JP2015210980A

JP2015210980A - 二次電池

Info

Publication number: JP2015210980A
Application number: JP2014092844A
Authority: JP
Inventors: 真博藤田; Masahiro Fujita; 石津　竹規; Takenori Ishizu; 竹規石津; 龍彦川崎; Tatsuhiko Kawasaki; 伸芳田中; Nobuyoshi Tanaka
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2014-04-28
Filing date: 2014-04-28
Publication date: 2015-11-24
Anticipated expiration: 2034-04-28
Also published as: JP6261441B2

Abstract

【課題】捲回体の最外周にセパレータが２枚重ねて捲回される際に、巻きずれを起こしにくい二次電池を得ること。
【解決手段】本発明の二次電池１５０は、正極電極３４と負極電極３２と第１及び第２のセパレータ３３、３５を重ねて捲回した捲回体３を有している。捲回体は、第１及び第２のセパレータの捲き終わり端部３３ｃ、３５ｃが正極電極及び負極電極の捲き終わり端部３２ｄ、３４ｄよりも捲回方向に突出して重なり合い、第１のセパレータの捲き終わり端部が第２のセパレータの捲き終わり端部よりも捲回体の内周側に配置されて捲回方向に突出している。そして、第２のセパレータの捲き終わり端部の外周面と、第１のセパレータの捲き終わり端部の外周面と、第２のセパレータの最外周面でかつ第１のセパレータの捲き終わり端部を間に介して第２のセパレータの捲き終わり端部から離間する位置のそれぞれに接面して貼付される粘着テープ１６３を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えば車載用等の産業用の二次電池に関する。

二次電池は、発電素子として、正極活物質を塗工した正極板と、負極活物質を塗工した負極板と、正極板と負極板とを隔離するセパレータとを重ね合わせて捲回することによって構成された捲回体を有している。これら２枚のセパレータは、正極板と負極板との間に交互に１枚ずつ配置されており、正極板及び負極板の捲き終わり端部よりも捲回方向に突出して互いに重ねられた状態でそれぞれの巻き終わり端部が同じ位置に配置され、最外周のセパレータに粘着テープにより接着されて捲き止めすることが行われている（特許文献１）。

特開2012-230865号公報

しかしながら、２枚のセパレータのうち最外周にある１枚は粘着テープにより接着され固定されるが最外周側ではないもう一方のセパレータは接着されていないため外的要因などにより捲きずれなどを起こす可能性がある。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、捲回体の最外周にセパレータが２枚重ねて捲回される際に、巻きずれを起こしにくい二次電池を提供することにある。

上記課題を解決する本発明の二次電池は、正極電極と第１のセパレータと負極電極と第２のセパレータを重ねた状態で捲回して形成された捲回体を有する二次電池であって、該捲回体は、前記第１のセパレータの捲き終わり端部及び第２のセパレータの捲き終わり端部が前記正極電極の捲き終わり端部及び前記負極電極の捲き終わり端部よりも捲回方向に突出して重なり合い、前記捲回体の内周側に前記第１のセパレータの捲き終わり端部が配置され、前記捲回体の外周側に第２のセパレータの捲き終わり端部が配置され、前記第１のセパレータの捲き終わり端部が前記第２のセパレータの捲き終わり端部よりも捲回方向に突出しており、前記第２のセパレータの捲き終わり端部の外周面と、前記第１のセパレータの捲き終わり端部の外周面と、前記第２のセパレータの最外周面でかつ前記第１のセパレータの捲き終わり端部を間に介して前記第２のセパレータの捲き終わり端部から離間する位置のそれぞれに接面して貼付される粘着テープを有することを特徴としている。

本発明により、捲回体の最外周にセパレータが２枚重ねて捲回される際に、巻きずれを起こしにくい二次電池を提供することができる。

角形二次電池の外観斜視図。角形二次電池の分解斜視図。捲回電極群の分解斜視図。捲回体の粘着テープの貼り付け位置の断面図。図４の粘着テープの貼り付け位置の拡大図。捲回装置の構成図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。以下の実施形態は、本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの実施例に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、実施例を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

