JP2010015751A - 電池 - Google Patents

Abstract

【課題】扁平捲回電極体にかかる面圧を安定に保持することができる扁平捲回電極体を備えた電池を提供すること。
【解決手段】第１の電極シート２０と第２の電極シート３０とがセパレータシート４０ａ、４０ｂを介して扁平状に捲回されて成る扁平捲回電極体１０を備え、第１の電極シート２０は、扁平捲回電極体１０において第２の電極シート３０よりも外周側を捲回するように配置されており、ここで第１の電極シート２０は、第２の電極シート３０の巻き終わり端部３８を巻き込むように捲回されており、該第１の電極シート２０の巻き終わり端部２８は、該第２の電極シート３０の巻き終わり端部３８が配置されているいずれかの捲回ストレート部１２ａ、１２ｂ又は捲回Ｒ部１４ａ、１４ｂを越えて次の捲回ストレート部１２ａ、１２ｂに到達又は該次の捲回ストレート部を通過して配置されていることを特徴とする、電池１００である。
【選択図】図４

Description

本発明は、電池に関する。詳しくは、扁平状に捲回されてなる扁平捲回電極体を備えた電池の構造に関する。

近年、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池その他の二次電池は、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン電池は、車両搭載用の高容量電源として好ましく用いられるものとして期待されている。

このような高容量なリチウムイオン電池の典型例の一つとして、渦巻き状構造を有する電極体（捲回型電極体）を備えた電池がある。すなわち、正極シートと負極シートとをセパレータシートを介して対向するように重ねて配置し、これをさらに渦巻き状に捲回することによって正負極の反応面積を大きくすることができ、これによってエネルギー密度を増大して高容量化を図ることができる。

上述した捲回電極体においては、電池を構成するにあたり角型の電池ケース（典型的には扁平形状の箱型ケース）に収容される場合があるが、かかる場合には、該捲回電極体を両側からプレスして扁平形状となるように成形した上で角型電池ケースに挿入される。例えば、特許文献１には、捲回電極体を扁平状に加圧成形する際に捲回電極体が巻き解れないように、該捲回電極体の最外周に巻止めテープを貼着した電池が開示されている。なお、扁平形捲回電極体に関する他の従来技術としては例えば特許文献２〜４が挙げられる。
特開２００７−２４２５１９号公報 特開２００５−２２２８８７号公報 特開２００４−４７３３２号公報 特開２００７−２６９３９号公報

しかしながら、上述した巻止めテープは、扁平捲回電極体の最外周の巻き解れを抑止するためのものであり、該巻止めテープの貼着だけでは捲回電極体にかかる適正な面圧を維持することは難しくなる。すなわち、充電時に扁平捲回電極体が膨張すると、該電極体の膨張に伴う圧力は正極シート及び負極シートの巻き終わり端部（シート長手方向における外周側の終端位置をいう。以下同じ。）に特に大きく加わることとなるが、巻止めテープの貼着だけでは捲回電極体の膨張方向に作用する圧力を押え付けることができず、正極シート及び負極シートの巻き終わり端部が弛みがちとなる。

一例として図１０に従来の扁平捲回電極体１の要部断面を示す。ここでは負極シート２が正極シート３よりも外周側を捲回するように配置されている。そして、負極シート２の巻き終わり端部４および正極シート３の巻き終わり端部５は、扁平捲回電極体１の同一の曲率部（捲回Ｒ部）６に配置されている。この場合、充電時に扁平捲回電極体１が膨張すると、負極シート２の巻き終わり端部４及び正極シート３の巻き終わり端部５がそれぞれ弛みがちとなるが、特に内周側に配置された正極シート３の巻き終わり端部５が弛むと、負極シート２と正極シート３とが対向している部分の面圧が不均一になるため、正極−負極間の電極反応が不均一に進行することとなる。このように正極−負極間の電極反応が不均一に進行すると、サイクル耐久における電池寿命を低下させる場合があるため望ましくない。

本発明はかかる点に鑑みてなされてものであり、その主な目的は、扁平捲回電極体にかかる面圧を安定に保持することができる扁平捲回電極体を備えた電池を提供することである。

本発明によって提供される電池は、第１の電極シートと第２の電極シートとがセパレータシートを介して扁平状に捲回されて成る扁平捲回電極体であって二つの捲回ストレート部と二つの捲回Ｒ部とから構成される扁平捲回電極体と、該扁平捲回電極体を収容する電池ケースとを備えた電池である。上記第１の電極シートは、上記扁平捲回電極体において上記第２の電極シートよりも外周側を捲回するように配置されている。ここで上記第１の電極シートは、上記第２の電極シートの巻き終わり端部を巻き込むように捲回されている。そして、該第１の電極シートの巻き終わり端部は、該第２の電極シートの巻き終わり端部が配置されているいずれかの捲回ストレート部又は捲回Ｒ部を越えて次の捲回ストレート部（即ち捲回方向の先方にある最初の捲回ストレート部）に到達又は該次の捲回ストレート部を通過して（捲回方向のさらに先方に）配置されていることを特徴とする。

