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JP6773133B2 - 二次電池 - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池に関する。
従前より充放電が繰り返し可能な二次電池が様々な用途に用いられている。例えば、二次電池は、スマートフォン、ノートパソコン等の電子機器の電源として用いられている。
近年、電子機器の薄型化・小型化の要求が一層高まっており、それに伴い、電子機器内にて二次電池に基板等を効率的に設けることが要求されている。これにつき、特許文献１には、段差構造を備えた二次電池が開示されている。より具体的には、特許文献１では、
二次電池の構成要素である、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が断面視にて段差構造を成している旨が開示されている。
特表２０１４−５２３６２９号公報
ここで、本願発明者らは、断面視において段差構造を備えた電極組立体を含む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、本願発明者らは、断面視において段差構造を備えた電極組立体を用いる場合、その構成要素である各正極および各負極をそれぞれ電気的に接続する必要があることに起因して、外部端子の設置箇所が制限されることを見出した。
本発明は、かかる事情に鑑みて案出されたものである。具体的には、本発明は、外部端子の設置箇所の制限が回避可能な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、本発明の一実施形態では、
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、
電極組立体は、断面視において相対的に高さが高い第１領域と、第１領域に隣接する相対的に高さが低い第２領域とを含む段差構造を備え、
段差構造を備える電極組立体は、第１領域内の全ての正極の正極側接続タブの各々を相互に接続する正極側接続部、および第１領域内の全ての負極の負極側接続タブの各々を相互に接続する負極側接続部の少なくとも一方を備え、並びに
第２領域内の少なくとも１つの正極の正極側引出しタブおよび少なくとも１つの負極の負極側引出しタブの少なくとも一方が、外部端子と電気的に接続されるように構成されている、二次電池が提供される。
本発明の一実施形態によれば、外部端子の設置箇所の制限が回避可能である。
図１は、本発明の一実施形態に係る二次電池を模式的に示した斜視図である。 図２は、一態様の段差構造を備えた電極組立体を模式的に示した断面図である。 図３は、電極組立体の第２領域に位置する正極側引出しタブおよび/又は負極側引出しタブが外部端子と電気的に接続される態様を模式的に示した断面図である。 図４は、電極組立体の第１領域に位置する正極側接続タブを相互に接続する正極側接続部の一態様を模式的に示した断面図である。 図５は、電極組立体の第１領域に位置する負極側接続タブを相互に接続する負極側接続部の一態様を模式的に示した断面図である。 図６は、電極組立体の第２領域に位置する正極側引出しタブおよび/又は負極側引出しタブが集電リードを介して外部端子と電気的に接続される態様を模式的に示した断面図である。 図７は、電極組立体の第２領域に位置する正極側引出しタブおよび/又は負極側引出しタブが外部端子と電気的に接続される別態様を模式的に示した断面図である。 図８は、電極組立体の第２領域に位置する正極側引出しタブを相互に接続する正極側引出し部の一態様を模式的に示した断面図である。 図９は、電極組立体の第２領域に位置する負極側引出しタブを相互に接続する負極側引出し部の一態様を模式的に示した断面図である。 図１０は、別態様の段差構造を備えた電極組立体を模式的に示した断面図である。 図１１は、平面積層構造を有する電極組立体の基本的構成を模式的に示した断面図である。 図１２は、巻回構造を有する電極組立体の基本的構成を模式的に示した断面図である。 図１３は、電極組立体の具体的構成を模式的に示した断面図である。
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前に、二次電池の基本的構成について説明しておく。
［二次電池の基本的構成］
二次電池は、下記の本発明の一実施形態においても述べるが、外装体の内部に電極組立体と電解質とが収容および封入された構造を有して成る。本明細書において「二次電池」とは、充電および放電の繰り返しが可能な電池のことを指す。従って、本発明の二次電池は、その名称に過度に拘泥されるものでなく、例えば“蓄電デバイス”なども本発明の対象に含まれ得る。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下記のタイプが挙げられる。第１のタイプは、電極組立体１０Ａが正極１，１Ａ、負極２，２Ａおよびセパレータ３，３Ａ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（図１１参照）。第２のタイプは、電極組立体１０Ｂが、正極１，１Ｂ、負極２，２Ｂおよびセパレータ３，３Ｂ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（図１２参照）。更に、第３のタイプとして、電極組立体は、正極、負極、セパレータおよび負極の電極ユニット（特に好ましくは一方向に長く延在する電極ユニット（積層体））を折り畳むことで形成された、いわゆるスタックアンドフォールド構造を有するものであってもよい。また、外装体は、導電性ハードケース又はフレキシブルケース（パウチ等）の形態を採ってよい。外装体の形態がフレキシブルケース（パウチ等）である場合、複数の正極の各々は、正極用集電リードを介して、正極用外部端子に連結されている。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、複数の負極の各々は、負極用集電リードを介して負極用外部端子に連結されている。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。なお、これに限定されず、複数の正極の各々と接続される正極用集電リードは正極用外部端子の機能を備えていてよく、また、複数の負極の各々と接続される負極用集電リードは負極用外部端子の機能を備えていてよい。外装体の形態が導電性ハードケースの場合、複数の正極の各々は、正極用集電リードを介して、正極用外部端子に連結されている。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。
