JP2013246898A - 角形二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】発電要素を電池缶に挿入する際、電池缶の内面に接触する可能性を低減する。
【解決手段】正・負極電極がセパレータを介在して軸芯３０の周囲に捲回された発電要素４０は、電池蓋３側に配置された上部円弧部４０Ｔ_１と、電池缶４の底面４ｂ側に配置された下部円弧部４０Ｔ_２とを有する扁平直方体状に形成されている。下部円弧部４０Ｔ_２の厚さ（Ｘ方向の長さ）Ｔ_Ｌは、上部円弧部４０Ｔ_１の厚さＴ_ｕよりも小さく形成されている。
【選択図】図５

Description

この発明は、角形二次電池に関し、より詳細には、軸芯の周囲に正・負極電極が捲回された扁平直方体状の発電要素が電池容器内に収容される角形二次電池に関する。

リチウムイオン等の角形二次電池は、上部に開口部を有する電池缶と、電池缶の開口部を覆う電池蓋とにより構成される電池容器内に軸芯の周囲に正・負極電極が捲回された発電要素を備えている。
発電要素は、正・負極電極の捲回により形成される上下一対の円弧部と、円弧部間に介在する平坦部とを有する扁平直方体形状を有している。発電要素は、平坦部における捲回方向と平行な方向に延出される両側部を正・負極接続用部材に接続された状態で、電池缶の開口部から電池缶内に挿入される。発電要素を電池缶の開口部から挿入する際、一方の円弧部を下方側、すなわち、缶底側に向けて挿入し、電池缶内に収容された状態では、一方の円弧部が電池缶の缶底側に、他方の円弧部が電池蓋、すなわち、電池缶の開口部側に配置される。

電池缶は、通常、円弧部の上下方向の長さである高さよりも、高さ方向に直交する方向の長さである幅が大きく、奥行き（厚さ）の小さな扁平直方体形状を有している。また、発電要素の上下一対の円弧部は、同じ厚さ（電池缶の奥行方向の長さ）を有している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２１６３９７号公報

角形二次電池において、設置スペースや、二次電池を連結して作製される電池モジュールのサイズの都合により、高さよりも幅が小さい、所謂、縦型が必要とされる場合がある。二次電池の厚さ方向における電池缶内面と発電要素表面との隙間寸法は、高容量化を図るために、殆ど零に近い、極めて小さい寸法に設定されている。容量が同一である場合には、角形二次電池が縦型の場合であっても、高さよりも幅が大きい、所謂、横型の角形二次電池と同一の公差を確保する必要がある。しかし、縦型では、横型に比して、発電要素を挿入する方向の高さが大きくなる分、この方向における発電要素の平坦部のばらつきが大きくなる。

従って、縦型の角形二次電池では、発電要素を電池缶内に挿入する際、発電要素が電池缶の内面に接触する可能性が大きくなる。発電要素が電池缶に接触した状態のままで挿入すると、電池缶の内面との摩擦により発電要素が変形したり、正・負極電極が損傷したりする可能性が高く、容量の低下や内部短絡が発生する。

本発明の角形二次電池は、軸芯の周囲に正極電極と負極電極とがセパレータを介して扁平直方体形状に捲回された発電要素を収容すると共に電解液が注入され、開口部から底部まで同一の厚さを有する電池缶と、発電要素の正極電極に接続される正極接続板と、発電要素の負極電極に接続される負極接続板と、発電要素が収容された電池缶の開口部を覆う電池蓋と、を備え、発電要素は、電池缶の深さ方向の長さが幅方向の長さよりも大きい寸法を有し、電池缶の底部側に位置する円弧部の厚さが電池缶の開口部側に位置する円弧部の厚さよりも小さいことを特徴とする。

この発明の角形二次電池によれば、扁平直方体形状の発電要素において、電池缶の開口部側に位置する円弧部の厚さよりも、電池缶の底部側に位置する円弧部の厚さの方が小さく形成されているため、発電要素を挿入する際、発電要素が直接あるいは絶縁袋を介して間接的に電池缶の内面に接触する可能性を低減することができる。

