、タブ接続面の一例である。
【0068】
傾斜部52bは、集電板接続部52aの下端とタブ接合部52cの上端とを連結する部位である。傾斜部52bは、集電板接続部52aとタブ接合部52cとに対して傾斜している。傾斜部52bは、長辺方向Yにおいて、集電板接続部52aがタブ接合部52cよりも中央側に位置するように、集電板接続部52aとタブ接合部52cとを連結している。これにより、電極体群20の収容空間を広げて、電池100の高エネルギー密度化を図ることができる。傾斜部52bの下端(言い換えれば、外装体12の底壁12aの側の端部)は、正極タブ群23の下端よりも下方に位置することが好ましい。これにより、複数の正極タブ22tをより好適に折り曲げて、図4に示すような湾曲形状の正極タブ群23を安定して形成することができる。
【0069】
負極集電部60は、複数の負極タブ24tからなる負極タブ群25と、負極端子40と、を電気的に接続する導通経路を構成している。図2に示すように、負極集電部60は、負極第1集電部61と、負極第2集電部62と、を備えている。負極第1集電部61および負極第2集電部62は、負極集電体24cと同じ金属種、例えば銅、銅合金、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性金属からなっていてもよい。負極第1集電部61および負極第2集電部62の構成は、正極集電部50の正極第1集電部51および正極第2集電部52と同等であってよい。負極集電部60は、集電部の一例であり、負極第2集電部62は、タブ接続面の一例である。
【0070】
負極第1集電部61は、図12に示すように、第1領域61aと、第2領域61bと、を有する。封口板14と第1領域61aとの間には負極絶縁部材80が配置されている。第1領域61aは、負極絶縁部材80によって封口板14と絶縁されている。第1領域51aにおいて、封口板14の端子引出孔19に対応する位置には、上下方向Zに貫通した貫通孔61hが形成されている。負極第2集電部62は、図6に示すように、負極第1集電部61と電気的に接続される集電板接続部62aと、傾斜部62bと、負極タブ群25に付設され、複数の負極タブ24tと電気的に接続されるタブ接合部62cと、を有する。集電板接続部62aは、タブ接合部62cと連結される凹部62dを有する。凹部62dには、短辺方向Xに貫通した貫通孔62eが設けられている。
【0071】
正極絶縁部材70は、封口板14と正極第1集電部51とを絶縁する部材である。正極絶縁部材70は、正極絶縁部材70は、使用する電解液に対する耐性と電気絶縁性とを有し、弾性変形が可能な樹脂材料からなり、例えば、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン樹脂、四フッ化エチレン-パーフルオロアルコキシエチレン共重合体(PFA)等のフッ素化樹脂や、ポリフェニレンサルファイド(PPS)等からなることが好ましい。
【0072】
正極絶縁部材70は、図2に示すように、ベース部70aと、複数の突出部70bと、を有する。ベース部70aと突出部70bとは、ここでは一体成型されている。正極絶縁部材70は、ここでは上記したような樹脂材料を一体成型してなる一体成型品である。これにより、ベース部70aと突出部70bとを別部材とする場合と比べて、使用する部材の数を削減することができ、低コスト化を実現することができる。また、より簡易に正極絶縁部材70を用意することができる。
【0073】
ベース部70aは、上下方向Zにおいて、封口板14と、正極第1集電部51の第1領域51aと、の間に配置される部位である。ベース部70aは、正極第1集電部51の第1領域51aに沿って水平に広がっている。図10に示すように、ベース部70aは、上下方向Zに貫通した貫通孔70hを有する。貫通孔70hは、封口板14の端子引出孔18と対応する位置に形成されている。
【0074】
複数の突出部70bは、それぞれ、ベース部70aよりも電極体群20の側に突出している。図12に示すように、長辺方向Yにおいて、複数の突出部70bは、ベース部70aよりも封口板14の中央側(図12の右側)に設けられている。複数の突出部70bは、短辺方向Xに並んで配置されている。図3に示すように、複数の突出部70bは、断面略コの字状に形成されている。複数の突出部70bは、ここでは電極体群20を構成する捲回電極体20a、20b、20cの湾曲部20rと対向している。これにより、捲回電極体20a、20b、20cの端面が突出部70bで押圧されて損傷することを回避することができる。
【0075】
突出部70bの数は、ここでは電極体群20を構成する捲回電極体20a、20b、20cの数と同数である。すなわち、3つである。これにより、捲回電極体20a、20b、20cと突出部70bとをより確実に対向させることができ、ここに開示される技術の効果をより良く発揮することができる。また、後述する挿入工程において、捲回電極体20a、20b、20cと突出部70bとをバランスよく当接することができる。ただし、突出部70bの数は、電極体群20を構成する電極体の数と異なっていてもよく、例えば1つであってもよい。
