JP2015106496A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】配置による電池性能の低下を抑制することができる二次電池を提供する。
【解決手段】電極群３は、捲回軸方向（Ｘ軸方向）の両端の箔露出部３４ｃ，３２ｄがそれぞれ束ねられて集電板にそれぞれ接合された接合部３４ｄ，３２ｄと、捲回軸方向の端部が開放された上側開放部３４ｅ，３２ｅおよび下側開放部３４ｆ，３２ｆと、を有する。電池缶１の底面１ｄに垂直な方向（Ｚ軸方向）において、少なくとも一方の接合部３４ｄ，３２ｄの中央は、電極群３の中央よりも底面１ｄ側に位置する。
【選択図】図５

Description

本発明は、扁平に捲回された電極群を備えた二次電池に関する。

近年、ハイブリッド電気自動車や純粋な電気自動車等の動力源として大容量（Ｗｈ）の二次電池が開発されており、その中でもエネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）の高い角形のリチウムイオン二次電池が注目されている。

角形リチウムイオン二次電池は、例えば、正極用金属箔に正極活物質を塗布した正極電極、負極用金属箔に負極活物質を塗布した負極電極、およびこれらを絶縁するためのセパレータを重ね合わせて捲回した扁平形状の電極群を備えている。電極群は、正極および負極の金属箔が露出した箔露出部において、電池蓋に設けられた正極外部端子および負極外部端子に集電板を介して電気的に接続され、絶縁シートに覆われた状態で電池缶に収容される。その後、電池缶の開口部に電池蓋を封止溶接し、該電池蓋に設けられた注液孔から電池缶内に電解液を注入し、該注液孔に注液栓をレーザ溶接によって封止溶接することで、二次電池が製造される（例えば、下記特許文献１参照）。

電極群を構成する正極と負極は、それぞれの長辺端部、すなわち幅方向の一方の端部に活物質が塗工されずに金属箔が露出した箔露出部を有している。正極と負極は、互いの箔露出部が幅方向の反対側に位置するように重ねられ、幅方向に平行な捲回軸周りに扁平な形状に捲回される。これにより、電極群の厚さ方向の両側には一対の平坦な平面部が形成され、電極群の捲回軸方向および厚さ方向と垂直な高さ方向の両側には、セパレータを介して積層された正極および負極電極が円弧状に湾曲した一対の湾曲部が形成される。

電極群の正極および負極電極の箔露出部は、それぞれ平面部において厚さ方向に束ねられ、電池蓋に固定された正極および負極集電板に、例えば超音波溶接によって接合される。これにより、電極群の平面部において、箔露出部に集電板との接合部が形成される。接合部に接合された集電板を介して電池蓋に支持固定された電極群は、扁平な箱状の電池缶の上方開口部から挿入され、平面部が電池缶の幅広側面と平行になるように、電池缶内に収容配置されている。

特開２０１１−１８１４８５号公報

前記二次電池の製造工程において、電池缶内に注入された電解液は毛細管現象により正極電極とセパレータとの間および負極電極とセパレータとの間に浸透するが、セパレータと正極電極および負極電極との間の隙間は微小であるため、電解液の浸透にはある程度の時間を要する。そのため、電解液の注入時に、例えば電池缶の底面から電池蓋の近傍まで電解液を注入しても、電解液が電極群の電極間に浸透することで、電解液の液位は注入時よりも低下する。その結果、電池缶の底面が下になるように二次電池を配置すると、電極群の高さ方向上側の部分、すなわち電池蓋側の部分が電解液の液面よりも高い位置に配置され、電解液から露出する場合がある。

したがって、電池缶の底面を下にして配置された二次電池は、電解液の液面が電極群の接合部の上端よりも下方に位置する場合、電極群の接合部よりも上側の部分に電解液が循環し難くなり、電極間の電解液が劣化して電池性能の低下が顕著になる虞がある。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、配置による電池性能の低下を抑制する二次電池を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明の二次電池は、セパレータを介して積層させた正極および負極電極を扁平に捲回して各電極の箔露出部を捲回軸方向の一端と他端に配した電極群と、該電極群を収容して内部に電解液を保持する電池缶と、該電池缶の上方開口部を封止する電池蓋と、該電池蓋に固定されて前記正極および負極電極の各箔露出部に接続される正極および負極集電板と、を備えた二次電池であって、前記電極群は、前記正極および負極電極の各箔露出部がそれぞれ束ねられて前記正極および負極集電板にそれぞれ接合された接合部と、該接合部の前記電池蓋側で前記箔露出部の前記捲回軸方向の端部が開放された上側開放部と、該接合部の前記電池缶の底面側で前記箔露出部の前記捲回軸方向の端部が開放された下側開放部と、を有し、前記電池缶の底面に垂直な高さ方向において、前記正極および負極電極の少なくとも一方の前記接合部の中央は、前記電極群の中央よりも前記底面側に位置することを特徴とする。

本発明の二次電池によれば、電池缶の底面に垂直な方向において、正極および負極電極の少なくとも一方の接合部の中央が電極群の中央よりも底面側に位置するので、二次電池が電池缶の底面を下にして配置され、例えば二次電池の車載時の振動等によって電池缶と電極群との間の電解液が電池缶の底面と垂直な方向に跳ね上がったときに、接合部の中央が電極群の中央または中央よりも電池蓋側に位置する場合と比較して、電解液を上側開放部に到達させやすくすることができる。このように上側開放部に電解液を到達させることで、上側開放部を介して電解液を接合部よりも高い位置の正極および負極電極とセパレータとの間に浸透させ、電極間の電解液の循環を促進させて電解液の劣化を抑制し、電池性能の低下を抑制することができる。

