(57)【要約】【課題】従来の扁平型二次電池の電極群は、ケースに納めるために薄くしなければならないが、ケースと接する端面に結束テープが存在してしまい、電極群を薄くすることが難くなり、二次電池として蓄電量を増やすことの障害になっていた。【解決手段】本発明の扁平型二次電池は、帯形状の正極板又は負極板の端部に余剰領域を設けている。この余剰領域を、電極群を収納する扁平型二次電池の金属ケースと対向する正極板又は負極板における端面よりも下層に差し込む構造としている。このようにすれば、電極群は積層ずれを起こすことがない。そのため、従来の結束テープが不要になり電極群を薄くすることができる。これにより金属ケースの限られたスペースに、正極板と負極板とをより大きな対向面積とすることができ、二次電池の蓄電量を増加させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に活物質層が形成された帯形状の電極板である正極板及び負極板を有し、前記正極板と前記負極板との間にセパレータを介在させ、電解液と共に金属ケースに内包し、
平面視で所定の面積となるように前記正極板と前記負極板とを九十九折りしてなる電極群を有する扁平型二次電池において、
前記帯形状の前記正極板又は前記負極板の端部に余剰領域を設け、
前記余剰領域を、前記金属ケースと対向する前記正極板又は前記負極板における端面よりも下層に差し込むことを特徴とする扁平型二次電池。
【請求項２】
前記余剰領域は、前記端面の一層下に差し込む
ことを特徴とする請求項１に記載の扁平型二次電池。
【請求項３】
前記余剰領域は、前記端部に複数設ける
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の扁平型二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、扁平型二次電池に関するものであり、特にコイン型の扁平型二次電池の電極構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
扁平型二次電池は、正極板と負極板とがセパレータを介して対向して構成された電極群と、電解液とを、外装ケースと封口ケースと絶縁ガスケットとで形成された空間内に収容した構造を有している。例えば、ボタン型やコイン型などと称する形状を指す。なお、非水電解液を用いるものを特に扁平型非水二次電池と称することもある。
【０００３】
正極板及び負極板は、集電体と呼ばれる箔状の金属の片面又は両面に正極合剤や負極合剤を形成した部分と、その箔状の金属の一部を露出させた部分とを有している。この露出部分をタブ部と称する。正極板から導出された正極タブ部が外装ケースに電気的に接続され、負極板から導出された負極タブ部が封口ケースに電気的に接続されることで、外部と電気の送受を行う。つまり、外装ケースと封口ケースとが、それぞれ電池の正極側端子と負極側端子となるのである。
【０００４】
正極板の正極合剤及び負極板の負極合剤は、活物質などと呼ばれる場合もあり、集電体に層を形成してなる。
正極板は、アルミニウム箔製の正極集電体の上下両面又は片面に、コバルト酸リチウム等の正極活物質を含有する正極活物質層が設けられている。負極板には、銅箔製の負極集電体の上下両面又は片面に黒鉛等の負極活物質を含有する負極活物質層が設けられている。
【０００５】
セパレータは、正極板と負極板との間でイオンのやり取りを行うためのものであって、高分子の多孔質膜で構成している。したがって、正極板と負極板との間に存在すればよいが、一般的に、正極板を包み込むように構成する場合が多い。
【０００６】
扁平型二次電池は、その蓄電量を増やすための技術開発がなされているが、一般に電極群を構成する正極板と負極板との対向面積を増やすことで蓄電量を増やすことができる。そのための電極群の構造も多くの提案をみるものである。それらの提案を大別すると、電極群の構造としては、積層構造、巻回構造、折りたたみ構造の３種に分類される。
【０００７】
積層構造は、複数の正極板及び負極板を互いに積み重ねる構成であり、それぞれの複数の電極板同士を電気的に接続するものである。
巻回構造は、それぞれ１つの正極板と負極板とを重ねて、所定の方向に巻いた構造である。
折りたたみ構造は、それぞれ１つの正極板と負極板とを重ねて、正極板と負極板とを所定の順番で折りたたんだ構造である。
【０００８】
近年、扁平型二次電池は、それを搭載する小型電子端末の高性能化により、小型化かつ高容量化が求められている。扁平型二次電池は、その形状から厚みが薄く、その薄いケースに納める電極群も薄い構成が望まれる。このような事情と製造のし易さなども考慮され、電極群の構造としては、折りたたみ構造が主流になりつつある。
【０００９】
電極群の折りたたみ構造は、ケースにおける電極群の配置場所に合わせて折りたたむことができるため、ケース内に無駄が少なくなるという特徴がある。そして、その折りたた
