JP2013077484A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】負極極板のうち最外周に位置する領域の負極芯体露出部が大きく曲げられることがあっても、負極活物質合剤層の芯体露出部端側に浮き上がりや剥がれが生じ難い偏平状の巻回電極体を備えた二次電池を提供すること。
【解決手段】本発明の二次電池は、一方の端部に巻回された正極芯体露出部１５が、他方の端部に巻回された負極芯体露出部１６が、それぞれ形成された偏平状の巻回電極体１４を有し、負極極板１２の負極芯体露出部１６側の負極活物質合剤層１２ａの端部は、隣接する正極極板１１における正極活物質合剤層１１ａ端部よりも突出しており、負極芯体露出部１６は偏平状の巻回電極体１４の厚み方向の中央側に収束され、偏平状の巻回電極体１４の最外周にはセパレータ１３が位置しており、最外周に位置するセパレータ１３と隣接する負極極板１２の負極芯体露出部１６とが固定部材３５によって一体に固定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、偏平状の巻回電極体を備えた信頼性の高い二次電池に関する。

今日の携帯電話機、携帯型パーソナルコンピューター、携帯型音楽プレイヤー等の携帯型電子機器の駆動電源、あるいは、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ、ＰＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）用の電源として、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池が広く利用されている。これらの二次電池は、特にスペース効率が要求される場合においては円筒形のものよりも角形の電池に対するニーズが高い。

角型二次電池、例えば角形非水電解質二次電池は、以下のようにして作製されている。すなわち、細長いシート状の銅箔等からなる負極芯体の両面に負極活物質を含有する負極活物質合剤層を形成した負極極板を作製する。また、細長いシート状のアルミニウム箔等からなる正極芯体の両面に正極活物質を含有する正極活物質合剤層を形成した正極極板を作製する。

そして、負極極板と正極極板とを微多孔性ポリエチレンフィルム等からなるセパレータを間に配置して重ね合わせ、負極極板及び正極極板をセパレータにより互いに絶縁した状態で円柱状の巻き芯に渦巻状に巻回し、円筒状の巻回電極体を作製する。次いで、この円筒状巻回電極体をプレス機で押し潰して偏平状の巻回電極体に成形した後、これを角形外装体に収容し、電解液の注液孔を除いて電池外装体の開口部を封口し、電解液を注液した後に電解液の注液孔を閉じることで角形非水電解質二次電池としている。

このような偏平状の巻回電極体に対する集電体の取付方法としては、例えば下記特許文献１に開示されているように、積層された正極芯体露出部ないし負極芯体露出部をそれぞれ厚み方向の中央側に集束させ、この集束された正極芯体露出部ないし負極芯体露出部の両側に正極集電体ないし負極集電体を配置し、抵抗溶接することにより正極芯体露出部ないし負極芯体露出部と正極集電体ないし負極集電体とを接続することが行われている。このような偏平状の巻回電極体における集電体の取付方法を図８を用いて説明する。なお、図８Ａは下記特許文献１に開示されている偏平状の巻回電極体の負極芯体露出部側における集電体の取付方法を示す部分拡大断面図であり、図８Ｂは図８ＡのVIIIＢ部分の模式拡大図である。

この偏平状の巻回電極体４０においては、負極芯体露出部４１は厚み方向の中央側に集束されており、この集束された負極芯体露出部４１の両側面に一対の負極集電体４２、４３を配置し、一対の負極集電体４２、４３の両側から一対の抵抗溶接用電極４４、４５を当接させ、一対の抵抗溶接用電極４４、４５を互いに押圧しながら抵抗溶接することにより、負極芯体露出部４１と負極集電体４２、４３とを接続している。

特開２００９−０３２６４０号公報 特開２００７−０７３３１７号公報

上記特許文献１に開示されている偏平状の巻回電極体によれば、負極芯体露出部４１と負極集電体４２、４３との間が強固に抵抗溶接されるので内部抵抗が低くなり、特にＥＶ、ＨＥＶ、ＰＨＥＶ用等の大出力、大容量が要求される角形非水電解質二次電池として最適なものとなる。なお、このような角形非水電解質二次電池に使用されている偏平状の巻回電極体においては、負極極板と正極極板の充電容量比（負極充電容量／正極充電容量）を１よりも大となるようにするため、負極極板の負極芯体露出部側の負極活物質合剤層の端部は隣接する正極極板における正極活物質合剤層端部よりも突出している構成とすることが好ましい。

ところで、大出力、大容量の角形非水電解質二次電池を得るために、上記特許文献１に開示されているような偏平状の巻回電極体４０において、極板の巻回数を多く、また、各極板における活物質合剤層の厚みを大きくした場合、次のような課題が生じた。図８Ｂに示したように、負極極板４６のうち最外周に位置する領域の負極芯体露出部４１ａは、厚み方向の中央側に集束される際に正極極板４７の正極活物質合剤層４７ａの端部が支点となって大きく曲げられる。そのため、負極極板４６のうち最外周に位置する領域の外側の負極活物質合剤層４６ａは、負極芯体露出部４１ａの側端部に浮き上がりや剥がれが生じる場合があった。なお、図８Ｂにおける参照符号４９はセパレータを示す。さらに、分析を行った結果、負極活物質合剤層４６ａの浮き上がりや剥がれは、偏平状の巻回電極体４０の外周において直線部と湾曲部の境界領域近傍（コーナー部の近傍）、つまり、偏平状の巻回電極体４０の巻き軸に垂直な断面において、楕円形の外周の直線部と湾曲部の境界領域近傍に生じ易いことが分かった。

