JP2010287513A - 二次電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】充放電サイクル特性が良好な二次電池を提供する。
【解決手段】本発明によって提供される二次電池１００は、正極集電体１２の両面に正極活物質層１４が設けられた正極シート１０と、負極集電体２２の両面に負極活物質層２４が設けられた負極シート２０とがセパレータシート３０Ａ，３０Ｂを介して捲回されてなり扁平状の外形を呈する捲回電極体８０を備える電池１００であって、セパレータシート３０Ａ，３０Ｂは、正極シート１０の最内周部１６よりも内側に捲回されたセパレータシート余長部３８Ａ，３８Ｂを有しており、セパレータシート余長部３８Ａ，３８Ｂは、正極シート１０の最内周部１６よりも内側を少なくとも２周捲回するように配置されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、二次電池に関する。詳しくは、扁平状の捲回電極体を備えた二次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。

この種のリチウムイオン電池においては、Ｌｉイオンを可逆的に吸蔵・放出し得る正極活物質が正極集電体上に保持された構成の正極を備えている。かかる正極に用いられる正極活物質の例としては、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）等の、リチウムと遷移金属元素とを構成金属元素として含む酸化物（リチウム遷移金属酸化物）を主成分とする正極活物質が挙げられる。また、正極に用いられる正極集電体としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金を主体とするシート状または箔状の部材が挙げられる。

特開２０００−０２１４５２号公報

ところで、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。かかる場合には、扁平状に形成された捲回電極体が角型電池ケースに挿入される。この種の角型電池ケースに収容された扁平捲回電極体を有する二次電池としては、例えば特許文献１が開示されている。

しかしながら、上記従来の扁平捲回電極体を有する二次電池では、捲回Ｒ部の最内周付近の曲率が大きすぎるため（曲率半径が小さすぎるため）、正極シートを扁平状に捲回した際に、捲回Ｒ部の最内周付近の正極活物質層に亀裂が生じ、正極活物質層が正極集電体から剥がれ落ちる場合があった。また、上記従来の扁平捲回電極体を有する二次電池では、充放電に伴って正極活物質層中の正極活物質が膨張と収縮を繰り返すと、曲率の高い捲回Ｒ部の最内周付近にストレスがかかるため、正極活物質層に亀裂が生じ、正極活物質層が正極集電体から剥がれ落ちる場合があった。このように正極活物質層が正極集電体から剥がれ落ちると、電池内部で微小短絡が生じるとともに、電流集中により出力性能が低下するので、充放電サイクル特性が大幅に低下してしまう。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、充放電サイクル特性が良好な二次電池を提供することである。また、他の目的は、そのような特性を有する二次電池を安定して（品質安定性よく）製造する方法を提供することである。

本発明によって提供される一つの二次電池は、正極集電体の両面に正極活物質層が設けられた正極シートと、負極集電体の両面に負極活物質層が設けられた負極シートとがセパレータシートを介して捲回されてなる電極体であって扁平状の外形を呈する電極体（扁平捲回電極体）を備える電池である。上記セパレータシートは、上記正極シートの最内周部よりも内側に捲回されたセパレータシート余長部を有する。上記セパレータシート余長部は、上記正極シートの最内周部よりも内側を少なくとも２周捲回するように配置されている。

本発明の構成によれば、正極シートの最内周部よりも内側にセパレータシート余長部が２周以上捲回されているので、扁平捲回電極体の最内周部の厚みが増大し、捲回Ｒ部の最内周付近の正極シートの曲率が小さくなる。そのため、充放電時に正極シートにかかるストレスが緩和され、正極活物質層の剥離を抑制できる。その結果、電池内部の微小短絡を防止できるとともに、電流集中による出力特性の低下が生じないため、充放電サイクル特性に優れた信頼性の高い二次電池が得られる。

ここで開示される二次電池の好ましい一態様では、上記負極シートは、上記正極シートの最内周部よりも内側に捲回された負極シート余長部を有する。上記負極シート余長部は、上記負極活物質層が捲回始端まで上記負極集電体の両面に設けられており、かつ、上記正極シートの最内周部よりも内側を少なくとも１周捲回するように配置されている。かかる構成によれば、負極活物質層が捲回始端まで両面に設けられた厚肉な負極シート余長部が正極シートの最内周部よりも内側に１周以上捲回されているので、捲回Ｒ部の最内周付近の正極シートの曲率がより小さくなる。そのため、充放電時に正極シートにかかるストレスがさらに低減され、正極活物質層の剥離をより確実に抑制できる。