本発明による角形二次電池の一実施の形態の外観斜視図。 図１に示された角形二次電池の分解斜視図。 図２に図示された発電要素の斜視図であり、捲回終端部側の一部を展開した状態の図。 図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面図であり、（Ａ）は軸芯の図、発電要素の図。 発電要素を電池缶に挿入する状態を示す縦断面図。 発電要素が電池缶に収容された状態を示す縦断面図。 本発明による角形二次電池の実施形態２の分解斜視図。 （Ａ）は、図７に図示された発電要素における正・負極電極の巻始め端部および巻終り端部の位置の一例を説明するための模式的断面図、（Ｂ）は図８（Ａ）の領域ＶＩＩＩＢの拡大図。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、正・負極電極の巻始め端部および巻終り端部の位置が図８（Ａ）とは異なる位置とされた状態の模式的断面図。 正・負極電極の巻始め端部および巻終り端部の位置が、図８および図９とは異なる状態とされた発電要素を説明するための模式的断面図。 実施形態２において、正・負極電極の巻終り端部に対する巻始め端部の位置の範囲を説明するための模式図。

-実施形態１-
［角形二次電池の全体構造］
以下、この発明の角形二次電池を、リチウムイオン角形二次電池を一実施形態として図面と共に説明する。
図１は、この発明の角形二次電池の一実施の形態を示す外観斜視図であり、図２は、図１に示された角形二次電池の分解斜視図である。
角形二次電池１は、電池蓋３および電池缶４とから構成される薄型のほぼ直方体形状の電池容器２内に、発電要素４０が収容され、図示はしないが非水電解液が注入されて構成されている。電池蓋３および電池缶４は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金等のアルミニウム系金属により形成されている。

電池蓋３の中央部には、非水電解液を注入するための注液口１１が設けられている。注液口１１は、電解液注入後に注液栓１５により封口される。注液栓１５は、例えば、レーザ溶接によって電池蓋３の注液口１１の周縁部に接合される。
また、電池蓋３には、過充電等により内部圧力が上昇した際に、圧力を抜くための開裂弁１２が設けられている。開裂弁１２には、開裂用の溝１２ａが形成されている。
なお、本明細書においては、各図に図示されるように、角形二次電池１の幅方向をＹ方向、高さ方向をＺ方向、厚さ方向をＸ方向として説明する。

電池缶４内に注入される非水電解液としては、例えば、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で１：２の割合で混合した混合溶液中へ六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を１モル／リットルの濃度で溶解したものを用いることができる。
有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトニル等またはこれら２種類以上の混合溶媒を用いるようにしてもよく、混合配合比についても限定されるものではない。また、電解質としては、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ（Ｃ_６Ｈ_５）_４、ＣＨ_３ＳＯ_３Ｌｉ、ＣＦ_３ＳＯ_３Ｌｉ等やこれらの混合物を用いることができる。したがって、一般的なリチウム塩を電解質とし、これを有機溶媒に溶解した非水電解液を用いるようにすればよく、本発明に用いられるリチウム塩や有機溶媒は特に制限されない。

電池缶４は、Ｙ方向の長さである幅をＬｙ、Ｚ方向の長さである高さをＬｚ、Ｘ方向の長さである奥行き（厚さ）をＬｘとした場合、Ｌｘ＜＜Ｌｙ＜Ｌｚの関係を有し、特に、ＬｙおよびＬｚに対しＬｘが小さい扁平直方体形状に形成されている。電池缶４は、電池蓋３側に開口部４ａを有している。発電要素４０は、後述する電池蓋・発電要素ユニットとされた状態で、電池缶４の開口部４ａから挿入され、電池缶４内に収容される。