このような負極活物質合剤層の負極芯体露出部端側に浮き上がりや剥がれが生じると、負極活物質は導電性であるから、電池内部に導電性の異物が存在することにつながり、電池の信頼性が低下してしまう。

本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであり、最外周側に存在するセパレータと隣接する負極芯体露出部とを固定することにより、たとえ負極極板のうち最外周に位置する領域の負極芯体露出部が大きく曲げられることがあっても、負極活物質合剤層の芯体露出部端側に浮き上がりや剥がれが生じ難い偏平状の巻回電極体を備えた二次電池を提供することを目的とする。

なお、上記特許文献２には、偏平状の巻回電極体において、温度上昇によるセパレータの収縮を規制して短絡を回避することができるようにする目的で、最外周側のセパレータを粘着テープで固定するようにした例が示されている。そこで、以下において、上記特許文献２に開示されている偏平状の巻回電極体を図９を用いて説明する。なお、図９Ａは上記特許文献２に開示されている偏平状の巻回電極体の外観斜視図であり、図９Ｂは図９Ａの偏平状の巻回電極体の巻回状態を示す図であり、図９Ｃは図９ＡのIXＣ−IXＣ線に沿った断面図であり、図９Ｄは複数個の偏平状の巻回電極体に集電体を取り付けた外観斜視図である。

上記特許文献２に開示されている偏平状の巻回電極体５０は、図９Ａに示したように、両側縁部にそれぞれ正極芯体露出部５１及び負極芯体露出部５２を有し、最外側のセパレータ５３に対して、セパレータ５３の巻き終わり端部５４に耐熱性の第１粘着テープ５５を貼付すると共に、セパレータ５３の両側縁部５６にそれぞれ偏平状の巻回電極体５０の幅方向に沿ってテンションを加えながら耐熱性の第２粘着テープ５７を貼付したものである。この偏平状の巻回電極体５０は、図９Ｂに示したように、正極極板５１ａ及び負極極板５２ａをそれぞれセパレータ５３及び５３ａを介して偏平形に巻回することによって、両側縁部にそれぞれ正極芯体露出部５１及び負極芯体露出部５２が形成されるように作製されている。そのため、図９Ｃに示したように、第２粘着テープ５７は、正極芯体露出部５１側では、最外周側のセパレータ５３と、その内側のセパレータ５３ａと、正極芯体露出部５１とに同時に貼付された状態となり、同じく負極芯体露出部５２側では、最外周のセパレータと負極芯体露出部５２に同時に貼付された状態となる。

しかしながら、上記特許文献２に開示されている偏平状の巻回電極体５０では、図９Ｄに示したように、複数の偏平状の巻回電極体５０の正極芯体露出部５１及び負極芯体露出部５２は、特に加工されることなく正極集電体５８及び負極集電体５９に接続されているから、上述した本発明のような課題は生じない。

上記目的を達成するため、本発明の二次電池は、正極芯体の両面に正極活物質合剤層が形成され、長手方向に沿って正極芯体露出部を有する正極極板と、負極芯体の両面に負極活物質合剤層が形成され、長手方向に沿って負極芯体露出部を有する負極極板とをセパレータを介して巻回した、偏平状の巻回電極体を有し、前記偏平状の巻回電極体は、一方の端部に巻回された前記正極芯体露出部が、他方の端部に巻回された前記負極芯体露出部が、それぞれ形成され、前記負極極板の前記負極芯体露出部側の負極活物質合剤層の端部は、隣接する前記正極極板における正極活物質合剤層端部よりも突出しており、前記負極芯体露出部は前記偏平状の巻回電極体の厚み方向の中央側に収束され、前記偏平状の巻回電極体の最外周には前記セパレータが位置しており、前記最外周に位置するセパレータと隣接する前記負極極板の前記負極芯体露出部とが固定部材によって一体に固定されていることを特徴とする。

本発明の二次電池においては、最外周に位置するセパレータと隣接する負極極板の負極芯体露出部とが固定部材によって一体に固定されているので、偏平状の巻回電極体の負極芯体露出部が偏平状の巻回電極体の厚み方向の中央側に収束されて負極芯体露出部が大きく曲げられることがあっても、負極活物質合剤層の芯体露出部端側に浮き上がりや剥がれが生じ難くなる。そのため、本発明の二次電池によれば、電池内部に導電性の異物が存在し難くなるから、高信頼性の二次電池が得られる。

なお、本発明で使用し得る固定部材としては、接着剤付きテープ、接着剤、熱溶着樹脂等が挙げられるが、固定の容易性からすると接着剤付きテープが好ましい。ただし、非水電解質二次電池に使用される一般的なセパレータは熱をかけると収縮する特性があり、熱溶着性樹脂を使用する際には温度制御を精密に行う必要がある。接着剤付きテープを用いる場合、テープに使用可能な樹脂としてはポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド、ポリフェレンサルファイド（ＰＰＳ）、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ナイロン、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリカーボネート等のプラスチックのフィルムまたは、織布、不織布等やシリコンが挙げられ、テープの接着剤としては、アクリル樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、シリコン系接着剤、スチレン・ブタジエンゴム系接着剤、ニトリルゴム系接着剤、フェノール樹脂系接着剤、ポリイミド系接着剤等が挙げられる。この場合においては、電解液との反応性等を考慮して適切な材質を選択すればよい。