本発明によると、また、正極集電体の両面に正極活物質層が設けられた正極シートと、負極集電体の両面に負極活物質層が設けられた負極シートとがセパレータシートを介して捲回されてなる電極体であって扁平状の外形を呈する電極体（扁平捲回電極体）を備える電池が提供される。上記負極シート余長部は、上記負極活物質層が捲回始端まで上記負極集電体の両面に設けられており、かつ、上記正極シートの最内周部よりも内側を少なくとも１周捲回するように配置されている。かかる構成によれば、負極活物質層が捲回始端まで両面に設けられた厚肉な負極シート余長部が正極シートの最内周部よりも内側に１周以上捲回されているので、扁平捲回電極体の最内周部の厚みが増大し、捲回Ｒ部の最内周付近の正極シートの曲率が小さくなる。そのため、充放電時に正極シートにかかるストレスが緩和され、正極活物質層の剥離を抑制できる。その結果、充放電サイクル特性に優れた信頼性の高い二次電池が得られる。好ましい一態様では、上記セパレータシートは、上記正極シートの最内周部よりも内側に捲回されたセパレータシート余長部を有する。かかる態様によれば、正極シートの最内周部よりも内側にセパレータ余長部が捲回されているので、捲回Ｒ部の最内周付近の正極シートの曲率がより小さくなる。そのため、充放電時に正極シートにかかるストレスがさらに低減され、正極活物質層の剥離をより確実に抑制できる。上記セパレータシート余長部は、上記正極シートの最内周部よりも内側を少なくとも１周捲回するように配置されていることが好ましく、少なくとも２周捲回するように配置されていることがより好ましい。

ここで開示される二次電池の好ましい一態様では、上記扁平捲回電極体は、対向する２つの捲回平坦部と、それら２つの平坦部の端同士を連絡する２つの捲回Ｒ部とから構成されている。上記正極シートは、上記正極活物質層が捲回始端まで上記正極集電体の両面に設けられており、かつ、上記捲回始端がいずれか一方の捲回平坦部に配置されている。正極シートの捲回始端を曲率が高い捲回Ｒ部に配置すると、充放電時にかかるストレスによって正極活物質層が剥離しやすくなるが、上記構成によれば、正極シートの捲回始端を曲率がない捲回平坦部に配置しているので、正極活物質層の剥離を抑制できる。

また、本発明によれば、上記扁平捲回電極体を有する二次電池を製造する方法が提供される。すなわち、正極集電体の両面に正極活物質層が設けられた正極シートと、負極集電体の両面に負極活物質層が設けられた負極シートとがセパレータシートを介して捲回されてなる電極体であって扁平状の外形を呈する電極体を備える電池の製造方法である。その方法は、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積層し、円筒状に捲回する工程と、上記円筒状捲回体を径方向に押し潰して扁平捲回電極体を得る工程とを包含する。そして、上記捲回工程において、上記捲回された正極シートの最内周部よりも内側に上記セパレータシートを２周以上捲回することを特徴とする。

本発明の方法によれば、正極シートの最内周部よりも内側にセパレータシートを２周以上捲回したうえで捲回体を押し潰すので、押し潰す（扁平形状に変形させる）際に正極シートにかかるストレスが小さくなる。そのため、正極活物質層の剥離を抑制しつつ捲回体を押し潰すことができる。したがって、本発明によれば、放電サイクル特性に優れた信頼性の高い二次電池を安定して（品質安定性よく）製造することができる。

ここで開示される二次電池製造方法の好ましい一態様では、上記負極シートは、上記負極活物質層が捲回始端まで上記負極集電体の両面に設けられている。ここで上記捲回工程において、上記捲回された正極シートの最内周部よりも内側に上記負極シートを１周以上捲回することを特徴とする。かかる方法によれば、正極シートの最内周部よりも内側に負極シートを１周以上捲回したうえで捲回体を押し潰すので、押し潰す際に正極シートにかかるストレスが小さくなる。そのため、正極活物質層の剥離をより確実に抑制しつつ捲回体を押し潰すことができる。

ここで開示される二次電池製造方法の好ましい一態様では、上記扁平捲回電極体は、対向する２つの捲回平坦部と、それら２つの平坦部の端同士を連絡する２つの捲回Ｒ部とから構成されている。また、上記正極シートは、上記正極活物質層が捲回始端まで上記正極集電体の両面に設けられている。ここで上記押し潰す工程において、上記正極シートの捲回始端がいずれか一方の捲回平坦部に配置されるように上記捲回体を押し潰すことを特徴とする。かかる方法によれば、正極シートの捲回始端が捲回平坦部に配置されるように捲回体を押し潰すので、押し潰す際に正極シートにかかるストレスが小さくなる。そのため、正極活物質層の剥離をより確実に抑制しつつ捲回体を押し潰すことができる。