み方は、そのような特徴を簡単に構成できる九十九折りがよく知られるところである。
【００１０】
ところで、電極群は、各正極板や負極板の形が崩れないように固定された状態でないと、ケースに収納する際に不具合を生じることがある。
すなわち、正極板と負極板とが対向する面をケースの水平方向とすると、この水平方向の電極板の層ずれ（積層ずれ）が起きやすく、外装ケースと封口ケースとをかしめるときにその嵌合部分にずれた電極を巻きこんでしまうという、所謂、電極巻き込みが生じるのである。
【００１１】
この電極巻き込みは、電極群の端面で最も起こる。この端面とは、重ねた正極板又は負極板の最も端であり、外装ケースや封口ケースと対向する電極板よりなる面である。
【００１２】
このような端面の問題を防止する方策としては、多くの提案をみるものである。例えば、電極群の周縁部を結束テープによって結束する技術がある（例えば、特許文献１参照。）。
【００１３】
特許文献１に示した従来技術は、積層構造の電極群に対する技術であるが、その他の電極群の構造、例えば、折りたたみ構造の電極群に用いても良いことは無論である。特許文献１に示した従来技術を用いれば、電極板の層ずれは起きず、電極巻き込みも防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１１−８１９４１号公報（第５項、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
発明者が検討したところ、特許文献１に示した従来技術は、大きな問題があることがわかった。
すなわち、扁平型二次電池の電極群は、そのケース自体が扁平であるがゆえ、それに納めるために大変薄くしなければならない。しかし、ケースと接する端面に結束テープが存在してしまうので、その結束テープの厚さ分だけ実質的に電極群が厚くなってしまうのである。
【００１６】
すでに説明したように、二次電池の蓄電量を増やすには電極群を構成する正極板と負極板との対向面積を増やせばよいが、ケースの限られたスペースに収納しつつより多くの対向面積を増やそうとしても、この結束テープのために対向面積が増やせず、すなわち、電池容量が増やせないという問題がある。
【００１７】
また、結束テープを使用する分の接着作業の手間が増えるので、電池の製造にかかる工程数の増加による歩留まりの悪化も生じてしまう。もちろん、工程数の増加は不良の混入も招くため、製造効率の低下に加え、不良率の増加に係るコストアップの問題も生じてしまう。
【００１８】
本発明の目的は、上記課題を解決するものである。結束テープを使用せずに電極板同士を固定する技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するため、本発明の扁平型二次電池は、下記記載の構成を採用する。
【００２０】
表面に活物質層が形成された帯形状の電極板である正極板及び負極板を有し、正極板と負極板との間にセパレータを介在させ、電解液と共に金属ケースに内包し、平面視で所定の面積となるように正極板と負極板とを九十九折りしてなる電極群を有する扁平型二次電池において、
帯形状の正極板又は負極板の端部に余剰領域を設け、この余剰領域を、金属ケースと対向する正極板又は負極板における端面よりも下層に差し込むことを特徴とする。
【００２１】
これにより、電極端面がばらけることなく、結束テープを使用しないで電極群を固定することが可能である。
【００２２】
余剰領域は、端面の一層下に差し込むようにしてもよい。
【００２３】
これにより、余剰領域自体も対向面をもった電極群として機能することもでき、その分、正極板と負極板との対向面積を増加させることができるから、薄く高容量の電池を構成できる。
【００２４】
余剰領域は、端部に複数設けるようにしてもよい。
【００２５】
これにより、複数の余剰領域それぞれを端面よりも下層に差し込むことができるので、より強固に固定がすることが可能となるという効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、余剰領域を端面の下層に差し込むことによって、結束テープなどを使用せずに電極同士を固定することができる。また、電極群を薄くすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による扁平型二次電池の電極群の第１の実施形態の斜視図である。
【図２】本発明による扁平型二次電池を説明する断面図である。
【図３】本発明による扁平型二次電池の電極群の第２の実施形態の斜視図である。
【図４】本発明による扁平型二次電池の電極群の第３の実施形態の斜視図である。
【図５】本発明による扁平型二次電池の正極板及び負極板を説明する平面図である。
【図６】本発明による扁平型二次電池の電極群の折りたたみ構造を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