［第１実施形態］
本実施形態では、角形二次電池及びその製造方法について説明する。
図１は、角形二次電池の外観斜視図、図２は、角形二次電池の分解斜視図である。
角形二次電池１５０は、捲回体３を収容する電池缶１と、電池缶１の開口部１ａを閉塞する蓋（電池蓋）６とを備える。電池缶１は、相対的に面積の大きい一対の対向する幅広側面１ｂと相対的に面積の小さい一対の対向する幅狭側面１ｃとを有する側面と底面１ｄを有し、その上方に開口部１ａを有する。

電池蓋６は、略矩形平板状であって、開口部１ａを塞ぐように溶接されて電池缶１が封止されている。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。正極外部端子１４と負極外部端子１２を介して捲回体３に充電され、また外部負荷に電力が供給される。

また、電池蓋６には、ガス排出弁１０と、注液孔９が設けられている。ガス排出弁１０は、電池蓋６に一体的に設けられており、電池容器内の圧力が上昇すると、ガス排出弁１０が開い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、角形二次電池１５０の安全性が確保される。また、注液孔９は、電池容器内に電解液を注入するためのものであり、電解液を電池容器内に注入した後に注液栓１１によって封止される。注液栓１１は、電池蓋６にレーザ溶接により接合され、角形二次電池１５０を密閉する。

捲回体３は、絶縁保護フィルム２を介して角形二次電池１５０の電池缶１内に収容されている。捲回体３は、扁平形状に捲回されており、断面半円形状の互いに対向する一対の湾曲面と、これら一対の湾曲面の間に連続して形成される一対の平坦面とを有している。捲回体３は、捲回軸方向が電池缶１の横幅方向に沿うように、一方の湾曲面側から電池缶１内に挿入され、他方の湾曲面側が開口部１ａ側に配置される。

捲回体３の正極箔露出部３４ｃは、正極集電板（集電端子）４４を介して電池蓋６に設けられた正極外部端子１４と電気的に接続されている。また、捲回体３の負極箔露出部３２ｃは、負極集電板（集電端子）２４を介して電池蓋６に設けられた負極外部端子１２と電気的に接続されている。これにより、正極集電板４４および負極集電板２４を介して捲回体３から外部負荷へ電力が供給され、正極集電板４４および負極集電板２４を介して捲回体３へ外部発電電力が供給され充電される。

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が電池蓋６に設けられている。

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。

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適用することができる。

正極外部端子１４、負極外部端子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と平行になる構成を有している。

正極接続部１４ａ、負極接続部１２ａは、正極外部端子１４、負極外部端子１２の下面からそれぞれ突出して先端が電池蓋６の正極側貫通孔４６、負極側貫通孔２６に挿入可能な円柱形状を有している。正極接続部１４ａ、負極接続部１２ａは、電池蓋６を貫通して正極集電板４４、負極集電板２４の正極集電板基部４１、負極集電板基部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、正極外部端子１４、負極外部端子１２と、正極集電板４４、負極集電板２４を電池蓋６に一体に固定している。正極外部端子１４、負極外部端子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、正極集電板４４、負極集電板２４と電池蓋６との間には、絶縁板７が介在されている。

正極集電板４４、負極集電板２４は、電池蓋６の下面に対向して配置される矩形板状の正極集電板基部４１、負極集電板基部２１と、正極集電板基部４１、負極集電板基部２１の側端で折曲されて、電池缶１の幅広面に沿って底面側に向かって延出し、捲回体３の正極箔露出部３４ｃ、負極箔露出部３２ｃに対向して重ね合わされた状態で接続される正極側接続端部４２、負極側接続端部２２を有している。正極集電板基部４１、負極集電板基部２１には、正極接続部１４ａ、負極接続部１２ａが挿通される正極側開口穴４３、負極側開口穴２３がそれぞれ形成されている。

捲回体３の扁平面に沿う方向でかつ捲回体３の捲回軸方向に直交する方向を中心軸方向として前記捲回体３の周囲には絶縁保護フィルム２が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、捲回体３の扁平面と平行な方向でかつ捲回軸方向に直交する方向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。

