特許 7387687 電極体及びこれを含む円筒型リチウム電池

(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】2023-11-17

(45)【発行日】2023-11-28

(54)【発明の名称】電極体及びこれを含む円筒型リチウム電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/0587 20100101AFI20231120BHJP

   H01M 50/531 20210101ALI20231120BHJP

   H01M 50/586 20210101ALI20231120BHJP

   H01M 50/538 20210101ALI20231120BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20231120BHJP

   H01M 10/0566 20100101ALI20231120BHJP

   H01M 50/548 20210101ALI20231120BHJP

   H01M 4/13 20100101ALI20231120BHJP

   H01M 4/139 20100101ALI20231120BHJP

   H01M 50/534 20210101ALI20231120BHJP

   H01M 50/593 20210101ALI20231120BHJP

   H01M 50/595 20210101ALN20231120BHJP

【ＦＩ】

H01M10/0587

H01M50/531

H01M50/586

H01M50/538

H01M10/052

H01M10/0566

H01M50/548 201

H01M4/13

H01M4/139

H01M50/534

H01M50/593

H01M50/595

【請求項の数】 12

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021162539

(22)【出願日】2021-10-01

(65)【公開番号】P2022063852

(43)【公開日】2022-04-22

【審査請求日】2021-12-14

(31)【優先権主張番号】109135168

(32)【優先日】2020-10-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(31)【優先権主張番号】109213311

(32)【優先日】2020-10-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】521430357

【氏名又は名称】イーワン モリ エナジー コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】Ｅ－ＯＮＥ ＭＯＬＩ ＥＮＥＲＧＹ ＣＯＲＰ．

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ． １０， Ｄａｌｉ ２ｎｄ Ｒｄ．， Ｓｈａｎｈｕａ Ｄｉｓｔ．， Ｔａｉｎａｎ Ｃｉｔｙ ７４１， Ｔａｉｗａｎ

(74)【代理人】

【識別番号】100113398

【弁理士】

【氏名又は名称】寺崎 直

(72)【発明者】

【氏名】ツァイ， ジュイ－ミン

(72)【発明者】

【氏名】ツァイ， ツゥン－イ

(72)【発明者】

【氏名】ツァイ， クン－ミアオ

(72)【発明者】

【氏名】チャン， ウェイ－ドゥン

【審査官】山本 佳

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０７８３４０１４（ＣＮ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０１７９２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－０２３１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３１１６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１０７４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／０６６６３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１５１２９５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／０５８ － １０／０５８７

Ｈ０１Ｍ １０／０４

Ｈ０１Ｍ ４／１３ － ４／１３９９

Ｈ０１Ｍ ５０／５３１ － ５０／５６７

Ｈ０１Ｍ ５０／５８４ － ５０／５９７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層体を巻回することによって形成される巻回体である円筒型リチウム電池に適用される電極体であって、前記積層体は、
負極基板である負極シートであって、前記負極基板は、負極上面と、前記負極上面の反対側の負極下面とを有し、前記負極上面は、第１の負極被覆と、第１の負極被覆非形成部と、第２の負極被覆非形成部と、第３の負極被覆非形成部とを有し、前記負極下面は、第２の負極被覆と、第４の負極被覆非形成部と、第５の負極被覆非形成部と、第６の負極被覆非形成部とを有し、前記第１の負極被覆非形成部と前記第４の負極被覆非形成部とが互いに反対側にあるように配置され、前記第２の負極被覆非形成部と前記第５の負極被覆非形成部とが互いに反対側にあるように配置され、前記第３の負極被覆非形成部と前記第６の負極被覆非形成部とが互いに反対側にあるように配置された負極シートと、
前記負極シート上に配置された第１のセパレータと、
第１のセパレータ上に配置された正極基板である正極シートであって、前記正極基板は、正極上面と、前記正極上面の反対側の正極下面とを有し、前記正極下面は、前記負極上面に対向し、前記正極上面は、第１の正極被覆と、第１の正極被覆非形成部と、第２の正極被覆非形成部と、第３の正極被覆非形成部とを有し、前記正極下面は、第２の正極被覆と、第４の正極被覆非形成部と、第５の正極被覆非形成部と、第６の正極被覆非形成部とを有し、前記第１の正極被覆非形成部と前記第４の正極被覆非形成部とが互いに反対側にあるように配置され、前記第２の正極被覆非形成部と前記第５の正極被覆非形成部とが千鳥状に配置され、前記第３の正極被覆非形成部と前記第６の正極被覆非形成部とが互いに反対側にあるように配置された正極シートと、
複数のカソードタブであって、前記複数のカソードタブのうちの第１のカソードタブの一端が前記第１の正極被覆非形成部又は前記第４の正極被覆非形成部に接続され、前記複数のカソードタブのうちの第２のカソードタブの一端が前記第３の正極被覆非形成部又は前記第６の正極被覆非形成部に接続され、前記第１のカソードタブの他端及び前記第２のカソードタブの他端がそれぞれ前記巻回体の一端から外方に突出している複数のカソードタブと、
複数のアノードタブであって、前記複数のアノードタブのうちの第１のアノードタブの一端が前記第１の負極被覆非形成部又は前記第４の負極被覆非形成部に接続され、前記複数のアノードタブのうちの第２のアノードタブの一端が前記第２の負極被覆非形成部又は前記第５の負極被覆非形成部に接続され、前記複数のアノードタブのうちの第３のアノードタブの一端が前記第３の負極被覆非形成部又は前記第６の負極被覆非形成部に接続され、前記第１のアノードタブの他端、前記第２のアノードタブの他端、及び前記第３のアノードタブの他端がそれぞれ前記巻回体の他端から外方に突出している複数のアノードタブと、
を備え、
前記負極シートは、巻回始端と末尾端とを有し、前記第１の負極被覆非形成部は、前記負極シートの前記巻回始端に配置され、前記第２の負極被覆非形成部は、前記負極シートの前記巻回始端から１／３の距離と２／３の距離との間に配置され、前記第３の負極被覆非形成部は、前記負極シートの前記末尾端に配置されており、
前記正極シートは、巻回始端と末尾端とを有し、前記第１の正極被覆非形成部は、前記正極シートの前記巻回始端と、前記巻回始端から１／４の距離との間に配置され、前記第３の正極被覆非形成部は、前記正極シートの前記末尾端と、前記末尾端から１／４の距離との間に配置されており、
前記第５の正極被覆非形成部は、前記第２の負極被覆非形成部と対向している、
前記電極体。