正極１は、少なくとも正極集電体１１および正極材層１２から構成されており（図１３参照）、正極集電体１１の少なくとも片面に正極材層１２が設けられている。当該正極集電体１１のうち正極材層１２が設けられていない箇所、すなわち正極集電体１１の端部には正極側引出しタブ１３が位置付けられている。正極材層１２には電極活物質として正極活物質が含まれている。負極２は少なくとも負極集電体２１および負極材層２２から構成されており（図１３参照）、負極集電体２１の少なくとも片面に負極材層２２が設けられている。当該負極集電体２１のうち負極材層２２が設けられていない箇所、すなわち負極集電体２１の端部には負極側引出しタブ２３が位置付けられている。負極材層２２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１２に含まれる正極活物質および負極材層２２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１２に含まれる正極活物質」および「負極材層２２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１と負極２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１２および負極材層２２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１と負極２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、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１２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１２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１２に含まれていてよい。同様に、負極材層２２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２２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１２および負極材層２２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１２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１２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１２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１２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、黒鉛、カーボンナノチューブおよび気相成長炭素繊維等の炭素繊維、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。例えば、正極材層１２のバインダーはポリフッ化ビニリデンであってよい。あくまでも例示にすぎないが、正極材層１２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１２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てよい。
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、ソフトカーボン、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２１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。あくまでも例示にすぎないが、負極材層２２の負極活物質が人造黒鉛となっていてよい。
負極材層２２に含まれ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、ポリアクリル酸、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。例えば負極材層２２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てよい。負極材層２２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、黒鉛、カーボンナノチューブおよび気相成長炭素繊維等の炭素繊維、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２２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。
あくまでも例示にすぎないが、負極材層２２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てよい。
正極１および負極２に用いられる正極集電体１１および負極集電体２１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１に用いられる正極集電体１１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２に用いられる負極集電体２１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。
正極１および負極２に用いられるセパレータ３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３は、正極１と負極２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３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３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）のみ又はポリプロピレン（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３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。セパレータ３の表面は無機粒子コート層および／または接着層等により覆われていてもよい。セパレータの表面は接着性を有していてもよい。なお、セパレータ３は、その名称によって特に拘泥されるべきでなく、同様の機能を有する固体電解質、ゲル状電解質、絶縁性の無機粒子などであってもよい。なお、電極の取扱いの更なる向上の観点から、セパレータ３と電極（正極１／負極２）は接着されていることが好ましい。セパレータ３と電極との接着は、セパレータ３として接着性セパレータを用いること、電極材層（正極材層１２／負極材層２２）の上に接着性バインダーを塗布および／または熱圧着すること等によって為され得る。セパレータ３または電極材層に接着性を供する接着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、アクリル系接着剤等が挙げられる。
正極１および負極２がリチウムイオンを吸蔵放出可能な層を有する場合、電解質は有機電解質および／または有機溶媒などの“非水系”の電解質であることが好ましい（すなわち、電解質が非水電解質となっていることが好ましい）。電解質では電極（正極１・負極２）から放出された金属イオンが存在することになり、それゆえ、電解質は電池反応における金属イオンの移動を助力することになる。
