【技術分野】

【0001】

【背景技術】

【0002】

【0003】

【先行技術文献】

【発明の概要】

しかしながら、本願発明者らは、屈曲形態を成す凹部領域を備えた二次電池を用いる場合、以下の問題が生じ得ることを見出した。具体的には、二次電池と接続される電子媒体の形状はその用途に応じて湾曲形状となっている場合がある。この場合、二次電池の凹部領域の形状と電子媒体の形状とは相違するため、その形状の違いに起因して、湾曲形状の電子媒体を二次電池の凹部領域に嵌め込むように設けることが困難となる。そのため、電子機器内における二次電池に対する電子媒体の効率的な設置の要求に対して適切に応えるものとはなっていない。 本発明は、湾曲形状を有した電子媒体の効率的な設置を可能とする二次電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、
正極、負極および正極と負極との間に配置されたセパレータを含む電極組立体と、電解質とが外装体に収容された二次電池であって、
二次電池の輪郭面の一部に内側方向に向かって凹んだ凹面が形成され、かつ凹面の少なくとも一部に湾曲面が形成されており、および
湾曲面の湾曲角度が、湾曲中心点を基点として９０°以上１８０°以下となっており、湾曲中心点は、湾曲面の一端、湾曲面の他端、および湾曲面における一端と他端の中間点のいずれからも等距離にある点を指すことを特徴とする、二次電池が供される。

本発明の二次電池によれば、湾曲形状を有した電子媒体の効率的な設置を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る二次電池の概略平面（側面）図を示す。

【図2】図２は、湾曲角度が９０°である湾曲面を有した二次電池の概略平面図（側面）を指す。

【図3】図３は、湾曲角度が１２０°である湾曲面を有した二次電池の概略平面（側面）図を指す。

【図4】図４は、湾曲角度が１８０°である湾曲面を有した二次電池の概略平面（側面）図を指す。

【図5】図５は、凹面の一部に湾曲面が形成された二次電池の概略平面（側面）図を指す。

【図6】図６は、湾曲面同士が相互に対向するように２つの二次電池を配置した状態を示した概略平面（側面）図を示す。

【図7】図７は、湾曲中心点の概念について示した概略図を示す。

【発明を実施するための形態】

以下、本発明の一実施形態に係る二次電池について説明する。まず、本発明の一実施形態に係る二次電池の「特徴部分」について説明する前に、本発明の一実施形態に係る二次電池の構成について説明しておく。

［本発明の二次電池の構成］
本発明の一実施形態に係る二次電池は、電極組立体と電解質とが外装体に収容および封入された構造を有している。電極組立体は、正極、負極、および正極と負極との間に配置されたセパレータを含んでいる。電極組立体のタイプとしては大きくは２つに分けられる。第１のタイプは、電極組立体が正極、負極およびセパレータを含む単位電極ユニットが複数積層された平面積層構造を有するものである。第２のタイプは、電極組立体が、正極、負極およびセパレータを含む電極ユニットがロール状に巻回された巻回構造を有するものである。また、外装体内には、正極および負極と外装体との間の電子的接触を防止するために、スペーサーが設けられている。正極は、正極用集電リードを介して、正極用外部端子に電子的に連結されている。正極用外部端子はシール部により外装体に固定され、当該シール部は電解質の液漏れを防止する。同様に、負極は、負極用集電リードを介して負極用外部端子に電子的に連結されている。負極用外部端子はシール部により外装体に固定され、シール部が電解質の液漏れを防止する。

正極は少なくとも正極材層および正極集電体から構成されており、正極集電体の少なくとも片面に正極材層が設けられている。正極材層には電極活物質として正極活物質が含まれている。負極は少なくとも負極材層および負極集電体から構成されており、負極集電体の少なくとも片面に負極材層が設けられている。負極材層には電極活物質として負極活物質が含まれている。