［電池蓋組立体］
電池蓋３には、正極側の端子構成部６０と負極側の端子構成部７０とが設けられ、電池蓋組立体１０が構成される。
正極側の端子構成部６０は、外部正極端子６１、正極接続端子６２、正極端子板６３、および正極集電板２１を備えている。
正極集電板２１は、電池蓋３の裏面側において、絶縁部材６４（図５、図６参照）により電池蓋３と電気的に絶縁された状態で正極接続端子６２の下端部にかしめられる基部２１ａを有している。正極集電板２１の基部２１ａは、電池蓋３の裏面からＺ方向に屈曲されて二股に分割されており、基部２１ａの下端部には一対の接続片２１ｂが形成されている。各接続片２１ｂには接合面がそれぞれ形成され、これら接合面が発電要素４０の正極電極４１に接合される。正極接続端子６２は、電池蓋３に形成された貫通孔に、絶縁部材６４（図５、図６参照）により電池蓋３とは電気的に絶縁された状態で挿通され、その上端部が電池蓋３の外部に露出されている。正極接続端子６２の上端部には、電池蓋３の上面に、絶縁部材６５（図５、図６参照）により電池蓋３とは電気的に絶縁された状態で、電池蓋３に正極端子板６３がかしめ等により固定されている。

このように、外部正極端子６１、正極接続端子６２、正極端子板６３および正極集電板２１は、図示しない絶縁部材６４、６５により電池蓋３とは電気的に絶縁された状態で、相互に電気的に接続されている。外部正極端子６１、正極接続端子６２、正極端子板６３および正極集電板２１は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属により形成されている。

負極側の端子構成部７０は、外部負極端子７１、負極接続端子７２、負極端子板７３、および負極集電板２２を備えている。
負極集電板２２は、電池蓋３の裏面側において、絶縁部材（図示せず）により電池蓋３と電気的に絶縁された状態で負極接続端子７２の下端部にかしめられる基部２２ａを有している。負極集電板２２の基部２２ａは、電池蓋３の裏面からＺ方向に屈曲されて二股に分割されており、基部２２ａの下端部には一対の接続片２２ｂが形成されている。各接続片２２ｂには接合面がそれぞれ形成され、これら接合面が発電要素４０の負極電極４２に接合される。負極接続端子７２は、電池蓋３に形成された貫通孔に、絶縁部材（図示せず）により電池蓋３とは電気的に絶縁された状態で挿通され、その上端部が電池蓋３の外部に露出されている。負極接続端子７２の上端部には、電池蓋３の上面に、絶縁部材（図示せず）により電池蓋３とは電気的に絶縁された状態で、電池蓋３に負極端子板７３がかしめ等により固定されている。

このように、外部負極端子７１、負極接続端子７２、負極端子板７３および負極集電板２２は、絶縁部材により電池蓋３とは電気的に絶縁された状態で、相互に電気的に接続されている。外部負極端子７１、負極接続端子７２、負極端子板７３および負極集電板２２は、例えば、銅、銅合金等の銅系金属により形成されている。

［発電要素］
発電要素４０は、正極側では、捲回により積層状態とされた正極合剤未塗工部４１ｃが正極集電板２１の接続片２１ｂに接合され、負極側では、捲回により積層状態とされた負極合剤未塗工部４２ｃが負極集電板２２の接続片２２ｂに接合される。接合は、例えば、超音波溶接等により行われ、これにより、正極側の端子構成部６０、負極側の端子構成部７０と発電要素４０とが、電池蓋３に一体化された電池蓋・発電要素ユニットが形成される。

図３は、図２に図示された発電要素を、その捲回の終端部側を展開して示す斜視図である。
後述するように、発電要素４０は、その捲回中心に軸芯３０が配置され、軸芯３０の周りに正極電極４１と負極電極４２とが、第１、第２のセパレータ４３、４４を介在して捲回されて形成されており、扁平直方体形状を有している。
正極電極４１は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金等のアルミニウム系金属からなる正極金属シート４１ａの表裏両面に正極合剤が塗工された正極合剤塗工部４１ｂを有する。正極合剤塗工部４１ｂは、正極金属シート４１ａの一側縁に、正極金属シート４１ａが露出された正極合剤未塗工部４１ｃが形成されるように正極金属シート４１ａに正極合剤を塗工して形成される。
負極電極４２は、例えば、銅または銅合金等の銅系金属からなる負極金属シート４２ａの表裏両面に負極合剤が塗工された負極合剤塗工部４２ｂを有する。負極合剤塗工部４２ｂは、正極合剤未塗工部４１ｃが配置された側縁と対向する側縁である他側縁に、負極金属シート４２ａが露出された負極合剤未塗工部４２ｃが形成されるように負極金属シート４２ａに負極合剤を塗工して形成される。