非水電解質は、溶媒と溶質とを含む電解質である。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。あくまでも例示にすぎないが、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てよい。また、具体的な非水電解質の溶質としては、例えばＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４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ＬｉＰＦ６および／またはＬｉＢＦ４等のＬｉ塩が用いられる。
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。
外部端子としては、二次電池の分野で使用されているあらゆる外部端子が使用可能である。そのような外部端子は、電子の移動が達成され得る材料から構成されればよく、通常はアルミニウム、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。外部端子５は、基板と電気的かつ直接的に接続されてもよいし、または他のデバイスを介して基板と電気的かつ間接的に接続されてもよい。なお、これに限定されず、複数の正極の各々と接続される正極用集電リードが正極用外部端子の機能を備えていてよく、また、複数の負極の各々と接続される負極用集電リードは負極用外部端子の機能を備えていてよい。
外装体は、上述のように導電性ハードケース又はフレキシブルケース（パウチ等）の形態を有していてよい。
導電性ハードケースは、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。
フレキシブルケースは、軟質シートから構成される。軟質シートは、シール部の折り曲げを達成できる程度の軟質性を有していればよく、好ましくは可塑性シートである。可塑性シートは、外力を付与した後、除去したとき、外力による変形が維持される特性を有するシートのことであり、例えば、いわゆるラミネートフィルムが使用できる。ラミネートフィルムからなるフレキシブルパウチは例えば、２枚のラミネートフィルムを重ね合わせ、その周縁部をヒートシールすることにより製造できる。ラミネートフィルムとしては、金属箔とポリマーフィルムを積層したフィルムが一般的であり、具体的には、外層ポリマーフィルム／金属箔／内層ポリマーフィルムから成る３層構成のものが例示される。外層ポリマーフィルムは水分等の透過および接触等による金属箔の損傷を防止するためのものであり、ポリアミドおよびポリエステル等のポリマーが好適に使用できる。金属箔は水分およびガスの透過を防止するためのものであり、銅、アルミニウム、ステンレス等の箔が好適に使用できる。内層ポリマーフィルムは、内部に収納する電解質から金属箔を保護するとともに、ヒートシール時に溶融封口させるためのものであり、ポリオレフィンまたは酸変性ポリオレフィンが好適に使用できる。
［本発明の二次電池］
上記二次電池の基本的構成を考慮した上で、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。なお、本発明の一実施形態に係る二次電池は、段差構造を備えた二次電池であることを前提としていることを予め述べておく。
図１は、本発明の一実施形態に係る二次電池を模式的に示した斜視図である。
本発明の一実施形態に係る二次電池１００は、外装体２０の内部に電極組立体と電解質とが収容および封入された構造を有して成る。外装体２０は、相互に連続しかつ上面の高さレベルが相互に異なる少なくとも２つの段部を備えている。例えば、一例を挙げると、図１に示すように、外装体２０は、少なくとも２つの段部（第１段部２０ａおよび第２段部２０ｂ）を備えていてよい。具体的には、第１段部２０ａと第２段部２０ｂとは、相互に連続しかつ第２段部２０ｂの上面２０ｂ１の高さｈ２が第１段部２０ａの上面２０ａ１の高さｈ１よりも大きくなるように構成されている。第１段部２０ａの上面２０ａ１の高さレベルと第２段部２０ｂの上面２０ｂ１の高さレベルとが相互に異なるため、第１段部２０ａの上面２０ａ１と第２段部２０ｂの上面２０ｂ１との間に段差面２０ｂ２が形成される。一方、一実施形態では、第１段部２０ａと第２段部２０ｂとは、第２段部２０ｂの上面２０ｂ１の幅寸法Ｗ２（長手方向）が第１段部２０ａの上面２０ａ１の幅寸法Ｗ１（長手方向）と等しくなるように構成されている。
段差面２０ｂ２は、高さｈ３および幅寸法（長手方向）Ｗ３を有する。段差面２０ｂ２の高さｈ３は、第２段部２０ｂの上面２０ｂ１の高さｈ２と第１段部２０ａの上面２０ａ１の高さｈ１との差分に等しくなっている。一方、段差面２０ｂ２の幅Ｗ３（長手方向）は、第２段部２０ｂの上面２０ｂ１の幅寸法Ｗ２（長手方向）と第１段部２０ａの上面２０ａ１の幅寸法Ｗ１（長手方向）とにそれぞれ等しくなっている。
段差面２０ｂ２は第１段部２０ａの上面２０ａ１と連続するように構成されている。具体的には、第１段部２０ａの上面２０ａ１は、段差面２０ｂ２の延在方向に対して異なる方向に延在するように段差面２０ｂ２と連続している。特に限定されるものではないが、第１段部２０ａの上面２０ａ１は、段差面２０ｂ２の延在方向に対して垂直な方向に延在していてよい。つまり、段差面２０ｂ２と第１段部２０ａの上面２０ａ１との間の角度θが９０度となっていてよい。なお、これに限定されることなく、段差面２０ｂ２と第１段部２０ａの上面２０ａ１との間の角度θは、基板の配置態様を考慮して３０度〜１５０度であってよく、好ましくは５０度〜１３０度、より好ましくは７０度〜１１０度である。
これにより、外装体は、段差面と第１段部２０ａの上面２０ａ１との間に形成される段差構造を備えることとなる。当該段差構造、具体的には第１段部２０ａの上面２０ａ１上の空間領域は、かかる領域の効率的な活用の観点から基板を設けることが好ましい。
上述の基板はいわゆるリジッド基板又はフレキシブル基板であってよく、好ましくはリジッド基板である。リジッド基板としては、二次電池とともに使用される基板の分野で使用されるあらゆるリジッド基板が使用可能であり、例えば、ガラス・エポキシ樹脂基板が挙げられる。基板としては、プリント基板、保護回路基板などの回路基板、シリコンウェハーなどの半導体基板、ディスプレイパネルなどのガラス基板等が挙げられる。基板が、二次電池の過充電、過放電および過電流を防止するための、いわゆる保護回路基板であるとき、当該保護回路基板および上記二次電池より、二次電池パックが構成される。
外装体２０の表面には二次電池用の外部端子３０（正極用外部端子３０ａおよび負極用外部端子３０ｂ）が設けられている。特に限定されるものではないが、例えば外部端子３０は第１段部２０ａの端部側面２０ａ２に露出するように構成されていてよい。
以下、本発明の一実施形態に係る二次電池の構成要素である電極組立体について説明する。
本発明の一実施形態の二次電池の構成要素である外装体は、上述のように少なくとも２つの段部（上面の高さが相対的に低い低段部および低段部に連続する上面の高さが相対的に高い高段部）を備えている。当該低段部の上面と当該高段部の上面とは相互に高さレベルが異なるため、それに起因して低段部の上面と高段部の上面との間に段差面が形成される。これにより、外装体は、当該段差面と低段部の上面との間に形成される段差構造を備えることとなる。本発明の一実施形態では、当該段差構造を備えた外装体内に配置する電極組立体は、外装体内での電極組立体の移動（ズレ）防止等の観点から、断面視において外装体と略同一形状の段差構造を備えていることが好ましい。