このような二次電池（例えばリチウムイオン二次電池）は、上記のとおり良好な電池性能を示すことから、例えば自動車等の車両に搭載される二次電池として好適である。したがって本発明によると、ここに開示されるいずれかの二次電池（複数の電池が接続された組電池の形態であり得る。）を備える車両が提供される。特に、良好な負荷特性が得られることから、該二次電池を動力源（典型的には、ハイブリッド車両または電気車両の動力源）として備える車両（例えば自動車）が提供される。

本発明の一実施形態に係る二次電池を模式的に示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る扁平捲回電極体を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る扁平捲回電極体の断面図である。 本発明の一実施形態に係る扁平捲回電極体の要部断面図である。 本発明の一実施形態に係る二次電池を備えた車両を示す側面図である。

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。

特に限定することを意図したものではないが、以下では扁平に捲回された電極体（捲回電極体）と非水電解液とを扁平な箱型（直方体形状）の容器に収容した形態のリチウム二次電池（リチウムイオン電池）を例として本発明を詳細に説明する。

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン電池の概略構成を図１〜３に示す。このリチウムイオン電池１００は、長尺状の正極シート１０と長尺状の負極シート２０が長尺状のセパレータ３０Ａ，３０Ｂを介して捲回された扁平形状の電極体（扁平捲回電極体）８０が、図示しない非水電解液とともに、該捲回電極体８０を収容し得る形状（扁平な箱型）の容器５０に収容された構成を有する。

容器５０は、上端が開放された扁平な直方体状の容器本体５２と、その開口部を塞ぐ蓋体５４とを備える。容器５０を構成する材質としては、アルミニウム、スチール等の金属材料が好ましく用いられる（本実施形態ではアルミニウム）。あるいは、ＰＰＳ、ポリイミド樹脂等の樹脂材料を成形してなる容器５０であってもよい。容器５０の上面（すなわち蓋体５４）には、捲回電極体８０の正極１０と電気的に接続する正極端子７０および該電極体８０の負極２０と電気的に接続する負極端子７２が設けられている。容器５０の内部には、扁平捲回電極体８０が図示しない非水電解液とともに収容される。

本実施形態に係る扁平捲回電極体８０は、図３に示すように、捲回電極体８０を組み立てる前段階において長尺状（帯状）のシート構造を有している。

正極シート１０は、長尺シート状の箔状の正極集電体１２の両面に正極活物質を含む正極活物質層１４が保持された構造を有している。ただし、正極活物質層１４は正極シート１０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１２を一定の幅にて露出させた正極活物質層非形成部が形成されている。

負極シート２０も正極シート１０と同様に、長尺シート状の箔状の負極集電体２２の両面に負極活物質を含む負極活物質層２４が保持された構造を有している。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が形成されている。

扁平捲回電極体８０を作製するに際しては、正極シート１０と負極シート２０とがセパレータシート３０Ａ，３０Ｂを介して積層される。このとき、正極シート１０の正極活物質層非形成部分と負極シート２０の負極活物質層非形成部分とがセパレータシート３０Ａ，３０Ｂの幅方向の両側からそれぞれはみ出すように、正極シート１０と負極シート２０とを幅方向にややずらして重ね合わせる。このように重ね合わせた積層体を捲回し、次いで得られた捲回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扁平状の捲回電極体８０が作製され得る。

捲回電極体８０の捲回軸方向における中央部分には、捲回コア部分８２（即ち正極シート１０の正極活物質層１４と負極シート２０の負極活物質層２４とセパレータシート３０Ａ，３０Ｂとが密に積層された部分）が形成される。また、捲回電極体８０の捲回軸方向の両端部には、正極シート１０および負極シート２０の電極合材層非形成部分がそれぞれ捲回コア部分８２から外方にはみ出ている。かかる正極側はみ出し部分（すなわち正極活物質層１４の非形成部分）８４および負極側はみ出し部分（すなわち負極活物質層２４の非形成部分）８６には、正極リード端子７４および負極リード端子７６がそれぞれ付設されており、上述の正極端子７０および負極端子７２とそれぞれ電気的に接続される。

また、このようにして得られた扁平捲回電極体８０の捲回断面形状は、図２に示すように、対向する２つの捲回平坦部９０Ａ，９０Ｂと、それら２つの平坦部の端同士を連絡する２つの捲回Ｒ部９２Ａ，９２Ｂと、を有する形状となる。扁平捲回電極体８０は、捲回軸方向が水平方向（図１では左右方向）となるように容器５０に収容され得る。

