JP2010186683A - 捲回型電極電池とその製造方法及び機器及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 扁平型電極捲回体の歪みや箔折れを防止するとともに，電池の中心付近における電極反応を有効に活用することによりエネルギー密度の高密度化を図った捲回型電極電池とその製造方法及び機器及び車両を提供すること。
【解決手段】 電極捲回体１００は，電極中心部１１０と，電極外周部１２０とを有する。電極中心部１１０は，両面に塗工層を有する短冊状の正極及び負極を，それらの間にセパレータを挟んで平積みしたものである。電極外周部１２０は，両面に塗工層を有する帯状の正極及び負極を，それらの間にセパレータを挟んで捲回したものである。
【選択図】図４

Description

本発明は，捲回型電極を有する電池とその製造方法及び機器及び車両に関する。さらに詳細には，エネルギー密度の高密度化を図った捲回型電極電池とその製造方法及び機器及び車両に関するものである。

リチウムイオン二次電池に代表される二次電池には，正極及び負極を，それらの間にセパレータを挟んで捲回した電極捲回体を用いるものがある。また，電極捲回体を扁平プレスした扁平型電極捲回体を用いるものも知られている（例えば特許文献１の図４参照）。この扁平型電極捲回体は角型の容器に挿入することができるため，電池として搭載する際に便利である。よって，組電池にして種々の機器や車両等に搭載されることがある。

このような扁平型電極捲回体では，扁平形状の両端にあたる半円形の箇所（コーナー部）に歪みがかかっている。特に，コーナー部における最も内側の電極箔は，歪みが大きく折れやすい。このような歪みや箔折れが生ずると，電池としての使用時にセパレータに亀裂が入るおそれがある。電極とセパレータとで熱膨張率が異なるためである。そしてその亀裂は，セパレータが切断される原因となる。また，セパレータの亀裂箇所で電極の活物質層が剥離すると，正極集電体と負極集電体との接触，すなわち短絡が生じるおそれもある。

このため，このような歪みや箔折れを防止するために，特許文献２では，中央部に芯材を配置した扁平型電極捲回体を備えた捲回型電極電池が開示されている（例えば特許文献２の図１参照）。特許文献２に記載の二次電池では，捲回体の最も内側の部材の曲率半径は，芯材のないものに比べて大きい。よって，箔折れは生じにくいものとなっている。

特開２００８−２２６６２５号公報 特開２００８−４７３０４号公報

しかし，特許文献２に記載の二次電池では，芯材が発電機能を果たさないため，その芯材が占める空間の分だけ電池全体としてのエネルギー密度は低い。また，電池の芯材近傍，すなわち電池の中心付近の領域は，熱が逃げにくいため電池温度が高い。そのため，電池の中心付近の領域は，電極反応が活発に起こりやすい領域である。にもかかわらず，この領域に芯材を配置しているため，電極反応に有利な領域を活用できていなかった。つまり，さらなるエネルギー密度の低下を招いていたのである。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，扁平型電極捲回体の歪みや箔折れを防止するとともに，電池の中心付近における電極反応を有効に活用することによりエネルギー密度の高密度化を図った捲回型電極電池とその製造方法及び機器及び車両を提供することである。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の扁平形状の電極捲回体を有する捲回型電極電池は，少なくとも片面に塗工層を形成された短冊状の正極及び負極と短冊状のセパレータとを平積みした平積み構造の電極中心部と，少なくとも片面に塗工層を形成された帯状の正極及び負極と帯状のセパレータとを電極中心部の外部に捲回した捲回構造の電極外周部とを有する電極捲回体を備えるものである。かかる捲回型電極電池は，電極捲回体の歪みや箔折れを生じにくい。また，電池の中心部分の領域も発電に寄与するため，エネルギー密度が高い。

上記に記載の捲回型電極電池において，電極中心部における正極の塗工層の厚さが，電極外周部の正極の塗工層の厚さよりも厚く，電極中心部における負極の塗工層の厚さが，電極外周部の負極の塗工層の厚さよりも厚いとよい。捲回型電極電池のエネルギー密度がより高いものとなるからである。

上記に記載の捲回型電極電池において，電極中心部における短冊状の正極及び負極の，電極捲回体の扁平方向の長さが，電極中心部の中央寄りのものより外縁寄りのものほど短くなっているとなおよい。より歪みや箔折れを生じにくいものとなるからである。