下記で説明する内容は、あくまでも一例にすぎず、電極組立体が、２つの段部を備えている外装体の内部に設ける場合を前提としていることを確認的に述べておく。
二次電池の構成要素である電極組立体は、上述のように正極、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下記のタイプが挙げられる。第１のタイプ（平面積層構造型）は、電極組立体１０Ａが正極１，１Ａ、負極２，２Ａおよびセパレータ３，３Ａを含む単位電極ユニットが複数積層されたものであり（図１１参照）、第２のタイプ（巻回構造型）は、電極組立体１０Ｂが、正極１，１Ｂ、負極２，２Ｂおよびセパレータ３，３Ｂを含む電極ユニットがロール状に巻回されたものである（図１２参照）。更に、第３のタイプとして、電極組立体は、正極、負極、セパレータおよび負極の電極ユニット（特に好ましくは一方向に長く延在する電極ユニット（積層体））を折り畳むことで形成された、いわゆるスタックアンドフォールド構造を有するものであってもよい。
一態様では、電極組立体１０は少なくとも２つの平面積層構造型のサブ電極組立体を備えていてよい（図２参照）。例えば、電極組立体１０は、第１平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ１および第２平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ２を備えていてよい。第１平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ１は、正極１Ａ１、負極２Ａ１およびセパレータ３Ａ１を含む単位電極ユニットが複数積層されたものである。同様に、第２平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ２は、正極１Ａ２、負極２Ａ２およびセパレータ３Ａ２を含む単位電極ユニットが複数積層されたものである。
この場合において、一例を挙げると、電極組立体１０では、第２平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ２が、図２に示すように断面視にて第１平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ１の幅寸法よりも大きな幅寸法を有し、かつ第１平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ１の下方に位置するように第１平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ１と相互に接触していてよい。かかる構造を有することにより、電極組立体１０は断面視において段差構造を備え得る。
以下、本発明の一実施形態に係る二次電池の構成要素である電極組立体が断面視において段差構造を備える場合を前提として説明する。なお、以下、本明細書でいう「接続タブ」とは、電極（正極／負極）の未塗工部に相当する部分であって、集電リードに接合されていないものを指す。本明細書でいう「接続部」とは、複数の接続タブの各々が相互に接続可能となるように構成されたものを指す。本明細書でいう「引出しタブ」とは、電極（正極／負極）の未塗工部に相当する部分であって、集電リードに接合されるものを指す。又、本明細書でいう「引出し部」とは、複数の引出しタブの各々が相互に接続可能となるように構成されたものを指す。
かかる場合、本発明の一実施形態では、段差構造を備える電極組立体１０は、図３に示すように断面視において相対的に高さの高い第１領域１０Ｘと、第１領域１０Ｘに隣接する相対的に高さが低い第２領域１０Ｙとを含む。ここで言う「隣接する」とは、単一の電極組立体の構成要素である第１領域１０Ｘと第２領域１０Ｙとが連なる状態のみならず、別々の構成体として機能する一方の電極組立体（第１領域に相当）と他方の電極組立体（第２領域に相当）とが連なる状態を包含し得るものを指す。換言すれば、第１領域１０Ｘと第２領域１０Ｙを含む電極組立体１０が全体として電気的に接続可能とする観点から、第２領域１０Ｙ内の正極および負極の各々と、第１領域１０Ｘ内の正極および負極の各々とが相互に連続するように構成され得る。
本発明の一実施形態では、第１領域１０Ｘ内の第１平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ１の正極１Ａ１と、第１領域１０Ｘ内の第２平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ２の正極１Ａ２とから構成される「全て」の正極にそれぞれ含まれる正極側接続タブ１３Ｘの各々が相互に接合されることによって、図３に示すように正極側接続部１４Ｘが形成されている。具体的には、当該正極側接続部１４Ｘは、例えば図４に示すように複数の正極側接続タブ１３Ｘの端部同士が全体として１束となるように接合されることによって形成される。接合方法としては、特に限定されるものではないが、レーザー溶接、超音波溶接等が挙げられる。
同様に、本発明の一実施形態では、第１領域１０Ｘ内に位置する第１平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ１の負極２Ａ１と第２平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ２の負極２Ａ２とから構成される「全て」の負極にそれぞれ含まれる負極側接続タブ２３Ｘの各々が相互に接合されることによって、図３に示すように負極側接続部２４Ｘが形成されている。具体的には、当該負極側接続部２４Ｘは、例えば図５に示すように複数の負極側接続タブ２３Ｘの端部同士が全体として１束となるように接合されることによって形成される。接合方法としては、特に限定されるものではないが、レーザー溶接、超音波溶接等が挙げられる。
本発明の一実施形態では、図３および図６に示すように、第２領域１０Ｙ内の少なくとも１つの正極、一例として第２平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ２の正極１Ａ２に含まれる単一の正極側引出しタブ１３Ｙが、正極側集電リード４０ａを介して外部端子３０ａと電気的に接続され得る。例えば、正極側引出しタブ１３Ｙが、正極側集電リード４０ａを介して「第１段部２０ａの端部側面２０ａ２に設けられる」外部端子３０ａと電気的に接続され得る。なお、単一の正極側引出しタブ１３Ｙは、正極側集電リード４０ａを介して外部端子３０ａと接続されることに限定されず、例えば、単一の正極側引出しタブ１３Ｙは、外部端子の機能を備えた正極側集電リードと接続されてもよい。
同様に、本発明の一実施形態では、図３および図６に示すように、第２領域１０Ｙ内の少なくとも１つの負極、一例として第２平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ２の負極２Ａ２に含まれる単一の負極側引出しタブ２３Ｙが、負極側集電リード４０ｂを介して外部端子３０ｂと電気的に接続され得る。例えば、負極側引出しタブ２３Ｙが、負極側集電リード４０ｂを介して「第１段部２０ａの端部側面２０ａ２に設けられる」外部端子３０ｂと電気的に接続され得る。なお、単一の負極側引出しタブ２３Ｙは、負極側集電リード４０ｂを介して外部端子３０ｂと接続されることに限定されず、例えば、単一の負極側引出しタブ２３Ｙは、外部端子の機能を備えた負極側集電リードと接続されてもよい。