正極材層に含まれる正極活物質および負極材層に含まれる負極活物質は、二次電池において電子の受け渡しに直接関与する物質であり、充放電、すなわち電池反応を担う正負極の主物質である。より具体的には、「正極材層に含まれる正極活物質」および「負極材層に含まれる負極活物質」に起因して電解質にイオンがもたらされ、かかるイオンが正極と負極との間で移動して電子の受け渡しが行われて充放電がなされる。正極材層および負極材層は特にリチウムイオンを吸蔵放出可能な層であることが好ましい。つまり、電解質を介してリチウムイオンが正極と負極との間で移動して電池の充放電が行われる二次電池が好ましい。充放電にリチウムイオンが関与する場合、本実施態様に係る二次電池は、いわゆる“リチウムイオン電池”に相当する。

正極材層の正極活物質は例えば粒状体から成るところ、粒子同士の十分な接触と形状保持のためにバインダー（“結着材”とも称される）が正極材層に含まれていることが好ましい。更には、電池反応を推進する電子の伝達を円滑にするために導電助剤が正極材層に含まれていてよい。同様に、負極材層の負極活物質は例えば粒状体から成るところ、粒子同士の十分な接触と形状保持のためにバインダーが含まれることが好ましく、電池反応を推進する電子の伝達を円滑にするために導電助剤が負極材層に含まれていてよい。このように、複数の成分が含有されて成る形態ゆえ、正極材層および負極材層はそれぞれ“正極合材層”および“負極合材層”などと称すこともできる。

正極活物質は、リチウムイオンの吸蔵放出に資する物質であることが好ましい。かかる観点でいえば、正極活物質は例えばリチウム含有複合酸化物であることが好ましい。より具体的には、正極活物質は、リチウムと、コバルト、ニッケル、マンガンおよび鉄から成る群から選択される少なくとも１種の遷移金属とを含むリチウム遷移金属複合酸化物であることが好ましい。つまり、二次電池の正極材層においては、そのようなリチウム遷移金属複合酸化物が正極活物質として好ましくは含まれている。例えば、正極活物質はコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム、または、それらの遷移金属の一部を別の金属で置き換えたものであってよい。このような正極活物質は、単独種として含まれてよいものの、二種以上が組み合わされて含まれていてもよい。より好適な態様では正極材層に含まれる正極活物質がコバルト酸リチウムとなっている。

正極材層に含まれる得るバインダーとしては、特に制限されるわけではないが、ポリフッ化ビリニデン、ビリニデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビリニデンフルオライド−テトラフルオロチレン共重合体およびポリテトラフルオロチレンなどから成る群から選択される少なくとも１種を挙げることができる。正極材層に含まれ得る導電助剤としては、特に制限されるわけではないが、サーマルブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラックおよびアセチレンブラック等のカーボンブラック、銅、ニッケル、アルミニウムおよび銀等の金属粉末、ならびに、ポリフェニレン誘導体などから選択される少なくとも１種を挙げることができる。より好適な態様では正極材層のバインダーはポリフッ化ビニリデンであり、また、別のより好適な態様では正極材層の導電助剤はカーボンブラックである。さらに好適な態様では、正極材層のバインダーおよび導電助剤が、ポリフッ化ビニリデンとカーボンブラックとの組合せとなっている。

負極活物質は、リチウムイオンの吸蔵放出に資する物質であることが好ましい。かかる観点でいえば、負極活物質は例えば各種の炭素材料、酸化物、または、リチウム合金などであることが好ましい。

負極活物質の各種の炭素材料としては、黒鉛（天然黒鉛、人造黒鉛）、ハードカーボン、ダイヤモンド状炭素などを挙げることができる。特に、黒鉛は電子伝導性が高く、負極集電体との接着性が優れる点などで好ましい。負極活物質の酸化物としては、酸化シリコン、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛および酸化リチウムなどから成る群から選択される少なくとも１種を挙げることができる。負極活物質のリチウム合金は、リチウムと合金形成され得る金属であればよく、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｂａ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｌａなどの金属とリチウムとの２元、３元またはそれ以上の合金であってよい。このような酸化物は、その構造形態としてアモルファスとなっていることが好ましい。結晶粒界または欠陥といった不均一性に起因する劣化が引き起こされにくくなるからである。より好適な態様では負極材層の負極活物質が人造黒鉛となっている。