図３は、捲回電極群の一部を展開した状態を示す分解斜視図である。
捲回体３は、両面に負極合剤層３２ｂが形成された負極電極３２と、両面に正極合剤層３４ｂが形成された正極電極３４と、一方の面に耐熱層３３ｂ、３５ｂを形成した第１および第２のセパレータ３３、３５を有している。負極電極３２と正極電極３４との間には、耐熱層３３ｂを外周側に配置した第１のセパレータ３３と、耐熱層３５ｂを内周側に配置した第２のセパレータ３５とが交互に捲回され、第１および第２のセパレータ３３、３５の最外周の巻き終わり端部には、第１および第２のセパレータ３３、３５の重なり部を有して扁平状に捲回することによって構成されている。第１および第２のセパレータ３３、３５は、正極電極３４と負極電極３２との間を絶縁する役割を有している。

負極電極３２の負極合剤層３２ｂが塗布された部分は、正極電極３４の正極合剤層３４ｂが塗布された部分よりも幅方向に大きく、これにより正極合剤層３４ｂが塗布された部分は、必ず負極合剤層３２ｂが塗布された部分に挟まれるように構成されている。正極箔露出部３４ｃ、負極箔露出部３２ｃは、平面部分で束ねられて溶接等により接続される。尚、第１および第２のセパレータ３３、３５は、幅方向で負極合剤層３２ｂが塗布された部分よりも広いが、正極箔露出部３４ｃ、負極箔露出部３２ｃで端部の金属箔面が露出する位置に捲回されるため、束ねて溶接する場合の支障にはならない。

正極電極３４は、正極集電体である正極電極箔の両面に正極活物質合剤を有し、正極電極箔の幅方向一方側の端部には、正極活物質合剤を塗布しない正極箔露出部３４ｃが設けられている。負極電極３２は、負極集電体である負極電極箔の両面に負極活物質合剤を有し、負極電極箔の幅方向他方側の端部には、負極活物質合剤を塗布しない負極箔露出部３２ｃが設けられている。正極箔露出部３４ｃと負極箔露出部３２ｃは、電極箔の金属面が露出した領域であり、捲回軸方向の一方側と他方側の位置に配置されるように捲回される。

負極電極３２に関しては、負極活物質として非晶質炭素粉末１５０重量部に対して、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、混練した負極合剤を作製した。この負極合剤を厚さ１０μｍの銅箔（負極電極箔）の両面に溶接部（負極未塗工部）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、銅箔を含まない負極活物質塗布部厚さ７０μｍの負極電極３２を得た。

尚、本実施形態では、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、ＴｉＳｉ２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。

正極電極３４に関しては、正極活物質としてマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）１５０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ＰＶＤＦとを添加し、これに分散溶媒としてＮＭＰを添加、混練した正極合剤を作製した。この正極合剤を厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極電極箔）の両面に溶接部（正極未塗工部）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、アルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部厚さ９０μｍの正極電極３４を得た。

また、本実施形態では、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る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、本実施形態では、正極電極、負極電極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。

第１および第２のセパレータ３３、３５は、樹脂層３３ａ、３５ａの片側の表面に、無機フィラー等を含む耐熱層３３ｂ、３５ｂが形成された構成を有している。すなわち、第１のセパレータ３３は、樹脂層（第１の樹脂層）３３ａと、樹脂層３３ａの片側の表面に設けられた耐熱層（第１の耐熱層）３３ｂを有しており、第２のセパレータ３５は、樹脂層（第２の樹脂層）３５ａと、樹脂層（第２の樹脂層）３５ａの片側の表面に設けられた耐熱層（第２の耐熱層）３５ｂを有している。第１のセパレータ３３は、樹脂層３３ａの外周面側に耐熱層３３ｂが配置され、第２のセパレータ３５は、樹脂層３５ａの内周面側に耐熱層３５ｂが配置されるように捲回される。

樹脂層３３ａ、３５ａは、ポリエチレンやポリプロピレン等の微多孔質フィルムである。第１および第２のセパレータ３３、３５の厚みは１０〜５０μｍ程度である。本実施形態では、樹脂層３３ａ、３５ａの厚みが約２０μｍであり、耐熱層３３ｂ、３５ｂの厚みが４〜８μｍとなっている。耐熱層３３ｂ、３５ｂは、アルミナ等の金属酸化物等とアクリル系などの樹脂材料のバインダからなる層である。耐熱層の役割は、電池の加熱を防ぐことが行われている。