なお、偏平状の巻回電極体における最外周側が負極芯体のみを巻回したものである場合及び最外周側のみが負極活物質の片面塗布負極である場合は、本発明の課題が生じないので、本発明には含まれない。また、最外周側にセパレータが存在せずに負極活物質合剤層が露出している場合は、最外周側の負極活物質合剤層と負極芯体露出部との間を接着剤付きテープで添付すれば、負極活物質合剤層の浮き上がりや剥がれが生じ難くなるが、この場合も本発明には含まれない。また、最外周側に負極活物質合剤層が露出していると、この状態で巻き取り以降の工程を流れることになるので、負極活物質合剤層が周囲に付着してコンタミネーションとなる虞があり、電池の信頼性の低下にもつながる。

また、本発明の二次電池においては、前記負極芯体露出部は、前記偏平状の巻回電極体の厚み方向の中央側に均等に収束されていることが好ましい。

本発明における「厚み方向の中央側に均等に収束され」とは、収束された芯体露出部が、偏平状の巻回電極体の厚み方向において、最外面から略等距離となるように中央側に均等に収束されていること意味する。このように負極芯体露出部が偏平状の巻回電極体の厚み方向の中央側に均等に収束されていると、負極極板における最外周領域に掛かるストレスを低減できるとともに、浮き上がり防止手段である固定部材によりより確実に負極活物質合剤層の浮き上がり、剥がれを防止できるようになる。

また、本発明の二次電池においては、前記固定部材は、前記偏平状の巻回電極体の両面に設けられていることが好ましい。

負極活物質合剤層の浮き上がりや剥がれは偏平状の巻回電極体の両面側で生じる虞があるが、上記の構成によると、浮き上がり防止手段である固定部材が偏平状の巻回電極体の両面に設けられているので、負極活物質合剤層の浮き上がりや剥がれをより良好に抑制することができるようになる。

また、本発明の二次電池においては、前記負極芯体露出部の両最外面に集電部材が配置されていることが好ましい。

負極芯体露出部の両最外面に集電部材が配置されていると、負極極板における最外周領域に掛かるストレスをより均一化できるため、負極活物質合剤層の浮き上がり、剥がれがより抑制できるようになる。しかも、負極芯体露出部と集電部材との接触面積を大きくすることができるので、負極芯体露出部と集電部材との間の接続強度を大きくすることができ、しかも、接続部の抵抗値のバラツキが少なくなる。なお、本発明における集電部材は、端子に直接接続されているもの、別の導電部材や電流遮断機構を介して端子に接続されているものを含み、また、負極芯体露出部とのみ直接接続されているいわゆる集電受け部材をも含む意味で用いられている。

また、本発明の二次電池においては、前記負極芯体露出部の収束部は２分されており、前記２分された収束部の間に導電性中間部材が配置されているものとすることが好ましい。この場合においては、複数個の前記導電性中間部材が絶縁性中間部材に保持されているものしてもよい。

大出力、大容量の偏平状の巻回電極体では、負極芯体露出部の積層数が多くなる。上記の構成によると、負極芯体露出部の収束部が２分されており、この２分された負極芯体露出部の収束部の間に導電性中間部材が配置されているので、最外周側の負極芯体露出部が偏平状の巻回電極体の厚み方向の中央側に収束されても、その曲がりは導電性中間部材がない場合よりも小さくなり、負極極板における最外周領域に掛かるストレスを低減できる。そのため、上記の構成によると、大出力、大容量の偏平状の巻回電極体であっても、負極活物質合剤層の芯体露出部端側に浮き上がりや剥がれが生じ難くすることができるようになる。

また、導電性の中間部材を用いると、２分された負極芯体露出部の収束部の両外面側に配置された集電部材と、２分された負極芯体露出部と、導電性の中間部材とをシリーズ抵抗溶接法によって一度に抵抗溶接することができる。さらに、導電性の中間部材としては、導電部材のみからなるものを単独で用いてもよいが、複数個の中間導電部材を樹脂体等からなる絶縁性中間部材に保持させたものを使用すると、２分された収束部の間に導電性の中間部材を安定した状態に配置することができるので、内部抵抗のばらつきが少ない二次電池が得られる。

また、本発明の二次電池においては、前記負極極板の巻き終り部は前記偏平状の巻回電極体のコーナー部の近傍に位置しており、前記固定部材は前記コーナー部を除く他の３つのコーナー部の近傍に設けられているものとしてもよい。

負極極板の巻き終りがコーナー部の近傍に位置する場合、その部分での負極活物質合剤層の浮き上がりは生じないため、固定部材は不要となる。この場合においては、固定部材は前記コーナー部を除く他の３つのコーナー部の近傍に設ければすむようになる。