負極材層に含まれる得るバインダーとしては、特に制限されるわけではないが、スチレンブタジエンゴム、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド系樹脂およびポリアミドイミド系樹脂から成る群から選択される少なくとも１種を挙げることができる。より好適な実施態様では負極材層に含まれるバインダーはスチレンブタジエンゴムとなっている。負極材層に含まれる得る導電助剤としては、特に制限されるわけではないが、サーマルブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラックおよびアセチレンブラック等のカーボンブラック、銅、ニッケル、アルミニウムおよび銀等の金属粉末、ならびに、ポリフェニレン誘導体などから選択される少なくとも１種を挙げることができる。なお、負極材層には、電池製造時に使用された増粘剤成分（例えばカルボキシルメチルセルロース）に起因する成分が含まれていてもよい。

さらに好適な態様では、負極材層における負極活物質およびバインダーが人造黒鉛とスチレンブタジエンゴムとの組合せとなっている。

正極および負極に用いられる正極集電体および負極集電体は電池反応に起因して活物質で発生した電子を集めたり供給したりするのに資する部材である。このような集電体は、シート状の金属部材であってよく、多孔または穿孔の形態を有していてよい。例えば、集電体は金属箔、パンチングメタル、網またはエキスパンドメタル等であってよい。正極に用いられる正極集電体は、アルミニウム、ステンレスおよびニッケル等から成る群から選択される少なくとも１種を含んだ金属箔から成るものが好ましく、例えばアルミニウム箔であってよい。一方、負極に用いられる負極集電体は、銅、ステンレスおよびニッケル等から成る群から選択される少なくとも１種を含んだ金属箔から成るものが好ましく、例えば銅箔であってよい。

セパレータは、正負極の接触による短絡防止および電解質保持などの観点から設けられる部材である。換言すれば、セパレータは、正極と負極との間の電子的接触を防止しつつイオンを通過させる部材であるといえる。好ましくは、セパレータは多孔性または微多孔性の絶縁性部材であり、その小さい厚みに起因して膜形態を有している。あくまでも例示にすぎないが、ポリオレフィン製の微多孔膜がセパレータとして用いられてよい。この点、セパレータとして用いられる微多孔膜は、例えば、ポリオレフィンとしてポリエチレン（ＰＥ）のみ又はポリエチレン（ＰＰ）のみを含んだものであってよい。更にいえば、セパレータは、“ＰＥ製の微多孔膜”と“ＰＰ製の微多孔膜”とから構成される積層体であってもよい。

電解質は電極（正極・負極）から放出された金属イオンの移動を助力する。電解質は有機電解質および有機溶媒などの“非水系”の溶媒と、溶質とを含む電解質であっても、または水を含む“水系”の電解質であってもよい。本発明の二次電池は、電解質として“非水系”の電解質が用いられた非水電解質二次電池が好ましい。電解質は液体状またはゲル状などの形態を有し得る（なお、本明細書において“液体状”の非水電解質は「非水電解質液」とも称される）。

具体的な非水電解質の溶媒としては、少なくともカーボネートを含んで成るものが好ましい。かかるカーボネートは、環状カーボネート類および／または鎖状カーボネート類であってもよい。特に制限されるわけではないが、環状カーボネート類としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）およびビニレンカーボネート（ＶＣ）から成る群から選択される少なくとも１種を挙げることができる。鎖状カーボネート類としては、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）およびジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）から成る群から選択される少なくも１種を挙げることができる。本発明の１つの好適な実施態様では、非水電解質として環状カーボネート類と鎖状カーボネート類との組合せが用いられ、例えばエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合物が用いられる。また、具体的な非水電解質の溶質としては、好ましくは例えばＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４等のＬｉ塩が用いられる。また、具体的な非水電解質の溶質としては、好ましくは例えばＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４等のＬｉ塩が用いられる。