【請求項2】

前記第１のカソードタブ及び前記第２のカソードタブは、アルミニウム箔を含む、請求項１に記載の電極体。

【請求項3】

前記第１のアノードタブ、前記第２のアノードタブ、及び前記第３のアノードタブは、銅箔、ニッケル箔、又は銅－ニッケル合金の金属箔を含む、請求項１に記載の電極体。

【請求項4】

前記第２の正極被覆非形成部、前記第４の正極被覆非形成部、前記第５の正極被覆非形成部、及び前記第６の正極被覆非形成部は、それぞれ接着テープによって覆われている、請求項１に記載の電極体。

【請求項5】

前記第１の正極被覆非形成部及び前記第３の正極被覆非形成部は、それぞれ接着テープによって覆われ、前記接着テープは、更に、前記第１のカソードタブ及び前記第２のカソードタブをそれぞれ覆っている、請求項１に記載の電極体。

【請求項6】

更に、第２のセパレータを備え、前記負極シートは、前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとの間にある、請求項１に記載の電極体。

【請求項7】

前記第１のアノードタブの前記巻回体から突出する部分が第１の半径方向において中心から第１の距離をおいて離れており、前記第２のアノードタブの前記巻回体から突出する部分が第２の半径方向において前記中心から第２の距離をおいて離れており、前記第３のアノードタブの前記巻回体から突出する部分が第３の半径方向において前記中心から第３の距離をおいて離れており、前記第１の半径方向、前記第２の半径方向、及び前記第３の半径方向が前記巻回体を３個の異なる領域に区分しており、前記第３の距離が前記第２の距離より大きく、前記第２の距離が前記第１の距離より大きい、請求項１に記載の電極体。

【請求項8】

前記第１のカソードタブの一端、前記第２のカソードタブの一端は、前記第１の正極被覆非形成部、前記第３の正極被覆非形成部にそれぞれ個別に対応して接続、または、前記第１のカソードタブの一端、前記第２のカソードタブの一端は、前記第４の正極被覆非形成部、前記第６の正極被覆非形成部にそれぞれ個別に対応して接続されており、前記第１のアノードタブの一端、前記第２のアノードタブの一端、前記第３のアノードタブの一端は、前記第１の負極被覆非形成部、前記第２の負極被覆非形成部、前記第３の負極被覆非形成部にそれぞれ個別に対応して接続、または、前記第１のアノードタブの一端、前記第２のアノードタブの一端、前記第３のアノードタブの一端は、前記第４の負極被覆非形成部、前記第５の負極被覆非形成部、前記第６の負極被覆非形成部にそれぞれ個別に対応して接続されている、請求項１に記載の電極体。

【請求項9】

円筒型リチウム電池であって、
カバーと、タンクと、前記カバーと前記タンクとを互いに密閉接合することによって形成された上下連通する収容空間とを備えた筐体と、
前記カバーに埋設された正極端子と、
前記タンクに埋設された負極端子と、
請求項１に記載の電極体であって、前記収容空間に配置され、前記第１のカソードタブ及び前記第２のカソードタブを介して前記正極端子に接続され、前記第１のアノードタブ、前記第２のアノードタブ、及び前記第３のアノードタブを介して前記負極端子に接続された電極体と、
を備える、円筒型リチウム電池。

【請求項10】

更に、前記収容空間に配置された電解液を備える、請求項９に記載の円筒型リチウム電池。

【請求項11】

更に、上部絶縁シートと、下部絶縁シートとを備え、前記上部絶縁シートは、前記正極端子と前記巻回体の一端との間に配置されており、前記下部絶縁シートは、前記負極端子と前記巻回体の他端との間に配置されており、前記上部絶縁シートは、円状のシート構造体であり、部分扇状孔を有し、前記第１のカソードタブの他端と前記第２のカソードタブの他端とが、前記部分扇状孔を通過して、前記正極端子に接続されており、前記下部絶縁シートは、部分円状のシート構造体であり、前記部分円の半径は、前記巻回体の他端の半径よりも小さく、前記下部絶縁シートの縁に沿って前記第２のアノードタブ及び前記第３のアノードタブが前記負極端子に電気的に接続されるように構成され、前記部分円状のシート構造体の中心には、孔が設けられ、前記第１のアノードタブが前記孔を介して前記負極端子に電気的に接続されるように構成されている、請求項９に記載の円筒型リチウム電池。

【請求項12】

前記第１のアノードタブの前記巻回体から突出する部分と、前記第２のアノードタブの前記巻回体から突出する部分と、前記第３のアノードタブの前記巻回体から突出する部分とが、前記巻回体の他端に順次積層され、前記第１のアノードタブの前記巻回体から突出する部分と、前記第２のアノードタブの前記巻回体から突出する部分と、前記第３のアノードタブの前記巻回体から突出する部分とが共に溶接され、更に前記タンクと溶接されている、請求項１１に記載の円筒型リチウム電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電極体及びこれを含む円筒型リチウム電池に関する。

【背景技術】

【0002】

技術の進歩に伴い、益々多くの携帯用電子製品が人々の生活に欠かせないものとなっている。携帯用電子機器には、電力供給のための電池が必要である。メモリレス（memory-less）であり、小型であるという利点を有する二次電池は、一次電池に比べ環境負荷が低く、このため、用途が広がっている。小型二次電池の分野では、徐々に、リチウム電池が、環境汚染の原因となる有毒なニッケル／カドミウム電池や、体積エネルギー密度が低く温度が高いニッケル水素（ＮｉＭＨ）電池に取って代わってきている。