【0076】
負極絶縁部材80は、図2に示すように、電極体群20の長辺方向Yの中央CLに対して、正極絶縁部材70と対称に配置されている。負極絶縁部材80の構成は、正極絶縁部材70と同様であってよい。負極絶縁部材80は、ここでは正極絶縁部材70と同様に、封口板14と負極第1集電部61との間に配置されるベース部80aと、複数の突出部80bと、を有する。
【0077】
<電池100の製造方法>
電池100の製造方法は、上記したような正極22および/または負極24を用いることで特徴付けられる。それ以外の製造プロセスは従来同様であってよい。電池100は、上記したような正極22および/または負極24に加えて、上記したようなセパレータ26と、電池ケース10(外装体12および封口板14)と、電解液と、正極端子30と、負極端子40と、正極集電部50(正極第1集電部51および正極第2集電部52)と、負極集電部60(負極第1集電部61および負極第2集電部62)と、正極絶縁部材70と、負極絶縁部材80と、を用意し、例えば、捲回工程と、第1取付工程と、第2取付工程と、挿入工程と、封口工程と、をこの順に含む製造方法によって製造することができる。また、ここに開示される製造方法は、任意の段階でさらに他の工程を含んでもよい。
【0078】
捲回工程では、図7に示すような、帯状の正極22と帯状の負極24とを帯状のセパレータ26とを備える捲回電極体20aを作製する。具体的にはまず、正極22と負極24とセパレータ26とを積層し、捲回方向に巻き取る巻き取りユニットと、帯状の正極22および/または負極24を所定の長さ(巻き取り長)に切断する切断ユニットと、を備えた巻き取り装置を用意する。切断ユニットは、上記したような検出装置と切断部とを備えている。次に、2枚の帯状のセパレータ26の先端部を、巻き取りユニットの巻芯に固定する。すなわち、巻芯で2枚のセパレータ26を挟持する。次に、複数の正極タブ22tが設けられた帯状の正極22と、複数の負極タブ24tが設けられた帯状の負極24とを用意する。複数の正極タブ22tおよび/または複数の負極タブ24tは、所定の直線部27Sを有する検出用タブ27と、所定の直線部27Sを有しない複数のノーマルタブ28a~28eと、を含んでいる。
【0079】
次に、帯状の正極22と、帯状の負極24とを供給しながら巻芯を回転させて、正極22と負極24とをセパレータ26を介して捲回する。このとき、検出用タブ27に設けられた直線部27Sの位置を切断ユニットの検出装置で検出し、基準位置とする。検出装置は、例えば、レーザ光を出射する出射部と、出射部からのレーザ光を受光する受光部とを有するレーザ検出装置である。そして、切断ユニットの切断部により、基準位置から所定の巻き取り長にあるカット位置で、正極22および負極24をそれぞれ切断する。
【0080】
図13は、正極22の捲回工程における模式的な平面図である。図13に仮想線で示すように、捲回工程では、正極22が高さ方向Yに動いて巻きずれが発生することがある。しかしながら、ここに開示される技術では、複数の正極タブ22tに検出用タブ27を含んでいる。これにより、巻きずれが発生した際にも、検出装置で検出される検出用タブ27の位置が長手方向Wに変化しにくくなる。その結果、カット位置(1)とカット位置(2)とで切断の位置が揃い、正極22を正確な位置で切断することができる。したがって、電池100において、複数の正極タブ22tの短辺方向Xにおける位置のバラつきが抑えられ、正極タブ22tをまとめた正極タブ群23を好適に形成することができる。
【0081】
第1取付工程では、図11図12に示すような第1合体物を作製する。具体的にはまず、封口板14に、正極端子30と、正極第1集電部51と、正極絶縁部材70と、負極端子40と、負極第1集電部61と、負極絶縁部材80と、を取り付ける。
【0082】
正極端子30と正極第1集電部51と正極絶縁部材70とは、例えば、かしめ加工(リベッティング)によって封口板14に固定する。かしめ加工は、図10に示すように、封口板14の外側の表面と正極端子30との間にガスケット90を挟み、さらに封口板14の内側の表面と正極第1集電部51との間に正極絶縁部材70を挟んで行われる。なお、ガスケット90の材質は、正極絶縁部材70と同様であってもよい。詳しくは、かしめ加工前の正極端子30を、封口板14の上方から、ガスケット90の貫通孔90hと、封口板14の端子引出孔18と、正極絶縁部材70の貫通孔70hと、正極第1集電部51の貫通孔51hと、に順番に挿入して、封口板14の下方に突出させる。そして、上下方向Zに対して圧縮力が加わるように正極端子30の封口板14よりも下方に突出した部分をかしめる。これにより、正極端子30の先端部(図2の下端部)に、かしめ部30cを形成する。
【0083】