上記に記載の捲回型電極電池において，電極中心部と電極外周部との間に，電極中心部を１周以上巻くセパレータを有するとなおよい。正極または負極の活物質層が剥離するおそれがほとんどないからである。

上記に記載の捲回型電極電池において，電極中心部の一方の面の最も外側の電極が，電極中心部の他方の面の最も外側の電極と同じ極であり，電極外周部の最も内側の電極が，電極中心部の最も外側の電極と異なる極であってもよい。このようにしても，正極または負極が，セパレータをはさんで交互に配置することができるからである。

上記に記載の捲回型電極電池において，電極中心部の一方の面の最も外側の電極が正極であり，電極中心部の他方の面の最も外側の電極が負極であり，電極外周部の最も内側の負極が，電極中心部の扁平方向の端部の一方から前記電極中心部の最も外側の正極に向かって捲回されており，電極外周部の最も内側の正極が，電極中心部の扁平方向の端部の他方から前記電極中心部の最も外側の負極に向かって捲回されている形状となっていてもよい。このようにしても，正極または負極が，セパレータをはさんで交互に配置することができるからである。

上記に記載の捲回型電極電池において，非水電解液型リチウムイオン二次電池であってもよい。エネルギー密度が高く，メモリー効果がないため，種々の機器や車両に搭載すると好適だからである。

本発明は，上記に記載の捲回型電極電池を搭載した機器にも及ぶ。また，上記に記載の捲回型電極電池を搭載した車両にも及ぶ。

また，本発明の扁平形状の電極捲回体を有する捲回型電極電池の製造方法は，少なくとも片面に塗工層を形成された短冊状の正極及び負極と短冊状のセパレータとを，セパレータが間に入るように正極と負極とを交互に重ね合わせて平積みすることにより電極中心部を形成し，少なくとも片面に塗工層を形成された帯状の正極及び負極と帯状のセパレータとを，セパレータが間に入るように正極と負極とを交互に重ね合わせて，電極中心部を芯材として捲回することにより電極外周部を形成して電極捲回体を製造する方法である。かかる捲回型電極電池の製造方法は，捲回後に巻き芯を抜き取る必要がない。また，かかる捲回型電極電池の製造方法により製造された捲回型電極電池は，電極捲回体の歪みや箔折れを生じにくい。また，エネルギー密度が高い。

本発明によれば，扁平型電極捲回体の歪みや箔折れを防止するとともに，電池の中心付近における電極反応を有効に活用することによりエネルギー密度の高密度化を図った捲回型電極電池とその製造方法及び機器及び車両が提供されている。

本発明の捲回型電極電池を説明するための斜視図である。 本発明の電池セルを説明するための正面からの投影図である。 本発明の電極捲回体を説明するための斜視図である。 本発明の電極捲回体の構造を説明するための断面図である。 本発明の電極捲回体の電極中心部を説明するための分解図である。 本発明の捲回型電極電池の製造方法を説明するための電極捲回体の電極中心部を示す断面図である。 本発明の捲回型電極電池の製造方法に用いる電極捲回装置を説明するための概略構成図である。 本発明の電極捲回体の別の電極中心部を説明するための断面図である。 本発明に係る別の電極捲回体を説明するための断面図である。 本発明の電極捲回体の別の電極外周部を説明するための断面図である。 本発明の電極捲回体の別の電極中心部を説明するための分解図である。 本発明の捲回型電極電池を搭載した車両を説明するための斜視図である。 本発明の捲回型電極電池を搭載したハンマードリルを説明するための斜視図である。

以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，電極捲回体を備える非水電解液型リチウムイオン二次電池とその製造方法及び機器及び車両について，本発明を具体化したものである。

１．バッテリ
本実施の形態に係るバッテリ１０は，リチウムイオン導電性の非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池の電池セル５０を，図１に示すように，複数個直列に接続した組電池である。電池セル５０は，電極を捲回した扁平形状の電極捲回体を有する捲回型電極電池である。電池セル５０の正面からの透視図を図２に示す。図２に示すように，電池セル５０は，電池容器５１と，正極端子５２と，負極端子５３と，電極捲回体１００とを有している。また，電池容器５１の内部には電解液が注入されている。

本形態の電極捲回体１００は，後述するように，セパレータを間に挟んだ正極及び負極を捲回した扁平形状の電極捲回体である（図３参照）。正極は，アルミ箔にリチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質を塗布したものである。負極は，銅箔にリチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質を塗布したものである。