本発明の構成によれば、第１の電極シートは、第２の電極シートの巻き終わり端部を巻き込むように捲回され、且つ、第１の電極シートの巻き終わり端部は、第２の電極シートの巻き終わり端部が配置されているいずれかの捲回ストレート部又は捲回Ｒ部を越えて次の捲回ストレート部に到達又は該次の捲回ストレート部も通過して捲回・配置されているので、第１の電極シートによって第２の電極シートの巻き終わり端部を適当なテンションで巻き締めることができ、該第２の電極シートの巻き終わり端部にかかる面圧を安定に保持することができる。
加えて、第１の電極シートの巻き終わり端部は、第２の電極シートの巻き終わり端部が配置されているいずれかの捲回ストレート部又は捲回Ｒ部を越えて少なくとも次の捲回ストレート部に到達又は該次の捲回ストレート部も通過して捲回・配置されているので、第２の電極シートの巻き終わり端部を巻き込んだ第１の電極シートを、電池ケースの内壁側面によって押さえ込むことができる。これにより、充電時に扁平捲回電極体が膨張する方向に力が作用した場合でも、第１の電極シートを確実に保持することができる。
すなわち、上記構成によれば、扁平捲回電極体が膨張・収縮を繰り返す場合でも、第１の電極シートの安定した締め付け力によって第２の電極シートの巻き終わり端部にかかる面圧を安定に（均一に）保つことができ、正極−負極間の電極反応を均一に進行させることができる。その結果、良好な電池性能（例えばサイクル特性）を有する電池を提供することができる。

ここで開示される電池の好ましい一態様では、上記第２の電極シートの巻き終わり端部は、いずれか一方の捲回Ｒ部に配置されている。そして、上記第１の電極シートの巻き終わり端部は、該第２の電極シートの巻き終わり端部が配置されていない他方の捲回Ｒ部に配置されている。かかる構成によれば、第２の電極シートの巻き終わり端部を一方の捲回Ｒ部に配置し、第１の電極シートの巻き終わり端部を他方の捲回Ｒ部に配置することにより、扁平捲回電極体の捲回ストレート部に余分なエッジ（すなわち第１の電極シートの巻き終わり端部）が形成されない。そのため、扁平捲回電極体が膨張する方向に力が作用した際、電池ケースによって、扁平捲回電極体の捲回ストレート部に均一な荷重を加えることができる。したがって、正極−負極間の電極反応をさらに均一に進行させることができ、電池性能（例えばサイクル充放電特性など）がさらに良好になる。

ここで開示される電池の好ましい一態様では、上記第２の電極シートの巻き終わり端部は、いずれか一方の捲回ストレート部に配置されている。そして、上記第１の電極シートの巻き終わり端部は、該第２の電極シートの巻き終わり端部が配置されていない他方の捲回ストレート部に配置されている。かかる構成によれば、外周側の第１の電極シートに本発明の目的に適した好ましいテンションを付与することができ、これによって第２の電極シートの巻き終わり端部を確実に保持することができる。

ここで開示される電池の好ましい一態様では、上記第２の電極シートの巻き終わり端部は、いずれか一方の捲回Ｒ部に配置されている。そして、上記第１の電極シートの巻き終わり端部は、該第２の電極シートの巻き終わり端部が配置されている捲回Ｒ部を越えて次の捲回ストレート部（即ち捲回方向の先方にある捲回ストレート部）に配置されている。かかる構成によれば、外周側の第１の電極シートに本発明の目的に適した好ましいテンションを付与することができ、これによって第２の電極シートの巻き終わり端部を確実に保持することができる。

また、本発明は、上記記載の電池を単電池として複数備えてなる組電池を提供する。上記複数の単電池は、該単電池それぞれの電池ケースに収容される上記扁平捲回電極体の捲回ストレート部がそれぞれ対向する向きに配列されている。上記配列方向に拘束力が加わるように、各単電池の電池ケースの外側に拘束部材が装着されている。そして、上記拘束力によって各単電池の上記扁平捲回電極体における第１の電極シートの捲回状態が保持されることを特徴とする。

本発明の組電池の構成によれば、拘束部材の拘束力によって扁平捲回電極体を構成する第１の電極シートを所定の捲回状態で強固に保持することができる。したがって、充放電に伴って扁平捲回電極体が膨張・収縮を繰り返す場合であっても、第１の電極シートの安定した締め付け力によって第２の電極シートの巻き終わり端部にかかる面圧をさらに安定に（均一に）保つことができ、両電極シート間の電極反応を均一化させることができる。したがって、上記構成によれば、良好な電池性能（例えばサイクル特性など）を有する単電池を備えた組電池を提供することができる。

図面を参照しながら本発明による好適な幾つかの実施の形態を説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。なお、以下、角形リチウムイオン二次電池１００を例にして本発明の電池の構造について詳細に説明するが、本発明をかかる実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。また各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。

（実施形態１）
まず、図１および図２を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る角形リチウムイオン二次電池１００の構成について説明する。図１は、本実施形態１に係る電池１００の外観を模式的に示す斜視図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ断面を模式的に示す断面図である。電池１００は、扁平状に捲回された扁平捲回電極体１０と、該扁平捲回電極体１０を収容する電池ケース５０とを備える。