続いて、本実施形態に係る扁平捲回電極体８０についてさらに詳しく説明する。図４は扁平捲回電極体８０の捲回断面形状を模式的に示す図であり、図５は図４のＶ部分を拡大した要部断面図である。

扁平捲回電極体８０は、図４および図５に示すように、正極集電体１２の両面に正極活物質層１４が設けられた正極シート１０と、負極集電体２２の両面に負極活物質層２４が設けられた負極シート２０とが２枚のセパレータシート３０Ａ、３０Ｂを介して扁平状に捲回されており、負極シート２０が捲回最外周部において正極シート１０よりも外周側を捲回するように配置されている。

セパレータシート３０Ａは、外周側を捲回する負極シート２０と、該負極シート２０よりも１周内側を捲回する正極シート１０との間に配置されている。セパレータシート３０Ａは、捲回最内周部において正極シート１０の最内周部１６よりも内側に捲回されたセパレータシート余長部３８Ａを有する。このセパレータシート余長部３８Ａは、正極シート１０の最内周部１６よりも内側を少なくとも２周捲回するように配置されている。つまり、セパレータシート３０Ａは、扁平捲回電極体８０の最内周部において正極シート１０よりも２周以上長く余分に捲回されている。

また、セパレータシート３０Ｂもセパレータシート３０Ａと同様に、捲回最内周部において正極シート１０の最内周部１６よりも内側に捲回されたセパレータシート余長部３８Ｂを有する。このセパレータシート余長部３８Ｂは、正極シート１０の最内周部１６よりも内側を少なくとも２周捲回するように配置されている。つまり、セパレータシート３０Ｂは、扁平捲回電極体８０の最内周部において正極シート１０よりも２周以上長く余分に捲回されている。

このように、本実施形態の電池１００では、正極シート１０の最内周部１６よりも内側にセパレータシート余長部３８Ａ，３８Ｂが２周以上余分に捲回されているので、扁平捲回電極体８０の最内周部の厚みが増大し、捲回Ｒ部３８Ａ，３８Ｂの最内周付近の正極シート１０（１６Ａ，１６Ｂ）の曲率が小さくなる。そのため、充放電時に正極シート１０にかかるストレスが小さくなり、正極活物質層１４の剥離が抑制され得る。

また、本実施形態では、負極シート２０もセパレータシート３０Ａ，３０Ｂと同様に、正極シート１０の最内周部１６よりも内側に捲回された負極シート余長部２８を有する。かかる負極シート余長部２８は、図５に示すように、負極活物質層２４ａ，２４ｂが捲回始端２５まで負極集電体２２の両面に設けられている。つまり、負極シート余長部２８は、正極シート１０に対向する外側の面だけでなく、正極シート１０と対向しない内側の面（電池構成上、充放電反応に直接寄与しない側の面）にも負極活物質層２４ｂが設けられている。このように、負極活物質層２４ａ，２４ｂを負極集電体２２の両面に設けることにより、負極シート余長部２８の厚みが大きくなる。かかる厚肉な負極シート余長部２８は、正極シート１０の最内周部１６よりも内側を少なくとも１周捲回するように配置されている。つまり、負極シート２０は、扁平捲回電極体８０の捲回最内周部において正極シート１０よりも１周以上長く余分に捲回されている。

上記構成によれば、負極活物質層２４ａ，２４ｂが捲回始端２５まで両面に設けられた厚肉な負極シート余長部２８が正極シート１０の最内周部１６よりも内側に１周以上捲回されているので、捲回Ｒ部３８Ａ，３８Ｂの最内周付近の正極シート１０の曲率がより小さくなる。そのため、充放電時に正極シート１０にかかるストレスがさらに低減され、正極活物質層１４の剥離をより確実に抑制できる。すなわち、本実施形態によれば、捲回Ｒ部３８Ａ，３８Ｂの最内周付近の正極シート１０（１６Ａ，１６Ｂ）の曲率が小さくなるため、充放電時に正極シート１０にかかるストレスが低減され、正極活物質層１４の剥離が抑制され得る。その結果、電池内部の微小短絡を防止できるとともに、電流集中による出力特性の低下が生じないため、充放電サイクル特性に優れた信頼性の高い二次電池１００を提供することができる。