樹脂シート８１には、負極電極３２、正極電極３４、第１および第２のセパレータ３３、３５のいずれよりも厚さが厚くかついずれよりも曲げ剛性の大きい絶縁性の樹脂材料が用いられている。樹脂シート８１は、負極合剤層３２ｂが軸芯８０の最外周面全面に亘って接面して捲回できるように、捲回軸方向（Ｘ方向）の幅を負極合剤層３２ｂの幅と同等以上の幅とすることが望ましい。また、正極箔露出部３４ｃおよび負極箔露出部３２ｃをそれぞれ厚さ方向（Ｚ方向）に束ねて溶接する際に、金属箔間を絶縁しない幅が好ましい。本実施形態では、樹脂シート８１の幅は、第１および第２のセパレータ３３、３５と同じ幅に設定されている。

軸芯８０は、負極電極３２、正極電極３４や第１および第２のセパレータ３３、３５よりも曲げ剛性が大きい樹脂シート８１を捲回することによって構成されている。したがって、軸芯８０の弾性力によって、第１および第２のセパレータ３３、３５および負極電極３２を軸芯８０の外周面に密着して沿わせることができ、さらにその外周に位置する正極電極３４も沿わせることが可能になる。したがって、これら第１および第２のセパレータ３３、３５、負極電極３２、正極電極３４の捲き始め端部側が捲回中心に向かって巻き緩むのを防ぐことができる。

軸芯８０は、本実施形態では、厚さが１５０μｍのＰＰシートを樹脂シート８１として用いた。樹脂シート８１は、電池内部に用いても劣化などの支障が無く、負極電極３２よりも曲げ剛性が大きくて、第１および第２のセパレータ３３、３５を介して負極電極３２を軸芯８０の外周に密着して沿わせることが可能であり、絶縁性を有するものであればよく、上記した材質や寸法等に限定されるものではない。

図４は、捲回体の粘着テープの貼り付け位置の断面図である。
正極電極３４及び負極電極３２は、図４に示すように、正極電極３４の巻き終わり端部を負極電極３２の巻き終わり端部が覆うように、正極電極３４の巻き終わり端部３４ｄと負極電極３２の巻き終わり端部３２ｄとがほぼ同じ位置に配置される。捲回体３は、最外周の電極が負極電極３２であり、さらにその外側に第１および第２のセパレータ３３、３５が捲回される。第１および第２のセパレータ３３、３５は、負極電極３２の巻き終わり端部３２ｄを覆うように負極電極３２よりさらに長く捲回されている。

第１のセパレータ３３の捲き終わり端部３３ｃ及び第２のセパレータ３５の捲き終わり端部３５ｃは、正極電極３４の捲き終わり端部３４ｄ及び負極電極３２の捲き終わり端部３２ｄよりも捲回方向に突出して重なり合って配置されており、第１のセパレータ３３の捲き終わり端部３３ｃは、捲回体３の内周側に配置され、第２のセパレータ３５の捲き終わり端部３５ｃは、捲回体３の外周側に配置されている。そして、第１のセパレータ３３の捲き終わり端部３３ｃが第２のセパレータ３５の捲き終わり端部３５ｃよりも捲回方向に突出している。第１及び第２のセパレータ３３、３５の各捲き終わり端部３３ｃ、３５ｃは、粘着テープ１６３で捲回体３の最外周面に固定されている。

第１および第２のセパレータ３３、３５は、例えばカッタ１６１ｂにより同時に切断された後で捲回体３の湾曲面に沿って巻かれること、すなわち、捲回体３のＲ部で少なくとも一度折り返されることによって、内周側と外周側の周長差により内周側の第１のセパレータ３３の長さが外周側の第２のセパレータ３５よりも長くなり、第１のセパレータ３３の捲き終わり端部３３ｃを第２のセパレータ３５の捲き終わり端部３５ｃよりも突出させた位置に配置することができる。