【0003】

リチウム電池は、円筒型リチウム電池及び角形リチウム電池の形態が最も一般的である。円筒型リチウム電池の製造では、かなり成熟した巻回プロセスが採用され、高度な自動化、安定した製品品質、及び低コストが実現されている。角型リチウム電池は、円筒型リチウム電池と比較して構造が単純であり、製品の大きさに応じてカスタマイズして製造することが可能であり、数千のモデルが市販されている。また、このような角形リチウム電池は、型番が圧倒的に多いため、製造工程の統一が困難である。したがって、製造方法が標準化されている円筒形のリチウム電池を採用することにより、製造工程を確保でき、代替電池も容易に見つけることができる。

【0004】

現在の設計では、円筒型リチウム電池は、通常、１個のアノードタブと１個のカソードタブ、１個のカソードタブと２個のアノードタブ、及び２個のカソードタブと２個のアノードタブの組み合わせを利用する。しかしながら、上記の組み合わせの電池は、動作時間が短く、動作温度が高く、インピーダンスが高いという欠点を有しているため、円筒型リチウム電池は、高いモビリティ（mobility）及び大容量を切実に必要とするモバイル製品、特に、電気工具及び電気自動車での使用に適していない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

以上に鑑み、本発明は、低インピーダンスでありながら、動作時間が長く、動作温度が低く、電池の寿命が向上されると共に用途が大幅に拡大された円筒型リチウム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】

【0006】

本発明は、上記課題を解決するものであり、負極シートと、第１のセパレータと、正極シートと、複数のカソードタブ（cathode tab）と、複数のアノードタブ（anode tab）とを含む積層体を巻回することによって形成される巻回体である円筒型リチウム電池用の電極体を提供する。負極シートは、負極基板である。負極基板は、負極上面と、負極上面の反対側の負極下面とを有する。負極上面は、第１の負極被覆（negative electrode coating）と、第１の負極被覆非形成部（bare negative electrode coating）と、第２の負極被覆非形成部と、第３の負極被覆非形成部とを有する。負極下面は、第２の負極被覆と、第４の負極被覆非形成部と、第５の負極被覆非形成部と、第６の負極被覆非形成部とを有する。第１の負極被覆非形成部と第４の負極被覆非形成部とは、互いに反対側にあるように配置され、第２の負極被覆非形成部と第５の負極被覆非形成部とは、互いに反対側にあるように配置され、第３の負極被覆非形成部と第６の負極被覆非形成部とは、互いに反対側にあるように配置されている。第１のセパレータは、負極シート上に配置される。正極シートは、正極基板である。正極基板は、正極上面と、正極上面の反対側の正極下面とを有し、正極下面は、負極上面に対向している。正極上面は、第１の正極被覆（positive electrode coating）と、第１の正極被覆非形成部（bare positive electrode coating）と、第２の正極被覆非形成部と、第３の正極被覆非形成部とを有する。正極下面は、第２の正極被覆と、第４の正極被覆非形成部と、第５の正極被覆非形成部と、第６の正極被覆非形成部とを有する。第１の正極被覆非形成部と第４の正極被覆非形成部とは、互いに反対側にあるように配置され、第２の正極被覆非形成部と第５の正極被覆非形成部とは、千鳥状に配置され、第３の正極被覆非形成部と第６の正極被覆非形成部とは、互いに反対側にあるように配置されている。複数のカソードタブのうちの第１のカソードタブの一端は、第１の正極被覆非形成部又は第４の正極被覆非形成部に接続され、複数のカソードタブのうちの第２のカソードの一端は、第３の正極被覆非形成部又は第６の正極被覆に接続され、第１のカソードタブの他端及び第２のカソードタブの他端は、それぞれ、巻回体の一端から外方に突出している。複数のアノードタブのうちの第１のアノードタブの一端は、第１の負極被覆非形成部又は第４の負極被覆非形成部に接続され、複数のアノードタブのうちの第２のアノードタブの一端は、第２の負極被覆非形成部又は第５の負極被覆非形成部に接続され、複数のカソードタブのうちの第３のアノードタブの一端は、第３の負極被覆又は第６の負極被覆非形成部に接続され、第１のアノードタブの他端、第２のアノードタブの他端、及び第３のアノードタブの他端は、それぞれ、巻回体の他端から外方に突出している。

【0007】

一実施形態では、第１のカソードタブ及び第２のカソードタブは、アルミニウム箔を含む。

【0008】

一実施形態では、第１のアノードタブ、第２のアノードタブ、及び第３のアノードタブは、銅箔、ニッケル箔、又は銅－ニッケル合金の金属箔を含む。

【0009】

一実施形態では、負極シートは、巻回始端及び末尾端を有し、第１の負極被覆非形成部は、負極シートの巻回始端に配置され、第２の負極被覆非形成部は、負極シートの巻回始端から１／３の距離と２／３の距離との間に配置され、第３の負極被覆非形成部は、負極シートの末尾端に配置されている。

【0010】

一実施形態では、正極シートは、巻回始端及び末尾端を有し、第１の正極被覆非形成部は、正極シートの巻回始端と、巻回始端から１／４の距離との間に配置され、第３の正極被覆非形成部は、正極シートの末尾端と、末尾端から１／４の距離との間に配置されている。

【0011】

一実施形態では、第５の正極被覆非形成部は、第２の負極被覆非形成部と対向している。

【0012】

一実施形態では、第２の正極被覆非形成部、第４の正極被覆非形成部、第５の正極被覆非形成部、及び第６の正極被覆非形成部は、それぞれ接着テープによって覆われている。

【0013】

一実施形態では、第１の正極被覆非形成部及び第３の正極被覆非形成部は、それぞれ接着テープによって覆われ、接着テープは、更に、第１のカソードタブ及び第２のカソードタブをそれぞれ覆っている。