なお、セパレータシート余長部３８Ａ，３８Ｂの周回数は、捲回Ｒ部３８Ａ，３８Ｂの最内周付近の正極シート１０（１６Ａ，１６Ｂ）が所望の曲率となるように適宜調整すればよい。例えば、セパレータシート余長部３８Ａ，３８Ｂの周回数は、２周〜１０周程度、好ましくは２周〜５周程度、通常は２周〜３周程度にするとよい。この範囲よりも少なすぎると、正極シート１０の曲率を小さくして正極活物質層１４の剥離を抑制する効果が十分に得られない場合があり、また、この範囲よりも多すぎると、最内周部のセパレータシートが増えすぎるので電池性能が低下する場合がある。この実施形態では、セパレータシート余長部３８Ａ，３８Ｂは、正極シート１０の内側を一方向に２周半捲回された後、一方向とは逆向きに半周折り返されている。このように、セパレータシート余長部３８Ａ，３８Ｂは、一方向とは逆向きに折り返された部位を含んでもよい。この場合でも、セパレータシート余長部３８Ａ，３８Ｂが、正極シート１０の最内周部１６の内側において扁平捲回電極体８０の厚み方向に４層以上積層されているのであれば、正極シート１０の曲率を小さくして正極活物質層１４の剥離を抑制する効果を得ることができる。

また、負極シート余長部２８の周回数は、捲回Ｒ部３８Ａ，３８Ｂの最内周付近の正極シート１０（１６Ａ，１６Ｂ）が所望の曲率となるように適宜調整すればよい。例えば、負極シート余長部２８の周回数は、１周〜５周程度、好ましくは１周〜３周程度、通常は１周〜２周程度にするとよい。この範囲よりも少なすぎると、正極シート１０の曲率を小さくして正極活物質層１４の剥離を抑制する効果が十分に得られない場合があり、また、この範囲よりも多すぎると、充放電反応に寄与しない最内周部の負極シートの割合が増えるので電池性能が低下する場合がある。この実施形態では、負極シート余長部２８は、正極シート１０の内側を一方向に１周捲回されている。

さらに、本実施形態では、図５に示すように、正極シート１０は、正極活物質層１４が捲回始端１５まで正極集電体１２の両面に設けられている。この場合、正極シート１０の捲回始端１５は、図４に示すように、いずれか一方の捲回平坦部９０Ａ，９０Ｂに配置されていることが望ましい（図示した例では捲回平坦部９０Ｂに配置されている）。正極シート１０の捲回始端１５を曲率が高い捲回Ｒ部９２Ａ，９２Ｂに配置すると、充放電時にかかるストレスによって正極活物質層１４が剥離しやすくなるが、上記構成によれば、正極シート１０の捲回始端１５を曲率がない捲回平坦部９０Ａ，９０Ｂに配置しているので、正極活物質層１４の剥離を抑制することができる。捲回始端１５を捲回平坦部９０Ａ，９０Ｂに配置する場合、捲回平坦部９０Ａ，９０Ｂに対する正極シート１０の平面存在率は、概ね５０％以上（より好ましくは７５％以上）であることが好ましい。これにより、正極活物質層１４の剥離をより確実に抑制できる。

次に、上記構造を有する扁平捲回電極体８０及び該扁平捲回電極体８０を備えた二次電池１００を例として、本実施形態に係る二次電池の製造方法について説明する。

まず、正極シート１０および負極シート２０を作製する。正極シート１０は、長尺状の正極集電体１２の両面に正極活物質層１４が付与されて形成され得る。正極集電体１２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２ｍ〜７ｍ（例えば５ｍ）、幅６ｃｍ〜１５ｃｍ（例えば８ｃｍ）、厚さ５μｍ〜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、その両面の所定領域に常法によって厚さ４０μｍ〜３００μｍ（例えば８０μｍ）程度の正極活物質層１４を形成することによって好適な正極シート１０が得られる。

負極シート２０は長尺状の負極集電体２２の両面に負極活物質層２４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２ｍ〜７ｍ（例えば５．２ｍ）、幅６ｃｍ〜１５ｃｍ（例えば８ｃｍ）、厚さ５μｍ〜２０μｍ（例えば１０μｍ）程度の銅箔を使用し、その両面の所定領域に常法によって厚さ４０μｍ〜３００μｍ（例えば８０μｍ）程度の負極活物質層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。

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３０Ａ，３０Ｂ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２ｍ〜７ｍ（例えば５．５ｍ）、幅８ｃｍ〜１２ｃｍ（例えば９ｃｍ）、厚さ５μｍ〜３０μｍ（例えば２０μｍ）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される。

上記正極シート１０、負極シート２０、及びセパレータシート３０Ａ，３０Ｂを用意したら、次に、扁平捲回電極体８０を作製する。扁平捲回電極体８０の作製は、捲回工程と押潰工程を経て行われる。以下、捲回工程、押潰工程の順に説明する。