正極合剤塗工部４１ｂは、正極活物質としてリチウム含有複酸化物粉末と、導電材として鱗片状黒鉛と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とを重量比９０：６．５：３．５で混合し、これに分散溶媒であるＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を添加、混練したスラリを作成し、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に塗布して作製される。その後、プレス、裁断、乾燥することにより活物質合剤層が配された部分の幅１３０ｍｍ、片側の正極合剤塗工部４１ｂの厚さ９０μｍであり、厚さ２００μｍ程度の正極電極４１が形成される。

負極合剤塗工部４２ｂは、負極活物質としての黒鉛粉末と、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、増粘材としてカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を重量比９８：１：１で混合し、これに分散溶媒の水を添加し、混練して得られたスラリを、厚さ１０μｍの圧延銅箔の両面に塗布して作製される。その後、プレス、裁断、乾燥することにより活物質合剤層が配された部分の幅１３４ｍｍ、片側の負極合剤未塗工部の厚さ７０μｍであり、厚さ１５０μｍ程度の負極電極４２が形成される。

なお、上記において、正極バインダとしてＰＶＤＦを、負極バインダとしてＳＢＲを例示したが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン等の重合体及びこれらの混合体などを使用するようにしてもよい。

セパレータ４３、４４は、正極金属シート４１ａと負極金属シート４２ａを絶縁する役割を有している。セパレータ４３、４４の厚さは、それぞれ、３０μｍ程度である。負極電極４２の負極合剤塗工部４２ｂは、正極電極４１の正極合剤塗工部４１ｂよりも幅方向（Ｙ方向）に大きく形成され、これにより正極合剤塗工部４１ｂは、必ず負極合剤塗工部４２ｂに挟まれるように構成されている。
発電要素４０は、図３に示すように、最外周の電極が負極電極４２とされ、さらにその外側にセパレータ４４が捲回される。

発電要素４０の外形形状は、捲回方向（Ｚ方向）の両側部に形成された上部円弧部４０Ｔ_１と、下部円弧部４０Ｔ_２および上・下部円弧部４０Ｔ_１、４０Ｔ_２の間に位置する平坦部４０Ｐとにより形成される扁平直方体である。
上述した通り、発電要素４０は、軸芯３０の周囲に、負極電極４２、セパレータ４４、正極電極４１およびセパレータ４３が捲回された扁平直方体形状を有している。

［発電要素の軸芯］
図４（Ａ）は図３における軸芯３０のＩＶ−ＩＶ線断面図であり、図４（Ｂ）は図３における発電要素４０のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
軸芯３０は、厚みが高さ方向（Ｘ方向）に徐々に変化する薄板状部材であり、中央の矩形部３１の幅方向（Ｙ方向）における両側端に、正・負極電極４１、４２の一側縁および他側縁から突き出す上部突出片３２および下部突出片３３が形成されている。
図４（Ａ）に示す通り、軸芯３０の上部突出片３２および下部突出片３３の厚さは、それぞれ、矩形部３１における高さ方向（Ｚ方向）における同一の位置の部分と同じ厚さを有している。すなわち、上部突出片３２は下部突出片３３よりも厚く形成されている。
矩形部３１の上側部３１ａおよび下側部３１ｂは、半楕円形断面に形成されている。

発電要素４０は、軸芯３０の周囲に、負極電極４２、セパレータ４４、正極電極４１およびセパレータ４３を捲回して作製されるため、発電要素４０の中心部の断面形状は軸芯３０の断面形状と同一である。
このため、上述した如く、発電要素４０は、平坦部４０Ｐの上下に、上部円弧部４０Ｔ_１と下部円弧部４０Ｔ_２が形成された扁平直方体形状を有する。
軸芯３０に捲回される正・負極電極４１、４２の長尺方向の厚みおよび第１・第２のセパレータ４３、４４の長尺方向の厚みは均一であるから、発電要素４０の上部円弧部４０Ｔ_１の厚さＴ_Ｕは、下部円弧部４０Ｔ_２の厚さＴ_Ｌより大きい。

発電要素４０は、図示はしないが、軸芯３０の上部突出片３２および下部突出片３３を捲回装置の取付用の溝部に嵌合しておき、軸芯３０の周囲に、負極電極４２、セパレータ４４、正極電極４１およびセパレータ４３を捲回することにより作製される。