図３および図６に示すように、電極組立体１０の第１領域１０Ｘにて全ての正極側接続タブ１３Ｘが相互に接合されることで正極側接続部１４Ｘが形成されている状態において、第２領域１０Ｙに位置する正極側引出しタブ１３Ｙと接合する正極側集電リード４０ａを介して正極側外部端子３０ａに電気的に接続するためには、少なくとも１つの正極は、平面視にて正極側接続タブ１３Ｘと正極側引出しタブ１３Ｙの両方を備えている必要がある。同様に、図３および図６に示すように、電極組立体１０の第１領域１０Ｘにて全ての負極側接続タブ２３Ｘが相互に接合されることで負極側接続部２４Ｘが形成されている状態において、第２領域１０Ｙに位置する負極側引出しタブ２３Ｙと接合する負極側集電リード４０ｂを介して負極側外部端子３０ｂに電気的に接続するためには、少なくとも１つの負極は、平面視にて負極側接続タブ２３Ｘと負極側引出しタブ２３Ｙの両方を備えている必要がある。
つまり、本発明の一実施形態では、第２領域１０Ｙ側から引出しタブが、集電リードを介して例えば「第１段部２０ａの端部側面２０ａ２に設けられる」外部端子３０と電気的に接続され得る。かかる構成を採ることで、引出しタブを、集電リードを介して電気的に接続される外部端子を外装体２０の第２段部２０ｂ側に必ずしも設ける必要がない。換言すれば、第１領域１０Ｘ内の正極側接続部１４Ｘの形成により各正極側接続タブ１３Ｘを介して全ての正極が相互に接続され、また第１領域１０Ｘ内の負極側接続部２４Ｘの形成により負極側接続タブ２３Ｘを介して全ての負極が相互に接続されているとしても、外部端子を外装体２０の第２段部２０ｂ側ではなく、第１段部２０ａ側に外部端子３０を設けることができ得る。以上の事から、本発明の一実施形態では、外部端子の設置箇所が外装体２０の第２段部２０ｂ側に限定されることが回避され得る。つまり、本発明の一実施形態では、外部端子の設置の自由度を高めることができ得る。
例えば、図１、図３、および図６に示すように、正極側引出しタブ１３Ｙが、正極側集電リード４０ａを介して単一の正極側外部端子３０ａと電気的に接続され得ると、正極側外部端子３０ａと基板とをつなぐ配線の数も１つのみにすることができる。それ故、複数の正極側外部端子を用いた場合に生じ得る配線構造の複雑化を抑制することができ得る。換言すれば、正極側外部端子３０ａと基板とをつなぐ配線構造を簡素化することができる。同様に、例えば、図１、図３、および図６に示すように、負極側引出しタブ２３Ｙが、負極側集電リード４０ｂを介して単一の負極側外部端子３０ｂと電気的に接続され得ると、負極側外部端子３０ｂと基板とをつなぐ配線の数も１つのみにすることができる。それ故、複数の負極側外部端子を用いた場合に生じ得る配線構造の複雑化を抑制することができ得る。換言すれば、負極側外部端子３０ｂと基板とをつなぐ配線構造を簡素化することができる。
又、本発明の一実施形態では、外部端子と電気的に接続される電極組立体１０の第２領域１０Ｙではなく、外部端子と電気的に接続されない第１領域１０Ｘ内にて、正極側接続部１４Ｘが形成されることにより各正極側接続タブ１３Ｘを介して全ての正極が相互に接続され、また負極側接続部２４Ｘが形成されることにより負極側接続タブ２３Ｘを介して全ての負極が相互に接続されている。つまり、単一の正極側接続部１４Ｘの形成によって全ての正極が相互に接続されるため、それに起因して各正極間の電気的接続を安定させることができる。また、単一の負極側接続部２４Ｘの形成によって全ての負極が相互に接続されるため、それに起因して各負極間の電気的接続を安定させることができる。以上により、全ての電極で電池反応を安定的に生じさせることが可能となるため、電池特性を向上させることができ得る。
本発明の一実施形態では、第２領域１０Ｙ内の少なくとも１つの正極１Ａ２が、正極側集電リード４０ａを介して外部端子３０ａと電気的に接続され得る。例えば、第２領域１０Ｙ内にて単一の正極１Ａ２のみを外部端子と電気的に接続させる場合、図６に示すよう正極側引出しタブ１３Ｙを、正極側引出し部を介すことなく正極側集電リード４０ａに直接接続可能となるため、当該正極側集電リード４０ａを介した正極側引出しタブ１３Ｙと外部端子３０ａと電気的な接続、つまり正極１Ａ２と外部端子３０ａとの電気的な接続を相対的に簡素化し得る。また、同様に、本発明の一実施形態では、第２領域１０Ｙ内の少なくとも１つの負極２Ａ２が、負極側集電リード４０ｂを介して外部端子３０ｂと電気的に接続され得る。例えば、第２領域１０Ｙ内にて単一の負極２Ａ２のみを外部端子と電気的に接続させる場合、図６に示すように負極側引出しタブ２３Ｙを、負極側引出し部を介すことなく負極側集電リード４０ｂに直接接続可能となるため、当該負極側集電リード４０ｂを介した負極側引出しタブ２３Ｙと外部端子３０ｂと電気的な接続、つまり負極２Ａ２と外部端子３０ｂとの電気的な接続を相対的に簡素化し得る。
また、図３に示すように、第２領域１０Ｙ内にて単一の正極１Ａ２の正極側引出しタブ１３Ｙのみを外部端子３０ａと電気的に接続させる場合、正極の電気抵抗が過剰に低下することを抑制し得る。これにより、本発明の一実施形態に係る二次電池の内部短絡時等に生じ得る発熱を抑制することができ、それによりかかる二次電池の安全性を向上させることが可能となる。
上記態様に限定されず、例えば図７および図８に示すように、第２領域１０Ｙ内の少なくとも２つの正極、一例として第２平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ２の正極１Ａ２の正極側引出しタブ１３Ｙの各々を相互に接合することによって正極側引出し部１４Ｙが形成されてよい。具体的には、正極側引出し部１４Ｙは、例えば図８に示すように正極側引出しタブ１３Ｙの各々の端部同士が全体として１束となるように接合されることによって形成される。接合方法としては、特に限定されるものではないが、レーザー溶接、超音波溶接等が挙げられる。
一態様では、正極側引出し部１４Ｙの形成領域における正極側引出しタブ１３Ｙの一部が正極側集電リード４０ａを介して外部端子３０ａと電気的に接続されるように構成されてよい。例えば、正極側引出し部１４Ｙの形成領域における正極側引出しタブ１３Ｙの一部が正極側集電リード４０ａを介して「第１段部２０ａの端部側面２０ａ２に設けられる」外部端子３０ａと電気的に接続されてよい。なお、正極側引出し部１４Ｙの形成領域における正極側引出しタブ１３Ｙの一部は、必ずしも、正極側集電リード４０ａを介して外部端子３０ａと電気的に接続される必要はない。例えば、正極側引出し部１４Ｙが形成されていることを前提として、正極側引出し部１４Ｙの形成領域以外の他の領域における正極側引出しタブ１３Ｙの一部を、正極側集電リード４０ａを介して外部端子３０ａと電気的に接続させるように構成してよい。更に、正極側引出しタブ１３Ｙの一部は、正極側集電リード４０ａを介して外部端子３０ａと接続されることに限定されない。例えば、正極側引出しタブ１３Ｙの一部は、外部端子の機能を備えた正極側集電リードと接続されてもよい。