本発明の実施形態１に係る二次電池の斜視図。 図１に示す二次電池の分解斜視図。 図１に示す二次電池が備える電極群の分解斜視図。 図１に示す二次電池が備える電極群および周辺部材の概略側断面図。 図１に示す二次電池の電池缶の幅広側面に沿う概略断面図。 本発明の実施形態２に係る二次電池の電池缶の幅広側面に沿う概略断面図。

以下、図面を参照して本発明の二次電池の実施形態１を説明する。

[実施形態１]
図１は、本実施形態の二次電池１００の外観斜視図である。図２は、図１に示す二次電池１００の分解斜視図である。図３は、二次電池１００の電池缶１に収容される電極群３の分解斜視図である。以下では、電池缶１の幅方向、厚さ方向および高さ方向に平行な方向を、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系を用いる。

本実施形態の二次電池１００は、図２に示されるように、電池缶１の底面１ｄに垂直な方向（Ｚ軸方向）において、電極群３の捲回軸方向（Ｘ軸方向）の両端の箔露出部３４ｃ，３２ｃに設けられた接合部３４ｄ，３２ｄの中央を示す中心線ＣＬ２が、電極群３の中央を示す中心線ＣＬ１よりも電池缶１の底面１ｄ側に位置することを最大の特徴としている。以下では、まず、本実施形態の二次電池１００の全体構成について詳細に説明する。

（二次電池の全体構成）
二次電池１００は、略長方形の底壁および角筒状の側周壁を有し、上方が開放された扁平な直方体の箱状の電池缶１を備えている。電池缶１は、略長方形の底面１ｄと、底面１ｄの長辺部分から立ち上がる相対的に幅が広く面積の大きい一対の幅広側面１ｂと、底面１ｄの短辺部分から立ち上がる相対的に幅が狭く面積の小さい一対の幅狭側面１ｃと、上方開口部１ａとを有している。電池缶１内には、電池缶１との間に絶縁保護フィルム２を介在させた状態で、電極群３が電池缶１の上方開口部１ａから電池缶１の高さ方向（Ｚ方向）に収容されている。電池缶１の上方開口部１ａは、矩形平板状の電池蓋６が、例えばレーザ溶接により全周に亘って接合されることで、電池蓋６によって封止されている。

電極群３は、図３に示すように、セパレータ３３，３５を介して積層させた負極電極３２および正極電極３４を扁平に捲回することによって構成されている。電極群３の最外周の電極は負極電極３２であり、さらにその外側にセパレータ３５が捲回されている。セパレータ３３，３５は、正極電極３４と負極電極３２とが接触しないようにこれらの間を絶縁している。

正極電極３４は、正極集電体である正極用金属箔の両面に正極活物質合剤が塗布された正極合剤層３４ｂを有し、幅方向（Ｘ方向）の一方の端部は、正極活物質合剤が塗布されずに正極用金属箔が露出した箔露出部３４ｃとされている。負極電極３２は、負極集電体である負極用金属箔の両面に負極活物質合剤が塗布された負極合剤層３２ｂを有し、幅方向の一方の端部は、負極活物質合剤が塗布されずに負極用金属箔が露出した箔露出部３２ｃとされている。

本実施形態の正極電極３４は、例えば以下のように製作することができる。まず、正極活物質としてマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）１００重量部に対し、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛と結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）を添加し、これに分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰという。）を添加、混練した正極合剤を作製する。次に、この正極合剤を厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極用金属箔）の両面に、箔露出部３４ｃを残して塗布し、乾燥、プレス、裁断工程を経て、例えばアルミニウム箔の厚さを含まない厚さが９０μｍの正極合剤層３４ｂを有する正極電極３４を得る。ここでは、正極活物質にマンガン酸リチウムを用いる場合について例示したが、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウムや一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムマンガン複合酸化物や層状結晶構造を有すコバルト酸リチウムやチタン酸リチウムやこれらの一部を金属元素で置換またはドープしたリチウム-金属複合酸化物を用いるようにしてもよい。

また、本実施形態の負極電極３２は、例えば以下のように製作することができる。まず、負極活物質として非晶質炭素粉末１００重量部に対して、結着剤として１０重量部のＰＶＤＦを添加し、これに分散溶媒としてＮＭＰを添加、混練した負極合剤を作製する。次に、この負極合剤を厚さ１０μｍの銅箔（負極用金属箔）の両面に、箔露出部３２ｃを残して塗布し、乾燥、プレス、裁断工程を経て、例えば銅箔を含まない厚さ７０μｍの負極合剤層３２ｂを有する負極電極３２を得る。ここでは、負極活物質に非晶質炭素を用いる場合について例示したが、これに限定されるものではなく、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料やＳｉやＳｎなどの化合物（例えば、ＳｉＯ、ＴｉＳｉ_２等）、またはそれの複合材料でもよく、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されるものではない。

また、本実施形態では、正極電極３４、負極電極３２における塗工部の結着材としてＰＶＤＦを用いる場合について例示したが、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、スチレンブタジエンゴム、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、アクリル系樹脂などの重合体およびこれらの混合体などを用いることができる。

正極電極３４と負極電極３２は、互いの箔露出部３４ｃ、３２ｃが捲回軸方向Ｄの反対の位置に配置されるように、セパレータ３３，３５を介在させて積層された状態で、捲回軸周りに捲回される。負極電極３２の負極合剤層３２ｂの幅は、正極電極３４の正極合剤層３４ｂの幅よりも広く、これにより正極合剤層３４ｂは、必ず負極合剤層３２ｂの間に挟まれている。