電池ケース５０は、後述する扁平捲回電極体１０を収容し得る形状を有しており、図示した例では角型（箱型）である。電池ケース５０の材質は特に制限されないが、例えば、熱伝導性が良い金属製材料が挙げられる。このような金属製材料として、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼などを使用することができる。この実施形態１では、電池ケース５０は上部開口端を有しており、該上部開口端を介して後述する扁平捲回電極体１０を挿入可能になっている。

扁平捲回電極体１０は、典型的なリチウムイオン二次電池と同様、所定の電池構成材料（正負極それぞれの活物質、正負極それぞれの集電体、セパレータ等）から構成されている。扁平捲回電極体１０は、後述する図３で示すように、第１の電極シート２０と第２の電極シート３０とがセパレータシート４０ａ、４０ｂを介して捲回されてなる電極体(渦巻状電極体)を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって作製され得る。また、扁平捲回電極体１０は、図２に示すように（即ち捲回軸方向に対して直交する方向の断面からみてよく判るように）、二つの捲回ストレート部１２ａ、１２ｂと二つの捲回Ｒ部１４ａ、１４ｂとから構成されている。

二つの捲回ストレート部１２ａ、１２ｂは、扁平捲回電極体１０を構成する外壁側面の扁平部分（平坦部分）に相当し、それぞれ、電池ケース５０を構成する内壁側面の幅広な側面５２に対向して配置されている。この実施形態１では、二つの捲回ストレート部１２ａ、１２ｂは、扁平捲回電極体１０を電池ケース５０に収容した状態において、電池ケース５０の幅広な側面５２と接するように配置される。一方、二つの捲回Ｒ部１４ａ、１４ｂは、扁平捲回電極体１０を構成する外壁側面の曲率部分（湾曲部分）に相当し、それぞれ、電池ケース５０の底面５４及び蓋体５８に対向して（非接触の状態で）配置されている。この実施形態１では、二つの捲回Ｒ部１４ａ、１４ｂは、扁平捲回電極体１０を電池ケース５０に収容した状態において、電池ケース５０の幅広な側面５２とは接しないように配置される。

さらに図３および図４を加えて、扁平捲回電極体１０の構成について詳述する。本実施形態１に係る扁平捲回電極体１０は、図３に示すように、第１の電極シート２０と第２の電極シート３０とが２枚のセパレータシート４０ａ、４０ｂを介して扁平状に捲回されて成る扁平捲回電極体である。

この実施形態１では、第１の電極シート２０は負極シートであり、第２の電極シート３０は正極シートである。負極シート２０は、長尺シート状の箔状の負極集電体２２の両面に電池用負極活物質層２４が付着されて形成されている。ただし、負極活物質層２４は負極シート２０の幅方向の端辺に沿う一方の側縁（図３では上側の側縁部分）には付着されず、負極集電体２２を一定の幅にて露出させた負極活物質層非形成部２６が形成される。一方、正極シート３０も負極シート２０と同様に、長尺シート状の箔状の正極集電体３２の両面に電池用正極活物質層３４が付着されて形成されている。ただし、正極活物質層３４は正極シート３０の幅方向の端辺に沿う一方の側縁（図３では下側の側縁部分）には付着されず、正極集電体３２を一定の幅にて露出させた正極活物質層非形成部３６が形成される。

扁平捲回電極体１０を作製する際には、まず、セパレータシート４０ａと負極シート２０とセパレータシート４０ｂと正極シート３０とをこの順で積層して積層体を形成する。この積層体を形成するに際しては、負極シート２０の負極活物質層非形成部（負極集電体２２の露出部分）２６および正極シート３０の正極活物質層非形成部（正極集電体３２の露出部分）３６がセパレータシート４０ａ、４０ｂから外方にはみ出るように配置する。

次いで、この積層体を円筒状の巻き芯に巻き取りつつ渦巻状に捲回する。このとき、負極シート（第１の電極シート）２０が正極シート（第２の電極シート）３０よりも外周側を捲回するように配置する。そして、負極シート２０、正極シート３０および２枚のセパレータシート４０ａ、４０ｂをそれぞれ巻き取り終了時に所定の長さとなるように終端位置で切断し、該終端位置で切断された各シートの巻き終わり端部を巻き取ることにより渦巻状の捲回体を形成する。その際、捲回体が巻き解れないように当該捲回体の最外周に巻止めテープを貼着し、当該扁平捲回電極体の最外周（ここでは一方のセパレータシート）を固定する。

その後、作製した渦巻状の捲回体を側面方向からプレス成形する（典型的には押しつぶして拉げさせる）ことによって、横断面形状が扁平状となった扁平捲回電極体を作製する。このとき、負極シート２０の巻き終わり端部２８と正極シート３０の巻き終わり端部３８とが、扁平捲回電極体の最外周部分において後述する所定位置にそれぞれ配置され得るようにしてプレス成形を実行する。このようにして本実施形態１に係る扁平捲回電極体１０を作製することができる。なお、扁平捲回電極体１０の作製は、上述した渦巻状捲回体を扁平状に押しつぶす方法に制限されず、例えば扁平な巻き芯を用いて初めから扁平状となるように捲回してもよい。