また，正極活物質として，ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２），マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ_２），コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）等のリチウム複合酸化物などが用いられる。また，負極活物質として，非晶質炭素，難黒鉛化炭素，易黒鉛化炭素，黒鉛等の炭素系物質が用いられる。

また，電池セル５０の電解液は，有機溶媒に電解質を溶解させたものである。有機溶媒として例えば，プロピレンカーボネート（ＰＣ）やエチレンカーボネート（ＥＣ），ジメチルカーボネート（ＤＭＣ），メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）等のエステル系溶媒や，エステル系溶媒にγ−ブチラクトン（γ−ＢＬ），ジエトキシエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒等を配合した有機溶媒が挙げられる。また，電解質である塩として，過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ_４）やホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ_４），六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）などのリチウム塩を用いることができる。

２．電極捲回体の構造
図３は，本形態の電池セル５０の電極捲回体１００の斜視図である。電極捲回体１００は，中央部１０１と，正極端部１０２と，負極端部１０３とからなっている。中央部１０１は，後述するように，両面に正極活物質を塗工された正極と，両面に負極活物質を塗工された負極と，セパレータとが積み重ねられた構造となっている。正極端部１０２は，後述するように，正極集電体であるアルミ箔の非塗工部のみがむき出しになっている箇所である。負極端部１０３は，後述するように，負極集電体である銅箔の非塗工部のみがむき出しになっている箇所である。

図４は，電極捲回体１００の中央部１０１の断面，すなわち図３のＡＡ断面を説明するための断面図である。図４中において，正極を太い実線で，負極を太い破線で，セパレータを細い一点鎖線で描いている。正極の両面には，正極活物質が塗工されている。負極の両面には，負極活物質が塗工されている。ただし，これらの塗工層は，理解の簡単のために図４中では省略している。図４において，正極と負極とは，これらの間に必ずセパレータが入るようにして交互に配置されている。短絡を防止するためである。

図４に示すように，電極捲回体１００は，電極中心部１１０と，電極外周部１２０とを有している。電極中心部１１０は，短冊状の正極及び負極を，それらの間に短冊状のセパレータを挟んで平積みした平積み構造となっている。電極外周部１２０は，帯状の正極及び負極を，それらの間に帯状のセパレータを挟んで捲回した捲回構造となっている。電極外周部１２０は全体として扁平した形状となっており，その両端の外形はほぼ半円形となっている。この半円形の形状の箇所がコーナー部１２１である。なお，図４では，電極中心部１１０と電極外周部１２０とを区別しやすくするため，電極中心部１１０と電極外周部１２０との間に隙間をあけて描いている。しかし，実際には電極中心部１１０の外側と，電極外周部１２０の内側とは密着しており（図３参照），このような隙間はほとんど存在しない。また，電極を巻きつける回数も，実際には図に示した巻数より多い。

また，図４において，電極中心部１１０の層構造の最も外側にある部材は，両面とも負極である。一方，電極外周部１２０の最も内側にある部材は，セパレータである。そしてそのすぐ外側の部材は，正極である。よって，電極捲回体１００の厚さ方向，すなわち図４の矢印Ｃの方向には，コーナー部１２１を除いて正極及び負極が，それらの間にセパレータを挟んだ平積み構造となっている。

前述のとおり，図４では，電極中心部１１０の電極のうち最も左側に位置する電極は負極である。電極中心部１１０の電極のうち最も右側に位置する電極も負極である。そして，電極外周部１２０の電極のうち最も内側に位置する電極は正極である。つまり，電極中心部１１０における一方の面の最も外側の電極は，電極中心部１１０における他方の面の最も外側の電極と同じ極である。また，電極外周部１２０における最も内側の電極は，そのすぐ内側に位置する電極中心部１１０における最も外側の電極と異なる極である。

また，図４に示すように，電極中心部１１０における正極及び負極及びセパレータの電極捲回体１００の扁平方向，すなわち図４の矢印Ｂの方向の長さは，互いに少しずつ異なっている。各層の外側にある部材ほど，その長さが小さくなっている。これにより，電極中心部１１０の両端にある端部１１１は，電極外周部１２０の半円形のコーナー部１２１により生じる隙間を埋めるような形状となっている。