図２を参照するに、正極集電板２１の一対の接続片２１ｂは、それぞれ、基部２１ａ側から電池缶底面に向かって延在する。これら一対の接続片２１ｂの電池缶中央部における内側端２１ｃは、相互に近接する方向に傾斜して形成されている。一対の接続片２１ｂは、発電要素４０の軸芯３０の中心軸に対して線対称に形成されている。上述した如く、発電要素４０の正極合剤未塗工部４１ｃは、軸芯３０の周囲に捲回されており、積層されている。積層された正極合剤未塗工部４１ｃは、発電要素４０の正極未塗工部側の端面において、軸芯３０の中心線を境界として、厚さ方向（Ｘ方向）に二股に分割され、二股に分割された各分割積層部が、それぞれ、接続片２１ｂの接合面に超音波溶接等により接合される。

負極側も同様であり、負極集電板２２の一対の接続片２２ｂは、それぞれ、基部２２ａ側から電池缶底面に向けて延在する。これら一対の接続片２２ｂの電池中央部側における内側端２２ｃは、相互に近接する方向に傾斜して形成されている。発電要素４０の負極未塗工部側の端面において、負極未塗工部４２ｃは、発電要素４０の捲回の中心線を境界として、厚さ方向（Ｘ方向に）に、二股に分割されている。これら分割積層部に負極集電板２２の一対の接続片２２ｂの接合面が超音波溶接などで接合される。

［発電要素の収容］
図５は発電要素を電池缶に挿入する状態を示す縦断面図であり、図６は発電要素が電池缶に収容された状態を示す縦断面図である。
発電要素４０は、図５に図示されるように、上部円弧部４０Ｔ_１が電池蓋３側に配置され、下部円弧部４０Ｔ_２が電池缶４の底面４ｂ側に配置されるように、正・負極集電板２１、２２に接合される。

そして、電池蓋３に一体化された状態で、下部円弧部４０Ｔ_２側から、電池缶４の開口部４ａ内に挿入されていき、図６に図示されるように、発電要素４０全体が電池缶４内に収容される。このとき、発電要素４０の挿入先端側の下部円弧部４０Ｔ_２の厚さＴ_Ｌは、上部円弧部Ｔ_１の厚さＴ_Ｕよりも小さい。このため、この分、電池缶４の内面との隙間が上部円弧部Ｔ_１側よりも大きくなる。
従って、上・下部円弧部の厚さが同一の発電要素の場合よりも、電池缶４の内面に接触する可能性が低減し、電池缶４への挿入が容易となる。

発電要素４０の厚さを高さ方向で等しくしたものに対して、充電量の低下を小さくするためには、上部円弧部４０Ｔ_１の厚さＴ_Ｕと下部円弧部４０Ｔ_２の厚さＴ_Ｌとの差（Ｔ_Ｕ−Ｔ_Ｌ）は、できるだけ小さい方が望ましく、例えば、２ｍｍ以下、より好ましくは、１ｍｍ以下とする。この場合、厚さＴ_Ｕと厚さＴ_Ｌとの差（Ｔ_Ｕ−Ｔ_Ｌ）を、少なくとも、発電要素４０の正・負極電極４１、４２と第１・第２のセパレータ４３、４４の１回り分の厚さ、０．４ｍｍ程度以上とすると、電池缶４に挿入する作業の容易性を十分に確保することができる。

-実施形態２-
図７は、本発明による角形二次電池の実施形態２としての分解斜視図である。
実施形態２が、図２に図示された実施形態１と異なる点は、発電要素４０における軸芯３０Ａの上側部３１ａ_１と下側部３１ｂ_１とは、同一の形状を有することである。すなわち、軸芯３０Ａは、全体が均一の厚さの平坦な板状部材により形成されており、軸芯３０Ａの上側部３１ａ_１と下側部３１ｂ_１とは、同じ厚さを有する。それにも拘わらず、発電要素４０の上部円弧部４０Ｔ_１は、下部円弧部４０Ｔ_２より厚く形成されている。
以下、実施形態２を実施形態１との相違点を主として説明することとし、実施形態１と同一の部材には、同一の符号を付して説明を省略する。