このようにして得られた扁平捲回電極体１０の要部断面を図４に示す。図４に示すように、第１の電極シートとしての負極シート２０は、扁平捲回電極体１０において第２の電極シートとしての正極シート３０よりも外周側を捲回するように配置されている。また、負極シート２０は、正極シート３０の巻き終わり端部３８を巻き込むように捲回されている。そして、該負極シート２０の巻き終わり端部２８は、該正極シート３０の巻き終わり端部３８が配置されているいずれかの捲回ストレート部又は捲回Ｒ部を越えて次の捲回ストレート部（即ち捲回方向９０の先方にある少なくとも最初の捲回ストレート部）に到達又は該次の捲回ストレート部を通過して（さらに捲回方向９０の先方に）配置されている。

この実施形態１では、正極シート３０の巻き終わり端部３８は、図面左側の捲回Ｒ部１４ａに配置され、一方、負極シート２０の巻き終わり端部２８は、図面上側の捲回ストレート部１２ａに配置されている。すなわち、負極シート２０の巻き終わり端部２８は、正極シート３０の巻き終わり端部３８が配置されている図面左側の捲回Ｒ部１４ａを越えて次の捲回ストレート部１２ａ（即ち、捲回方向９０の先方にある最初の捲回ストレート部１２ａであって図面上側の捲回ストレート部１２ａ）に到達するように配置されている。また、この実施形態１では、図面上側の捲回ストレート部１２ａに配置された負極シート２０の巻き終わり端部２８は、電池ケース５０の幅広な内壁側面５２（図面上側の捲回ストレート部１２ａに対向している内壁側面）によって押さえ付けられ、その配置位置において保持されている。

上述した実施形態１の構成によれば、第１の電極シート（ここでは負極シート）２０は、第２の電極シート（ここでは正極シート）３０の巻き終わり端部３８を巻き込むように捲回され、且つ、第１の電極シート２０の巻き終わり端部２８は、第２の電極シート３０の巻き終わり端部３８が配置されている捲回Ｒ部１４ａを越えて次の捲回ストレート部１２ａに到達するように配置されているので、第１の電極シート２０によって第２の電極シート３０の巻き終わり端部３８を適当なテンションで巻き締めることができ、該第２の電極シート３０の巻き終わり端部３８にかかる面圧を安定に保持することができる。

加えて、第１の電極シート２０の巻き終わり端部２８は、第２の電極シート３０の巻き終わり端部３８が配置されている捲回Ｒ部１４ａを越えて次の捲回ストレート部１２ａに到達するように配置されているので、第２の電極シート３０の巻き終わり端部３８を巻き込んだ第１の電極シート２０を、電池ケース５０の内壁側面５２（捲回ストレート部１２ａに対向している内壁側面）によって押さえ込むことができる。これにより、充電時に扁平捲回電極体１０が膨張する方向に力が作用した場合でも、第１の電極シート２０を確実に保持することができる。

すなわち、上記構成によれば、扁平捲回電極体１０が膨張・収縮を繰り返す場合でも、第１の電極シート２０の安定した締め付け力によって第２の電極シート３０の巻き終わり端部３８にかかる面圧を安定に（均一に）保つことができ、正極−負極間の電極反応を均一に進行させることができる。その結果、良好な電池性能（例えばサイクル特性）を有する電池を提供することができる。

次に、図１〜図３を参照しつつ、本実施形態１に係る電池１００を構成する各構成材料について言及する。図３に示すように、扁平捲回電極体１０は、負極シート２０と正極シート３０を計２枚のセパレータシート４０ａ、４０ｂと共に扁平状に捲回してなる扁平捲回電極体１０である。

負極シート２０の負極活物質層非形成部（負極集電体２２の露出部分）２６および正極シート３０の正極活物質層非形成部（正極集電体３２の露出部分）３６がセパレータシート４０ａ、４０ｂから外方にはみ出るように捲回された結果として、負極シート２０および正極シート３０の端の一部がそれぞれ捲回コア部分１６（即ち負極シート２０の負極活物質層形成部分と正極シート３０の正極活物質層形成部分とセパレータシート４０ａ、４０ｂとが密に捲回された部分）から外方にはみ出ている。図１に示すように、かかる負極側はみ出し部分（即ち負極活物質層の非形成部分）１８ａおよび正極側はみ出し部分（即ち正極活物質層の非形成部分）１８ｂには、負極集電端子８０ａおよび正極集電端子８０ｂが付設されており、それぞれ負極端子８２ａおよび正極端子８２ｂと電気的に接続される。この実施形態１では、負極端子８２ａおよび正極端子８２ｂは、ガスケット（図示せず）を介して電池ケース５０の蓋体５８にそれぞれ取り付けられている。

なお、かかる扁平捲回電極体１０を構成する材料および部材自体は、従来のリチウムイオン電池の電極体と同様でよく、特に制限はない。

例えば負極シート２０は長尺状の負極集電体の上にリチウムイオン電池用負極活物質層が付与されて形成され得る。負極集電体２２には、銅箔その他の負極に適する金属箔が好適に使用される。負極活物質としては、従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料、リチウム含有遷移金属酸化物や遷移金属窒化物等が挙げられる。例えば、長さ２〜４ｍ（例えば２．９ｍ）、幅８〜１２ｃｍ（例えば１０ｃｍ）、厚さ５〜２０μｍ（例えば１０μｍ）程度の銅箔を使用し、その表面の所定領域に常法によって黒鉛を主体とするリチウムイオン電池用負極活物質層（例えば黒鉛９８質量％、スチレンブタジエンラバー１質量％、カルボキシメチルセルロース１質量％）を形成することによって好適な負極シート２０が得られる。