例えば第１及び第２のセパレータ３３、３５の厚さが２５μｍであり、正極電極３４及び負極電極３２の捲き終わり端部３４ｄ、３２ｄから２周分だけ付加して捲回した場合には、内周側と外周側の周長差により、第１のセパレータ３３の捲き終わり端部３３ｃが第２のセパレータ３５の捲き終わり端部３５ｃよりも約０．３ｍｍ突出する。

粘着テープ１６３は、樹脂製シートの片面に粘着材が塗布された構成を有しており、貼り付けによって、第２のセパレータ３５の巻き終わり端部３５ｃの外周面と、第１のセパレータ３３の捲き終わり端部３３ｃの外周面と、第２のセパレータ３５の最外周面でかつ第１のセパレータ３３の捲き終わり端部３３ｃを間に介して第２のセパレータ３５の捲き終わり端部３５ｃから離間する位置のそれぞれに接面して、これら第１のセパレータ３３の捲き終わり端部３３ｃと第２のセパレータ３５の捲き終わり端部３５ｃの両方を捲回体３の最外周面に固定することができる。したがって、最外周にある２枚のセパレータのうち、内周側にある第１のセパレータ３３の捲き終わり端部３３ｃも固定することができ、外的要因等により巻き緩んで捲回体３に巻きずれが生じるのを防ぐことができる。

図５は図４の粘着テープ貼り付け位置の拡大図である。
捲回体３の最外周に配置される第２のセパレータ３５の外周面及び捲き終わり端部３５ｃの外周面には樹脂層３５ａが配置されている。捲回体３は、露出した第１のセパレータ３３の耐熱層３３ｂの巻き終わり端部の外周側および内周側の両側に位置する第２のセパレータ３５の樹脂層３５ａを粘着テープ１６３で固定することで巻き止められている。

粘着テープ１６３は、第２の捲き終わり端部３５ｃの外周面である樹脂層３５ａに接面して固定される第２粘着部１６３ｂと、第１の捲き終わり端部３３ｃの外周面である耐熱層３３ｂに接面して固定される第１粘着部１６３ａと、第２のセパレータ３５の最外周面でかつ第１のセパレータ３３の捲き終わり端部３３ｃを間に介して第２のセパレータ３５の捲き終わり端部３５ｃから離間する位置に接面して固定される第３粘着部１６３ｃと、を有している。そして、第１粘着部１６３ａの長さが、前記第２粘着部１６３ｂの長さと第３粘着部１６３ｃの長さのいずれよりも短くなっている。

このように、第１粘着部１６３ａの長さを前記第２粘着部１６３ｂの長さと第３粘着部１６３ｃの長さのいずれよりも短くすることにより、第１のセパレータ３３の捲き終わり端部３３ｃにおいて粘着テープ１６３から耐熱層３３ｂに作用する剥離方向の力を小さくして、耐熱層３３ｂを樹脂層３３ａから剥離しにくくすることができる。したがって、樹脂層３３ａの剥離により粘着テープ１６３が剥がれて捲回体３の最外周面から巻き終わり端部３３ｃ、３５ｃが離れてしまうのを防ぐことができる。

図５に示されたｔ₁、ｔ_２、ｔ_３はそれぞれ粘着テープ１６３が固定している部分の範囲を示している。ｔ_２は第２のセパレータ３５の巻き終わり端部３５ｃの表面に接面して固定している範囲を指しており、ｔ_３は第２のセパレータ３５の最外周部分の表面に接面して固定している範囲を指しており、ｔ_１は第１のセパレータ３３の巻き終わり端部の表面に接面して固定している範囲を指しており、ｔ₁、ｔ_２、ｔ_３の長さを足し合わせた長さが粘着テープ１６３の長さとなっている。

捲回体３を巻き止める役割を主に果たしている部分はｔ_２、ｔ_３であり、ｔ_１は少なくとも第１のセパレータ３３が捲きずれ等を起さない程度接着されていればよいため、ｔ_２、ｔ_３よりも長さが短くてよい。そのため、0＜ｔ_１＜ｔ_２、0＜ｔ_１＜ｔ_３となる。また、粘着テープ１６３は捲回体３の最外周周長より長い必要がないのでｔ_２ + ｔ_１+ ｔ_３＜最外周周長となる。