【0014】

一実施形態では、電極体は、更に、第２のセパレータを備え、負極シートは、第１のセパレータと第２のセパレータとの間にある。

【0015】

一実施形態では、第１のアノードタブの巻回体から突出する部分が第１の半径方向において中心から第１の距離をおいて離れており、第２のアノードタブの巻回体から突出する部分が第２の半径方向において中心から第２の距離をおいて離れており、第３のアノードタブの巻回体から突出する部分が第３の半径方向において中心から第３の距離をおいて離れており、第１の半径方向、第２の半径方向、及び第３の半径方向は、巻回体を３個の異なる領域に区分しており、第３の距離は、第２の距離より大きく、第２の距離は、第１の距離より大きい。

【0016】

一実施形態では、第１のアノードタブ及び第３のアノードタブの巻回体から突出する部分は、エンボス加工されており、第２のアノードタブの巻回体から突出する部分は、エンボス加工されていない。

【0017】

一実施形態では、第１のカソードタブの一端、第２のカソードタブの一端は、第１の正極被覆非形成部、第３の正極被覆非形成部にそれぞれ個別に対応して接続、または、第１のカソードタブの一端、第２のカソードタブの一端は、第４の正極被覆非形成部、第６の正極被覆非形成部にそれぞれ個別に対応して接続され、第１のアノードタブの一端、第２のアノードタブの一端、第３のアノードタブの一端は、第１の負極被覆非形成部、第２の負極被覆非形成部、第３の負極被覆非形成部にそれぞれ個別に対応して接続、または、第１のアノードタブの一端、第２のアノードタブの一端、第３のアノードタブの一端は、第４の負極被覆非形成部、第５の負極被覆非形成部、第６の負極被覆非形成部にそれぞれ個別に対応して接続されている。

【0018】

別の実施形態では、第１のカソードタブの一端、第２のカソードタブの一端が、第１の正極被覆非形成部、第３の正極被覆非形成部にそれぞれ個別に対応して接続される場合、第１のアノードタブの一端、第２のアノードタブの一端、第３のアノードタブの一端は、第１の負極被覆非形成部、第２の負極被覆非形成部、第３の負極被覆非形成部にそれぞれ個別に対応して接続されている。

【0019】

別の実施形態では、第１のカソードタブの一端、第２のカソードタブの一端が、第４の正極被覆非形成部、第６の正極被覆非形成部にそれぞれ個別に対応して接続される場合、第１のアノードタブの一端、第２のアノードタブの一端、第３のアノードタブの一端は、第４の負極被覆非形成部、第５の負極被覆非形成部、第６の負極被覆非形成部にそれぞれ個別に対応して接続される。

【0020】

本出願は更に、筐体、正極、及び負極を備える円筒型リチウム電池を提供する。筐体は、カバーと、タンクと、カバーとタンクとを互いに密閉接合することによって形成された上下連通する収容空間とを備える。正極は、カバー内に埋設され、負極は、タンク内に埋設される。電極体は、収容空間に配置され、第１のカソードタブ及び第２のカソードタブを介して正極に接続され、第１のアノードタブ、第２のアノードタブ、及び第３のアノードタブを介して負極に接続されている。

【0021】

別の実施形態では、円筒型リチウム電池は、更に、収容空間に配置された電解質を備える。

【0022】

別の実施形態では、円筒型リチウム電池は、上部絶縁シート及び下部絶縁シートを備える。上部絶縁シートは、正極と巻回体の一端との間に配置され、下部絶縁シートは、負極と巻回体の他端との間に配置されている。上部絶縁シートは、円状のシート構造体であり、部分扇状孔（partial fan-shaped hole）を有し、第１のカソードタブの他端と第２のカソードタブの他端とが、部分扇状孔を通過して、正極に接続されている。下部絶縁シートは、部分円状のシート構造体であり、部分円の半径は、巻回体の他端の半径よりも小さく、下部絶縁シートの縁に沿って第２のアノードタブ及び第３のアノードタブが負極に接続されるように構成されている。また、部分円状のシート構造体の中心には、孔が設けられ、第１のアノードタブは、この孔を介して負極に接続されるよう構成されている。

【0023】

別の実施形態では、第１のアノードタブの巻回体から突出する部分と、第２のアノードタブの巻回体から突出する部分と、第３のアノードタブの巻回体から突出する部分とが、巻回体の他端に順次積層され、第１のアノードタブの巻回体から突出する部分と、第２のアノードタブの巻回体から突出する部分と、第３のアノードタブの巻回体から突出する部分とが共に溶接され、更にタンクと溶接されている。

【0024】

本発明では、正極シート上に正極被覆を特定の構成で設けることにより、正極被覆の塗布面積を大きくし、電極体の容量を大きくしている。また、第１のセパレータの存在が省かれる場合を考えると、この構成は、正極シートの下面の正極被覆に対向する負極シートの上面の位置に負極被覆が存在することにより、金属の析出を回避し、危険を防止できる。

【0025】

本発明のこれらの及びこの他の側面は、以下の添付図面と共に実施形態の詳細な説明を参照することにより、当業者にとって明らかとなる。

【0026】

なお、図面に示す構造の寸法及び縮尺は、本発明の実際の実装を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の一実施形態に基づく電極体の展開された積層体の断面図である。

【0028】

【図2】第１の比較例に基づく電極体の展開された積層体の断面図である。

【0029】

【図3A】本発明の一実施形態及び第１の比較例に基づく電圧、時間、及び温度の関係図である。

【0030】

【図3B】本発明の一実施形態及び第１の比較例に基づく抵抗及び電荷の関係図である。

【0031】

【図4】第２の比較例に基づく電極体の展開された積層体の断面図である。

【0032】

【図5】本発明の一実施形態に基づく電極体の巻回された積層体の断面模式図である。

【0033】

【図6A】本発明の一実施形態に基づくアノードタブの組立前の概略図である。

【図6B】本発明の一実施形態に基づくアノードタブの組立後の概略図である。

【0034】

【図7】本発明の別の実施形態に基づく円筒型リチウム電池の具体例の分解概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