角形非水電解質二次電池の巻回電極体作製時の極板とセパレータの配置関係を示す一部展開図である。 図２Ａは角形非水電解質二次電池の断面図であり、図２Ｂは図２ＡのIIＢ−IIＢ線に沿った断面図であり、図２Ｃは図２ＡのIIＣ−IIＣ線に沿った断面図である。 図３Ａは実施例の偏平状の巻回電極体の斜視図であり、図３Ｂは図３Ａの偏平状の巻回電極体の裏面の斜視図であり、図３Ｃは図３ＡのIIIＣ−IIIＣ線に沿った断面図である。 負極芯体露出部と集電体との抵抗溶接状態を示す側部断面図である。 図５Ａは変形例１に対応する図２ＡのIIＣ−IIＣ線に沿った部分の断面図であり、図５Ｂは変形例２に対応する図２ＡのIIＣ−IIＣ線に沿った部分の断面図である。 図６Ａは変形例３の偏平状の巻回電極体の斜視図であり、図６Ｂは図６Ａの偏平状の巻回電極体の裏面の斜視図である。 図７Ａは変形例４の偏平状の巻回電極体の斜視図であり、図７Ｂは図７Ａの偏平状の巻回電極体の裏面の斜視図である。 図８Ａは従来例の偏平状の巻回電極体の負極芯体露出部側における集電体の取付方法を示す部分拡大断面図であり、図８Ｂは図８ＡのVIIIＢ部分の模式拡大図である。 図９Ａは従来例の偏平状の巻回電極体の外観斜視図であり、図９Ｂは図９Ａの偏平状の巻回電極体の巻回状態を示す図であり、図９Ｃは図９ＡのIXＣ−IXＣ線に沿った断面図であり、図９Ｄは複数個の偏平状の巻回電極体に集電体を取り付けた外観斜視図である。

以下に本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を理解するために例示するものであって、本発明をこの実施形態に特定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。なお、この明細書における説明のために用いられた各図面においては、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に適宜縮尺を異ならせて表示しており、必ずしも実際の寸法に比例して表示されているものではない。

最初に、実施例及び比較例に共通する偏平状の巻回電極体を用いた二次電池の例として、角形非水電解質二次電池を図１〜図４を用いて説明する。なお、図１は角形非水電解質二次電池の巻回電極体作製時の極板とセパレータの配置関係を示す一部展開図である。図２Ａは角形非水電解質二次電池の断面図であり、図２Ｂは図２ＡのIIＢ−IIＢ線に沿った断面図であり、図２Ｃは図２ＡのIIＣ−IIＣ線に沿った断面図である。図３Ａは実施例の偏平状の巻回電極体の斜視図であり、図３Ｂは図３Ａの偏平状の巻回電極体の裏面の斜視図であり、図３Ｃは図３ＡのIIIＣ−IIIＣ線に沿った断面図である。図４は負極芯体露出部と集電体との抵抗溶接状態を示す側部断面図である。

この角形非水電解質二次電池１０は、正極極板１１と負極極板１２とがセパレータ１３を介して巻回された偏平状の巻回電極体１４を有している。正極極板１１は、アルミニウム箔からなる正極芯体の両面に正極活物質合剤スラリーを塗布し、乾燥及び圧延した後、アルミニウム箔が帯状に露出するようにスリットすることにより作製されている。また、負極極板１２は、銅箔からなる負極芯体の両面に負極活物質合剤スラリーを塗布し、乾燥及び圧延した後、銅箔が帯状に露出するようにスリットすることによって作製されている。

そして、上述のようにして得られた正極極板１１及び負極極板１２を、正極極板１１のアルミニウム箔露出部と負極極板１２の銅箔露出部とがそれぞれ対向する電極の活物質合剤層１１ａ、１２ａとそれぞれ重ならないようにずらして、ポリオレフィン製多孔質セパレータ１３を介して巻回することで、巻回軸方向の一方の端には複数枚重なった正極芯体露出部１５を備え、他方の端には複数枚重なった負極芯体露出部１６を備えた偏平状の巻回電極体１４が作製されている。

複数枚積層された正極芯体露出部１５は正極集電体１７を介して正極端子１８に接続され、同じく複数枚積層された負極芯体露出部１６は負極集電体１９を介して負極端子２０に接続されている。なお、ここでは、正極集電体１７及び負極集電体１９がそれぞれ直接正極端子１８及び負極端子２０に接続されている例を示したが、この正極集電体１７及び負極集電体１９はそれぞれ別途導電部材、例えば電流遮断機構等を経て正極端子１８及び負極端子２０に接続されているものであってもよい。

また、正極端子１８、負極端子２０はそれぞれ絶縁部材２１、２２を介して封口板２３に固定されている。この実施例及び比較例に共通する角形非水電解質二次電池１０は、上述のようにして作製された偏平状の巻回電極体１４の封口板２３側を除く周囲に樹脂製の絶縁シート２４を介在させて角形の外装体２５内に挿入した後、封口板２３を外装体２５の開口部にレーザ溶接し、その後、電解液注液孔２６から非水電解液を注液し、この電解液注液孔２６を密閉することにより作製されている。なお、封口板２３には安全手段としてのガス排出弁２７が形成されている。

偏平状の巻回電極体１４は、正極極板１１側では、巻回され積層された複数枚の正極芯体露出部１５が、厚み方向の中央側に収束されてさらに２分割され、その間に正極中間部材２８が配置されている（図２Ｂ参照）。正極中間部材２８は、樹脂材料からなる絶縁性中間部材２８Ａに導電性中間部材２８Ｂが複数個、ここでは２個が保持されている。各導電性中間部材２８Ｂは、それぞれ積層された正極芯体露出部１５と対向する側に、プロジェクションとして作用する円錐台状の突起２８Ｃが形成されている。