一方、正極シート３０は長尺状の正極集電体の上にリチウムイオン電池用正極活物質層が付与されて形成され得る。正極集電体３２には、アルミニウム箔その他の正極に適する金属箔が好適に使用される。正極活物質としては、従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２等が挙げられる。例えば、長さ２〜４ｍ（例えば２．７ｍ）、幅８〜１２ｃｍ（例えば１０ｃｍ）、厚さ５〜２０μｍ（例えば１５μｍ）程度のアルミニウム箔を集電体として使用し、その表面の所定領域に常法によってニッケル酸リチウムを主体とするリチウムイオン電池用正極活物質層（例えばニッケル酸リチウム８８質量％、アセチレンブラック１０質量％、ポリテトラフルオロエチレン１質量％、カルボキシメチルセルロース１質量％）を形成することによって好適な正極シート３０が得られる。

また、正負極シート２０、３０間に使用される好適なセパレータシート４０ａ、４０ｂとしては多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されたものが挙げられる。例えば、長さ２〜４ｍ（例えば３．１ｍ）、幅８〜１２ｃｍ（例えば１１ｃｍ）、厚さ５〜３０μｍ（例えば２５μｍ）程度の合成樹脂製（例えばポリエチレン等のポリオレフィン製）多孔質セパレータシートが好適に使用し得る。

電池ケース５０に扁平捲回電極体１０とともに収容される電解液としては、例えば非水溶媒に電解質を溶解した非水電解液を使用することができる。非水溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン等からなる群から選択された一種または二種以上を用いることができる。また、電解液を構成する電解質（支持塩）としては、フッ素を構成元素とする各種リチウム塩から選択される一種または二種以上を用いることができる。例えば、ＬｉＰＦ_６，ＬｉＢＦ_４，ＬｉＡＳＦ_６，ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３，ＬｉＣ_４Ｆ_９ＳＯ_３，ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２，ＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３等からなる群から選択される一種または二種以上を用いることができる。

扁平捲回電極体１０を電池ケース５０に収容するとともに、上記電解液を注入して封止することによって本実施形態１の電池１００が得られる。このようにして得られた電池１００を用いて組電池をさらに構築してもよい。すなわち、図５及び図６に示すように、本実施形態に係る電池１００を単電池として複数備えてなる組電池２００を好ましく構築することができる。この実施形態では、単電池１００は、所定方向に配列され且つ該配列方向に荷重が加えられた状態で拘束されている。

詳しくは、複数の単電池１００は、それぞれの負極端子８２ａおよび正極端子８２ｂが交互に配置されるように一つずつ反転させて配置されており、該単電池１００それぞれの電池ケース５０に収容される扁平捲回電極体１０の捲回ストレート部１２ａ、１２ｂがそれぞれ対向する向き（電池ケースの幅広面が向かい合う方向）に配列される。そして、配列方向に拘束力が加わるように、各単電池１００の電池ケース５０の外側に拘束部材が装着されている。

この実施形態では、拘束部材は、一対の拘束板７０ａ、７０ｂと、スペーサ板７６とから構成されている。すなわち、配列した単電池１００の周囲には、複数の単電池１００をまとめて拘束する拘束板７０ａ、７０ｂが配備され、各単電池１００間の間隙には、該単電池１００とともに配列方向に荷重が加えられた状態で拘束されるスペーサ板７６が配置される。また、一対の拘束板７０ａ、７０ｂを架橋するように締付け用ビーム材７２が取り付けられる。そして、ビーム材７２の端部をビス７４により拘束板７０ａ、７０ｂに締め付け且つ固定することによって上記単電池１００をその配列方向に所定の荷重が加わるように拘束することができる。

上記拘束時には、各単電池１００の電池ケース側壁がスペーサ板７６によって押圧される（即ち荷重がかかる）。そして、図６に示すように、電池ケース側壁を押圧する荷重（拘束力）によって扁平捲回電極体１０がさらに扁平状に変形すると共に、該扁平捲回電極体１０におけるいずれか一方の捲回ストレート部に配置された負極シート２０の巻き終わり端部２８（図６では上側の捲回ストレート部１２ａに配置された負極シート２０の巻き終わり端部２８）がその配置位置で強固に保持されることとなる。

上記組電池２００の構成によれば、拘束部材の拘束力によって扁平捲回電極体１０を構成する第１の電極シート（ここでは負極シート）２０を強固に保持することができる。したがって、充放電に伴って扁平捲回電極体１０が膨張・収縮を繰り返す場合であっても、第１の電極シート２０の安定した締め付け力によって第２の電極シート３０の巻き終わり端部３８にかかる面圧をさらに安定に（均一に）保つことができ、両電極シート２０、３０間の電極反応を均一化させることができる。すなわち、上記構成によれば、良好な電池性能（例えばサイクル特性など）を有する単電池を備えた組電池２００を提供することができる。