図５は，電極捲回体１００の電極中心部１１０の構造を示す分解図である。図５の矢印Ｄの方向は，図４の矢印Ｂと同じ方向である。図５に描かれた電極中心部１１０の層構造は，図中手前側から負極Ｎ，セパレータＳ，正極Ｐ，セパレータＳの順に配置されたものを単位とする繰り返し構造を基本とし，図中最も奥側の部材は，再び負極Ｎとなっている。ここで，正極Ｐは，正極活物質を塗工された正極塗工部Ｐ１と，正極活物質を塗工されていない正極非塗工部Ｐ２とを有している。また，負極Ｎは，負極活物質を塗工された負極塗工部Ｎ１と，負極活物質を塗工されていない負極非塗工部Ｎ２とを有している。

正極Ｐの正極塗工部Ｐ１と，負極Ｎの負極塗工部Ｎ１とは，製品としての電池となった後に，電極反応を起こすための集電体及び合材となる部分である。正極Ｐの正極非塗工部Ｐ２は，正極端子５２（図２参照）と接合される正極端部１０２（図３参照）となる部分である。負極Ｎの負極非塗工部Ｎ２は，負極端子５３（図２参照）と接合される負極端部１０３（図３参照）となる部分である。

図５において，電極中心部１１０における正極Ｐの正極非塗工部Ｐ２は，図中右側に突出している。本形態の電極捲回体１００においては，電極外周部１２０の正極の非塗工部も同様に，電極中心部１１０の正極Ｐの正極非塗工部Ｐ２と同じ側に突出している。つまり，図３に示した正極端部１０２は，電極中心部１１０及び電極外周部１２０のアルミ箔のみが突出したものである。この正極端部１０２は，正極端子５２（図２参照）と溶接される部分である。また，正極端部１０２の捲回軸に垂直な断面の形状は，図４に示したものから正極のみを抜き出した形状，すなわち図３中の右側に現れている構造となっている。

また，図５に示すように，電極中心部１１０における負極Ｎの負極非塗工部Ｎ２は，図中左側に突出している。本形態の電極捲回体１００においては，電極外周部１２０の負極の非塗工部も同様に，電極中心部１１０の負極Ｎの負極非塗工部Ｎ２と同じ側に突出している。つまり，図３に示した負極端部１０３は，電極中心部１１０及び電極外周部１２０の銅箔のみが突出したものである。この負極端部１０３は，負極端子５３（図２参照）と溶接される部分である。また，負極端部１０３の捲回軸に垂直な断面の形状は，図４に示したものから負極のみを抜き出した形状である。

続いて，電極外周部１２０について図４により説明する。電極外周部１２０は，電極中心部１１０の周囲の電極捲回体である。このように電極外周部１２０は板状の電極中心部１１０を芯材として捲回したものであるため，その形状は扁平形状である。扁平形状である電極外周部１２０の両端は，半円形のコーナー部１２１となっている。電極外周部１２０のコーナー部１２１における最も内側の部材（図４ではセパレータ）の曲率は，芯材のない場合の最も内側の部材の曲率に比べて非常に大きい。このため，コーナー部１２１の最も内側の電極にかかる歪みは小さく，箔が折れてしまうことはほとんどない。箔に亀裂が入ってしまうこともほとんどない。

また，電極外周部１２０のコーナー部１２１における最も内側の部材の曲率は，従来の芯材を備えた捲回型電極電池における最も内側の部材の曲率と比較してもより大きくすることができる。従来の芯材を備えた捲回型電極電池とは異なり，電池の中心部分である電極中心部１１０の厚さを厚くしても，電池全体としてのエネルギー密度が小さくなることがないためである。なぜならば，本形態の電極捲回体１００の芯材である電極中心部１１０においては，電極反応が起こり発電に寄与するからである。このように，本形態の電極捲回体１００は，歪みや箔折れを生ずるおそれが少ない。

ここで，電極中心部１１０と電極外周部１２０とでの電極の相違点について説明する。電極中心部１１０の正極の塗工層の厚さは，電極外周部１２０の正極の塗工層の厚さよりも厚い。同様に，電極中心部１１０の負極の塗工層の厚さは，電極外周部１２０の負極の塗工層の厚さよりも厚い。電池セル５０の中心付近，すなわち電極中心部１１０の近傍は，電極外周部１２０に比べて熱がこもりやすく，温度が高い。このため，電極中心部１１０の正極または負極の活物質層では，電極外周部１２０の正極または負極の活物質層に比べて電極反応が活発に起こる。これを有効活用するために，電極中心部１１０の活物質層の厚さを厚くしているのである。本形態では，電極中心部１１０の電極の活物質層の厚さが厚いため，電極中心部１１０で出力されるエネルギーは高い。