外装体は通常、導電性ハードケースであり、本体部および蓋部からなっている。本体部は当該外装体の底面を構成する底部および側面部から成る。本体部と蓋部とは、電極組立体、電解質、集電リードおよび外部端子の収容後に密封される。密封方法としては、特に限定されるものではなく、例えばレーザー照射法等が挙げられる。本体部および蓋部を構成する材料としては、二次電池の分野でハードケース型外装体を構成し得るあらゆる材料が使用可能である。そのような材料は電子の移動が達成され得る材料であればよく、例えばアルミニウム、ニッケル、鉄、銅、ステンレスなどの導電性材料が挙げられる。本体部および蓋部の寸法は、主として電極組立体の寸法に応じて決定され、例えば電極組立体を収容したとき、外装体内での電極組立体の移動（ズレ）が防止される程度の寸法を有することが好ましい。電極組立体の移動を防止することにより、電極組立体の破壊が防止され、二次電池の安全性が向上する。なお、外装体は、導電性を有する限り、ラミネートフィルムからなるパウチ等のフレキシブルケースであってもよい。

スペーサーとしては、二次電池の分野で使用されているあらゆるスペーサーが使用可能である。スペーサーを構成する材料としては、特に限定されるものではないが、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリピロピレン）、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート）、アクリルポリマー等種々の絶縁性ポリマーが挙げられる。また、スペーサーは、特に限定されるものではないが、フィルム、不織布の形態を有していてよい。

正極用集電リードおよび負極用集電リードとしては、二次電池の分野で使用されているあらゆる集電リードが使用可能である。そのような集電リードは、電子の移動が達成され得る材料から構成されればよく、例えばアルミニウム、ニッケル、鉄、銅、ステンレスなどの導電性材料から構成される。正極用集電リードはアルミニウムから構成されることが好ましく、負極用集電リードはニッケルから構成されることが好ましい。正極用集電リードおよび負極用集電リードの形態は特に限定されず、例えば、線又はプレート状であってよい。

［本発明の二次電池の特徴部分］
本発明の一実施形態に係る二次電池１００は、その形状に特徴を有している。図１は、本発明の一実施形態に係る二次電池の概略平面図を示す。本発明では、図１に示すように、二次電池１００の輪郭面１０の一部に内側方向に向かって凹んだ凹面１１が形成されている。当該凹面１１は、その少なくとも一部に湾曲面１２を含んでいる。図１に示すように、湾曲面１２は内側方向に向かって湾曲した内側湾曲面となっている。特に、本発明では当該湾曲面１２の湾曲角度θが湾曲中心点Ｃを基点として９０°以上１８０°以下となっている。なお、ここでいう「湾曲中心点」とは、湾曲面の一端、湾曲面の他端、および湾曲面における一端と他端の中間点のいずれからも等距離にある点を指す。具体的には、図７に示すように、「湾曲中心点」とは、湾曲面の一端との距離Ｒ、湾曲面の中間点との距離Ｒ’、および湾曲面の他端との距離Ｒ’ ’のいずれもが等しくなる点を指す。なお、本発明の一実施形態に係る二次電池では、上述のように電極組立体のタイプは大きくは平面積層構造型と巻回構造型の２つに分けられるため電極組立体の形状は異なり得るものの、平面視又は側面視にて外装体の形状は変わらない。そのため、本発明の一実施形態に係る二次電池の構成要素である外装体は、平面視又は側面視にて少なくとも内側方向に向かって湾曲した湾曲面を有していることが好ましい。また、平面積層構造型の電極組立体も平面視又は側面視にて内側方向に向かって湾曲した湾曲面を有していることが好ましい。なお、これに限定されず、巻回構造型の電極組立体も平面視又は側面視にて内側方向に向かって湾曲した湾曲面を有していてよい。

本発明では、二次電池１００の輪郭面１０の一部に内側方向に向かって湾曲した湾曲面１２が形成されているため、二次電池１００と接続される電子媒体の形状がその用途に応じて湾曲形状となっている場合、二次電池１００の湾曲面１２の形状と電子媒体の形状とが同一又は類似の形状を有することになる。そのため、これに起因して湾曲形状の電子媒体を二次電池の湾曲面が形成されている領域に嵌め込むことが容易となる。つまり、二次電池１００に形成される湾曲面１２は、湾曲形状を有した電子媒体を配置するための面として機能することになる。これにより、電子媒体の形状が湾曲形状となっている場合においても、電子機器内における二次電池に対する電子媒体の効率的な設置が可能となる。それ故、電子機器の薄型化・小型化の要求にも応えることが可能となる。