続いて、以下に、本発明に係る別の実施形態を示す。なお、上述したように、既述の実施形態１と同一構成部分については、同一の符号を付してその構成の説明を省略する。

（実施形態２）
まず、図７を参照しつつ本発明に係る実施形態２について説明する。この実施形態２では、図７に示すように、第２の電極シート（正極シート）３０の巻き終わり端部３８は、下側の捲回ストレート部１２ｂに配置され、一方、第１の電極シート（負極シート）２０の巻き終わり端部２８は、該第２の電極シート３０の巻き終わり端部３８が配置されていない上側の捲回ストレート部１２ａに配置されている。すなわち、図７の例では、第１の電極シート２０の巻き終わり端部２８は、第２の電極シート３０の巻き終わり端部３８が配置されている捲回ストレート部１２ｂを越えて次の捲回ストレート部１２ａ（即ち捲回方向９０の先方にある最初の捲回ストレート部１２ａ）に到達するように配置されている。このような構成であっても、外周側の第１の電極シート（負極シート）２０に本発明の目的に適した好ましいテンションを付与することができ、これによって、第２の電極シート（正極シート）３０の巻き終わり端部を確実に保持することができる。

（実施形態３）
次に、図８を参照しつつ本発明に係る実施形態３について説明する。この実施形態３では、図８に示すように、第２の電極シート（正極シート）３０の巻き終わり端部３８は、左側の捲回Ｒ部１４ａに配置され、第１の電極シート（負極シート）２０の巻き終わり端部２８は、該正極シート３０の巻き終わり端部３８が配置されていない右側の捲回Ｒ部１４ｂに配置されている。すなわち、図８の例では、負極シート２０の巻き終わり端部２８は、正極シート３０の巻き終わり端部３８が配置されている左側の捲回Ｒ部１４ａを越えて次の捲回ストレート部１２ａ（捲回方向９０の先方にある最初の捲回ストレート部１２ａ）を通過するように配置されている。

かかる構成によれば、第２の電極シート（正極シート）３０の巻き終わり端部３８を一方の捲回Ｒ部１４ａに配置し、第１の電極シート（負極シート）２０の巻き終わり端部２８を他方の捲回Ｒ部１４ｂに配置しているので、扁平捲回電極体１０の捲回ストレート部１２ａに余分なエッジ（すなわち第１の電極シート２０の巻き終わり端部２８）が形成されない。そのため、扁平捲回電極体が膨張する方向に力が作用した際、電池ケースによって、扁平捲回電極体１０の捲回ストレート部１２ａに均一な荷重を加えることができる。したがって、正極−負極間の電極反応をさらに均一に進行させることができ、電池性能（例えばサイクル充放電特性など）がさらに良好になる。

本発明に係る扁平捲回電極体を用いて電池を構築することにより、良好なサイクル特性を有する電池を提供し得ることを確認するため実施例として以下の実験を行った。

（実施例１）
負極集電体としての銅箔表面にリチウムイオン電池用負極活物質層が形成された負極シート２０と、正極集電体としてのアルミニウム箔表面にリチウムイオン電池用正極活物質層が形成された正極シート３０とを、２枚のセパレータシート４０ａ、４０ｂを介して捲回して渦巻状の捲回体を作製した。このとき、負極シート２０が正極シート３０よりも外周側を捲回するように捲回した。また、負極シート２０の終端位置（巻き終わり端部２８）が正極シート３０の終端位置（巻き終わり端部３８）よりも捲回方向９０の先方に出るように、負極シート２０と正極シート３０とを重ね合わせる位置を捲回方向９０に少しずらして捲回した。内側に捲回した正極シート３０の捲回数は３０ターンとなった。

次いで、渦巻状の捲回体を側面方向からプレスすることにより加圧成形し、横断面形状が扁平状となった扁平捲回電極体を作製した。このとき、負極シート２０の巻き終わり端部２８と、正極シート３０の巻き終わり端部３８とが図４の位置関係となるようにしてプレス成形した。プレス後の扁平捲回電極体のサイズは４０ｍｍ×６０ｍｍとなった。

そして、得られた扁平捲回電極体に負極集電端子８０ａおよび正極集電端子８０ｂを溶接し、その後、電解液とともに角型電池ケースに収容することによって評価用リチウムイオン二次電池を構築した。

（実施例２）
捲回の際に負極シート２０と正極シート３０とを重ね合わせる位置を捲回方向９０に所定量だけずらして捲回し、加圧成形の際に負極シート２０の巻き終わり端部２８と正極シート３０の巻き終わり端部３８とが図７の位置関係となるようにしてプレス成形したこと以外は、実施例１と同様にして扁平捲回電極体を作製し、試験用リチウムイオン二次電池を構築した。

（実施例３）
捲回の際に負極シート２０と正極シート３０とを重ね合わせる位置を捲回方向９０に所定量だけずらして捲回し、加圧成形の際に負極シート２０の巻き終わり端部２８と正極シート３０の巻き終わり端部３８とが図８の位置関係となるようにしてプレス成形したこと以外は、実施例１と同様にして扁平捲回電極体を作製し、試験用リチウムイオン二次電池を構築した。