捲回工程は、正極シート１０と負極シート２０とをセパレータシート３０Ａ，３０Ｂを介して積層し、円筒状に捲回する工程である。捲回工程では、正極シート１０とセパレータシート３０Ａと負極シート２０とセパレータシート３０Ｂとをこの順で積層し、軸に垂直な断面形状における外周が真円の巻き芯（図示せず）に捲回する。

その際、上記捲回された正極シート１０の最内周部１６よりも内側にセパレータシート３０Ａ，３０Ｂを２周以上捲回する。この場合、巻き芯に正極シート１０を捲回する前に、あらかじめセパレータシート３０Ａ，３０Ｂを２周以上捲回しておくとよい。その後、正極シート１０をセパレータシートとともに捲回することにより、正極シート１０の内側にセパレータシート３０Ａ，３０Ｂを２周以上捲回することができる。

また、上記捲回された正極シート１０の最内周部１６よりも内側に負極シート２０を１周以上捲回する。この場合、巻き芯に正極シート１０を捲回する前に、あらかじめ負極シート２０を１周以上捲回しておくとよい。その後、正極シート１０を負極シート２０とともに捲回することにより、正極シート１０の内側に負極シート２０を１周以上捲回することができる。

なお、巻き芯の断面形状は完全な真円でなくてもよい。巻き芯は、各シートを積層し、略円筒状に捲回可能な形状（典型的には略円形状）であればよい。

押潰工程は、上記円筒状捲回体を径方向に押し潰して扁平捲回電極体８０を得る工程である。この押潰工程では、正極シート１０の捲回始端１５がいずれか一方の捲回平坦部９０Ａ，９０Ｂに配置されるように捲回体を押し潰す。

この場合、捲回始端１５が捲回平坦部に配置されるように捲回体の押し潰し方向を適宜決定すればよい。あるいは、押し潰し方向が装置構成などによって決まっている場合は、上記捲回工程において、捲回始端１５が捲回平坦部に配置されるように捲回始端１５のセット位置を調整するとよい。これにより、正極シート１０の捲回始端１５が捲回平坦部９０Ａ，９０Ｂに配置された電極体８０が得られる。

このようにして本実施形態に係る扁平捲回電極体８０が作製され得る。なお、以上のステップは、扁平捲回電極体８０の製造方法としても把握され得る。

続いて、かかる構成の扁平捲回電極体８０を容器本体５２に収容し、その容器本体５２内に適当な非水電解液を配置（注液）する。容器本体５２内に上記捲回電極体８０と共に収容される非水電解液としては、従来のリチウムイオン電池に用いられる非水電解液と同様のものを特に限定なく使用することができる。例えば、適当量（例えば濃度１Ｍ）のＬｉＰＦ_６等のリチウム塩をジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒（例えば体積比１：１）のような非水電解液に溶解して電解液として使用すればよい。

上記電解液を捲回電極体８０とともに容器本体５２に収容し、容器本体５２の開口部を蓋体５４との溶接等により封止することにより、本実施形態に係る電池１００の構築（組み立て）が完成する。なお、容器本体５２の封止プロセスや電解液の配置（注液）プロセスは、従来のリチウムイオン電池の製造で行われている手法と同様にして行うことができる。その後、該電池のコンディショニング（初期充放電）を行う。必要に応じてガス抜きや品質検査等の工程を行ってもよい。

本実施形態の製造方法によれば、正極シート１０の最内周部１６よりも内側にセパレータシート３０Ａ，３０Ｂを２周以上捲回したうえで捲回体を押し潰すので、押し潰す（扁平形状に変形させる）際に正極シート１０にかかるストレスが小さくなる。また、正極シート１０の最内周部１６よりも内側に厚肉な負極シート２０を１周以上捲回したうえで捲回体を押し潰すので、押し潰す際に正極シート１０にかかるストレスがより小さくなる。そのため、正極活物質層１４の剥離を抑制しつつ捲回体を押し潰すことができる。したがって、本実施形態によれば、放電サイクル特性に優れた信頼性の高い二次電池１００を安定して（品質安定性よく）製造することができる。

なお、扁平捲回電極体８０を作製する方法としては、上述した円筒状に巻いてから潰す方法に限らない。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。ただし、円筒巻きは扁平巻きに比べて高速巻きが容易であるため、円筒状に巻いてから潰す方法を採用することにより、扁平捲回電極体８０の生産性を高めることができる。

本実施形態に係る扁平捲回電極体８０を用いて二次電池を構築することにより、充放電サイクル特性（出力維持性能）に優れた電池を提供し得ることを確認するため、以下の実験を行った。