扁平型二次電池は、帯形状の正極板又は負極板の端面に余剰領域を設けている。そして、その余剰領域を、金属ケースと対向する正極板又は負極板における端面よりも下層に差し込むことで、電極群を固定するものである。
【００２９】
余剰領域は、電極板の一部であり、電極板の端部より突出した部分である。余剰領域の面積、形状は特に限定するものではなく、電極群に差し込むことの可能な形状であればよい。
【００３０】
余剰領域自身は、それ自体電極板と同じ構造であるから、電極板として働くことも可能である。例えば、正極板の余剰領域を負極板と対向するように差し込むようにすれば、その正極板の余剰領域と負極板との間の対向面積も、正極板と負極板との間の対向面積の総和に加算できるので、電極群として蓄電量をより大きくすることができる。
【００３１】
余剰領域は、正極板と負極板との両方に設けることも、正極板又は負極板のいずれか一方のみに設けることも可能である。余剰領域の電極群への差し込みは、正極板、負極板と
もに行うことも、正極又は負極のいずれか一方に行うことも可能である。
【００３２】
以下、扁平型二次電池の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
図１から図４を用いて第１から第３の実施形態を説明する。図５及び図６を用いて、電極板を九十九折りして電極群を構成する様子を説明する。
なお、説明に用いる図面にあっては、発明に関係のない部分は省略している。また、同じ構成には同じ番号を付与している。
【実施例１】
【００３３】
［第１の実施形態の説明：図１、図２］
まず、図１、図２を用いて扁平型二次電池の第１の実施形態を詳述する。
図１において、１は電極群、２は正極板、５は負極板、２２は正極端面、２３正極余剰領域、２１は正極タブ部である。正極板２は、袋状のセパレータ内に正極板を収容した構造であるが、図面を見やすくするためにセパレータは省略している。
【００３４】
図１（ａ）は、正極板２に設ける正極余剰領域２３を電極群１に差し込む前の状態を表す斜視図である。図１（ｂ）は、正極余剰領域２３が電極群１に差し込まれ、電極群１を固定した状態を表す斜視図である。
【００３５】
図２は、扁平型二次電池の断面を示す断面であって、電極群を金属ケースに納めた様子を説明する図である。図２において、６０は金属ケース、６１は外装ケース、６２は封口ケース、６３は絶縁ガスケットである。６１ａは外装ケース６１が正極板２の正極タブ部２１と接続される部分である。６２ａは封口ケース６２が負極板５と接触する部分である。
【００３６】
正極板２と負極板５とは、それぞれ帯形状の電極板である。これらの電極板を九十九折りして、折りたたみ構造の電極群１を構成している。
電極板の端部に設ける余剰領域は、正極板２と負極板５とのどちらに設けてもよいが、図１に示す例では、正極板２に設ける例である。したがって、負極板５に設ける場合と区別するために正極余剰領域２３と称する。
【００３７】
電極群１は、図２に示す金属ケース６０に収納される。電極群１にあって、この金属ケース６０と対向する部分が電極群の端面となる。具体的には、電極群の最も端に位置する電極板の面となる。
【００３８】
電極群１は、金属ケース６０の収納部分に置かれるように、その端面を金属ケース６０の収納部分の底面と接するように置かれる。金属ケース６０は、例えば、上方に開口部を有する皿形状の外装ケース６１と、その開口部分を覆うような蓋形状の封口ケース６２と、が絶縁ガスケット６３により噛み合う形状を有している。実際には、最終的に外装ケース６１と封口ケース６２とをかしめて双方を固定する。
【００３９】
図１に示す例では、電極群１の最も上部は正極板２、最も下部は負極板５となっている。金属ケース６０に収納するとき、電極群１をそのままの向きで収納してもよいが、図２に示す例では、図１に示す電極群１を上下逆さまにして収納している。よって、図２にあっては、図面上方に負極板５、図面下方に正極板２となっている。
【００４０】
そうすると、金属ケース６０を構成する外装ケース６１が正極板２と接し、この外装ケース６１と絶縁ガスケット６３を介して噛み合う封口ケース６２が負極板５と接することになる。
【００４１】
正極板２には正極タブ部２１が設けてある。この正極タブ部２１は、図示しない正極活物質を除去し集電体がむき出しの状態にある。この正極タブ部２１と外装ケース６１とを部分６１ａにて電気的に接続（例えば、溶接）することで、外装ケース６１は扁平型二次電池の正極側端子とすることができる。
【００４２】
図１に示す例では、負極板５には負極タブ部を設けていないが、この場合は、負極端面の図示しない負極活物質を除去するなどすれば、負極板５は封口ケース６２と部分６２ａで面接触することで電気的に接続することができる。これにより、封口ケース６２は扁平型二次電池の負極側端子とすることができる。
【００４３】