同じく負極極板１２側では、巻回され積層された複数枚の負極芯体露出部１６が、厚み方向の中央側に収束されてさらに２分割され、その間に負極中間部材２９が配置されている（図２Ｂ及び図２Ｃ参照）。負極中間部材２９は、樹脂材料からなる絶縁性中間部材２９Ａに導電性中間部材２９Ｂが複数個、ここでは２個が保持されている。各導電性中間部材２９Ｂは、それぞれ積層された負極芯体露出部１６と対向する側に、プロジェクションとして作用する円錐台状の突起２９Ｃが形成されている。

また、正極中間部材２８の両側に位置する正極芯体露出部１５の最外側の両側の表面にはそれぞれ正極集電体１７が配置されており、負極中間部材２９の両側に位置する負極芯体露出部１６の最外側の両側の表面にはそれぞれ負極集電体１９が配置されている。

なお、正極中間部材２８を構成する導電性中間部材２８Ｂは正極芯体と同じ材料であるアルミニウム製であり、負極中間部材２９を構成する導電性中間部材２９Ｂは負極芯体と同じ材料である銅製であるが、それぞれの形状は同じであっても異なっていてもよい。また、正極中間部材２８を構成する絶縁性中間部材２８Ａ及び負極中間部材２９を構成する絶縁性中間部材２９Ａとして使用し得る材料としては、たとえばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などが挙げられる。

また、実施例及び比較例に共通する角形非水電解質二次電池１０においては、正極中間部材２８及び負極中間部材２９として、それぞれ樹脂材料からなる絶縁性中間部材２８Ａ、２９Ａに２個の導電性中間部材２８Ｂ、２９Ｂを用いた例を示したが、絶縁性中間部材２８Ａ、２９Ａはなくても良く、また、これらの導電性中間部材２８Ｂ、２９Ｂは、要求される電池の出力等に応じて１個でもよく、あるいは３個以上としてもよい。導電性中間部材２８Ｂ、２９Ｂをそれぞれ２個以上用いる構成であれば、１個の樹脂材料からなる絶縁性中間部材２８Ａ、２９Ａに２個以上の導電性中間部材２８Ｂ、２９Ｂが保持されているので、それぞれの組の導電性中間部材２８Ｂ、２９Ｂを２分割された側の芯体露出部の間に安定な状態で位置決め配置できるようになる。

これらの正極集電体１７と２分割された正極芯体露出部１５の最外面との間、各正極芯体露出部１５の間、正極中間部材２８の導電性中間部材２８Ｂと２分割された正極芯体露出部１５の内面との間は、抵抗溶接されており、同じく、負極集電体１９と２分割された負極芯体露出部１６の最外面との間、各負極芯体露出部１６の間、負極中間部材２９を構成する導電性中間部材２９Ｂと２分割された負極芯体露出部１６の内面との間も、抵抗溶接されている。

以下、偏平状の巻回電極体１４の具体的な製造方法、並びに、正極芯体露出部１５、正極集電体１７、導電性中間部材２８Ｂを有する正極中間部材２８を用いた抵抗溶接方法、及び、負極芯体露出部１６、負極集電体１９、導電性中間部材２９Ｂを有する負極中間部材２９を用いた抵抗溶接方法を図２及び図３を用いて詳細に説明する。なお、正極中間部材２８の形状及び負極中間部材２９の形状は実質的に同一とすることができ、しかも、それぞれの抵抗溶接方法も実質的に同様であるので、以下においては負極極板１２側のものに代表させて説明することとする。

まず、正極極板１１及び負極極板１２を、図１に示したように、正極極板１１の正極芯体（アルミニウム箔）露出部１５と負極極板１２の負極芯体（銅箔）露出部１６とがそれぞれ対向する電極の活物質合剤層１１ａ、１２ａと重ならないようにずらして、ポリオレフィン製多孔質セパレータ１３を介して円筒状に巻回し、次いで円筒状の巻回電極体プレス成型することにより実施例及び比較例に共通する偏平状の巻回電極体１４を作製した。

そして、実施例の偏平状の巻回電極体１４としては、図３Ａ〜図３Ｃに示すように、最外周側に位置するセパレータ１３と負極芯体露出部１６との境界部に、ポリプロピレン（ＰＰ）製の浮き上がり防止テープ３５を負極芯体露出部１６側の出代が５ｍｍとなるように、偏平状の巻回電極体１４の１周にわたって固定したものを用いた。この浮き上がり防止テープ３５が本発明の「固定部材」に対応する。なお、比較例の偏平状の巻回電極体は、浮き上がり防止テープを備えていない以外は実施例の偏平状の巻回電極体１４と同様の構成を有している。

次いで、実施例及び比較例の偏平状の巻回電極体１４について、負極芯体露出部１６を巻回中央部分から両側に２分割し、電極体厚みの１／４を中心として負極芯体露出部１６を集束させた。また、負極集電体１９は厚さ０．６ｍｍの銅板を打ち抜き、曲げ加工等にて製作した。なお、この負極集電体１９は銅板から鋳造等にて製作してもよい。ここで使用した負極集電体１９は、抵抗溶接箇所から負極端子２０まで延在している本体部１９Ａと、溶接箇所において本体部１９Ａから略垂直方向に伸びるリブ１９Ｂとを有しており、負極端子２０を中心として対称な構造となるように一体に形成されている。