すなわち、実施例１〜４として、正極集電体１２としてのアルミニウム箔の両面に正極活物質層１４が塗工された正極シート１０（長さ５ｍ、幅８ｃｍ、厚さ８０μｍ）と、負極集電体２２としての銅箔の両面に負極活物質層２４が塗工された負極シート２０（長さ５．２ｍ、幅８ｃｍ、厚さ８０μｍ）とを、２枚のセパレータシート（長さ５．５ｍ、幅９ｃｍ、厚さ２０μｍ）を介して捲回して円筒状捲回体（捲回回数は３０ターン）を作製した。その際、上記捲回された正極シート１０の最内周部１６よりも内側にセパレータシート余長部が表１に示す周回数だけ長く捲回されるように捲回体の形成条件を調整した。また、上記捲回された正極シート１０の最内周部１６よりも内側に負極シート余長部が表１に示す周回数だけ長く捲回されるように捲回体の形成条件を調整した。次いで、得られた捲回体を径方向に押しつぶすことによって扁平状の捲回電極体８０を作製した。その際、正極の捲回始端１５が捲回平坦部に配置されるように、捲回体を押し潰す方向を調整した。

また、比較例１として、負極活物質層が捲回始端２５まで片面塗工された負極シート余長部２８を用いて扁平捲回電極体８０を作製した。負極活物質層が捲回始端２５まで片面塗工された負極シート余長部２８を用いた点を除いては、実施例１と同様にして扁平捲回電極体を作製した。また、比較例２として、正極の捲回始端１５を捲回Ｒ部に配置した扁平捲回電極体８０を作製した。正極の捲回始端１５を捲回Ｒ部に配置したことを除いては、比較例１と同様にして扁平捲回電極体を作製した。

このようにして作製した実施例１〜４および比較例１、２に係る扁平捲回電極体を非水電解液とともに扁平な箱型の電池容器５０（高さ９．２ｃｍ，幅１１ｃｍ，厚さ１．３ｃｍ）に収容し、電池容器５０の開口部を気密に封口することにより試験用のリチウムイオン電池を組み立てた。その後、常法により初期充放電処理（コンディショニング）を行って試験用のリチウムイオン電池を得た。

以上のように得られた試験用リチウムイオン電池のそれぞれに対し、充放電を繰り返す充放電サイクル試験を行った。具体的には、温度６０℃の条件下において、１０Ａの定電流で上限電圧４．１Ｖまで充電を行い、１０Ａの定電流で下限電圧３．０Ｖまで放電を行う充放電サイクルを１００００回連続して繰り返した。

また、充放電サイクル試験前における初期出力と、充放電サイクル試験後における出力から出力維持率を算出した。出力試験は、温度２５℃の条件下において、各電池を電池容量の５０％（ＳＯＣ＝５０％）に調整し、任意の電流を流して１０秒後の電圧が３．０Ｖとなるときの電流値を求め、その電流値と電圧値との積から出力（Ｗ）を算出した。出力維持率（％）は、「（充放電サイクル試験後の出力／初期出力）×１００」により算出した。また、出力試験の後、各電池を分解し、サイクル試験後における正極活物質層１４の離脱の有無を目視で確認した。その結果を表１に示す。

表１に示すように、負極活物質層が両面塗工された負極シート余長部２８を正極内側に１周以上捲回した実施例１〜４の電池は、負極活物質層が片面塗工された負極シート余長部２８を正極内側に１周以上捲回した比較例１，２の電池に比べて、高い出力維持率を示し、サイクル試験後の正極活物質層の脱離もないことが分かった。このことから、負極活物質層が両面塗工された負極シート余長部２８を正極内側に１周以上捲回することによって、正極活物質層の脱離を回避して充放電サイクル特性を向上できることが確認された。また、セパレータ余長部を正極内側に２周以上捲回した実施例３、４の電池は、セパレータ余長部を正極内側に１周捲回した実施例１の電池に比べて、高い出力維持率を示した。このことから、セパレータ余長部を正極内側に２周以上捲回することにより、充放電サイクル特性を向上できることが確認された。

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、電池の種類は上述したリチウムイオン電池に限られず、電極体構成材料や電解質が異なる種々の内容の電池、例えばリチウム金属やリチウム合金を負極とするリチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池であってもよい。

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、特に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。したがって本発明は、図６に模式的に示すように、かかるリチウム二次電池（複数直列接続してなる組電池であってもよい。）１００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）１を提供する。