扁平に捲回された電極群３の厚さ方向の両側には、一対の平坦な平面状の平面部３ｂが形成される。また、電極群３の捲回軸方向Ｄ（Ｘ軸方向）および厚さ方向（Ｙ軸方向）と垂直な高さ方向（Ｚ軸方向）の両側には、セパレータ３３，３５、正極電極３４および負極電極３２が積層されて円弧状に湾曲した一対の湾曲部３ｄが形成される。すなわち、電極群３は、正極および負極電極３４，３２が平坦な面を形成する一対の平面部３ｂと、平面部３ｂの両側で正極および負極電極３４，３２が湾曲した一対の湾曲部３ｄとを有している。電極群３の捲回軸方向Ｄの一端には正極電極３４の箔露出部３４ｃが捲回されて積層され、他端には負極電極３２の箔露出部３２ｃが捲回されて積層されている。

電極群３の箔露出部３４ｃ，３２ｃは、それぞれ、平面部３ｂで束ねられて溶接等により接続されることによって形成された接合部３４ｄ，３２ｄを有している。電池缶１の底面１ｄに垂直な方向、すなわち電池缶１の高さ方向（Ｚ軸方向）において、正極および負極電極３４，３２の双方の接合部３４ｄ，３２ｄの中央は、電極群３の中央よりも底面１ｄ側に位置している。そのため、電池缶１の高さ方向における接合部３４ｄ，３２ｄの中央を通り、捲回軸方向Ｄおよび電池缶１の幅方向（Ｘ軸方向）に平行な中心線ＣＬ２は、電池缶１の高さ方向における電極群３の中央を通り、捲回軸方向Ｄおよび電池缶１の幅方向に平行な中心線ＣＬ１よりも下方、すなわち電池缶１の底面１ｄ側に位置している。

なお、セパレータ３３，３５の幅は、負極合剤層３２ｂの幅よりも広いが、箔露出部３４ｃ，３２ｃの捲回軸方向Ｄの端部がセパレータ３３，３５から露出する幅に設定されているため、箔露出部３４ｃ，３２ｃを束ねて溶接する際にセパレータ３３，３５が支障になることはない。

電極群３の箔露出部３４ｃ，３２ｃは、溶接された接合部３４ｄ，３２ｄでは捲回軸方向Ｄに閉じられているが、接合部３４ｄ，３２ｄの上側の部分と下側の部分では捲回軸方向Ｄに開放されている。すなわち、電極群３は、平面部３ｂで箔露出部３２ｃが束ねられて集電板２４の接続端部２２に接合された接合部３２ｄを有している。また、電極群３は、接合部３２ｄの高さ方向（Ｚ軸方向）の上下で、箔露出部３２ｃの捲回軸方向Ｄ（Ｘ軸方向）の端部が開放された上側開放部３２ｅと下側開放部３２ｆと、を有している。本実施形態の二次電池１００の特徴部分である上側開放部３４ｅ，３２ｅおよび下側開放部３４ｆ，３２ｆについては、後で詳細に説明する。

電極群３は、捲回軸方向Ｄが電池缶１の底面１ｄおよび幅広側面１ｂと平行になるように電池缶１内に収容配置され、平面部３ｂが電池缶１の幅広側面１ｂに対向し、下側の湾曲部３ｄが電池缶１の底面１ｄに対向し、上側の湾曲部３ｄが電池蓋６と対向する。

電池蓋６には、正極外部端子１４と負極外部端子１２が設けられている。正極および負極外部端子１４，１２は、バスバー等に溶接接合される溶接接合部を有している。溶接接合部は、電池蓋６から上方に突出する直方体のブロック形状を有しており、下面が電池蓋６の表面に対向し、上面が所定高さ位置で電池蓋６と平行になる。正極および負極外部端子１４，１２の溶接接合部の下面からは、それぞれ接続部１４ａ，１２ａが突出している。接続部１４ａ，１２ａは、それぞれ先端が電池蓋６の正極側および負極側の貫通孔４６，２６に挿入可能な円柱形状を呈している。

正極および負極集電板４４，２４は、それぞれ、電池蓋６の下面に対向して配置される矩形板状の基部４１，２１と、基部４１，２１の側端で折曲されて、電池缶１の幅広側面１ｂに沿って底面１ｄへ向けて延出する接続端部４２，２２を有している。正極および負極集電板４４，２４の基部４１，２１には、それぞれ正極および負極外部端子１４，１２の接続部１４ａ，１２ａが挿通される開口穴４３，２３が形成されている。

正極および負極外部端子１４，１２の接続部１４ａ，１２ａは、それぞれ電池蓋６の貫通孔４６，２６と、集電板４４，２４の基部４１，２１の開口穴４３，２３を貫通して、集電板４４，２４の基部４１，２１よりも電池缶１の内部側に突出し、先端がかしめられている。これにより、正極および負極外部端子１４，１２と、正極および負極集電板４４，２４が電池蓋６に一体に固定されている。

電池蓋６には、正極集電板４４と負極集電板２４、及び、正極外部端子１４と負極外部端子１２を、それぞれ電池蓋６から電気的に絶縁するために、ガスケット５および絶縁板７が設けられている。すなわち、正極および負極外部端子１４，１２と電池蓋６との間には、ガスケット５が介在されており、正極および負極集電板４４，２４と電池蓋６との間には、絶縁板７が介在されている。

正極外部端子１４および正極集電板４４の形成素材としては、例えばアルミニウム合金が挙げられ、負極外部端子１２および負極集電板２４の形成素材としては、例えば銅合金が挙げられる。また、絶縁板７およびガスケット５の形成素材としては、例えばポリブチレンテレフタレートやポリフェニレンサルファイド、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂等の絶縁性を有する樹脂材が挙げられる。