ある態様では、電子媒体の湾曲形状・大きさに応じ、二次電池１００の輪郭面１０の一部に内側方向に向かって形成された凹面１１の全てが湾曲面１２となっていてよい。この場合、湾曲中心点Ｃは、凹面１１と連続する非凹面１３の延在軸１４よりも外側に位置する（図２および図３参照）。湾曲中心点Ｃが延在軸１４よりも外側にある例としては、例えば図２に示すように、二次電池１００に形成される湾曲面１２の湾曲角度が９０°である場合が挙げられる。また、湾曲中心点Ｃが延在軸１４よりも外側にある例としては、例えば図３に示すように、二次電池１００に形成される湾曲面１２の湾曲角度が１２０°である場合が挙げられる。また、湾曲中心点Ｃは、凹面１１と連続する非凹面１３の延在軸１４上にあり得る（図４参照）。湾曲中心点Ｃが延在軸１４上にある例としては、例えば図４に示すように、二次電池１００に形成される湾曲面１２の湾曲角度が１８０°である場合が挙げられる。

別の態様では、電子媒体の湾曲形状・大きさに応じ、二次電池１００の輪郭面１０の一部に内側方向に向かって形成された凹面１１の一部のみが、湾曲面１２となっていてよい。具体的には、図５に示すように凹面１１の略中間位置に湾曲角度が１８０°である湾曲面１２が形成されてよい。この場合、凹面１１のうち、湾曲面１２を除く面が略平面形態を成し、また、湾曲中心点Ｃは、凹面１１と連続する非凹面１３の延在軸１４よりも内側に位置することになる。なお、凹面１１の一部が湾曲面１２となっている場合、二次電池１００の凹面１１が形成されている領域に、略平面部分と湾曲部分とを兼ね備えた形状を有する電子媒体を嵌め込むことが可能となる。

別の態様では、図６に示すように、湾曲面１２同士が相互に対向するように２つの二次電池１００が配置されてもよい。この態様では、湾曲面１２同士を相互に対向させつつ、相互に接するように２つの二次電池１００を配置するために、いずれの二次電池１００においても湾曲面１２の湾曲角度は１６０°以上１８０°以下であることが好ましい。湾曲面１２同士が相互に対向するように２つの二次電池が配置されると、図６に示すように平面視又は側面視で略円形の領域が形成されることになる。これにより、湾曲形状の電子媒体を当該略円形の領域内に収容するように配置することが可能となる。そのため、電子媒体の形状が湾曲形状となっている場合においても、電子機器内における二次電池に対する電子媒体のより効率的な設置が可能となる。

更に別の態様では、凹面の全てが湾曲面となっている場合（図２〜図４参照）、湾曲面の一端および湾曲面の他端の少なくとも一方に、Ｒ面取り部が形成されていることが好ましい。Ｒ面取り部が形成されていると、湾曲形状を有した電子媒体を二次電池の湾曲面が形成されている領域に設ける際に、当該電子媒体と湾曲面との接触抵抗を緩和することができる。そのため、湾曲形状を有した電子媒体を二次電池の湾曲面が形成されている領域により円滑に嵌め込むことが可能となる。同様に、凹面の一部のみが湾曲面となっている場合（図５参照）、凹面の一端および凹面の他端の少なくとも一方に、Ｒ面取り部が形成されていることが好ましい。Ｒ面取り部が形成されていると、湾曲形状を有した電子媒体を二次電池の凹面が形成されている領域に設ける際に、当該電子媒体と凹面との接触抵抗を緩和することができる。そのため、湾曲形状を有した電子媒体を二次電池の凹面が形成されている領域により円滑に嵌め込むことが可能となる。

なお、湾曲面の湾曲角度θが湾曲中心点Ｃを基点として１８０°以下であると、上述のように外装体として導電性ハードケース（金属缶）を用いる場合、レーザーを溶接部に均一に照射可能であるという効果も奏される。また、湾曲面の湾曲角度θが湾曲中心点Ｃを基点として１８０°以下であると、上述のように外装体としてラミネートフィルムからなるパウチ等のフレキシブルケースを用いる場合、レーザーを用いて溶接し易いという効果も奏される。

【産業上の利用可能性】

【0035】

【符号の説明】

【0036】

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】