図８（Ａ）は、図７に図示された発電要素の上部円弧部４０Ｔ_１側における正・負極電極の巻始め端部および巻終り端部の位置の一例を説明するための図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の領域ＶＩＩＩＢの拡大図である。
正・負極電極４１、４２および第１・第２のセパレータ４３、４４は、積層された状態で軸芯３０Ａの周囲に捲回される。以下の説明では、正・負極電極４１、４２および第１・第２のセパレータ４３、４４が１層ずつ積層された層構造を、単位積層体４０ｕという。したがって、製造工程においては、軸芯３０の周面に単位積層体４０ｕが捲回される。

単位積層体４０ｕは、図８（Ｂ）に図示されるように、正極電極４１、第１のセパレータ４３、負極電極４２および第２のセパレータ４４からなる積層構造を有する。正極電極４１は、正極金属シート４１ａと、この正極金属シート４１ａの表裏面に正極合剤が塗工された正極合剤塗工部４１ｂにより構成され、例えば、２００μｍ程度の厚さを有する。負極電極４２は、負極金属シート４２ａと、この負極金属シート４２ａの表裏面に負極合剤が塗工された負極合剤塗工部４２ｂにより構成され、例えば、１５０μｍ程度の厚さを有する。第１、第２のセパレータ４３、４４は、２５〜３０μｍ程度の厚さを有する。従って、単位積層体４０ｕは、全体で４００μｍ程度の厚さを有する。

単位積層体４０ｕは、軸芯３０Ａの上端近傍に巻始め端部Ｗ_ｓを有し、軸芯３０Ａの周囲において反時計方向に捲回されている。そして、軸芯３０Ａの周囲においてｎ回（図８に示す実施形態ではｎ＝５）捲回されて、巻始め端部Ｗ_ｓが位置する軸芯３０Ａと同じ面側（以下、この面を軸芯３０Ａの表面側と呼び、反対側の面を裏面側と呼ぶ）の上部円弧部４０Ｔ_１近傍の巻終り端部Ｗ_ｅで終端している。従って、発電要素４０の上端部から、巻終り端部Ｗ_ｅの位置までの終端領域Ｗ_ｆのみが、（ｎ＋１）回、軸芯３０Ａの周囲に捲回されている。すなわち、終端領域Ｗ_ｆは、他の領域よりも、単位積層体４０ｕの１層分の厚さ、４００μｍ程度厚く形成されている。

このような実施形態２においても、実施形態１と同様な効果を奏する。しかも、実施形態２においては、終端領域Ｗ_ｆのみが他の部分よりも単位積層体Ｗｕが１回多く捲回されている。換言すれば、終端領域Ｗ_ｆ以外の領域は、すべて、単位積層体Ｗｕの捲回数が１回少なく、同一の厚さに形成されている。つまり、高さ方向（Ｚ方向）のほとんどの範囲において、発電要素４０と電池缶４の内面との隙間を大きくすることができる。このため、発電要素４０の電池缶４内への収容が容易となる。

図９（Ａ）、図９（Ｂ）はそれぞれ、正・負極電極の巻始め端部および巻終り端部を、図８とは異なる位置にした場合の図である。
図９（Ａ）では、単位積層体４０ｕの巻始め端部Ｗ_ｓは、軸芯３０Ａの裏面側の上部側に位置している。つまり、巻始め端部Ｗ_ｓと巻終り端部Ｗ_ｅとは、軸芯３０Ａの反対面側に位置している。この場合においても、単位積層体４０ｕは、終端領域Ｗ_ｆのみが（ｎ＋１）回、軸芯３０Ａの周囲に捲回され、他の領域はｎ回、軸芯３０Ａの周囲に捲回されている。従って、図９（Ａ）の例においても、図８（Ａ）の場合と同様、終端領域Ｗ_ｆを他の領域よりも厚くすることができる。