図６は、捲回装置１００の構成例を示す図である。
捲回装置１００は、装置中央にスピンドル１０１が回転可能に支持されており、図示していない回転駆動装置によって時計回りに回転駆動されるようになっている。そして、スピンドル１０１の側方には、負極電極３２、第１のセパレータ３３、正極電極３４、第２のセパレータ３５、樹脂シート８１をスピンドル１０１に供給するための供給装置が設けられている。

供給装置は、装置右上から順に負極電極３２、第１のセパレータ３３、正極電極３４、第２のセパレータ３５、樹脂シート８１をロール状に保持しており、外周端部から繰り出してスピンドル１０１に供給するようになっている。また、各々の電極３２、３４、第１および第２のセパレータ３３、３５、樹脂シート８１を所定位置に供給する送りローラ１６０ａ〜１６０ｅと、所定の長さで切断するカッタ１６１ａ〜１６１ｃを備える。

スピンドル１０１は、樹脂シート８１の捲き始め端部を把持する扁平な巻き芯１０２を有している。そして、巻き芯１０２の近傍には、巻き芯１０２を回転させて捲回体３を形成した後に、捲回体３がほどけないように粘着テープ１６３を貼り付ける貼付手段１６７を備えている。貼付手段１６７は図中、破線で囲まれた部分であり、送り出し機構１６４、カッタ１６５、貼付機構１６８を有する。粘着テープ１６３は、送り出し機構１６４によって所定長さだけ繰り出され、カッタ１６５で所定長さにカットされて、貼付機構１６８により、捲回体３に貼付される。

また、スピンドル１０１の近傍には、巻き芯１０２に巻きつけた樹脂シート８１に第１および第２のセパレータ３３、３５を加熱溶着するヒータヘッド１７０と、ヒータヘッド１７０を所定位置まで移動させて加圧するヒータ移動機構１７１を備える。

また、巻き芯１０２に巻きつけた樹脂シート８１を切断する際にほどけないように保持するための仮押さえ機構１７８を備える。尚、他の実施形態として加熱溶着の他に粘着テープによって接合してもよい。よって、その場合には図示はしないがヒータヘッド１７０およびヒータ移動機構１７１の代わりにテープを貼る貼付手段１６７と同様の機構が別途備えられている。

本捲回装置１００ではまず、扁平な巻き芯１０２で樹脂シート８１の捲き始め端部を把持する。その後、樹脂シート８１を１周以上捲回する。次に、捲回された樹脂シート８１に第１および第２のセパレータ３３、３５をヒータヘッド１７０により加熱溶着し、第１および第２のセパレータ３３、３５を捲回する。この際、第１および第２のセパレータ３３、３５の間に負極電極３２を挟み込むことにより、まず、負極電極３２を捲回する。

負極電極３２を１周捲回したところで、捲き始めの捲回体３と第１のセパレータ３３の間に正極電極３４を挟み込むことにより、内周に負極電極３２、その外側に正極電極３４を配置して捲回していく。

尚、最外周の電極は負極電極３２とするため、負極電極３２の方が正極電極３４よりも約１周分、多く捲回されている。そして、負極電極３２と正極電極３４をカッタ１６１ａ、１６１ｃで切断し、負極電極３２と正極電極３４の捲き終わり端部３２ｄ、３４ｄよりも第１及び第２セパレータ３３、３５の捲き終わり端部３３ｃ、３５ｃの方が長くなるように、所定時間経過後に、カッタ１６１ｂで第１及び第２セパレータ３３、３５を切断する。

例えばカッタ１６１ｂで第１及び第２のセパレータ３３、３５を互いに同じタイミングでまとめて切断すると、第１及び第２セパレータ３３、３５は、同じ長さで切断される。それから、捲回体３の湾曲面に捲き付けられて、少なくとも１回は折り返される。したがって、内周側と外周側との周長差により第１のセパレータ３３の捲き終わり端部の方が第２のセパレータ３５の捲き終わり端部よりも捲回方向に突出する。