１０ 正極シート
１２ 正極集電体
１４ 正極活物質層
１５ 正極シートの捲回始端
１６ 正極シートの最内周部
２０ 負極シート
２２ 負極集電体
２４ 負極活物質層
２５ 負極シートの捲回始端
２８ 負極シート余長部
３０Ａ，３０Ｂ セパレータシート
３８Ａ，３８Ｂ セパレータシート余長部
５０ 容器
５２ 容器本体
５４ 蓋体
７０ 正極端子
７２ 負極端子
７４ 正極リード端子
７６ 負極リード端子
８０ 扁平捲回電極体
８２ 捲回コア部分
９０Ａ，９０Ｂ 捲回平坦部
９２Ａ，９２Ｂ 捲回Ｒ部
１００ 二次電池

Claims (10)

1. 正極集電体の両面に正極活物質層が設けられた正極シートと、負極集電体の両面に負極活物質層が設けられた負極シートとがセパレータシートを介して捲回されてなり扁平状の外形を呈する扁平捲回電極体を備える電池であって、
   前記セパレータシートは、前記正極シートの最内周部よりも内側に捲回されたセパレータシート余長部を有しており、
   前記セパレータシート余長部は、前記正極シートの最内周部よりも内側を少なくとも２周捲回するように配置されている、二次電池。
2. 前記負極シートは、前記正極シートの最内周部よりも内側に捲回された負極シート余長部を有しており、
   前記負極シート余長部は、前記負極活物質層が捲回始端まで前記負極集電体の両面に設けられており、かつ、前記正極シートの最内周部よりも内側を少なくとも１周捲回するように配置されている、請求項１に記載の二次電池。
3. 前記扁平捲回電極体は、対向する２つの捲回平坦部と、それら２つの平坦部の端同士を連絡する２つの捲回Ｒ部とから構成されており、
   前記正極シートは、前記正極活物質層が捲回始端まで前記正極集電体の両面に設けられており、かつ、当該捲回始端がいずれか一方の捲回平坦部に配置されている、請求項１または２に記載の二次電池。
4. 正極集電体の両面に正極活物質層が設けられた正極シートと、負極集電体の両面に負極活物質層が設けられた負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なり扁平状の外形を呈する扁平捲回電極体を備える電池であって、
   前記負極シートは、前記正極シートの最内周部よりも内側に捲回された負極シート余長部を有しており、
   前記負極シート余長部は、前記負極活物質層が捲回始端まで前記負極集電体の両面に設けられており、かつ、前記正極シートの最内周部よりも内側を少なくとも１周捲回するように配置されている、二次電池。
5. 前記セパレータシートは、前記正極シートの最内周部よりも内側に捲回されたセパレータシート余長部を有しており、
   前記セパレータシート余長部は、前記正極シートの最内周部よりも内側を少なくとも２周捲回するように配置されている、請求項４に記載の二次電池。
6. 前記扁平捲回電極体は、対向する２つの捲回平坦部と、それら２つの平坦部の端同士を連絡する２つの捲回Ｒ部とから構成されており、
   前記正極シートは、前記正極活物質層が捲回始端まで前記正極集電体の両面に設けられており、かつ、前記捲回始端がいずれか一方の捲回平坦部に配置されている、請求項４または５に記載の二次電池。
7. 正極集電体の両面に正極活物質層が設けられた正極シートと、負極集電体の両面に負極活物質層が設けられた負極シートとをセパレータシートを介して扁平状に捲回されてなり扁平状の外形を呈する扁平捲回電極体を備える電池の製造方法であって、
   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積層し、円筒状に捲回する工程と、
   前記円筒状捲回体を径方向に押し潰して扁平捲回電極体を得る工程と
   を包含し、
   前記捲回工程において、前記捲回された正極シートの最内周部よりも内側に前記セパレータシートを２周以上捲回することを特徴とする、二次電池の製造方法。
8. 前記負極シートは、前記負極活物質層が捲回始端まで前記負極集電体の両面に設けられており、
   ここで前記捲回工程において、前記捲回された正極シートの最内周部よりも内側に前記負極シートを１周以上捲回することを特徴とする、請求項７に記載の製造方法。
9. 前記扁平捲回電極体は、対向する２つの捲回平坦部と、それら２つの平坦部の端同士を連絡する２つの捲回Ｒ部とから構成されており、
   前記正極シートは、前記正極活物質層が捲回始端まで前記正極集電体の両面に設けられており、
   ここで前記押し潰す工程において、前記正極シートの捲回始端がいずれか一方の捲回平坦部に配置されるように前記捲回体を押し潰すことを特徴とする、請求項７または８に記載の製造方法。
10. 請求項１から６のいずれかに記載の二次電池または請求項７から９のいずれかに記載の製造方法により製造された二次電池を備える車両。

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