図９（Ｂ）は、巻始め端部Ｗ_ｓを、図９（Ａ）の位置から、軸芯３０ＡのＺ方向における下方側にずらした場合を示す。
図９（Ｂ）に示す場合においても、終端領域Ｗ_ｆのみが、他の領域よりも単位積層体４０ｕの捲回数が１回多く、図９（Ａ）の場合と同じである。ここで、図９（Ａ）および図９（Ｂ）いずれの場合でも、軸芯３０Ａの裏面側における、巻始め端部Ｗ_ｓより上部側の始端領域Ｗ_ｒでは、それより下方の領域よりも捲回数が１回多くなる。しかも、図９（Ａ）、図９（Ｂ）を対比して明らかな通り、始端領域Ｗ_ｒは、図９（Ｂ）の場合の方が、図９（Ａ）の場合よりもＺ方向において広くなる。そのため、図９（Ａ）に比べて電池容量を増やすことができる。

図１０は、単位積層体４０ｕの巻始め端部Ｗ_ｓの位置を、巻終り端部Ｗ_ｅが位置する軸芯３０Ａの表面側における終端領域Ｗ_ｆの下方にした場合を示す。
図１０の場合には、軸芯３０Ａの裏面側における単位積層体４０ｕの捲回数は、全領域に亘りｎ回（実施形態ではｎ＝５）である。また、軸芯３０Ａの表面側における単位積層体４０ｕの捲回数もｎ回である。この状態では、終端領域Ｗ_ｆは他の領域よりも厚くはならない。
このことは、単位積層体４０ｕの位置を、軸芯３０Ａの下端までずらした場合でも同一である。すなわち、単位積層体４０ｕの巻始め端部Ｗ_ｓを、巻終り端部Ｗ_ｅの軸芯３０Ａと同一面側で、巻終り端部Ｗ_ｅと重ならない領域に配置した場合は、終端領域Ｗ_ｆは他の領域よりも厚くならない。

図１１は、以上の結果を踏まえ、終端領域Ｗ_ｆを他の領域よりも厚くするための、単位積層体Ｗｕの巻始め端部と巻終り端部の位置関係を説明するための模式図である。
巻終り端部Ｗ_ｅが配置された軸芯３０Ａの反対面側に巻始め端部Ｗ_ｓを配置した場合においては、巻始め端部Ｗ_ｓを、Ｚ方向におけるいずれの位置に配置しても終端領域Ｗ_ｆを他の領域よりも厚くすることができる。また、巻始め端部Ｗ_ｓを巻終り端部Ｗ_ｅが配置された軸芯３０Ａと同一面側に配置した場合においては、巻始め端部Ｗ_ｓを、Ｚ方向において巻終り端部Ｗ_ｅと重なる位置に配置すると、換言すれば、終端領域Ｗ_ｆ内に配置すると、終端領域Ｗ_ｆを他の領域よりも厚くすることができる。図１１において、終端領域Ｗ_ｆを、他の領域よりも厚くすることができる巻始め端部Ｗ_ｓの領域を、斜線のハッチングを施した領域Ｗ_Ｈで示している。

［実施形態の効果］
以上説明した通り、本発明の実施形態では、上部円弧部４０Ｔ_１と下部円弧部４０Ｔ_２を有する扁平直方体状の発電要素４０が電池缶４内に収容された角形二次電池１において、下部円弧部４０Ｔ_２の厚さを上部円弧部４０Ｔ_１の厚さよりも小さくした。
このため、発電要素４０を電池缶４の開口部４ａから挿通して、電池缶４内に収容する際、発電要素４０が、電池缶４の内面に接触する可能性を低減することができる。
これにより、発電要素４０が電池缶４の内面に接触する際の摩擦により発電要素が変形したり、正・負極電極が損傷したり、容量の低下や内部短絡が発生する不具合を低減することができる。

また、正・負極電極４１、４２、第１・第２のセパレータ４３、４４は、巻始めから巻終りまで１つの扁平直方体を形成するように薄板形状の軸芯３０に捲回されるため、角形二次電池１の充電量は殆ど低減されることがない。

上部円弧部４０Ｔ_１が下部円弧部４０Ｔ_２の厚さよりも厚い発電要素４０は、実施形態１では、軸芯３０における矩形部３１の上側部３１ａを、下側部３１ｂよりも厚くすることにより作製することができる。実施形態２では、単位積層体Ｗｕの巻始め端部Ｗ_ｓと巻終り端部Ｗ_ｅとを所定の位置関係に配置することにより作製することができる。このため、発電要素４０の作製は容易である。