以上説明したように，本形態の電極捲回体１００は，正極及び負極を，それらの間にセパレータを挟んだ平積み構造となっている電極中心部１１０と，その電極中心部１１０を中心に，正極及び負極を，それらの間にセパレータを挟んで渦巻状に巻いた捲回構造となっている電極外周部１２０とを有するものである。このため，電極捲回体１００の中心付近において曲率の小さい箇所がなくなった。よって，箔折れを回避することができる。これにより，電極体の歪みや箔折れを回避することのできる電池セル５０及びバッテリ１０が実現されている。

また，本形態の電極捲回体１００は，電極中心部１１０と，電極外周部１２０とからなる二層構造の電極体である。このため，温度が高く，電極反応が活発に起こる電極中心部１１０をより効果的に活用することができる。よって，本形態の電池セル５０及びバッテリ１０のエネルギー密度は高い。本形態では，電極中心部１１０の電極の活物質層の厚さが厚いため，電極中心部１１０で出力されるエネルギーはさらに大きいものとなる。よって，よりエネルギー密度の高い電池セル５０及びバッテリ１０が実現されている。また，電極中心部１１０におけるエネルギー密度の損失がないため，所望の厚さの電極中心部１１０を採用することができる。

３．バッテリの製造方法
ここで，バッテリ１０の製造方法について図５〜図７により説明する。まず，電極捲回体１００を製造する。電極捲回体１００は，電極中心部１１０を平積みした後，その周りに電極外周部１２０を捲回して製造されるものである。

まず，電極中心部１１０の製造方法について説明する。図５に示すように，短冊状の正極Ｐ及び負極Ｎを，それらの間に短冊状のセパレータＳを挟んで重ね合わせる。この際，正極Ｐの正極塗工部Ｐ１と，負極Ｎの負極塗工部Ｎ１と，セパレータＳとが，幅方向，すなわち図５中の矢印Ｅの方向にそろうように重ね合わせるのである。さらに，幅方向，すなわち図５中の矢印Ｅの方向の一方に，正極非塗工部Ｐ２が突出するように正極Ｐを配置する。また，正極Ｐの正極非塗工部Ｐ２の反対側に，負極Ｎの負極非塗工部Ｎ２がくるように負極Ｎを配置する。

この積層体を図５の右方からみた図を図６に示す。この図中の積層体が，電極中心部１１０である。このとき，電極中心部１１０の層の積層方向（図６中の矢印Ｇ）の中央にある部材の長手方向（図６中の矢印Ｆの方向）の長さが，その他の部材の長さより長い。そして，電極中心部１１０の層の積層方向の表層面に近づくに従って，部材の長さは短くなっている。このため，端部１１１は，ほぼ半円形状となっている。なお，短冊状の正極Ｐは，アルミ箔の両面に正極活物質を，電極外周部１２０に用いる帯状の正極の塗工層より厚めに塗工されたものである。短冊状の負極Ｎは，銅箔の両面に負極活物質を，電極外周部１２０に用いる帯状の負極の塗工層より厚めに塗工されたものである。

次に，図７に示す電極捲回装置２００を用いて電極中心部１１０を芯材とする電極捲回体１００を製造する。電極捲回装置２００は，正極巻出しリール２０１と，負極巻出しリール２０２と，セパレータ巻出しリール２０３，２０４と，ガイドローラ２０５，２０６と，巻取り軸２０７とを有している。正極巻出しリール２０１と，負極巻出しリール２０２と，セパレータ巻出しリール２０３，２０４とは，それぞれ正極Ｐ，負極Ｎ，セパレータＳを巻き出すための巻き芯である。ガイドローラ２０５，２０６は，正極Ｐ，負極Ｎ，セパレータＳを巻取り軸２０７に導くための従動ローラである。