そして、２分割された負極芯体露出部１６の最外面の両面に負極集電体１９を配置し、２分割された負極芯体露出部１６の内面に負極中間部材２９が導電性中間部材２９Ｂの両側の円錐台状の突起２９Ｃがそれぞれ２分割された負極芯体露出部１６の内面と当接するように挿入する。負極中間部材２９の導電性中間部材２９Ｂは、例えば円柱状をしており、両端部にそれぞれ円錐台状の突起２９Ｃが形成されている。なお、円錐台状の突起２９Ｃ内には、抵抗溶接時に電流が円錐台状の突起２９Ｃの周辺部に集中するようにして良好な溶接痕（ナゲット）が形成されるようにするため、それぞれ開口が形成されていてもよい。円錐台状の突起２９Ｃの高さは、抵抗溶接部材に一般的に形成されている突起（プロジェクション）と同程度、すなわち、数ｍｍ程度であればよい。

また、負極中間部材２９を構成する導電性中間部材２９Ｂの径及び長さは、偏平状の巻回電極体１４や外装体２５（図２及び図３参照）の大きさによっても変化するが、３ｍｍ〜数十ｍｍ程度であればよい。なお、ここでは負極中間部材２９を構成する導電性中間部材２９Ｂの形状は円柱状のものとして説明したが、角柱状、楕円柱状等、金属製のブロック状のものであれば任意の形状のものを使用することができる。

この負極中間部材２９は、導電性中間部材２９Ｂが２個、樹脂材料からなる絶縁性中間部材２９Ａにそれぞれ一体に保持されている。この場合、それぞれの導電性中間部材２９Ｂは互いに並行になるように保持されており、かつ、導電性中間部材２９Ｂの両端面、すなわち円錐台状の突起２９Ｃが形成されている側がそれぞれ２分割された負極芯体露出部１６の内面に対向するように配置されている。この負極中間部材２９を構成する樹脂材料からなる絶縁性中間部材２９Ａの形状は角柱状、円柱状等任意の形状をとることができるが、２分割した負極芯体露出部１６間で安定的に位置決めして固定されるようにするために、ここでは角柱状とされている。

そして、負極中間部材２９の長さは、角形非水電解質二次電池のサイズによっても変化するが、２０ｍｍ〜数十ｍｍとすることができ、その幅は、負極中間部材２９の近傍において、抵抗溶接を行った後に樹脂材料からなる絶縁性中間部材２９Ａの側面が２分割された負極芯体露出部１６の内面と接するような状態となるように設定することが好ましいが、他の部分では、例えば抵抗溶接時のガス抜きが良好となるようにするために、外周部に溝を形成しても、内部に空洞を形成してもよい。

次いで、図４に示したように、上下に配置された一対の抵抗溶接用電極３１及び３２間に偏平状の巻回電極体１４を配置し、負極集電体１９のリブ１９Ｂが形成されている箇所の本体部１９Ａが、導電性中間部材２９Ｂの両側に形成されている円錐台状の突起２９Ｃとそれぞれ２分割された負極芯体露出部１６を介して互いに対向するように配置し、一対の抵抗溶接用電極３１及び３２をそれぞれ負極集電体１９の本体部１９Ａに当接させる。

なお、負極集電体１９を負極芯体露出部１６の最外面の両面に配置する時期は、２分割された負極芯体露出部１６間に負極中間部材２９を配置する前であっても後であってもよい。また、負極集電体１９を負極端子２０に接続するのは負極集電体１９を負極芯体露出部１６に抵抗溶接する前であっても抵抗溶接した後であってもよい。しかしながら、予め負極集電体１９を負極端子２０に接続した後に負極集電体１９を負極芯体露出部１６に抵抗溶接するようした方が、抵抗溶接時の位置決めが容易となるので、製造効率が向上する。

そして、一対の抵抗溶接用電極３１及び３２間に適度の押圧力を、負極集電体１９に対して均等に印加されるように、印加し、予め定められた条件で抵抗溶接を行うと、抵抗溶接用電流は、例えば抵抗溶接用電極３１から、上側の負極集電体１９の本体部１９Ａ、２分割された負極芯体露出部１６、導電性中間部材２９Ｂ、２分割された負極芯体露出部１６、下側の負極集電体１９の本体部１９Ａ、抵抗溶接用電極３２へと流れる。これにより、上側の負極集電体１９の本体部１９Ａと２分割された負極芯体露出部１６と導電性中間部材２９Ｂの一方の端面との間、導電性中間部材２９Ｂの他方の端面と２分割された負極芯体露出部１６と下側の負極集電体１９の本体部１９Ａとの間に、それぞれ抵抗溶接部が形成される。

このとき、負極集電体１９は、負極端子２０を中心として対称な構造となるように一体に形成されているため、上側の本体部１９Ａから下側の本体部１９Ａまで短絡されている形になり、無効電流が流れるが、抵抗溶接電流が大きいために，一対の抵抗溶接用電極３１、３２間の押圧力を適切に維持することにより、有効に抵抗溶接を行うことができる。しかも、この抵抗溶接時には、負極中間部材２９は２分割された負極芯体露出部１６の間に安定的に位置決めされた状態で配置されているので、正確にかつ安定した状態で抵抗溶接することが可能となり、溶接強度がばらつくことが抑制され、溶接部の低抵抗化を実現でき、大電流充放電が可能な角形非水電解質二次電池を製造することができるようになる。