正極および負極外部端子１４，１２の接続部１４ａ，１２ａによって電池蓋６に固定された正極および負極集電板４４，２４の接続端部４２，２２は、それぞれ電極群３の捲回軸方向Ｄの一端側と他端側の箔露出部３４ｃ，３２ｃの接合部３４ｄ，３２ｄに対向して重ね合わされた状態で、例えば超音波溶接により接合される。これにより、電極群３は、正極電極３４の箔露出部３４ｃが正極集電板４４を介して正極外部端子１４と電気的に接続され、負極電極３２の箔露出部３２ｃが負極集電板２４を介して負極外部端子１２と電気的に接続されている。

電極群３は、電池缶１との間に絶縁フィルム２を介在させた状態で、電池缶１に収容されている。絶縁保護フィルム２は、電極群３の平面部３ｂに沿う方向でかつ電極群３の捲回軸方向Ｄに直交する方向（Ｚ軸方向）を中心軸方向として、電極群３の周囲に巻き付けられている。絶縁保護フィルム２は、例えばＰＰ（ポリプロピレン）などの合成樹脂製の一枚のシートまたは複数のフィルム部材からなり、電池缶１の高さ方向と平行な中心軸を巻き付け中心として巻き付けることができる長さを有している。

電池蓋６には、電池缶１と電池蓋６からなる電池容器内に電解液を注入するための注液孔９が穿設され、電池容器内の圧力が上昇すると開裂するガス排出弁１０が一体的に設けられている。注液孔９から電解液を電池容器内に注入した後に、レーザ溶接によって注液孔９に注液栓１１を接合して注液孔９を封止することで、二次電池１００の電池容器が密閉される。ここで、電池容器内に注入する電解液としては、例えばエチレンカーボネート等の炭酸エステル系の有機溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）等のリチウム塩が溶解された非水電解液を用いることができる。

以上の構成を有する本実施形態の二次電池１００においては、外部電源から正極および負極外部端子１４、１２を介して電極群３に充電され、また電極群３から正極および負極外部端子１４、１２を介して外部負荷に電力が供給される。二次電池１００において電池容器内の圧力が上昇すると、電池蓋６のガス排出弁１０が開裂して内部からガスが排出され、電池容器内の圧力が低減される。これによって、二次電池１００の安全性が確保される。

（上側開放部および下側開放部）
次に、本実施形態の二次電池１００の特徴部分である、電極群３の箔露出部３４ｃ、３２ｃの上側開放部３４ｅ，３２ｅおよび下側開放部３４ｆ，３２ｆについて詳細に説明する。図４は、電極群３が正極および負極集電板４４，２４を介して電池蓋６に支持固定された状態における、電極群３の高さ方向（Ｚ軸方向）および厚さ方向（Ｙ軸方向）に平行で、負極外部端子１２の接続部１２ａを通る断面における断面図である。

本実施形態の二次電池１００では、電極群３の正極側の箔露出部３４ｃと、負極側の箔露出部３２ｃは、捲回軸方向Ｄで略対称な構成を有している。そのため、以下の説明では、主に負極側の箔露出部３２ｃの構成を説明し、正極側の箔露出部３４ｃの構成については負極側の箔露出部３２ｃの構成と同様であるため、説明を適宜省略する。

電極群３は、電池蓋６側に配されて箔露出部３２ｃの捲回軸方向Ｄの端部が開放された上側開放部３２ｅと、電池缶１の底面１ｄ側に配されて箔露出部３２ｃの捲回軸方向Ｄの端部が開放された下側開放部と３２ｆと、これら上側開放部３２ｅおよび下側開放部３２ｆの間で箔露出部３２ｃが束ねられて接合された接合部３２ｄと、を備えている。また、電極群３は、平面部３ｂの高さ方向（Ｚ軸方向）両側に、正極電極３４、負極電極３２およびセパレータ３３，３５が捲回される際に形成された断面視で半円形状の一対の湾曲部３ｄを有している。

電池缶１の底面１ｄに垂直な方向、すなわち電池蓋６に垂直な方向（Ｚ軸方向）において、接合部３２ｄの中央を示す中心線ＣＬ２は、電極群３の中央を示すＣＬ１よりも下方、すなわち、電極群３の下端の湾曲部３ｄ側、または電池缶１の底面１ｄ側に位置している。これにより、上側開放部３２ｅは下側開放部３２ｆよりも大きくなり、Ｚ軸方向において、接合部３２ｄの中央が、電極群３の中央または電極群３の中央よりも上方、すなわち電池蓋６側に位置する場合と比較して、上側開放部３２ｅの下端、すなわち電池缶１の底面１ｄ側の端部が、電池缶１の底面１ｄに近い位置に形成されている。

より詳細には、上側開放部３２ｅおよび下側開放部３２ｆは、それぞれ電池缶１の高さ方向（Ｚ軸方向）と平行な開口幅Ｈ１，Ｈ２を有している。ここで、上側開放部３２ｅの開口幅Ｈ１は、接合部３２ｄの上端、すなわち電池蓋６側の端部から、電極群３の上側の湾曲部３ｄ、すなわち、電池蓋６に対向する湾曲部３ｄの頂点までの距離である。また、下側開放部３２ｆの開口幅Ｈ２は、接合部３２ｄの下端、すなわち電池缶１の底面１ｄの端部から、電極群３の下側の湾曲部３ｄ、すなわち、電池缶１の底面１ｄに対向する湾曲部３ｄの頂点までの距離である。