次に，巻取り軸２０７に，電極中心部１１０を取り付ける。続いて，巻取り軸２０７をモータ等により駆動する。このため，電極中心部１１０を芯材として，正極Ｐ，負極Ｎ，セパレータＳが渦巻状に捲回される。その捲回される順番は，図７に示すように，内側からセパレータＳ，正極Ｐ，セパレータＳ，負極Ｎの順である。ここで，予め定めた回数だけ電極等を電極中心部１１０に巻きつけた後，電極等をカットし，電極等の先端をテープで留める。これにより，電極中心部１１０を芯材とする電極外周部１２０が捲回された。なお，この捲回の際には，電極中心部１１０の突出しているアルミ箔側と，電極外周部１２０の突出しているアルミ箔側とが一致するように捲回する。つまり，電極中心部１１０の突出している銅箔側と，電極外周部１２０の突出している銅箔側とが一致する。以上により，電極捲回体１００が製造された。

続いて，電極捲回体１００の正極端部１０２に正極端子５２を溶接し，負極端部１０３に負極端子５３を溶接する。この後，電極捲回体１００を電池容器５１に挿入し，電解液を注入して封入する。これにより，電池セル５０が製造された。また，複数の電池セル５０を接続することによりバッテリ１０が製造される。

４．変形例
本形態では，図４及び図６に示したように，電極中心部１１０の端部１１１が半円形となるようにした。しかし，図８に示すように，電極中心部１１５の端部がそろった通常の形状としても構わない。このようにしても，電極外周部１２０の最も内側の部材の曲率は十分大きいからである。また，電極中心部１１５で電極反応を起こすことができることに変わりないからである。

また，図４では，電極中心部１１０の最も外側にある電極をともに負極とした。しかし，ともに正極であってもよい。その場合，電極外周部１２０における最も内側の電極を負極とすればよい。このようにしても，電極捲回体の中心部分で電極反応を起こすことができることに変わりないからである。また，コーナー部における最も内側の部材の曲率も大きいままである。

また，図９に示すように，電極中心部の最も外側にある電極を異なる極としてもよい。この場合，巻き始める箇所を２箇所とする必要がある。すなわち，電極中心部１１６の扁平方向の両端部から巻き始めるのである。電極外周部１２６の最も内側の負極は，電極中心部１１６の扁平方向の一方の端部から，電極中心部１１６の最も外側の正極に向かって捲回された形状となっている。電極外周部１２６の最も内側の正極は，電極中心部１１６の扁平方向の他方の端部から，電極中心部１１６の最も外側の負極に向かって捲回された形状となっている。

図９において，電極中心部１１６の電極のうち最も左側に位置する電極は負極である。また，電極中心部１１６の電極のうち最も右側に位置する電極は正極である。そして，電極外周部１２６の左側の内面において最も内側に位置する電極は正極である。電極外周部１２６の右側の内面において最も内側に位置する電極は負極である。

つまり，電極中心部１１６の一方の面の最も外側の電極は，電極中心部１１６の他方の面の最も外側の電極と異なる極である。また，電極外周部１２６の内面の一方における最も内側の電極は，電極外周部１２６の内面の他方における最も内側の電極と異なる極である。そして，電極外周部１２６の内面の一方における最も内側の電極は，そのすぐ内側に位置する電極中心部１１６の最も外側の電極と異なる極である。

また，両側から巻いた場合，図１０に示すように，電極外周部１２５における最も内側に位置する電極を同じ極とすることもできる。このようにしても，電極捲回体の中心部分で電極反応を起こすことができることに変わりないからである。また，コーナー部における最も内側の部材の曲率も大きいままである。

また，本形態では電極中心部１１０として，図５のように単に平積みしたものを用いた。しかし，その代わりとして，図１１に示すような，電極中心部１１０の周囲にセパレータを１周巻いた電極中心部１１７を用いてもよい。なお，図１１の電極中心部１１７におけるこのセパレータＳ１を巻き取る軸方向は，図７の電極捲回装置２００で電極等を捲回するときの軸方向と同じである。電極中心部１１７では，最外周にセパレータＳ１が巻かれているため，捲回開始時の摩擦により，電極の塗工層が剥離することがない。

なお，電極外周部１２０を捲回する際に，正極Ｐを最も内側にして巻きつければ，電極捲回体１００と同様のものが製造されることとなる。また，正極Ｐを最も内側にして捲回する代わりに，セパレータＳを最も内側にして巻きつけてもよい。この場合，電極中心部１１５と電極外周部１２０との境界には，セパレータが２枚重ねあわされることとなる。このような場合であっても，短絡するおそれはない。なお，セパレータＳ１を巻く回数は１周以上であってもよい。また，セパレータＳ１とセパレータＳとは，同様のものである。