図１（ａ）に示すように、正極余剰領域２３は、正極板２の端部に設けてある。正極余剰領域２３の形状は、図１に示す例では、正極板２と負極板５とを九十九折りするときの双方の電極板が重なる（対向する）部分と同じ形状である。したがって、正極余剰領域２３は図示では正極板２の端面である正極端面２２より延設してなる形状を有している。
【００４４】
そして、図１（ｂ）に示すように、正極余剰領域２３を電極群１の下層に差し込むことで電極群１は固定される。これにより、正極板５と負極板２とが積層ずれを起こすことはなく、図示しない金属ケースに入れても電極巻き込みが発生することはない。
【００４５】
正極余剰領域２３は、電極群１の下層であれば、何層下に差し込んでも構わない。正極板２と負極板５とを九十九折りする回数や、電極板そのものの厚みなどを考慮に入れて、折りたたまれた電極群１が積層ずれを起こさないような場所に差し込めばよい。
【００４６】
以上説明した例では、電極板の余剰領域を正極板に設ける例を示したが、もちろん、負極板に設けてもよい。また、正極板と負極板との双方に設け、それぞれの端面よりも下層に差し込むようにしてもよい。このようにすれば、電極群はより強固に固定される。
【実施例２】
【００４７】
［第２の実施形態の説明：図３］
次に、図３を用いて扁平型二次電池の第２の実施形態を詳述する。この実施形態も、電極板の端部に設ける余剰領域を正極板に設ける例で説明する。図３は、正極余剰領域が電極群に差し込まれ、電極群を固定した状態を表す斜視図である。
すでに説明した第１の実施形態と異なるのは、正極余剰領域２３を正極端面２２の一層下に差し込む点である。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００４８】
すでに説明しているように、正極板２と負極板５とは、九十九折りして電極群１を構成する。九十九折りそのものは知られている折りたたみ手法であるから詳細な説明は省略するが、正極板２と負極板５とをどのように折りたたむかは、図５及び図６を用いて後述する。
【００４９】
九十九折りしてなる電極群１は、正極板２と負極板５とが交互に積み重なっている。この状態で、図３に示すように正極余剰領域２３を正極端面２２の一層下に差し込むことで、余剰領域の両面が対極である負極板５と対向する。こうすると、差し込まれた正極余剰領域２３と対向する負極板５も蓄電に作用する電極面として働くことができる。
【００５０】
すでに説明したように、二次電池の蓄電量は、正極板と負極板との対向面積の総和が大きい程大きくなる。このため、図３に示すように正極余剰領域２３を積極的に負極板５と対向させるように差し込めば、その分、正極板と負極板との対向面積を増加させることができ、薄く高容量の電池を構成できる。
【００５１】
正極余剰領域２３の大きさは特に限定するものではないが、図１（ａ）に示す例と同様に、正極余剰領域２３を正極端面２２と同形状で同じ大きさにすることで、負極板５との対向面積が増えるから、より好ましい。
【実施例３】
【００５２】
［第３の実施形態の説明：図４］
次に、図４を用いて扁平型二次電池の第３の実施形態を詳述する。この実施形態も、電極板の端部に設ける余剰領域を正極板に設ける例で説明する。図４は、余剰領域が電極群に差し込まれ、電極群を固定した状態を表す斜視図である。
すでに説明した第１の実施形態及び第２の実施形態と異なるのは、余剰領域を端面に複数設ける点である。図４において、２４は第２正極余剰領域である。
【００５３】
この第３の実施形態は、第２の実施形態、つまり余剰領域を一層下に差し込む例を元に説明する。その他の構成は、すでに説明した実施形態と同様である。
【００５４】
正極板２に正極余剰領域２３及び第２正極余剰領域２４を設けることで、余剰領域は複数になる。これにより、電極群を固定する箇所を増やすことができ、より強固に固定することができる。
【００５５】
また、図４に示すように、正極余剰領域２３と第２正極余剰領域２４とは、正極端面２２を平面視したときに互いに直行する位置に設けることで、電極群を多方向から固定することができ、積層ずれをさらに防止することができる。
【００５６】
図４に示す例では、図３に示す第２の実施形態を元にしているため、正極余剰領域を正極端面２２の一層下に挿す込むものであるが、このとき、正極余剰領域２３と第２正極余剰領域２４との形状を、これら２つの余剰領域が負極板５と対向する部分の対向面積が、１つの層での正極板２と負極板５との対向面積とほぼ同じになるような形状にするとよい。そうすれば、正極板と負極板との対向面積がより大きくすることができるからである。
【００５７】
また、正極余剰領域２３と第２正極余剰領域２４とを差し込む下層の位置を、互いに変えてもよいことは無論である。
【００５８】
さらにまた、図示はしないが、さらに第３の正極余剰領域を備えるようにしてもよいことは無論である。その際も上述のように、３つの余剰領域の形状を適するものにし、それぞれを差し込む位置を変えるようにしてもよいことは無論である。
【００５９】