上側開放部３２ｅの開口幅Ｈ１は、下側開放部３２ｆの開口幅Ｈ２よりも大きい。なお、開口幅Ｈ１，Ｈ２の方向は、必ずしも電池缶１の高さ方向と平行でなくてもよく、高さ方向と略平行または高さ方向に沿う方向であってもよい。本実施形態において、電池缶１の高さ方向は、例えば電池缶１の底面または電池蓋６に垂直な方向である。

箔露出部３２ｃにおいては、上下の湾曲部３ｄ，３ｄを除く平面部３ｂでも、上側開放部３２ｅの開口幅ｈ１が、下側開放部３２ｆの開口幅ｈ２よりも大きくなっている。このように、箔露出部３２ｃの上側開放部３２ｅの開口幅Ｈ１，ｈ１を、下側開放部３２ｆの開口幅Ｈ２，ｈ２よりも大きくすることで、接合部３２ｄの高さ方向の中央位置は、電極群３の高さ方向の中央位置よりも下方、すなわち電池缶１の底面１ｄ側に配置される。

集電板２４の接続端部２２は、箔露出部３２ｃの接合部３２ｄに接続されるので、接合部３２ｄが電極群３の高さ方向の下方にある程、接続端部２２が下方に延びて集電板２４の高さ方向の全長Ｚ３が長くなる。そのため、上側開放部３２ｅの開口幅Ｈ１，ｈ１が下側開放部の開口幅Ｈ２，ｈ２以下である場合、すなわち接合部３２ｄの高さ方向の中央位置が電極群３の高さ方向の中央位置と等しいか、それよりも上方の電池蓋６側である場合と比較して、電池缶１および電極群３の高さ方向における集電板２４の全長Ｚ３が長くなっている。

また、集電板２４の基部２１の上面から、接続端部２２が箔露出部３２ｃの接合部３２ｄに接続される部分の上端である折曲部２２ｂまでの集電板２４の高さ方向の寸法Ｚ４は、集電板２４の高さ方向の全長Ｚ３の１／２以上であることが好ましい。これにより、集電板２４の高さ方向の寸法Ｚ４が、集電板２４の高さ方向の全長Ｚ３の１／２よりも小さい場合と比較して、電池缶１および電極群３の高さ方向における集電板２４の全長Ｚ３が長くなっている。

また、電極群３の厚さは湾曲部３、接合部３２ｄおよびその近傍を除いて、電池缶１の高さ方向で略一様であり、上側開放部３２ｅの開口幅Ｈ１は、下側開放部３２ｆの開口幅Ｈ２よりも大きくなっている。そのため、捲回軸方向Ｄ（Ｘ軸方向）に垂直な箔露出部３２ｃの断面において、上側開放部３２ｅの断面積は、下側開放部３２ｆの断面積よりも大きくなっている。

本実施形態において、電極群３の箔露出部３４ｃ，３２ｃは、接合部３４ｄ，３２ｄにおいて一つに束ねられている。なお、電極群３の箔露出部３４ｃ，３２ｃは、一束ねに限定されず、それぞれ略二等分に分割して二つに束ねてもよい。この場合、例えば、正極および負極集電板４４，２４の基部４１，２１から下方に延びる接続端部４２，２２をそれぞれ二つに分岐させ、二つに束ねた箔露出部３４ｃ，３２ｃを一束ずつ接続端部４２，２２の各分岐に接続してもよい。

電極群３の各部の寸法については、例えば、上端から下端までの高さ方向の寸法Ｚ１が約７３ｍｍ、厚さＹ１が約１０ｍｍであった場合に、接合部３２ｄの高さは２０ｍｍ以上であることが好ましい。このように、接合部３２ｄの高さは、電極群３の仕様に応じて予め所定の寸法に決定されている。また、接合部３２ｄの捲回軸方向Ｄ（Ｘ軸方向）の幅は、例えば約４ｍｍ〜２ｍｍとすることができる。また、下側開放部３２ｆの開口幅Ｈ２は、例えば１０ｍｍ以上であることが好ましく、１５ｍｍ以上かつ５８ｍｍ以下の範囲であることがより好ましい。

次に、本実施形態の二次電池１００の作用について説明する。図５は、電池缶１の幅広側面に沿う二次電池１００の概略的な断面図である。図５において、電池缶１、電池蓋６、電極群３および電解液５０以外の構成については、図示を省略している。

二次電池１００の電池缶１内には、図２に示す電池蓋６の注液孔９から電解液５０が注入されて電池缶１内に収容されている。製造工程において電池缶１に注入された電解液５０は、毛細管現象により正極電極３４および負極電極３２と、セパレータ３３，３５との間に浸透するが、セパレータ３３，３５と正極電極３４および負極電極３２との間の隙間は微小であるため、電解液５０の浸透にはある程度の時間を要する。そのため、電解液５０の注入時に、例えば電池缶１の底面１ｄから電池蓋６の近傍まで電解液５０を注入しても、電解液５０が電極群３の電極３４，３２間に浸透することで、電解液５０の液位は注入時よりも低下する。

その結果、図５に示すように、二次電池１００を電池缶１の底面１ｄが下になるように配置すると、電極群３の高さ方向上側の部分、すなわち電池蓋６側の部分が電解液５０の液面よりも高い位置に配置され、上側開放部３４ｅ，３２ｅが電解液５０から露出する場合がある。