５．車両及び機器
本形態のバッテリ１０は，例えば，図１２に示すように，車両３００に搭載して使用することができる。この車両３００は，エンジン３４０，フロントモータ３２０及びリアモータ３３０を併用して駆動するハイブリッド自動車である。この車両３００は，車体３９０，エンジン３４０，これに取り付けられたフロントモータ３２０，リアモータ３３０，ケーブル３５０，インバータ３６０及び複数の電池セル５０を自身の内部に有するバッテリ１０を有している。

なお，車両としては，その動力源の全部あるいは一部に電池による電気エネルギーを使用している車両であれば良く，例えば，電気自動車，ハイブリッド自動車，プラグインハイブリッド自動車，ハイブリッド鉄道車両，フォークリフト，電気車椅子，電動アシスト自転車，電動スクータ等が挙げられる。

バッテリ１０は，あるいは，図１３に示すように，電池搭載機器に使用することもできる。この図に示すのは，本形態のバッテリ１０を搭載したハンマードリル４００である。このハンマードリル４００は，バッテリ１０，本体４２０を有する電池搭載機器である。なお，バッテリ１０は，ハンマードリル４００の本体４２０のうち底部４２１に着脱可能に収容されている。

なお，電池搭載機器としては，電池を搭載しこれをエネルギー源の少なくとも１つとして利用する機器であれば良く，例えば，パーソナルコンピュータ，携帯電話，電池駆動の電動工具，無停電電源装置など，電池で駆動される各種の家電製品，オフィス機器，産業機器が挙げられる。また，バッテリ１０以外にも，組電池状態としていない単電池で使用できる機器をも含む。

６．まとめ
以上，詳細に説明したように，本実施の形態に係る電極捲回体１００は，電極中心部１１０と，電極外周部１２０とを有するものである。電極中心部１１０は，両面に塗工層を有する短冊状の正極及び負極を，それらの間に短冊状のセパレータを挟んで平積みしたものである。電極外周部１２０は，両面に塗工層を有する帯状の正極及び負極を，それらの間に帯状のセパレータを挟んで捲回したものである。このため，電極外周部１２０の最も内側の部材の曲率は従来のものに比べて大きい。よって，本形態の電極捲回体１００は，歪みや箔折れを回避することができるものである。また，本形態の電極捲回体１００では，その中心にある電極中心部１１０においても電極反応が起こるものである。そして，電極中心部１１０の塗工層の厚さは，電極外周部１２０の塗工層の厚さよりも厚い。これにより，よりエネルギー密度の高い電池セル５０及びバッテリ１０が実現されている。

また，本形態の捲回型電極電池の製造方法は，両面に塗工層を有する短冊状の正極及び負極を，それらの間に短冊状のセパレータＳを挟んで平積みした積層体を芯材として捲回するものである。このため，捲回した後に，巻き芯を抜き取る必要がない。また，このように製造された捲回型電極電池は，その中心付近の曲率の小さい箇所がないため，箔が折れてしまうおそれがほとんどない。また，中心付近においても，電極反応を起こすことができ，エネルギー密度は高い。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，非水電解液型リチウムイオン二次電池に限らない。扁平型電極捲回体を有する電池であれば別の電池にも適用することができる。

また，本形態では，電極中心部１１０の電極の塗工層の厚さは，電極外周部１２０の電極の塗工層の厚さよりも厚いこととした。しかし，これらは同じ厚さであってもよい。また，電極中心部１１０の電極の塗工層の厚さは，電極外周部１２０の電極の塗工層の厚さよりも薄くてもよい。ただし，電極中心部１１０の電極の塗工層の厚い電池のほうが，製品としての電池のエネルギー密度はより高い。

また，正極の集電体として，アルミニウム以外の他の材質を用いてもよい。また，負極の集電体として銅以外の他の材質を用いてもよい。また，各図面において，電極捲回体１００の最外周となる部材として正極を採用して描いたが，負極またはセパレータであってもよい。最外周となる部材が正極または負極である場合，外部との接触による摩擦により，活物質層が剥離するおそれがあるため，セパレータとすることが好ましい。また，図４及び図６において，電極中心部１１０の層構造の最も外側の部材を負極として描いた。しかし，正極であっても構わない。その場合，電極外周部１２０の最も内側の部材をセパレータとし，そのすぐ外側の部材を負極とすればよい。