［変形例］
なお、上記実施形態では、正・負極集電板２１、２２を二股の接続片２１ｂ、２２ｂを有する構造として例示した。しかし、本発明は、正・負極集電板２１、２２は、１つの接続片を有する構造に適用することができる。

上記実施形態では、電池蓋組立体１０の正極の端子構成部は、外部正極端子６１、正極端子板６３、正極接続端子６２、絶縁部材６４、６５および正極集電板２１を備える構造として例示した。しかし、正極の端子構成部は、上記構造に限られるものではなく、発電要素４０の正極電極４１に接続された正極集電板２１が、電池蓋３とは絶縁された状態で外部接続用端子として電池蓋３の外部に導出される構造であればよい。
このことは、負極の端子構成部についても同様である。

上記実施形態では、発電要素４０を、直接、電池缶４内に収容するものとして例示した。しかし、発電要素４０を絶縁袋に収容し、絶縁袋と共に電池缶４内に収容するようにしてもよい。

上記実施形態では、リチウムイオン二次電池の場合で説明した。しかし、本発明は、ニッケル水素電池またはニッケル・カドミウム電池、鉛蓄電池のように水溶性電解液を用いる二次電池にも適用が可能である。

その他、本発明は、種々、変形して適用することが可能であり、要は、上下の側部に所定の厚さを有する円弧部が形成された発電要素が電池缶内に収容されており、発電要素における電池缶の底部側に位置する円弧部の厚さが電池缶の開口部側に位置する円弧部の厚さよりも小さい角形二次電池としたものであればよい。

１ 角形二次電池
２ 電池容器
３ 電池蓋
４ 電池缶
２１ 正極集電板
２２ 負極集電板
３０、３０Ａ 軸芯
３１ａ、３１ａ_１ 上側部
３１ｂ、３１ｂ_１ 下側部
４０ 発電要素
４０Ｐ 平坦部
４０Ｔ 円弧部
４０Ｔ_１ 上部円弧部
４０Ｔ_２ 下部円弧部
４０ｕ 単位積層体
４１ 正極電極
４２ 負極電極
Ｔ_Ｕ、Ｔ_Ｌ 厚さ
Ｗ_ｓ 巻始め端部
Ｗ_ｅ 巻終り端部
Ｗ_ｆ 終端領域
Ｗ_ｒ 始端領域
Ｗ_ｕ 単位積層体

Claims (4)

1. 軸芯の周囲に正極電極と負極電極とがセパレータを介して扁平直方体形状に捲回された発電要素と、
   前記発電要素が挿入される開口部を有し、前記開口部から挿入された前記発電要素を収容すると共に電解液が注入され、前記開口部から底部までほぼ同一の厚さを有する電池缶と、
   前記発電要素の前記正極電極に接続される正極接続板と、
   前記発電要素の前記負極電極に接続される負極接続板と、
   前記発電要素が収容された前記電池缶の前記開口部を覆う電池蓋と、を備え、
   前記発電要素は、前記電池缶の深さ方向の長さが幅方向の長さよりも大きい寸法を有し、前記電池缶の底部側に位置する円弧部の厚さが前記電池缶の開口部側に位置する円弧部の厚さよりも小さいことを特徴とする角形二次電池。
2. 請求項１に記載の角形二次電池において、前記軸芯は、前記電池缶の前記開口部側に位置する側の厚さよりも、前記電池缶の底部側に位置する側の厚さの方が小さいことを特徴とする角形二次電池。
3. 請求項１に記載の角形二次電池において、前記発電要素における、前記正極電極および前記負極電極の巻終り端部が、前記電池缶の底部よりも前記電池缶の開口部に近い側に配置されており、前記正極電極および前記負極電極の巻始め端部が、前記巻終り端部が配置された前記軸芯の面と反対側の面、または前記巻終り端部が配置された前記軸芯の面と同一面で、前記巻終り端部と重なる領域内に位置することを特徴とする角形二次電池。
4. 請求項３に記載の角形二次電池において、前記軸芯は全体がほぼ同じ厚さの板状部材であることを特徴とする角形二次電池。
   

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