同様に、例えば図７および図９に示すように、第２領域１０Ｙ内の少なくとも２つの負極、一例として第２平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ２の負極２Ａ２の負極側引出しタブ２３Ｙの各々が相互に接合されることによって負極側引出し部２４Ｙが形成されている。具体的には、負極側引出し部２４Ｙは、例えば図７に示すように負極側引出しタブ２３Ｙの各々の端部同士が全体として１束となるように接合されることによって形成される。接合方法としては、特に限定されるものではないが、レーザー溶接、超音波溶接等が挙げられる。
一態様では、負極側引出し部２４Ｙの形成領域における負極側引出しタブ２３Ｙの一部が負極側集電リード４０ｂを介して外部端子３０ｂと電気的に接続されるように構成されてよい。例えば、負極側引出し部２４Ｙの形成領域における負極側引出しタブ２３Ｙの一部が負極側集電リード４０ｂを介して「第１段部２０ａの端部側面２０ａ２に設けられる」外部端子３０ｂと電気的に接続されてよい。なお、負極側引出し部２４Ｙの形成領域における負極側引出しタブ２３Ｙの一部は、必ずしも、負極側集電リード４０ｂを介して外部端子３０ｂと電気的に接続される必要はない。例えば、負極側引出し部２４Ｙが形成されていることを前提として、負極側引出し部２４Ｙの形成領域以外の他の領域における負極側引出しタブ２３Ｙの一部が負極側集電リード４０ｂを介して外部端子３０ｂと電気的に接続されるように構成されてよい。更に、負極側引出しタブ２３Ｙの一部は、負極側集電リード４０ｂを介して外部端子３０ｂと接続されることに限定されない。例えば、負極側引出しタブ２３Ｙの一部は、外部端子の機能を備えた負極側集電リードと接続されてもよい。
図７および図８に示すように、電極組立体１０の第１領域１０Ｘにて全ての正極側接続タブ１３Ｘが、正極側接続部１４Ｘの形成により相互に接続されている状態において、第２領域１０Ｙに位置する正極側引出し部１４Ｙと接合する正極側集電リード４０ａを介して正極側外部端子３０ａに電気的に接続するためには、少なくとも２つの正極は、平面視にて正極側接続タブ１３Ｘと正極側引出しタブ１３Ｙの両方を備えている必要がある。同様に、図７および図９に示すように、電極組立体１０の第１領域１０Ｘにて全ての負極側接続タブ２３Ｘが、負極側接続部２４Ｘの形成により相互に接続されている状態において、第２領域１０Ｙに位置する負極側引出し部２４Ｙと接合する負極側集電リード４０ｂを介して負極側外部端子３０ｂに電気的に接続するためには、少なくとも２つの負極は、平面視にて負極側接続タブ２３Ｘと負極側引出しタブ２３Ｙの両方を備えている必要がある。
図７および図８に示すように、本態様では、第２領域１０Ｙ内の少なくとも２つの正極１Ａ２の正極側引出しタブ１３Ｙを、正極側引出し部１４Ｙを介して外部端子３０ａと電気的に接続させているため、第２領域１０Ｙ内にて単一の正極１Ａ２のみを外部端子３０ａと電気的に接続させる場合と比べて、１つの正極に電気抵抗が集中してかかることを抑制することができ得る。また、同様に、図７および図９に示すように、本態様では、第２領域１０Ｙ内の少なくとも２つの負極２Ａ２の負極側引出しタブ２３Ｙを、負極側引出し部２４Ｙを介して外部端子３０ｂと電気的に接続させているため、第２領域１０Ｙ内にて単一の負極２Ａ２のみを外部端子３０ｂと電気的に接続させる場合と比べて、１つの負極に電気抵抗が集中してかかることを抑制することができ得る。以上の事から、全体として本発明の一実施形態に係る二次電池１００に生じる電気抵抗を相対的に減じることが可能となる。
一態様では、図１および図７に示すように、正極側接続部１４Ｘおよび負極側接続部２４Ｘ、並びに正極側引出し部１４Ｙおよび負極側引出し部２４Ｙが、外装体２０内の一方の側のみにそれぞれ配置されるように構成されていることが好ましい。
かかる構成を採ると、例えば、正極側接続部１４Ｘと正極側引出し部１４Ｙが電極組立体１０の一方の側に配置される一方、負極側接続部２４Ｘと負極側引出し部２４Ｙが電極組立体１０の一方の側に対向する他方の側に配置されている場合と比べて、例えば電極組立体１０の他方の側に負極側接続部２４Ｘと負極側引出し部２４Ｙが存在しないことに起因して平面視において電極組立体１０の幅寸法を相対的に小さくすることができ得る。従って、かかる電極組立体１０の幅寸法の相対的な低減に起因して、電極組立体１０を内部に収容する外装体２０の寸法を相対的に小さくすることができ得る。つまり、本発明の一実施形態に係る二次電池１００の寸法を相対的に小さくすることができ得る。
上記では、第１平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ１と第２平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ２とを含む電極組立体１０に基づき説明したが、これに限定されず、電極組立体が断面視にて段差構造を備えるならば、以下の態様を採ってよい。
例えば、図１０に示すように、平面積層構造型サブ電極組立体と巻回構造型サブ電極組立体と含む電極組立体１０’の構成を採ってもよい。平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ１’は、正極１Ａ１’、負極２Ａ１’およびセパレータ３Ａ１’を含む単位電極ユニットが複数積層されたものである。一方、巻回構造型サブ電極組立体１０Ｂ１’は、正極１Ｂ１’、負極２Ｂ１’およびセパレータ３Ｂ１’を含む電極ユニットがロール状に巻回されたものである。この場合において、一例を挙げると、電極組立体１０’では、巻回構造型サブ電極組立体１０Ｂ１は、図１０に示すように断面視にて平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ１の幅寸法よりも大きな幅寸法を有し、かつ当該平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ１の下方に位置するように平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ１と相互に接触していてよい。
これに限定されることなく、更に別の態様では、平面積層構造型サブ電極組立体は、断面視にて巻回構造型サブ電極組立体の幅寸法よりも大きな幅寸法を有し、かつ当該巻回構造型サブ電極組立体の下方に位置するように巻回構造型サブ電極組立体と相互に接触していてよい。
更に別の態様では、電極組立体は少なくとも２つの巻回構造型のサブ電極組立体を備えていてよい（図示せず）。例えば、電極組立体は、第１巻回構造型サブ電極組立体および第２巻回構造型サブ電極組立体を備えていてよい。第１巻回構造型サブ電極組立体および第２巻回構造型サブ電極組立体は共に、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ものである。この場合において、一例を挙げると、電極組立体では、第２巻回構造型サブ電極組立体が、断面視にて第１巻回構造型サブ電極組立体の幅寸法よりも大きな幅寸法を有し、かつ第１巻回構造型サブ電極組立体の下方に位置するように第１巻回構造型サブ電極組立体と相互に接触していてよい。