そして、その上から貼付手段１６７により粘着テープ１６３が貼り付けられる。したがって、第２の捲き終わり端部３５ｃの外周面である樹脂層３５ａと、第１の捲き終わり端部３３ｃの外周面である耐熱層３３ｂと、第２のセパレータ３５の最外周面でかつ第１のセパレータ３３の捲き終わり端部３３ｃを間に介して第２のセパレータ３５の捲き終わり端部３５ｃから離間する位置に亘って粘着テープ１６３が貼り付けられる。なお、第１及び第２のセパレータ３３、３５を切断するタイミングは同時に限定されない。例えば切断するタイミングを変えてもよく、切断する位置をずらしてもよい。

本実施形態では、第１の捲き終わり端部３５ｃと第２の捲き終わり端部３３ｃは、捲回体３の平坦面上に配置されており、その上に粘着テープ１６３が貼り付けられている。したがって、粘着テープ１６３の貼り付け作業が容易であり、自動化が可能である。第１の捲き終わり端部３５ｃと第２の捲き終わり端部３３ｃの位置は、平坦面上に限定されるものではなく、例えば、第１の捲き終わり端部３５ｃと第２の捲き終わり端部３３ｃを捲回体３の湾曲面上に配置して粘着テープ１６３で巻き止めする構成としてもよい。かかる構成によれば、複数の角形二次電池を厚さ方向に積層した組電池とし、捲回体の厚さ方向に固縛した際に、捲回体３の平坦面に作用する面圧を全体で均一にすることができる。したがって、局所的に面圧が高い箇所に電気抵抗のばらつきによりリチウムが析出するのを防ぐことができる。

なお、本発明は、扁平状に捲回された捲回体３を用いた角形二次電池に限らず、円筒状に捲回された捲回体を用いた円筒型の二次電池にも適用可能である。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１電池缶
３捲回体
６電池蓋
３２負極電極
３２ｄ負極電極の捲き終わり端部
３３第１のセパレータ
３３ｃ第１のセパレータの捲き終わり端部
３４正極電極
３４ｄ正極電極の捲き終わり端部
３５第２のセパレータ
３５ｃ第２のセパレータの捲き終わり端部
１５０角形二次電池
１６３粘着テープ

Claims

正極電極と第１のセパレータと負極電極と第２のセパレータを重ねた状態で捲回して形成された捲回体を有する二次電池であって、
該捲回体は、前記第１のセパレータの捲き終わり端部及び第２のセパレータの捲き終わり端部が前記正極電極の捲き終わり端部及び前記負極電極の捲き終わり端部よりも捲回方向に突出して重なり合い、前記捲回体の内周側に前記第１のセパレータの捲き終わり端部が配置され、前記捲回体の外周側に第２のセパレータの捲き終わり端部が配置され、前記第１のセパレータの捲き終わり端部が前記第２のセパレータの捲き終わり端部よりも捲回方向に突出しており、
前記第２のセパレータの捲き終わり端部の外周面と、前記第１のセパレータの捲き終わり端部の外周面と、前記第２のセパレータの最外周面でかつ前記第１のセパレータの捲き終わり端部を間に介して前記第２のセパレータの捲き終わり端部から離間する位置のそれぞれに接面して貼付される粘着テープを有することを特徴とする二次電池。
前記第１のセパレータは、第１の樹脂層と、該第１の樹脂層の外周面側に設けられた第１の耐熱層を有しており、
前記第２のセパレータは、第２の樹脂層と、該第２の樹脂層の内周面側に設けられた第２の耐熱層を有していることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記粘着テープは、
前記第２のセパレータの捲き終わり端部の外周面に接面して固定される第２粘着部と、
前記第１のセパレータの捲き終わり端部の外周面に接面して固定される第１粘着部と、
前記第２のセパレータの最外周面でかつ前記第１のセパレータの捲き終わり端部を間に介して前記第２のセパレータの捲き終わり端部から離間する位置に接面して固定される第３粘着部と、を有し、
前記第１粘着部の長さが、前記第２粘着部の長さと前記第３粘着部の長さのいずれよりも短いことを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
前記捲回体は、扁平形状を有し、
前記第２のセパレータの捲き終わり端部と前記第１のセパレータの捲き終わり端部と前記粘着テープとが前記捲回体の一方の平坦面上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
前記捲回体は、扁平形状を有し、
前記第２のセパレータの捲き終わり端部と前記第１のセパレータの捲き終わり端部と前記粘着テープとが前記捲回体の一方の湾曲面上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。