本発明は、電極体及びこれを含む円筒型リチウム電池、より具体的には、少なくとも２個（例えば、２個、３個、又は４個）のカソードタブ及び少なくとも３個（例えば、３個、４個、又は５個）のアノードタブを有する円筒型リチウム電池を提供する。

【0036】

以下、添付の図面を用いて本発明を詳細に説明する。添付の図面では、同じ及び／又は対応する要素には、同じ参照符号及び番号を付している。

【0037】

以下では、様々な実施形態を開示する。しかしながら、これらの実施形態は、様々な形態で実現された単なる例を示すものである。更に、様々な実施形態において提供される各実施例は、例示的なものであると合理的に理解され、限定的なものとして解釈されるべきではない。更に、図面は、実際の寸法及び比率を忠実に反映しておらず、特定の要素の詳細を強調するために、幾つかの特徴が拡大されている（図面に示す任意の寸法、材料、及びこれらに類する詳細は、限定的ではなく例示的なものとして合理的に理解される）。したがって、本明細書に開示する特定の構造的及び機能的な詳細は、限定的に解釈されるべきではなく、開示された実施形態を当業者に教示するための基礎として使用される。

【0038】

図１は、本発明の一実施形態に基づく展開された電極体１００の断面図である。電極体１００は、積層体を下から上に巻回することによって形成される巻回体であり、積層体は、負極シート１２０と、第１のセパレータ１４０と、正極シート１６０と、複数のアノードタブ１３０と、複数のカソードタブ１７０とを含む。負極シート１２０は、負極基板である。負極基板は、負極上面１２０ａと、負極上面１２０ａの反対側の負極下面１２０ｂとを有する。負極上面１２０ａは、第１の負極被覆１２１と、第１の負極被覆非形成部１３１と、第２の負極被覆非形成部１３２と、第３の負極被覆非形成部１３３とを有する。負極下面１２０ｂは、第２の負極被覆１２２と、第４の負極被覆非形成部１３４と、第５の負極被覆非形成部１３５と、第６の負極被覆非形成部１３６とを有する。第１の負極被覆非形成部１３１と第４の負極被覆非形成部１３４とは、互いに反対側にあるように配置され、第２の負極被覆非形成部１３２と第５の負極被覆非形成部１３５とは、互いに反対側にあるように配置され、第３の負極被覆非形成部１３３と第６の負極被覆非形成部１３６とは、互いに反対側にあるように配置されている。第１のセパレータ１４０は、負極シート１２０上に配置されている。正極シート１６０は、正極基板である。正極基板は、正極上面１６０ａと、正極上面１６０ａの反対側の正極下面１６０ｂとを有し、正極下面１６０ｂは、負極上面１２０ａと対向している。正極上面１６０ａは、第１の正極被覆１６１と、第１の正極被覆非形成部１７１と、第２の正極被覆非形成部１７２と、第３の正極被覆非形成部１７３とを有する。正極下面１６０ｂは、第２の正極被覆１６２と、第４の正極被覆非形成部１７４と、第５の正極被覆非形成部１７５と、第６の正極被覆非形成部１７６とを有する。第１の正極被覆非形成部１７１と第４の正極被覆非形成部１７４とは、互いに反対側にあるように配置され、第２の正極被覆非形成部１７２と第５の正極被覆非形成部１７５とは、千鳥状に配置され、第３の正極被覆非形成部１７３と第６の正極被覆非形成部１７６とは、互いに反対側にあるように配置されている。第１のカソードタブ１７０ａの一端、第２のカソードタブ１７０ｂの一端は、第１の正極被覆非形成部１７１、第３の正極被覆非形成部１７３にそれぞれ個別に対応して接続されており、第１のカソードタブ１７０ａの他端及び第２のカソードタブ１７０ｂの他端は、それぞれ、巻回体の一端から外方に突出している。第１のアノードタブ１３０ａの一端、第２のアノードタブ１３０ｂの一端、第３のアノードタブ１３０ｃの一端は、第１の負極被覆非形成部１３１、第２の負極被覆非形成部１３２、第３の負極被覆非形成部１３３にそれぞれ個別に対応して接続されており、第１のアノードタブ１３０ａの他端、第２のアノードタブ１３０ｂの他端、及び第３のアノードタブ１３０ｃの他端は、それぞれ、巻回体の他端から外方に突出している。一実施形態では、第５の正極被覆非形成部１７５は、第２の負極被覆非形成部１３２に対向している。一実施形態では、正極シートの上面における正極被覆非形成部以外の領域は、正極被覆であり、正極シートの下面における正極被覆非形成部以外の領域は、正極被覆であり、負極シートの上面における負極被覆非形成部以外の領域は、負極被覆であり、負極シートの下面における負極被覆非形成部以外の領域は、負極被覆である。

【0039】

一実施形態では、第１のカソードタブ１７０ａ及び第２のカソードタブ１７０ｂは、アルミニウム箔を含む。一実施形態では、第１のアノードタブ１３０ａ、第２のアノードタブ１３０ｂ、及び第３のアノードタブ１３０ｃは、銅箔、ニッケル箔、又は銅－ニッケル合金の金属箔を含む。本発明における負極被覆非形成部（bare negative electrode coating）とは、負極被覆が形成されていない領域をいう。同様に、本発明における正極被覆非形成部（bare positive electrode coating）とは、正極被覆が形成されていない領域をいう。