なお、少なくとも２つの平面積層構造型のサブ電極組立体を備えている態様（図３参照）において述べた内容と重複するため、詳細な説明は避けるが、電極組立体が断面視にて段差構造を備えるならば、電極組立体が少なくとも平面積層構造型サブ電極組立体と巻回構造型サブ電極組立体を備えている態様（図１０参照）においても、下記の２つの観点から特徴的な構成が採られることが好ましい。具体的には、かかる態様においても、「外部端子の設置箇所が外装体２０の第２段部２０ｂ側に限定されることを回避し、それによって外部端子の設置の自由度を高める」観点、および「全ての電極で電池反応を安定的に生じさせ、それによって電池特性を向上させる」観点から、以下の構成を採ることが好ましい。
具体的には、断面視にて電極組立体１０’の相対的に高さの高い第１領域内の平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ１’の正極１Ａ１’と、第１領域内の巻回構造型サブ電極組立体１０Ｂ１’の正極１Ｂ１’とから構成される全ての正極にそれぞれ含まれる正極側接続タブの各々が、正極側接続部の形成により相互に接続されていることが好ましい。また、これと共に電極組立体１０’の相対的に高さの低い第２領域内の巻回構造型サブ電極組立体１０Ｂ１’の正極１Ｂ１’に含まれる正極側引出しタブが、正極側集電リードを介して正極側外部端子３０ａ（例えば図１参照）と電気的に接続されることが好ましい。同様に、断面視にて電極組立体１０’の相対的に高さの高い第１領域内の平面積層構造型サブ電極組立体１０Ａ１’の負極２Ａ１’と、第１領域内の巻回構造型サブ電極組立体１０Ｂ１’の負２Ｂ１’とから構成される全ての負極にそれぞれ含まれる負極側接続タブの各々が、負極側接続部の形成により相互に接続されていることが好ましい。また、これと共に電極組立体１０’の相対的に高さの低い第２領域内の巻回構造型サブ電極組立体１０Ｂ１’の負極２Ｂ１’に含まれる負極側引出しタブが、負極側集電リードを介して負極側外部端子３０ｂ（例えば図１参照）と電気的に接続されることが好ましい。
同様に、上記の２つの観点から、電極組立体が断面視にて相互に幅寸法の異なる少なくとも２つの巻回構造型のサブ電極組立体を備えている態様（図示せず）においても特徴的な構成が採られることが好ましい。具体的には、断面視にて電極組立体の相対的に高さの高い第１領域内の第１の巻回構造型サブ電極組立体の正極と、第１領域内の第２の巻回構造型サブ電極組立体の正極とから構成される全ての正極にそれぞれ含まれる正極側接続タブの各々が、正極側接続部の形成により相互に接続されていることが好ましい。また、これと共に電極組立体の相対的に高さの低い第２領域内の第２の巻回構造型サブ電極組立体の正極に含まれる正極側引出しタブが、正極側集電リードを介して正極側外部端子３０ａ（例えば図１参照）と電気的に接続されることが好ましい。同様に、断面視にて電極組立体の相対的に高さの高い第１領域内の第１の巻回構造型サブ電極組立体の負極と、第１領域内の第２の巻回構造型サブ電極組立体の負極とから構成される全ての負極にそれぞれ含まれる負極側接続タブの各々が、負極側接続部の形成により相互に接続されていることが好ましい。また、これと共に電極組立体の相対的に高さの低い第２領域内の第２の巻回構造型サブ電極組立体の負極に含まれる負極側引出しタブが、負極側集電リードを介して負極側外部端子３０ｂ（例えば図１参照）と電気的に接続されることが好ましい。
本発明の一実施形態に係る二次電池は、蓄電が想定される様々な分野に利用することができる。あくまでも例示にすぎないが、本発明の一実施形態に係る二次電池、特に非水電解質二次電池は、モバイル機器などが使用される電気・情報・通信分野（例えば、携帯電話、スマートフォン、ノートパソコンおよびデジタルカメラ、活動量計、アームコンピューター、電子ペーパーなどのモバイル機器分野）、家庭・小型産業用途（例えば、電動工具、ゴルフカート、家庭用・介護用・産業用ロボットの分野）、大型産業用途（例えば、フォークリフト、エレベーター、湾港クレーンの分野）、交通システム分野（例えば、ハイブリッド車、電気自動車、バス、電車、電動アシスト自転車、電動二輪車などの分野）、電力系統用途（例えば、各種発電、ロードコンディショナー、スマートグリッド、一般家庭設置型蓄電システムなどの分野）、ならびに、ＩｏＴ分野、宇宙・深海用途（例えば、宇宙探査機、潜水調査船などの分野）などに利用することができる。
１ 正極
２ 負極
３ セパレータ
１Ａ 正極
２Ａ 負極
３Ａ セパレータ
１Ａ１ 正極
２Ａ１ 負極
３Ａ１ セパレータ
１Ａ１’ 正極
２Ａ１’ 負極
３Ａ１’ セパレータ
１Ａ２ 正極
２Ａ２ 負極
３Ａ２ セパレータ
１Ｂ 正極
２Ｂ 負極
３Ｂ セパレータ
１Ｂ１’ 正極
２Ｂ１’ 負極
３Ｂ１’ セパレータ
１０ 電極組立体
１０Ｘ 電極組立体の第１領域
１０Ｙ 電極組立体の第２領域
１０Ａ 平面積層構造型電極組立体
１０Ａ１ 第１平面積層構造型サブ電極組立体
１０Ａ１’ 平面積層構造型サブ電極組立体
１０Ａ２ 第２平面積層構造型サブ電極組立体
１０Ｂ１’ 巻回構造型サブ電極組立体
１１ 正極集電体
１２ 正極材層
１３ 正極側引出しタブ
１３Ｘ 正極側接続タブ
１３Ｙ 正極側引出しタブ
１４Ｘ 正極側接続部
１４Ｘ１ 第１の正極側接続部
１４Ｘ２ 第２の正極側接続部
１４Ｙ 正極側引出し部
１４Ｙ１ 第１の正極側引出し部
１４Ｙ２ 第２の正極側引出し部
２０ 外装体
２０ａ 外装体の第１段部
２０ａ１ 第１段部の上面
２０ａ２ 第１段部の端部側面
２０ｂ 外装体の第２段部
２０ｂ１ 第２段部の上面
２０ｂ２ 段差面
２１ 負極集電体
２２ 負極材層
２３ 負極側引出しタブ
２３Ｘ 負極側接続タブ
２３Ｙ 負極側引出しタブ
２４Ｘ 負極側接続部
２４Ｘ１ 第１の負極側接続部
２４Ｘ２ 第２の負極側接続部
２４Ｙ 負極側引出し部
２４Ｙ１ 第１の負極側引出し部
２４Ｙ２ 第２の負極側引出し部
３０ 外部端子
３０ａ 正極側外部端子
３０ｂ 負極側外部端子
４０ａ 正極側集電リード
４０ｂ 負極側集電リード
１００ 二次電池
Ｗ１ 第１段部の上面の幅寸法
Ｗ２ 第２段部の上面の幅寸法
Ｗ３ 段差面の幅寸法
ｈ１ 第１段部の上面の高さ寸法
ｈ２ 第２段部の上面の高さ寸法
ｈ３ 段差面の高さ寸法
θ 段差面と第１段部の上面との間の角度

Claims (18)

  1. 正極、負極および該正極と該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、
    前記電極組立体は、断面視において相対的に高さが高い第１領域と、該第１領域に隣接する相対的に高さが低い第２領域とを含む段差構造を備え、
    前記段差構造を備える前記電極組立体は、前記第１領域内の全ての前記正極の正極側接続タブの各々を相互に接続する正極側接続部、および該第１領域内の全ての前記負極の負極側接続タブの各々を相互に接続する負極側接続部の少なくとも一方を備え、並びに
    前記第２領域内の少なくとも１つの前記正極の正極側引出しタブおよび少なくとも１つの前記負極の負極側引出しタブの少なくとも一方が、外部端子と電気的に接続されるように構成されている、二次電池。