このようなかしめ加工によって、ガスケット90と封口板14と正極絶縁部材70と正極第1集電部51とが封口板14に一体に固定されるとともに、端子引出孔18がシールされる。なお、かしめ部30cは、正極第1集電部51に溶接接合されていてもよい。これにより、導通信頼性をさらに向上することができる。
【0084】
負極端子40と、負極第1集電部61と、負極絶縁部材80との固定は、上記した正極側と同様に行うことができる。すなわち、かしめ加工前の負極端子40を、封口板14の上方から、ガスケットの貫通孔と、封口板14の端子引出孔19と、負極絶縁部材80の貫通孔と、負極第1集電部61の貫通孔と、に順番に挿入して、封口板14の下方に突出させる。そして、上下方向Zに対して圧縮力が加わるように負極端子40の封口板14よりも下方に突出した部分をかしめる。これにより、負極端子40の先端部(図2の下端部)に、かしめ部40cを形成する。
【0085】
次に、封口板14の外側の表面に、外部絶縁部材92を介して、正極外部導電部材32と負極外部導電部材42とを取り付ける。なお、外部絶縁部材92の材質は、正極絶縁部材70と同様であってもよい。また、正極外部導電部材32と負極外部導電部材42とを取り付けるタイミングは、挿入工程の後(例えば注液孔15を封止した後)であってもよい。
【0086】
第2取付工程では、第1取付工程で作製した第1合体物を用いて、図5に示すような第2合体物を作製する。具体的にはまず、図6に示すように、正極第2集電部52および負極第2集電部62の付設された捲回電極体20aを3つ用意し、捲回電極体20a、20b、20cとして、短辺方向Xに並べて配置する。このとき、捲回電極体20a、20b、20cは、いずれも、正極第2集電部52が長辺方向Yの一方側(図5の左側)に配置され、負極第2集電部62が長辺方向Yの他方(図5の右側)に配置されるように、並列に並べてもよい。
【0087】
次に、図4に示すように複数の正極タブ22tを湾曲させた状態で、封口板14に固定された正極第1集電部51(詳しくは第2領域51b)と、捲回電極体20a、20b、20cの正極第2集電部52(詳しくは集電板接続部52a)と、をそれぞれ接合する。また、負極タブ群25の複数の負極タブ24tを湾曲させた状態で、封口板14に固定された負極第1集電部61と、捲回電極体20a、20b、20cの負極第2集電部62と、をそれぞれ接合する。接合方法としては、例えば、超音波溶接、抵抗溶接、レーザ溶接等の溶接を用いることができる。特に、レーザ等の高エネルギー線の照射による溶接を用いることが好ましい。このような溶接加工によって、正極第2集電部52の凹部52dおよび負極第2集電部62の凹部62dに、それぞれ接合部を形成する。
【0088】
挿入工程では、封口板14と一体化された電極体群20を、外装体12の内部空間に収容する。図14は、挿入工程を説明する模式的な断面図である。具体的には、まず、例えば、ポリエチレン(PE)等の樹脂材料からなる絶縁性の樹脂シートを、袋状または箱状に折り曲げて、電極体ホルダ29を用意する。次に、電極体ホルダ29に電極体群20を収容する。そして、電極体ホルダ29で覆われた電極体群20を、外装体12に挿入する。電極体群20の重量が重い場合、概ね1kg以上、例えば1.5kg以上、さらには2~3kgである場合には、図14に示すように、外装体12の長側壁12bが重力方向と交差するように(外装体12を横向きに)配置して、電極体群20を外装体12に挿入するとよい。
【0089】
電極体群20を構成する捲回電極体20a、20b、20cの湾曲部20rは、それぞれ、正極絶縁部材70の突出部70bおよび/または負極絶縁部材80の突出部80bで押圧され、外装体12の内部に押し込まれる。突出部70bおよび/または突出部80bで電極体群20を押し込むことにより、正極タブ群23および/または負極タブ群25への負荷、特には、正極タブ22tの根元付近にかかる負荷を軽減することができる。
【0090】
正極タブ群23および/または負極タブ群25は、突出した方向と交差する方向(典型的には上下方向Z)に移動可能な遊びを有する。このため、電極体群20を外装体12に挿入した後、封口板14が上方にくるように外装体12を起こすと、電極体群20は重力によって僅かに下方に移動する。これにより、図3に示すように、正極絶縁部材70の突出部70bと捲回電極体20a、20b、20cとが離間した位置に配置される。また、負極絶縁部材80の突出部80bと捲回電極体20a、20b、20cとが離間した位置に配置される。
【0091】
封口工程では、外装体12の開口12hの縁部に封口板14を接合して、開口12hを封止する。封口板14の接合は、例えばレーザ溶接等の溶接によって行うことができる。その後、注液孔15から電解液を注入し、注液孔15を封止部材16で塞ぐことによって、電池100を密閉する。
以上のようにして、電池100を製造することができる。
【0092】