（実施例４）
試験用電池ケースの両サイドに一対の拘束板を配置し、該電池を側面方向から所定の荷重が加わるようにして拘束したこと以外は、実施例１と同様にして扁平捲回電極体を作製し、試験用リチウムイオン二次電池を構築した。

（比較例）
捲回の際に正極シートと負極シートとを重ね合わせる位置を捲回方向に所定量だけずらして捲回し、加圧成形の際に正極シートの巻き終わり端部と負極シートの巻き終わり端部とが図１０の位置関係となる（すなわち負極シート２の巻き終わり端部４と正極シート３の巻き終わり端部５とが同一の捲回Ｒ部６に配置される）ようにしてプレス成形したこと以外は、実施例１と同様にして扁平捲回電極体を作製し、試験用リチウムイオン二次電池を構築した。

（サイクル特性試験）
上記作製した試験用電池に対して充放電サイクル試験を行い、各電池の容量維持率を評価した。なお、容量維持率は、初期充電完了後の電池容量を１００％として充放電を所定回数繰り返した後での充電完了後の電池容量の比率を示しており、容量維持率が高くなるほどサイクル特性が良好であることを示唆している。ここでは、作製した各試験用電池を２０Ｃの充放電流で充放電サイクルを繰り返し、１０００サイクル、２０００サイクル、４０００サイクル、６０００サイクル、８０００サイクル、１００００サイクル後の電池容量の変化を測定した。その結果を表１に示す。また、表１に示す結果を基にして各実施例および比較例の電池容量の変化（容量維持率）を模式的にグラフ化したものを図９に示す。図９中では、横軸が充放電のサイクル数を、縦軸が容量維持率を表している。

表１および図９から明らかなように、実施例１〜４の測定結果と比較例の測定結果とを比較すると、実施例１〜４の方が比較例よりも同一サイクル数における容量維持率が高くなることが分かった。すなわち、実施例１〜４の電池においては、比較例よりも充放電サイクル特性が改善されサイクル耐久での寿命が向上しているといえる。また、実施例３の電池は、実施例１、２、４よりも容量維持率がさらに高くなることが分かった。このことから、図８のように負極シート２０の巻き終わり端部３８と正極シート３０の巻き終わり端部３８とを左右の異なる捲回Ｒ部１４ａ、１４ｂに配置することにより、充放電サイクル特性がさらに改善されることが確認された。

なお、本実施形態に係る電池１００は、上述したように電池性能（特にサイクル特性）に優れることから自動車等の車両に搭載されるモーター（電動機）用電源として好適に使用し得る。例えば、図５に示した組電池２００を電源として備える車両（典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車）を提供することができる。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。
例えば、上述した実施形態１〜３では、負極シート（第１の電極シート）が正極シート（第２の電極シート）よりも外周側を捲回するように配置されているが、これらが逆であってもよい。すなわち、正極シート（第１の電極シート）が負極シート（第２の電極シート）よりも外周側を捲回するように配置することもできる。
また、第１の電極シートのうち、第２の電極シートの巻き終わり端部よりも捲回方向の先方に出ている部分は、正極−負極間の電極反応に寄与しないシート部分に相当するので、電極活物質層を付着させずに電極集電体（芯材）のみから構成してもよい。
さらに、本実施形態においては、図３に示したように、第１および第２の電極シート２０、３０の幅方向の端辺に沿う一方の側縁部分に電極活物質層非形成部２６、３６を形成しているが、これに限定されない。例えば、第１および第２の電極シート２０、３０の長手方向の端辺に沿う一方の側縁部分に電極活物質層非形成部を形成してもよい。この場合、各シートを積層して捲回するに際して、内周側に捲回される第２の電極シート３０の電極活物質層非形成部（電極集電体）を捲回方向の下流側にはみ出して配置し、外周側に捲回される第１の電極シート２０の電極活物質層非形成部（電極集電体）を捲回方向の上流側にはみ出して配置する。そして、第２の電極シート３０の電極活物質層非形成部（電極集電体）を巻き芯に巻き付けつつ、第１の電極シート２０の電極活物質層非形成部（電極集電体）を第２の電極シート３０の巻き終わり端部を巻き込むように捲回してもよい。