なお、ここでは負極中間部材２９を形成する導電性中間部材２９Ｂとして両端側に円錐台状の突起２９Ｃが形成されているものを用いた例を示したが、これらの円錐台状の突起２９Ｃを設けることは必ずしも必要な構成要件ではなく、形成しなくてもよい。また、円錐台状の突起２９Ｃに換えて、三角錐台状のものや四角錐台状のものやさらに多角錐台状のものも使用することができる。

このようにして、実施例及び比較例の角形非水電解質二次電池１０で使用するための巻回電極体１４が作製される。なお、この巻回電極体１４では、巻回軸方向における一方の端部に巻回され積層された正極芯体露出部１５を有し、巻回軸方向における他方の端部に巻回され積層された負極芯体露出部１６を有し、正極集電体１７が積層された正極芯体露出部１５の積層方向における最外面に溶接接続されており、負極集電体１９が積層された負極芯体露出部１６の積層方向における最外面に溶接接続されている。

また、図２Ａ及び図２Ｂに示した角形非水電解質二次電池１０では、正極極板１１側も負極極板１２側の場合と同様にして、２分割された正極芯体露出部１５の内側に絶縁性中間部材２８Ａ、導電性中間部材２８Ｂ及び円錐台状の突起２８Ｃを備えた正極中間部材２８を配置し、正極芯体露出部１５の最外面に本体部１７Ａ及びリブ１７Ｂが形成された正極集電体１７を配置し、抵抗溶接している例を示している。しかしながら、これらの正極中間部材２８及び負極中間部材２９は、必ずしも必要な構成ではなく、正極芯体露出部１５及び負極芯体露出部１６の何れか一方に設けてもよく、さらには、正極中間部材２８及び負極中間部材２９を用いることなく、すなわち正極芯体露出部１５及び負極芯体露出部１６をそれぞれ２分割することなく、それぞれに正極集電体１７及び負極集電体１９を抵抗溶接することによって取り付けてもよい。

なお、正極集電体１７及び負極集電体１９にそれぞれ形成されたリブ１７Ｂ、１９Ｂは、それぞれの本体部１７Ａ、１９Ａと一体に形成されており、正極集電体１７及び負極集電体１９のそれぞれの一部を本体部１７Ａ、１９Ａの境界部分で略垂直となるように折り返すことにより形成されたものである。

このようにして実施例及び比較例の非水電解質二次電池を各１０個ずつ作成し、負極活物質合剤層の浮き上がり現象が生じているか否かを、目視により測定した。結果を、１個でも浮き上がりがあったものを×、１個も浮き上がりがなかったものを○で表し、下記表１に纏めて示した。

上記表１に示した結果から、実施例の電池では実質的に負極活物質合剤層の浮き上がりが生じないため、電池作製時の負極活物質合剤層の脱落が防止され、導電性の異物が電池内部に侵入することが抑制され、信頼性の高い二次電池が得られることを確認できた。

［変形例１及び２］
上記実施例では、２分割された負極芯体露出部１６の最外面の両面に負極集電体１９を当接させる例を示した。しかしながら、２分割された負極芯体露出部１６の最外面の両面に負極端子２０に接続された負極集電体１９を当接させることは必ずしも必要な条件ではなく、少なくとも２分割された負極芯体露出部１６の最外側の一方の面に負極集電体１９を接続するようにしてもよい。

このような少なくとも２分割された負極芯体露出部１６の最外側の一方の面に負極端子２０に接続された負極集電体１９を当接させた変形例１及び２の抵抗溶接後の負極集電体１９の配置状態を図５Ａ及び図５Ｂを用いて説明する。なお、図５Ａは変形例１に対応する図２ＡのIIＣ−IIＣ線に沿った部分の断面図であり、図５Ｂは変形例２に対応する図２ＡのIIＣ−IIＣ線に沿った部分の断面図である。なお、変形例１及び２では、偏平状の巻回電極体１４及び負極中間部材２９として実施例で使用したものと同様の構成のものを用いるものとし、また、実施例のものと同様の構成部分については同一の参照符号を付与してその詳細な説明は省略する。

変形例１では、図５Ａに示すように、２分割された負極芯体露出部１６の最外側の一方の面に負極端子２０に接続された負極集電体１９の本体部１９Ａを当接するように配置すると共に、２分割された負極芯体露出部１６の最外側の他方の面に負極集電受け部材１９Ｃを当接するように配置し、負極集電体１９と負極集電受け部材１９Ｃとに一対の抵抗溶接用電極を当接して抵抗溶接を行ったものである。この場合、 変形例１では、負極集電受け部材１９Ｃは、直接負極端子２０とは直接的には電気的に接続されておらず、負極芯体露出部１６のみに直接接続されており、抵抗溶接時に一対の抵抗溶接用電極の一方側を受け止める役割を果たす。なお、この変形例１の負極集電受け部材１９Ｃは本体部１９Ｄと折り曲げにより形成されたリブ１９Ｅとを備えており、これにより実質的に実施形態１の場合と同様の作用効果を奏する。

すなわち、負極集電受け部材１９Ｃは、直接負極端子２０と接続されていない以外は実質的に負極集電体１９と同様の作用効果を奏するものである。そのため、本発明における「集電体」とはこのような「集電受け部材」をも含む意味で用いられている。ただ、抵抗溶接は、負極集電受け部材１９Ｃを用いるよりも、実施例のように負極集電部材を２分割された芯体露出部の最外側の両方の面に配置した方が物理的に安定した状態で行うことができる。