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(PHV)、ハイブリッド自動車(HV)、電気自動車(EV)等が挙げられる。電池100は、組電池の構築に好適に用いることができる。
【0093】
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例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例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。
【0094】
例えば、上記した実施形態では、検出用タブ27が五角形状であり、かつ1つの直線部27Sを有していた。直線部27Sは、根元から高さ方向Yに延びる辺であって始端側W1の辺の一部を構成していた。しかしこれには限定されない。検出用タブ27の形状は、例えば、正方形、長方形、直角台形等の四角形状であってもよい。また、1つの検出用タブ27が、複数の直線部27Sを有していてもよい。図15(A)~(D)は、変形例に係る検出用タブ127、227、327、427を示す模式的な平面図である。
【0095】
図15(A)に示す検出用タブ127は、長方形状である。検出用タブ127は、一対の(2つの)直線部127Sを有している。図15(B)、(C)に示す検出用タブ227、327は、直角台形状である。検出用タブ227、327は、それぞれ1つの直線部227S、327Sを有している。図15(B)に示す検出用タブ227では、根元から高さ方向Yに延びる辺であって始端側W1の辺が、直線部227Sから構成されている。図15(C)に示す検出用タブ327では、根元から高さ方向Yに延びる辺であって終端側W2の辺が、直線部327Sから構成されている。図15(D)に示す検出用タブ427は、五角形状である。検出用タブ427では、直線部427Sが、根元から高さ方向Yに延びる辺であって終端側W2の辺の一部を構成している。
【0096】
また、例えば、上記した実施形態では、図9に示すように、検出用タブ27が、1タブ/1積層となるように設けられていた。ノーマルタブ28a~28eは、相互にサイズ(具体的には、タブ高さ)が異なっていた。詳しくは、捲回電極体20aの短辺方向Xの一方側から他方側に向かって、長辺方向Yの長さが漸次長くなるように、ノーマルタブ28a~28eが設けられていた。しかしこれには限定されない。図16図17は、変形例に係る正極122、222を示す模式的な平面図である。
【0097】
図16に示す正極122は、複数のノーマルタブ128を有している。図16(A)の平面図に示すように、複数のノーマルタブ128は、全て同じタブ高さTfで設けられている。正極122を捲回した時には、図16(B)の部分断面図に示すように、長辺方向Yの長さが揃う。例えば複数の正極タブを湾曲させない状態で正極を電池ケース10に配置する場合等には、このような形態を好適に採用し得る。
【0098】
図17に示す正極222は、複数のノーマルタブ228a、228b、228cを有している。図17(A)の平面図に示すように、ノーマルタブ228a、228b、228cは屈曲個所Bで区切られた領域に、1つおきに設けられている。ノーマルタブ228a、228b、228cの数は、正極22の積層数の半分(0.5タブ/1積層)である。すなわち、ノーマルタブ228a、228b、228cの数は、2タブ/捲回数(ターン)である。複数のノーマルタブ228a、228b、228cは、正極22の奇数番目のノーマルタブ28c、28eと同様に、始端側W1から終端側W2に向かって、タブ高さが漸次大きくなっている。正極222を捲回した時には、図17(B)の部分断面図に示すように、長辺方向Yの長さが漸次長くなる。なお、図17(A)に示す正極222では、始端側W1から終端側W2に向かって、タブ高さが漸次大きくなっていたが、正極22のノーマルタブ28b、28dと同様に、始端側W1から終端側W2に向かって、タブ高さが漸次小さくなっていてもよい。
【0099】
また、例えば、上記した実施形態の電池100では、正極タブ22t(検出用タブ27およびノーマルタブ28a~28e)の一部に、正極保護層22pが形成され、負極タブ24tの一部に、負極活物質層24aが形成されていた。しかしこれには限定されない。正極タブ22tの一部には、正極活物質層22aが形成されていてもよい。あるいは、正極タブ22tは、正極集電体22cの露出部からなっていてもよく、負極タブ24tは、負極集電体24cの露出部からなっていてもよい。
【符号の説明】
【0100】
12 外装体
14 封口板
20 電極体群
20a、20b、20c 捲回電極体
20f 平坦部
20r 湾曲部
22t 正極タブ
23 正極タブ群
27 検出用タブ
27S 直線部
28a、28b、28c、28d、28e ノーマルタブ
100 電池
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