なお、本発明の目的を実現し得る他の形態として、例えば図１１に示す構成が挙げられる。ここでは、内側を捲回する第２の電極シート３０の巻き終わり端部３８は、捲回ストレート部１２ａに配置されている。そして、外側を捲回する第１の電極シート２０の巻き終わり端部２８は、第２の電極シート３０の巻き終わり端部３８が配置されている捲回ストレート部１２ａを越えてはいるが、次の捲回ストレート部１２ｂに到達することなく、手前の捲回Ｒ部１４ｂに配置されている。このような構成の場合でも、第１の電極シート２０と第２の電極シート３０との位置関係によっては、本発明の目的を実現することができる。
具体的には、第１の電極シート２０の巻き終わり端部２８が配置された捲回Ｒ部１４ｂから見て、第２の電極シート３０の巻き終わり端部３８を、捲回ストレート部１２ａを２等分したときの遠い側（図では左側）の捲回ストレート部１２ａＡに配置すればよい。かかる構成によれば、第１の電極シート２０のうち第２の電極シート３０の巻き終わり端部３８よりも捲回方向の先方に出ている部分の長さを、捲回ストレート部１２ａの２等分の長さよりも大きくすることができ、安定した締付け力が得られる長さにすることができる。その結果、第１の電極シート２０によって第２の電極シート３０の巻き終わり端部３８を安定した締付け力で巻き締めることができる。
なお、図１１に示した形態の比較例を図１２に示す。ここでは、第１の電極シート２０の巻き終わり端部２８が配置された捲回Ｒ部１４ｂから見て、第２の電極シート３０の巻き終わり端部３８を、捲回ストレート部１２ａを２等分したときの近い側（図では右側）の捲回ストレート部１２ａＢに配置している。かかる構成では、第１の電極シート２０のうち、第２の電極シート３０の巻き終わり端部３８よりも捲回方向の先方に出ている部分の長さが短くなりすぎるため、第１の電極シート２０によって第２の電極シート３０の巻き終わり端部３８を安定した締付け力で巻き締めることができない場合があり得る。

本発明の一実施形態に係る電池を模式的に示す斜視図。 図１のＩＩ−ＩＩ断面を模式的に示す断面図。 本発明の一実施形態に係る扁平捲回電極体について説明するための図。 本発明の一実施形態に係る電池の要部断面図。 本発明の一実施形態に係る組電池の外観斜視図。 本発明の一実施形態に係る組電池の要部断面図。 本発明の一実施形態に係る電池の要部断面図。 本発明の一実施形態に係る電池の要部断面図。 充放電サイクル特性試験の結果を示す図。 従来の扁平捲回電極体の要部断面図。 本発明の目的を実現し得る他の形態の一例を示す図。 本発明の目的を実現し得る他の形態（図１１）に対する比較例を示す図。

符号の説明

１０ 扁平捲回電極体
１２ａ、１２ｂ 捲回ストレート部
１４ａ、１４ｂ 捲回Ｒ部
１６ 捲回コア部分
２０ 負極シート（第１の電極シート）
２２ 負極集電体
２４ 負極活物質層
２６ 負極活物質層非形成部
２８ 負極シートの巻き終わり端部
３０ 正極シート（第２の電極シート）
３２ 正極集電体
３４ 正極活物質層
３６ 正極活物質層非形成部
３８ 正極シートの巻き終わり端部
４０ａ、４０ｂ セパレータシート
５０ 電池ケース
５２ 内壁側面
５４ 底面
５８ 蓋体
７０ａ、７０ｂ 拘束板
７２ ビーム材
７４ ビス
７６ スペーサ板
８０ａ 負極集電端子
８０ｂ 正極集電端子
８２ａ 負極端子
８２ｂ 正極端子
９０ 捲回方向
１００ 電池
２００ 組電池

Claims (6)

1. 第１の電極シートと第２の電極シートとがセパレータシートを介して扁平状に捲回されて成る扁平捲回電極体であって二つの捲回ストレート部と二つの捲回Ｒ部とから構成される扁平捲回電極体と、該扁平捲回電極体を収容する電池ケースとを備えた電池であって、
   前記第１の電極シートは、前記扁平捲回電極体において前記第２の電極シートよりも外周側を捲回するように配置されており、
   ここで前記第１の電極シートは、前記第２の電極シートの巻き終わり端部を巻き込むように捲回されており、
   該第１の電極シートの巻き終わり端部は、該第２の電極シートの巻き終わり端部が配置されているいずれかの捲回ストレート部又は捲回Ｒ部を越えて次の捲回ストレート部に到達又は該次の捲回ストレート部を通過して配置されていることを特徴とする、電池。
2. 前記第２の電極シートの巻き終わり端部は、いずれか一方の捲回ストレート部に配置されており、前記第１の電極シートの巻き終わり端部は、該第２の電極シートの巻き終わり端部が配置されていない他方の捲回ストレート部に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池。
3. 前記第２の電極シートの巻き終わり端部は、いずれか一方の捲回Ｒ部に配置されており、前記第１の電極シートの巻き終わり端部は、該第２の電極シートの巻き終わり端部が配置されている捲回Ｒ部を越えて次の捲回ストレート部に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池。
4. 前記第２の電極シートの巻き終わり端部は、いずれか一方の捲回Ｒ部に配置されており、前記第１の電極シートの巻き終わり端部は、該第２の電極シートの巻き終わり端部が配置されていない他方の捲回Ｒ部に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の電池を単電池として複数備えてなる組電池であって、
   前記複数の単電池は、該単電池それぞれの電池ケースに収容される前記扁平捲回電極体の捲回ストレート部がそれぞれ対向する向きに配列されており、
   前記配列方向に拘束力が加わるように、各単電池の電池ケースの外側に拘束部材が装着されており、
   前記拘束力によって各単電池の前記扁平捲回電極体における前記第１の電極シートの捲回状態が保持されることを特徴とする、組電池。
6. 請求項１から４の何れか一つに記載の電池または請求項５に記載の組電池を搭載した車両。

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