【0040】

一実施形態では、負極シート１２０は、巻回始端Ａ１と、末尾端Ａ２とを含み、第１の負極被覆非形成部１３１は、負極シート１２０の巻回始端Ａ１に配置され、第２の負極被覆非形成部１３２は、負極シート１２０の巻回始端Ａ１から１／３の距離と２／３の距離との間に配置され、第３の負極被覆非形成部１３３は、負極シート１２０の末尾端Ａ２に配置されている。

【0041】

一実施形態では、正極シート１６０は、巻回始端Ｃ１と、末尾端Ｃ２とを含み、第１の正極被覆非形成部１７１は、正極シート１６０の巻回始端Ｃ１と、巻回始端Ｃ１から１／４の距離との間に配置され、第３の正極被覆非形成部１７３は、正極シート１６０の末尾端Ｃ２と、末尾端Ｃ２から１／４の距離との間に配置されている。

【0042】

一実施形態では、第２の正極被覆非形成部１７２、第４の正極被覆非形成部１７４、第５の正極被覆非形成部１７５、及び第６の正極被覆非形成部１７６は、短絡を防止するために、それぞれ、接着テープ１９０によって覆われる。一実施形態では、第１の正極被覆非形成部１７１及び第３の正極被覆非形成部１７３は、短絡を防止するために、それぞれ接着テープ１９０によって覆われ、接着テープは、更に、第１のカソードタブ１７０ａ及び第２のカソードタブ１７０ｂのそれぞれを覆う。

【0043】

一実施形態では、電極体１００は、更に、第２のセパレータ１８０を含み、負極シート１２０は、第１のセパレータ１４０と第２のセパレータ１８０との間に配置される。

【0044】

一実施形態では、カソードタブ、アノードタブは、溶接によって正極シート、負極シートにそれぞれ個別に対応して接続される。溶接は、超音波溶接が好ましい。

【0045】

本発明の別の実施形態では、第１のカソードタブ１７０ａの一端、第２のカソードタブ１７０ｂの一端は、第４の正極被覆非形成部１７４、第６の正極被覆非形成部１７６にそれぞれ個別に対応して接続されているが、第１の正極被覆非形成部１７１、第３の正極被覆非形成部１７３のそれぞれには接続されておらず、第１のアノードタブ１３０ａの一端、第２のアノードタブ１３０ｂの一端、第３のアノードタブ１３０ｃの一端は、第４の負極被覆非形成部１３４、第５の負極被覆非形成部１３５、第６の負極被覆非形成部１３６にそれぞれ個別に対応して接続されているが、第１の負極被覆非形成部１３１、第２の負極被覆非形成部１３２、第３の負極被覆非形成部１３３のそれぞれには、接続されていない。

【0046】

図２は、第１の比較例に基づく電極体２００の展開された積層体の断面図である。図２に示すように、第１の比較例では、電極体２００は、積層体を下から上に巻回することによって形成される巻回体である。積層体は、負極シート２２０と、第１のセパレータ２４０と、正極シート２６０と、２個のカソードタブ２７０と、２個のアノードタブ２３０とを含む。負極シート２２０は、負極基板である。負極基板は、負極上面２２０ａと、負極上面２２０ａの反対側の負極下面２２０ｂとを有する。負極上面２２０ａは、第１の負極被覆２２１と、第１の負極被覆非形成部２３１と、第２の負極被覆非形成部２３２とを有する。負極下面２２０ｂは、第２の負極被覆２２２と、第３の負極被覆非形成部２３３と、第４の負極被覆非形成部２３４とを有する。第１の負極被覆非形成部２３１と第３の負極被覆非形成部２３３とは、互いに反対側にあるように配置され、第２の負極被覆非形成部２３２と第４の負極被覆非形成部２３４とは、互いに反対側にあるように配置されている。第１のセパレータ２４０は、負極シート２２０上に配置されている。正極シート２６０は、正極基板である。正極基板は、正極上面２６０ａと、正極上面２６０ａの反対側の正極下面２６０ｂとを有し、正極下面２６０ｂは、負極上面２２０ａと対向している（すなわち、正極下面２６０ｂと負極上面２２０ａとは、第１のセパレータ２４０を挟んで対向するように配置されている）。正極上面２６０ａは、第１の正極被覆２６１と、第１の正極被覆非形成部２７１と、第２の正極被覆非形成部２７２とを有する。正極下面２６０ｂは、第２の正極被覆２６２と、第３の正極被覆非形成部２７３と、第４の正極被覆非形成部２７４とを有する。第１の正極被覆非形成部２７１と第３の正極被覆非形成部２７３とは、互いに反対側にあるように配置され、第２の正極被覆非形成部２７２と第４の正極被覆非形成部２７４とは、互いに反対側にあるように配置されている。第１のカソードタブ２７０ａの一端、第２のカソードタブ２７０ｂの一端は、第１の正極被覆非形成部２７１、第２の正極被覆非形成部２７２にそれぞれ個別に対応して接続され、第１のカソードタブ２７０ａの他端及び第２のカソードタブ２７０ｂの他端は、それぞれ、巻回体の一端から外方に突出している。第１のアノードタブ２３０ａの一端、第２のアノードタブ２３０ｂの一端は、第１の負極被覆非形成部２３１、第２の負極被覆非形成部２３２にそれぞれ個別に対応して接続され、第１のアノードタブ２３０ａの他端及び第２のアノードタブ２３０ｂの他端は、それぞれ、巻回体の他端から外方に突出している。本発明の一実施形態の電極体１００の積層体と比較すると、図２に示す積層体は、カソードタブを２個のみ、及びアノードタブを２個のみ有する。