また、変形例２では、図５Ｂに示すように、２分割された負極芯体露出部１６の最外側の一方の面には負極集電体１９を当接するように配置すると共に、２分割された正極芯体露出部１４の最外側の他方の面には何も設けず、負極集電体１９と２分割された負極芯体露出部１６の他方側とに一対の抵抗溶接用電極を当接して抵抗溶接を行ったものである。すなわち、この変形例２では、抵抗溶接時に一対の抵抗溶接用電極の一方側を２分割された負極芯体露出部１６の最外側の他方の面に直接接触させて抵抗溶接を行っている。この変形例２のような構成でも、一応良好な抵抗溶接を行うことができる。しかしながら、抵抗溶接用電極と負極芯体露出部１６の最外側の他方の面との間に融着が生じる可能性があるので、実施例ないし変形例１のように、負極芯体露出部１６の最外側の他方の面には、負極集電体１９ないし負極集電受け部材１９Ｃを配置することが望ましい。

［変形例３及び４］
実施例の偏平状の巻回電極体１４では、図３Ａ〜図３Ｃに示すように、最外周側に位置するセパレータ１３と負極芯体露出部１６との境界部に、浮き上がり防止テープ３５を偏平状の巻回電極体１４の１周にわたって固定したものを用いた例を示した。しかしながら、偏平状の巻回電極体において、最外周側の負極極板において負極活物質合剤層の浮き上がりが生じやすいのは，コーナー部近傍であるので、変形例３として図６Ａ及び図６Ｂに示したように、４箇所のコーナー部に浮き上がり防止テープ３５を設けても、良好な効果を奏する。なお、図６Ａは変形例３の偏平状の巻回電極体の斜視図であり、図６Ｂは図６Ａの偏平状の巻回電極体の裏面の斜視図である。

さらに、偏平状の巻回電極体において、最外周側の負極極板の巻き終わり端部１２ｂがコーナ−部近傍に位置している際には、この巻き終わり端部１２ｂ側では、それよりも先端側が偏平状の巻回電極体１４の外周における湾曲部に位置しないためストレスが掛かり難く、負極活物質合剤層の浮き上がり生じ難い。このような場合には、変形例４として図７Ａ及び図７Ｂに示したように、最外周側の負極極板の巻き終わり端部１２ｂを除いて、他の３箇所のコーナー部の近傍に浮き上がり防止テープ３５を設けるだけでも、良好な効果を奏する。なお、図７Ａは変形例４の偏平状の巻回電極体の斜視図であり、図７Ｂは図７Ａの偏平状の巻回電極体の裏面の斜視図である。

１０…角形非水電解質二次電池 １１…正極極板 １１ａ…正極活物質合剤層 １２…負極極板 １２ａ…負極活物質合剤層 １２ｂ…負極極板の巻き終わり端部 １３…セパレータ １４…巻回電極体 １５…正極芯体露出部 １６…負極芯体露出部 １７…正極集電体 １７Ａ…本体部 １７Ｂ…リブ １９…負極集電体 １９Ａ…本体部 １９Ｂ…リブ ２０…負極端子 ２１、２２…絶縁部材 ２３…封口板 ２４…絶縁シート ２５…外装体 ２６…電解液注液孔 ２７…ガス排出弁 ２８…正極中間部材 ２８Ａ…絶縁性中間部材 ２８Ｂ…導電性中間部材 ２８Ｃ…突起 ２９Ａ…絶縁性中間部材 ２９Ｂ…導電性中間部材 ２９Ｃ…突起 ２９…負極中間部材 ３１…抵抗溶接用電極 ３２…抵抗溶接用電極 ３４…巻き終わりテープ ３５…浮き上がり防止テープ

Claims (7)

1. 正極芯体の両面に正極活物質合剤層が形成され、長手方向に沿って正極芯体露出部を有する正極極板と、負極芯体の両面に負極活物質合剤層が形成され、長手方向に沿って負極芯体露出部を有する負極極板とをセパレータを介して巻回した、偏平状の巻回電極体を有する二次電池において、
   前記偏平状の巻回電極体は、一方の端部に巻回された前記正極芯体露出部が、他方の端部に巻回された前記負極芯体露出部が、それぞれ形成され、
   前記負極極板の前記負極芯体露出部側の負極活物質合剤層の端部は、隣接する前記正極極板における正極活物質合剤層端部よりも突出しており、
   前記負極芯体露出部は前記偏平状の巻回電極体の厚み方向の中央側に収束され、
   前記偏平状の巻回電極体の最外周には前記セパレータが位置しており、
   前記最外周に位置するセパレータと隣接する前記負極極板の前記負極芯体露出部とが固定部材によって一体に固定されていることを特徴とする二次電池。
2. 前記負極芯体露出部は、前記偏平状の巻回電極体の厚み方向の中央側に均等に収束されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
3. 前記固定部材は、前記偏平状の巻回電極体の両面に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の二次電池。
4. 前記負極芯体露出部の両最外面に集電部材が配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の二次電池。
5. 前記負極芯体露出部の収束部は２分されており、前記２分された収束部の間に導電性中間部材が配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の二次電池。
6. 複数個の前記導電性中間部材が絶縁性中間部材に保持されていることを特徴とする請求項５に記載の二次電池。
7. 前記負極極板の巻き終り部は前記偏平状の巻回電極体のコーナー部の近傍に位置しており、前記固定部材は前記コーナー部を除く他の３つのコーナー部の近傍に設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の二次電池。

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