また，本形態では，電極として，電極箔の両面に活物質を塗工したものを用いたが，両面塗工の電極に限らない。すなわち，塗工層は片側の面のみであってもよい。また，扁平形状の電極捲回体を用いたが，必ずしも扁平形状である必要はない。より円筒に近い形状のものにも適用できる。

１０…バッテリ
５０…電池セル
５１…電池容器
５２…正極端子
５３…負極端子
１００…電極捲回体
１０１…中央部
１０２…正極端部
１０３…負極端部
１１０，１１５，１１６，１１７…電極中心部
１２０，１２５，１２６…電極外周部
２００…電極捲回装置
３００…ハイブリッド車両
４００…ハンマードリル
Ｐ…正極
Ｐ１…正極塗工部
Ｐ２…正極非塗工部
Ｎ…負極
Ｎ１…負極塗工部
Ｎ２…負極非塗工部
Ｓ，Ｓ１…セパレータ

Claims (10)

1. 扁平形状の電極捲回体を有する捲回型電極電池において，
   前記電極捲回体は，
   少なくとも片面に塗工層を形成された短冊状の正極及び負極と短冊状のセパレータとを平積みした平積み構造の電極中心部と，
   少なくとも片面に塗工層を形成された帯状の正極及び負極と帯状のセパレータとを前記電極中心部の外部に捲回した捲回構造の電極外周部とを有するものであることを特徴とする捲回型電極電池。
2. 請求項１に記載の捲回型電極電池において，
   前記電極中心部における正極の塗工層の厚さが，前記電極外周部の正極の塗工層の厚さよりも厚く，
   前記電極中心部における負極の塗工層の厚さが，前記電極外周部の負極の塗工層の厚さよりも厚いことを特徴とする捲回型電極電池。
3. 請求項１または請求項２に記載の捲回型電極電池において，
   前記電極中心部における短冊状の正極及び負極の，前記電極捲回体の扁平方向の長さが，
   前記電極中心部の中央寄りのものより外縁寄りのものほど短くなっていることを特徴とする捲回型電極電池。
4. 請求項１から請求項３までのいずれかに記載の捲回型電極電池において，
   前記電極中心部と前記電極外周部との間に，
   前記電極中心部を１周以上巻くセパレータを有することを特徴とする捲回型電極電池。
5. 請求項１から請求項４までのいずれかに記載の捲回型電極電池において，
   前記電極中心部の一方の面の最も外側の電極が，前記電極中心部の他方の面の最も外側の電極と同じ極であり，
   前記電極外周部の最も内側の電極が，前記電極中心部の最も外側の電極と異なる極であることを特徴とする捲回型電極電池。
6. 請求項１から請求項４までのいずれかに記載の捲回型電極電池において，
   前記電極中心部の一方の面の最も外側の電極が正極であり，
   前記電極中心部の他方の面の最も外側の電極が負極であり，
   前記電極外周部の最も内側の負極が，
   前記電極中心部の扁平方向の端部の一方から前記電極中心部の最も外側の正極に向かって捲回されており，
   前記電極外周部の最も内側の正極が，
   前記電極中心部の扁平方向の端部の他方から前記電極中心部の最も外側の負極に向かって捲回されている形状となっていることを特徴とする捲回型電極電池。
7. 請求項１から請求項６までのいずれかに記載の捲回型電極電池において，
   非水電解液型リチウムイオン二次電池であることを特徴とする捲回型電極電池。
8. 請求項１から請求項７までのいずれかに記載の捲回型電極電池を搭載することを特徴とする機器。
9. 請求項１から請求項７までのいずれかに記載の捲回型電極電池を搭載することを特徴とする車両。
10. 扁平形状の電極捲回体を有する捲回型電極電池の製造方法において，
    少なくとも片面に塗工層を形成された短冊状の正極及び負極と短冊状のセパレータとを，セパレータが間に入るように正極と負極とを交互に重ね合わせて平積みすることにより電極中心部を形成し，
    少なくとも片面に塗工層を形成された帯状の正極及び負極と帯状のセパレータとを，セパレータが間に入るように正極と負極とを交互に重ね合わせて，前記電極中心部を芯材として捲回することにより電極外周部を形成して前記電極捲回体を製造することを特徴とする捲回型電極電池の製造方法。

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