【0047】

図３Ａは、本発明の一実施形態と比較例の電圧、作業時間、動作温度の関係図である。図３Ｂは、本発明の一実施形態及び第１の比較例に基づく抵抗及び電荷の関係図である。図３Ａは、１Ｃによって定格電圧４．２Ｖまで充電し、２３℃の温度下で、９５Ｗの大電力で２．０Ｖまで放電するという条件の試験によって得たものである。図３Ｂは、１Ｃによって定格電圧４．２Ｖまで充電し、２３℃の温度下で、１Ａと１０Ａを交互に２．０Ｖまで放電するという条件の試験によって得たものである。図３Ａ及び図３Ｂから、本発明の実施形態の電極体は、３個のアノードタブを有しているので、第１の比較例の電極体に比べて、低抵抗で動作温度が低く、動作時間が長いことが分かる。したがって、本発明の電極体を円筒型リチウム電池に適用することにより、電池の寿命及び用途を大幅に向上させることができる。

【0048】

図４は、第２の比較例に基づく電極体の展開された積層体の断面図である。第２の比較例では、図４に示すように、電極体３００は、積層体を下から上に巻回することによって形成される巻回体である。積層体は、負極シート３２０と、第１のセパレータ３４０と、正極シート３６０と、２個のカソードタブ３７０と、３個のアノードタブ３３０とを備える。負極シート３２０は、負極基板である。負極基板は、負極上面３２０ａと、負極上面３２０ａの反対側の負極下面３２０ｂとを有する。負極上面３２０ａは、第１の負極被覆３２１と、第１の負極被覆非形成部３３１と、第２の負極被覆非形成部３３２と、第３の負極被覆非形成部３３３とを有する。負極下面３２０ｂは、第２の負極被覆３２２と、第４の負極被覆非形成部３３４と、第５の負極被覆非形成部３３５と、第６の負極被覆非形成部３３６とを有する。第１の負極被覆非形成部３３１と第４の負極被覆非形成部３３４とは、互いに反対側にあるように配置され、第２の負極被覆非形成部３３２と第５の負極被覆非形成部３３５とは、互いに反対側にあるように配置され、第３の負極被覆非形成部３３３と第６の負極被覆非形成部３３６とは、互いに反対側にあるように配置されている。第１のセパレータ３４０は、負極シート３２０上に配置されている。正極シート３６０は、正極基板である。正極基板は、正極上面３６０ａと、正極上面３６０ａの反対側の正極下面３６０ｂとを有し、正極下面３６０ｂは、負極上面３２０ａと対向している。正極上面３６０ａは、第１の正極被覆３６１と、第１の正極被覆非形成部３７１と、第２の正極被覆非形成部３７２と、第３の正極被覆非形成部３７３とを有する。正極下面３６０ｂは、第２の正極被覆３６２と、第４の正極被覆非形成部３７４と、第５の正極被覆非形成部３７５と、第６の正極被覆非形成部３７６とを有する。第１の正極被覆非形成部３７１と第４の正極被覆非形成部３７４とは、互いに反対側にあるように配置され、第２の正極被覆非形成部３７２と第５の正極被覆非形成部３７５とは、互いに反対側にあるように配置され、第３の正極被覆非形成部３７３と第６の正極被覆非形成部３７６とは、互いに反対側にあるように配置され、第５の正極被覆非形成部３７５と第２の負極被覆非形成部３３２とは、対向するように配置されている。第１のカソードタブ３７０ａの一端、第２のカソードタブ３７０ｂの一端は、第１の正極被覆非形成部３７１、第３の正極被覆非形成部３７３にそれぞれ個別に対応して接続されており、第１のカソードタブ３７０ａの他端及び第２のカソードタブ３７０ｂの他端は、それぞれ、巻回体の他端から外方に突出している。第１のアノードタブ３３０ａの一端、第２のアノードタブ３３０ｂの一端、第３のアノードタブ３３０ｃの一端は、第１の負極被覆非形成部３３１、第２の負極被覆非形成部３３２、第３の負極被覆非形成部３３３にそれぞれ個別に対応して接続され、第１のアノードタブ３３０ａの他端、第２のアノードタブ３３０ｂの他端、及び第３のアノードタブ３３０ｃの他端は、それぞれ、巻回体の他端から外方に突出している。

【0049】

本発明の一実施形態の電極体と第２の比較例の電極体とを比較すると、第２の比較例の電極体の正極シート３６０は、正極被覆を施す面積が小さいため、容量が低下する問題がある。一実施形態では、図１に示すように、第２の正極被覆非形成部１７２と第５の正極被覆非形成部１７５とを千鳥状に配置することにより、被覆面積が大きくなり、容量も増加する。一例では、正極シートの全長が１２００ｍｍである場合、本発明の一実施形態の電極体の被覆領域の全長と、第２の比較例の電極体の被覆領域の全長との差は、４２ｍｍであり、両者の容量差は、４２／１２００＝３．５％である。本発明の電極体の容量が顕著に大きいことは、明らかである。このため、本発明の電極体１００の積層体と比較して、図４の積層体は、同様に２個のカソードタブと３個のアノードタブが設けられているが、正極被覆の構成において空間を有効に利用できていないため、正極被覆の被覆面積が小さく、容量を大きくできない。具体的には、図４において、積層体３００の第２の正極被覆非形成部３７２及び第５の正極被覆非形成部３７５は、図１の第２の正極被覆非形成部１７２及び第５の正極被覆非形成部１７５のように千鳥状に配置されていないため、第２の正極被覆非形成部３７２及び第５の正極被覆非形成部３７５のそれぞれの面積が、第２の負極被覆非形成部３３２の面積よりも大きくなり、正極被覆が小さくなり、容量を増加させることができない。これに対し、図１の第２の正極被覆非形成部１７２及び第５の正極被覆非形成部１７５は、千鳥状に配置されており、第２の正極被覆非形成部１７２及び第５の正極被覆非形成部１７５のそれぞれの面積は、第２の負極被覆非形成部１３２の領域に近似し（又は等しく）、正極被覆が大きくなり、その結果、容量が増加する。