図４を用いて説明した第３の実施形態は、第２の実施形態を元に説明したが、もちろんこれに限定されない。第１の実施形態に第２正極余剰領域２４を設ける構成としてもよいことは無論である。
【００６０】
［電極板群の折りたたみ構造の説明：図５、図６、図３］
次に、図５、図６及び図３を用いて、電極群の折りたたみ構造について説明する。すでに説明した第２の実施形態を元に説明する。図５（ａ）は、正極板の平面図、図５（ｂ）は、負極板の平面図、図６は電極板を九十九折りし第２の実施形態の電極群にする工程を説明する平面図である。
【００６１】
図５において、５２は負極端面、５３は負極余剰領域である。２ａと２ｂとは正極板２の部分、５ａと５ｂとは負極板５の部分である。
【００６２】
図５に示す正極端面２２及び負極端面５２は、これら２つの電極板を九十九折りしてな
る電極群を構成したときにそれぞれ端面となる部分であるが、説明しやすいように帯形状の電極板の状態であっても、それぞれ正極端面２２、負極端面５２と記載している。
【００６３】
正極板２と負極板５とは、交互に九十九折り状に折り曲げて電極群を作成するのであるが、図５に示すように、双方の電極板が対向する形状を四角形として折りたたむ。その四角形の境界は図中点線で示している。以降、図６を用いて折りたたみの様子を説明する。
【００６４】
ステップ１として、図６（ａ）に示すように、正極板２の上に負極板５を直交するように重ねる。このとき、正極端面２２の上に負極板５の部分５ａを重ねる。
【００６５】
ステップ２として、同じく図６（ａ）に示すように、正極余剰領域２３を負極板５の部分５ａと対向するように矢印６の方向に折る。
正極板２の正極余剰領域２３は、負極板５の部分５ａを挟むようにしているから、この状態で、次のステップ以降、九十九折りを続けて電極群１が完成すると、正極余剰領域２３は電極群１の一層下に差し込まれていることになる。
【００６６】
ステップ３として、図６（ｂ）に示すように、正極余剰領域２３と負極５の部分５ｂとが対向するように矢印７の方向に折る。
【００６７】
ステップ４として、図示はしないが、上述の要領で負極板５と正極板２とを交互に折りたたみ、九十九折りを行う。
【００６８】
ステップ５として、図６（ｃ）に示すように正極板２を、正極板２の部分２ａと部分２ｂとが対向するように矢印８の方向に折り曲げる。このとき、正極板同士が対向するが、これでよい。最後のステップ７で、この対向部分に負極余剰領域５３が差し込まれるためである。
【００６９】
ステップ６として、図６（ｄ）に示すように、負極板５を正極板２の部分２ａに対向するよう矢印９の方向に折り曲げる。
【００７０】
最後のステップ７として、図６（ｅ）に示す、負極余剰領域５３を負極端面５２の一層下、すなわち正極板２の部分２ａと部分２ｂとが対向している部分に差し込むことによって、図３に示す第２の実施形態の電極群１が作成される。
【００７１】
以上述べた電極板の折りたたみ手法では、余剰領域の差し込みを折りたたむ最中に行っている（ステップ２参照）。もちろん、差し込みを行わずに九十九折りを続け、電極群１が完成した後に、正極余剰領域２３と負極余剰領域５３とをそれぞれ差し込んでもよい。
【００７２】
以上述べたように、本発明の扁平型二次電池は、余剰領域を設けた電極板を使用し、余剰領域を金属ケースと対向する正極板又は負極板における端面よりも下層に差し込むことで、結束テープを使用せずに電極群を固定することが可能となる。
【００７３】
なお、以上説明した３つの実施形態は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を満たすものであれば任意に変更することができることは言うまでもない。
【００７４】
例えば、図示例では正極板２及び負極板５の構造は、説明を簡単にするため長方形の帯形状としたが、多角形でもよいことは無論である。また、多角形や円形を接続部で連結した形状などとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、軽量・薄型な扁平型二次電池を構成できる。近年の電子機器の多機能化に伴って高容量化が望まれる小型電子端末等の二次電池として好適である。
【符号の説明】
【００７６】
１  電極群
２  正極板
２ａ、２ｂ  正極板の部分
５  負極板
５ａ、５ｂ  負極板の部分
２１  正極タブ部
２２  正極端面
２３  正極余剰領域
２４  第２正極余剰領域
５２  負極端面
５３  負極余剰領域
６０  金属ケース
６１  外装ケース
６２  封口ケース
６３  絶縁ガスケット
【図１】
2015097160.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015097160.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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