例えば、図５に示すように、上側開放部３４ｅ，３２ｅが電解液５０に接していない場合には、電解液５０に浸漬された下側開放部３４ｆ，３２ｆから電極３４，３２間に電解液５０を浸透させ、毛細管現象を利用して電極群３の接合部３４ｄ，３２ｄよりも上側の部分に電解液５０を浸透させる必要がある。しかし、毛細管現象による電解液５０の循環にはある程度の時間が必要である。例えば、二次電池１００を車両に搭載する場合、夜間など車両が長時間停止している間であれば、接合部３４ｄ，３２ｄよりも上側の部分においても、電解液５０は毛細管現象によって十分に循環され得る。しかし、二次電池１００が頻繁に充放電される車両の使用中は、例えば充放電の負荷が大きくなった場合に、接合部３４ｄ，３２ｄよりも上側の部分において、電極３４，３２間の電解液５０の循環が間に合わず、十分な性能が発揮されない場合が生じ得る。

二次電池１００は、充放電を繰り返すにつれて次第に性能が劣化するが、その一因に電解液５０の劣化がある。したがって、従来の二次電池では、前記のように電解液５０の循環が阻害される場合、電極群３の接合部３４ｄよりも上側の部分において、電極３４，３２間の電解液５０が循環し難くなり、電解液５０が劣化して電池性能の低下が顕著になる虞があった。

これに対し、本実施形態の二次電池１００では、電池缶１の底面１ｄに垂直な方向において、正極および負極電極３４，３２の接合部３４ｄ，３２ｄの中央、すなわち図４に示す中心線ＣＬ２は、電極群３の中央、すなわち中心線ＣＬ１よりも底面１ｄ側に位置している。これにより、上側開放部３２ｅは下側開放部３２ｆよりも大きくなり、Ｚ軸方向において、接合部３２ｄの中央が電極群３の中央または電極群３の中央よりも上方に位置する場合と比較して、上側開放部３２ｅの下端が、電池缶１の底面１ｄに近い位置に形成されている。

そのため、接合部３４ｄ，３２ｄの中央が、電極群３の中央よりも上方に位置している場合と比較して、電解液５０が、上側開放部３４ｅ，３２ｅに到達しやすくなる。具体的には、図５の二点鎖線の矢印で示すように、例えば車載時の車両の振動等によって、液面よりも高い位置に跳ね上がった電解液５０が、上側開放部３４ｅ，３２ｅに到達しやすくなる。

より詳細には、電池缶１の高さ方向において、正極および負極電極３４，３２の箔露出部３４ｃ，３２ｃの上側開放部３４ｅ，３２ｅの開口幅Ｈ１が、下側開放部３４ｆ，３２ｆの開口幅Ｈ２よりも大きくなっている。そのため、上側開放部３４ｅ，３２ｅの開口幅Ｈ１が下側開放部３４ｆ，３２ｆの開口幅Ｈ２以下である場合と比較して、例えば車載時の車両の振動等によって、液面よりも高い位置に跳ね上がった電解液５０が、上側開放部３４ｅ，３２ｅに到達しやすくなる。

上側開放部３４ｅ，３２ｅは、捲回軸方向Ｄが開放されているので、上側開放部３４ｅ，３２ｅに到達した電解液５０は、上側開放部３４ｅ，３２ｅを介して電極３４，３２間に浸透する。これにより、電極群３と電池缶１の内壁面との間の電解液５０、すなわち遊離電解液５０が、電極群３の接合部３４ｄ，３２ｄよりも上側の部分で電極３４，３２間に迅速に浸透し、電極３４，３２間の電解液５０の循環が促進される。したがって、本実施形態の二次電池１００によれば、電極３４，３２間の電解液５０の劣化が抑制され、二次電池１００の配置による電池性能の低下を抑制することができる。

また、本実施形態の二次電池１００では、平面部３ｂにおける上側開放部３４ｅ，３２ｅの開口幅ｈ１が、平面部３ｂにおける下側開放部３４ｆ，３２ｆの開口幅ｈ２よりも大きくされている。電極群３の湾曲部３ｄにおいては、電極３４，３２間の隙間が平面部３ｂと比較して小さくなっている。そのため、湾曲部３ｄを除く平面部３ｂにおいて、上側開放部３４ｅ，３２ｅの開口幅ｈ１が、確実に下側開放部３４ｆ，３２ｆの開口幅ｈ２よりも大きくなるようにすることで、上側開放部３４ｅ，３２ｅに到達した遊離電解液５０が、電極群３の接合部３４ｄ，３２ｄよりも上側の部分で、より電極３４，３２間に浸透しやすくなる。

また、本実施形態の二次電池１００では、捲回軸方向Ｄに垂直な断面において、上側開放部３４ｅ，３２ｅの断面積が下側開放部３４ｆ，３２ｆの断面積よりも大きくなっている。これにより、上側開放部３４ｅ，３２ｅを介して、より多くの遊離電解液５０を電極３４，３２間に浸透させ、電極群３の接合部３４ｄ，３２ｄよりも上側の部分で電解液５０の循環をより促進させることができる。

なお、本実施形態の二次電池１００では、電極群３の下側開放部３４ｆ，３２ｆは、電解液５０に浸漬されている。そのため、下側開放部３４ｆ，３２ｆを介して、電極群３の下側の湾曲部３ｄの下端から上側開放部３４ｅ，３２ｅの下端までの部分に遊離電解液５０を浸透させ、電極３４，３２間の電解液５０を十分に循環させることができる。

また、本実施形態の二次電池１００では、電極群３の箔露出部３４ｃ，３２ｃは、接合部３４ｄ，３２ｄにおいて一つに束ねられている。そのため、電極群３は、接合部３４ｄ，３２ｄにおいて幅および厚さが小さくなり、接合部３４ｄ，３２ｄの上端よりも下方の液面から跳ね上がった遊離電解液５０が、より上側開放部３４ｅ，３２ｅに到達しやすくなる。したがって、電極群３の接合部３４ｄ，３２ｄの上端よりも上側の部分で、電極３４，３２間に遊離電解液５０をより多く浸透させ、電極３４，３２間の電解液５０の循環を促進させることができる。