【0050】

一実施形態では、第２の正極被覆非形成部１７２と第５の正極被覆非形成部１７５とを千鳥状に配置するために、正極上面１６０ａ、正極下面１６０ｂ、負極上面１２０ａ、及び負極下面１２０ｂに、準備した正極と負極の原料の混合液を塗布機構によって同期的に塗布する。当業者は、当分野の通常の技能によって、塗布の位置、長さ、幅、及びギャップ等の関連パラメータを設定することによって、第２の正極被覆非形成部１７２及び第５の正極被覆非形成部１７５を千鳥状に配置した結果を達成できる。上述したように、このような構成によって、被覆の被覆面積を増加させ、これによって容量を増加させることができる。

【0051】

図５は、本発明の一実施形態に基づく電極体１００の巻回された積層体の断面模式図である。第１のアノードタブ１３０ａの巻回体１０２から突出する部分は、半径方向Ｄ１において、中心Ｏから第１の距離Ｒ１をおいて離れており、第２のアノードタブ１３０ｂの巻回体１０２から突出する部分は、第２の半径方向Ｄ２において、中心Ｏから第２の距離Ｒ２をおいて離れており、第３のアノードタブ１３０ｃの巻回体１０２から突出する部分は、第３の半径方向Ｄ３において、中心Ｏから第３の距離Ｒ３をおいて離れている。第１の半径方向Ｄ１、第２の半径方向Ｄ２、及び第３の半径方向Ｄ３は、巻回体を３個の異なる領域に区分しており、第１の半径方向Ｄ１、第２の半径方向Ｄ２、及び第３の半径方向Ｄ３の間に形成される角度は、特に限定されない。また、第３の距離Ｒ３は、第２の距離Ｒ２より大きく、第２の距離Ｒ２は、第１の距離Ｒ１より大きい。このような構成は、電池を形成するための組立工程中のアノードタブの溶接が容易になるため、有益である。また、図５から分かるように、本発明の一実施形態の電極体１００を巻回始端から巻回することによって、巻回体を得ることができる。

【0052】

図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の一実施形態に基づく組立前後の電極体１００の第１のアノードタブ１３０ａ、第２のアノードタブ１３０ｂ、及び第３のアノードタブ１３０ｃの概略図である。電極体１００の上部の黒塗り部分は、絶縁シート１１０ｂを示している。図６Ａにおいて、巻回体１０２として溶接された電極体１００の第１のアノードタブ１３０ａ、第２のアノードタブ１３０ｂ、及び第３のアノードタブ１３０ｃは、当初は、絶縁シート１１０ｂに対して垂直である。組立を容易にするために、図６Ｂに示すように、第１のアノードタブ１３０ａ、第２のアノードタブ１３０ｂ、及び第３のアノードタブ１３０ｃは、絶縁シート１１０ｂに近づくように曲げられ、第１のアノードタブ１３０ａの上に第２のアノードタブ１３０ｂが重ねられ、第２のアノードタブ１３０ｂの上に第３のアノードタブ１３０ｃが重ねられる。

【0053】

図７は、本発明の別の実施形態に基づく円筒型リチウム電池１０の具体例の分解概略図である。円筒型リチウム電池１０は、筐体１２と、正極２０と、負極３０とを備える。筐体１２は、カバー１４と、タンク１６と、カバー１４とタンク１６とを互いに密閉接合することによって形成された上下連通する収容空間１８とを備えている。正極２０は、カバー１４に埋設され、負極３０は、タンク１６に埋設されている。上記実施形態で説明した電極体１００は、収容空間１８内に配置されている。電極体１００は、第１のカソードタブ１７０ａ及び第２のカソードタブ１７０ｂを介して正極２０に電気的に接続され、更に、電極体１００は、第１のアノードタブ１３０ａ、第２のアノードタブ１３０ｂ、及び第３のアノードタブ１３０ｃを介して負極３０に電気的に接続されている。

【0054】

本発明の別の実施形態に基づく円筒型リチウム電池１０の具体例は、更に、（図７に示すように）上部絶縁シート１１０ａ及び（図６Ａ及び図６Ｂに示すように）下部絶縁シート１１０ｂを含む。上部絶縁シート１１０ａは、正極２０と巻回体１０２の一端との間に配置され、下部絶縁シート１１０ｂは、負極３０と巻回体１０２の他端との間に配置されている。上部絶縁シート１１０ａは、円状のシート構造体であり、部分扇状孔を有しており、第１のカソードタブ１７０ａの他端と第２のカソードタブ１７０ｂの他端とは、この部分扇状孔を通過して、正極２０に電気的に接続されている（図示せず）。第１のカソードタブ及び第２のカソードタブは、部分扇状孔を通過した後、巻回体１０２の中心軸方向に向かって折り曲げられて積層構造とされ（すなわち、第２のカソードタブ１７０ｂが第１のカソードタブ１７０ａ上に積層され）、後続する円筒型リチウム電池の組立を容易にしている。図６Ａ、図６Ｂ、及び図７に示すように、下部絶縁シート１１０ｂは、部分円状のシート構造体であり、この部分円の半径は、巻回体１０２の他端の半径よりも小さく、この下部絶縁シートの縁に沿って、アノードカソードタブ１３０ｂ及び第３のアノードタブ１３０ｃが負極３０に電気的に接続されるように構成されている。また、部分円状のシート構造体の中心には、孔が設けられ、第１のアノードタブ１３０ａがこの孔を介して負極３０に電気的に接続されるように構成されている（図示せず）。

【0055】

一以上の実施形態を用いて本発明の電極体及び電極体を含む円筒型リチウム電池を説明したが、本発明は、本開示に示す実施形態に限定されるわけではない。例えば、カソードタブ及びアノードタブの数は、開示した実施形態の例に限定されない。添付の特許請求の範囲によって保護される思想及び側面に含まれる種々の修正及び類似の構成は、全ての類似の修正及び構造が包含されるように、最も広く解釈される。本発明の開示は、添付の特許請求の範囲内の全ての実施形態も含む。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】