  2. 前記第２領域内の少なくとも２つの前記正極の前記正極側引出しタブの各々を相互に接続する正極側引出し部、および少なくとも２つの前記負極の前記負極側引出しタブの各々を相互に接続する負極側引出し部の少なくとも一方が、前記外部端子と電気的に接続されるように構成されている、請求項１に記載の二次電池。
  3. 少なくとも１つの前記正極が、平面視にて前記正極側接続タブと前記正極側引出しタブをそれぞれ備えており、および少なくとも１つの前記負極が、平面視にて前記負極側接続タブと前記負極側引出しタブをそれぞれ備えている、請求項１又は２に記載の二次電池。
  4. 前記正極側接続部および前記負極側接続部、並びに前記正極側引出し部および前記負極側引出し部が、前記外装体内の一方の側のみにそれぞれ配置されるように構成されている、請求項２又は３に記載の二次電池。
  5. 前記正極側引出し部が単一の正極側の前記外部端子と電気的に接続され、および前記負極側引出し部が単一の負極側の前記外部端子と電気的に接続されるように構成されている、請求項２〜４のいずれかに記載の二次電池。
  6. 前記外装体は、相互に連続しかつ上面の高さが相互に異なる少なくとも２つの段部を備え、
    相対的に高さが低い低段部の上面と該低段部に連続する相対的に高さが高い高段部の上面との間に段差面が形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の二次電池。
  7. 前記段差面が前記高段部の側面を成している、請求項６に記載の二次電池。
  8. 前記低段部の前記上面が、前記段差面の延在方向に対して異なる方向に延在するように前記段差面と連続する、請求項６又は７に記載の二次電池。
  9. 前記低段部の前記上面上に、基板を配置可能と成っており、
    前記外部端子は、配線を介して前記低段部の前記上面上に配置された前記基板と電気的に接続可能に構成されている、請求項６〜８のいずれかに記載の二次電池。
  10. 前記外部端子が、前記低段部の側面に露出するように構成されている、請求項６〜９のいずれかに記載の二次電池。
  11. 前記電極組立体が、前記正極、前記負極および前記セパレータを含む複数の電極ユニットを平面状に積層した平面積層構造を有する、請求項１〜１０のいずれかに記載の二次電池。
  12. 前記電極組立体が、前記正極、前記負極および前記セパレータを含む電極ユニットをロール状に巻回した巻回構造を有する、請求項１〜１１のいずれかに記載の二次電池。
  13. 前記電極組立体が、前記平面積層構造と前記巻回構造との組合せから成っている、請求項１１に従属する請求項１２に記載の二次電池。
  14. 請求項９に記載の前記二次電池；および
    前記低段部の前記上面上に配置された前記基板を含む、デバイス。
  15. 前記デバイスがモバイル機器である、請求項１４に記載のデバイス。
  16. 前記基板がリジッド基板またはフレキシブル基板である、請求項９に記載の二次電池。
  17. 前記基板が保護回路基板である、請求項９に記載の二次電池。
  18. 前記正極および前記負極がリチウムイオンを吸蔵放出可能な層を有する、請求項１〜１７のいずれかに記載の二次電池。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6888634B2 (ja) * 2016-12-06 2021-06-16 株式会社村田製作所 二次電池

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3611765B2 (ja) * 1999-12-09 2005-01-19 シャープ株式会社 二次電池及びそれを用いた電子機器
JP3789439B2 (ja) 2003-03-03 2006-06-21 Ｎｅｃラミリオンエナジー株式会社 フィルム外装積層型組電池
KR100727201B1 (ko) * 2003-07-31 2007-06-13 닛본 덴끼 가부시끼가이샤 리튬 이온 2차 전지
US7592097B2 (en) * 2004-04-26 2009-09-22 Greatbatch Ltd. Electrochemical cell designs with anode plates and connections which facilitate heat dissipation
JP5114036B2 (ja) * 2006-09-08 2013-01-09 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 積層型電池の製造方法
JP2008234870A (ja) * 2007-03-16 2008-10-02 Toyota Motor Corp バッテリの車両搭載構造
JP4784687B2 (ja) * 2009-10-09 2011-10-05 日本電気株式会社 扁平型電池およびそれを用いた組電池
JP2011175905A (ja) * 2010-02-25 2011-09-08 Kyocera Corp 全固体型リチウムイオン二次電池
KR20130113301A (ko) * 2012-04-05 2013-10-15 주식회사 엘지화학 계단 구조의 전지셀
WO2013153603A1 (ja) * 2012-04-09 2013-10-17 株式会社日本マイクロニクス 二次電池
KR20130132231A (ko) 2012-05-25 2013-12-04 주식회사 엘지화학 단차를 갖는 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스
KR101385732B1 (ko) * 2012-11-22 2014-04-17 주식회사 엘지화학 전장의 길이가 동일하고 전폭의 길이가 상이한 전극 유닛들로 이루어진 전극 조립체, 이를 포함하는 전지셀 및 디바이스
KR101586201B1 (ko) * 2013-02-13 2016-01-20 주식회사 엘지화학 엇갈린 배열 구조의 전극조립체를 포함하는 전지셀
KR101573691B1 (ko) * 2013-03-04 2015-12-03 주식회사 엘지화학 결락부가 형성된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩
KR20140123007A (ko) * 2013-04-11 2014-10-21 주식회사 엘지화학 라운드 코너를 포함하는 전지셀
CN203377340U (zh) * 2013-08-16 2014-01-01 东莞新能源科技有限公司 电芯
CN103474703B (zh) * 2013-09-12 2016-01-06 东莞新能源科技有限公司 电化学装置
KR101763265B1 (ko) * 2014-05-22 2017-07-31 주식회사 엘지화학 계단 구조의 전극조립체에 대응하는 트리밍부가 형성되어 있는 전지케이스를 포함하는 전지셀
KR101823192B1 (ko) * 2014-09-04 2018-01-29 주식회사 엘지화학 기본 단위체 제조 장치 및 전극 조립체의 제조 방법

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