また、二次電池１００の電極群３は、電池缶１内で集電板４４，２４によって吊り下げられるようにして支持されているため、例えば車載時の車両の振動によって電極群３が電池缶１内で振動すると、例えば集電板４４，２４と電池蓋６との接合部などに応力が集中することがある。このとき、例えば、接合部３４ｄ，３２ｄの高さ方向の中央位置が電極群３の高さ方向の中央位置と等しいか、それよりも上側である場合には、集電板４４，２４が短くなる。そのため、集電板４４，２４によって電極群３の振動を十分に吸収することができず、例えば集電板４４，２４と電池蓋６との接合部などに過大な応力が作用する虞がある。

これに対し、本実施形態の二次電池１００では、上側開放部３４ｅ，３２ｅの開口幅Ｈ１が下側開放部の開口幅Ｈ２以下である場合、すなわち接合部３４ｄ，３２ｄの高さ方向の中央位置が電極群３の高さ方向の中央位置と等しいか、それよりも上側である場合と比較して、電池缶１および電極群３の高さ方向における集電板４４，２４の全長Ｚ３を長くすることができる。これにより、集電板４４，２４の基部４１，２１から下方に延びる接続端部４２，２２を緩衝材として機能させ、電極群３の振動を十分に吸収することができる。したがって、集電板４４，２４と電池蓋６との接合部などに過大な応力が作用することを抑制し、二次電池１００の信頼性と安全性を向上させることができる。

また、前記のように電池缶１または電極群３の高さ方向における集電板４４，２４の全長Ｚ３を長くすることで、集電板４４，２４の製造を容易にすることができる。すなわち、高さ方向における集電板４４，２４の全長Ｚ３を長くすることで、基部４１，２１と、基部４１，２１の一側で折曲されて高さ方向の下方に延びる接続端部４２，２２との間の角度管理を容易にすることができる。また、集電板４４，２４の金属材料を折曲して接続端部４２，２２を形成する際に必要な曲げ力を小さくすることができる。

例えば、集電板２４の基部２１の上面から、接続端部２２が箔露出部３２ｃの接合部３２ｄに接続される部分の上端である折曲部２２ｂまでの集電板２４の高さ方向の寸法Ｚ４が、集電板２４の高さ方向の全長Ｚ３の１／２以上であることで、集電板２４の高さ方向の全長Ｚ３に基づく前記の効果をより確実に得ることができる。

また、本実施形態において、電極群３の上端から下端までの高さ方向の寸法Ｚ１が約７３ｍｍ、厚さＹ１が約１０ｍｍであった場合に、接合部３４ｄ，３２ｄの高さを２０ｍｍ以上とし、接合部３２ｄの捲回軸方向Ｄの幅を例えば４ｍｍ〜２ｍｍとすることで、接合部３４ｄ，３２ｄの強度を確実に確保することが可能になる。また、下側開放部３２ｆの開口幅Ｈ２を、例えば１０ｍｍ以上、より好ましくは１５ｍｍ以上かつ５８ｍｍ以下の範囲とすることで、接合部３４ｄ，３２ｄの強度を確実に確保しつつ、上側開放部３４ｅ，３２ｅの開口幅Ｈ１，ｈ１を下側開放部３４ｆ，３２ｆの開口幅Ｈ２，ｈ２よりも大きくすることができる。

以上説明したように、本実施形態の二次電池１００によれば、例えば電池缶１の底面１ｄを下にして配置した場合であっても、電極群３の電極３４，３２間の電解液５０の循環を促進させ、二次電池１００の配置による電池性能の低下を抑制することができる。

[実施形態２]
次に、本発明の二次電池の実施形態２について、図１から図４を援用し、図６を用いて説明する。

図６は、実施形態１の図５に相当する、本実施形態の二次電池１００Ａの電池缶１の幅広側面１ｂに沿う概略断面図である。図６では図５と同様に、電池缶１、電池蓋６、電極群３Ａおよび電解液５０以外の構成については、図示を省略している。

本実施形態の二次電池１００Ａは、電池缶１の底面１ｄに垂直な方向（Ｚ軸方向）において、正極および負極電極３４，３２の一方の正極側の接合部３４ｄの中央を示す中心線ＣＬ２１が電極群３の中央よりも電池蓋６側に位置し、他方の負極側の接合部３２ｄの中央を示す中心線ＣＬ２２が、電極群３の中央よりも底面１ｄ側に位置している点で、前述の実施形態１の二次電池１００と異なっている。その他の点は同一であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。

本実施形態の二次電池１００Ａは、電極群３Ａの正極側の箔露出部３４ｃにおいて、電池缶１の高さ方向（Ｚ方向）の上側開放部３４ｅの開口幅Ｈ３が、同方向の下側開放部３４ｆの開口幅Ｈ４よりも小さくなっている。これにより、実施形態１と比較して、正極集電板４４の全長Ｚ３を短くすることができる。正極集電板４４はアルミニウムまたはアルミニウム合金によって製作され、負極集電板２４は銅または銅合金によって製作されている。そのため、正極集電板４４の電気抵抗は、負極集電板２４の電気抵抗よりも高い。したがって、実施形態１の二次電池１００と比較して正極集電板４４の全長Ｚ３を短くすることで、実施形態１の二次電池１００と比較して二次電池１００Ａの電気抵抗を低減することができる。

また、本実施形態の二次電池１００Ａは、電極群３Ａの負極側の箔露出部３２ｃにおいて、実施形態１の二次電池１００と同一の構成を有している。そのため、実施形態１と同様に、上側開放部３２ｅの開口幅Ｈ１が下側開放部３２ｆの開口幅Ｈ２以下である場合と比較して、電解液５０が、上側開放部３２ｅに到達しやすくなり、電池缶１内の遊離電解液５０が、電極群３Ａの接合部３２ｄよりも上側の部分で電極３４，３２間に迅速に浸透し、電極３４，３２間の電解液５０の循環が促進される。したがって、本実施形態の二次電池１００Ａによれば、実施形態１の二次電池１００と同様に、電極３４，３２間の電解液５０の劣化が抑制され、二次電池１００の配置による電池性能の低下を抑制することができる。

なお、本実施形態においては、電極群３Ａの負極側の箔露出部３２ｃにおいて、電池缶１の高さ方向の上側開放部３２ｅの開口幅Ｈ１が、同方向の下側開放部３２ｆの開口幅Ｈ２よりも大きい場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。すなわち、正極側と負極側の箔露出部３４ｃ，３２ｃの少なくとも一方の接合部３４ｄ，３２ｄの中央が、電極群３の中央よりも電池缶１の底面１ｄ側に位置すれば、上側開放部３４ｅ，３２ｅの少なくとも一方の開口幅Ｈ１が、下側開放部３４ｆ，３２ｆの少なくとも一方の開口幅Ｈ２よりも大きくなり、前述の実施形態１，２の二次電池１００、１００Ａと同様に、二次電池の配置による電池性能の低下を抑制することができる。

例えば、電池缶１の高さ方向において、正極側の接合部３４ｄの中央が電極群３の中央よりも電池缶１の底面１ｄ側に位置し、負極側の接合部３２ｄの中央が電極群３の中央よりも電池蓋６側に位置するようにしてもよい。これにより、電極群３の正極側の箔露出部３４ｃにおいて、上側開放部３４ｅの開口幅Ｈ１が、同方向の下側開放部３４ｆの開口幅Ｈ２よりも大きくなり、負極側の箔露出部３２ｃにおいて、同方向の上側開放部３２ｅの開口幅Ｈ１が、同方向の下側開放部３２ｆの開口幅Ｈ２以下となる。この場合、実施形態１，２の二次電池１００，１００Ａと同様の効果を得られるだけでなく、比較的強度が高い正極集電板４４の全長Ｚ３が、比較的強度が低い負極集電板２４よりも長くなるため、実施形態２と比較して集電板４４，２４によって電極群３をより確実に支持し、二次電池の信頼性及び安全性を向上させることができる

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…電池缶、１ａ…上方開口部、３…電極群、３Ａ…電極群、３ｂ…平面部、３ｄ…湾曲部、６…電池蓋、２４…負極集電板、３２…負極電極、３２ｃ…箔露出部、３２ｄ…接合部、３２ｅ…上側開放部、３２ｆ…下側開放部、３３…セパレータ、３４…正極電極、３４ｃ…箔露出部、３４ｄ…接合部、３４ｅ…上側開放部、３４ｆ…下側開放部、３５…セパレータ、４４…正極集電板、５０…電解液、１００…二次電池、１００Ａ…二次電池、Ｄ…捲回軸方向、Ｈ１…上側開放部の開口幅、Ｈ２…下側開放部の開口幅、ｈ１…平面部における上側開放部の開口幅、ｈ２…平面部における下側開放部の開口幅

Claims (6)

1. セパレータを介して積層させた正極および負極電極を扁平に捲回して各電極の箔露出部を捲回軸方向の一端と他端に配した電極群と、該電極群を収容して内部に電解液を保持する電池缶と、該電池缶の上方開口部を封止する電池蓋と、該電池蓋に固定されて前記正極および負極電極の各箔露出部に接続される正極および負極集電板と、を備えた二次電池であって、
   前記電極群は、前記正極および負極電極の各箔露出部がそれぞれ束ねられて前記正極および負極集電板にそれぞれ接合された接合部と、該接合部の前記電池蓋側で前記箔露出部の前記捲回軸方向の端部が開放された上側開放部と、該接合部の前記電池缶の底面側で前記箔露出部の前記捲回軸方向の端部が開放された下側開放部と、を有し、
   前記電池缶の底面に垂直な高さ方向において、前記正極および負極電極の少なくとも一方の前記接合部の中央は、前記電極群の中央よりも前記底面側に位置することを特徴とする二次電池。
2. 前記上側および下側開放部は、前記高さ方向に沿う開口幅を有し、前記正極および負極電極の前記箔露出部の少なくとも一方の前記上側開放部の開口幅が前記下側開放部の開口幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
3. 前記電極群は、前記正極および負極電極が平坦な面を形成する一対の平面部と、該平面部の両側で前記正極および負極電極が湾曲した一対の湾曲部とを有し、
   前記正極および負極電極の前記箔露出部の少なくとも一方において、前記平面部における前記上側開放部の開口幅が、前記平面部における前記下側開放部の開口幅よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
4. 前記正極および負極電極の前記箔露出部の少なくとも一方の前記捲回軸方向に垂直な断面において、前記上側開放部の断面積が前記下側開放部の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
5. 前記箔露出部は、前記接合部において一つに束ねられることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
6. 前記電極群は、前記正極および負極電極の前記箔露出部のうち、一方の前記接合部の中央は前記電極群の中央よりも前記底面側に位置し、他方の前記接合部の中央は前記電極群の中央よりも前記電池蓋側に位置することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。

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