JP2017059326A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】充放電性能の低下を抑えつつ、二次電池を外圧で圧縮した場合等に生じる可能性がある集電部品と電極の短絡等、電極面に対して水平方向での短絡を防止し、より安全な二次電池を提供する。
【解決手段】本発明の二次電池１は、正極金属箔露出部１１ｃと負極金属箔露出部１２ｃとが捲回軸方向一方側と他方側に配置された状態で捲回されている円筒形捲回群１０を有している。円筒形捲回群１０は、負極電極１２とその外周側の正極電極１１との間に介在される第１セパレータ１３と、負極電極１２とその内周側の正極電極１１との間に介在される第２セパレータ１４を有している。第１セパレータ１３は、負極電極１２の端面１２Ｂと対向して折り返された折り返し部１３ａを有しており、その折り返し部１３ａは、正極電極１１の正極合剤層１１ｂよりも捲回軸方向外側に配置されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、二次電池に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２０１２−６４４４８号公報（特許文献１）がある。この公報には、「シート状の集電体の両面に第１の電極活物質が塗布された第１の電極であって、第１の電極活物質が塗布された第１の領域と、第１の電極活物質が塗布されていない第２の領域とを有する第１の電極と、シート状の集電体の両面に、第１の電極活物質とは異なる極性の第２の電極活物質が塗布された第２の電極と、多孔質セパレータと、を有する積層体２であって、第１および第２の電極が、多孔質セパレータを介して積層された積層体２を備え、多孔質セパレータは、第１の電極の第２の領域と第２の電極の第２の電極活物質が塗布された領域とに対向する部分が、複数層に折り畳まれている、積層型二次電池。」と記載されている。

また別の背景技術として、特開２０１４−６７６３３号公報（特許文献２）がある。この公報には、「それぞれ金属箔に活物質層を設けた正極シート及び負極シートと、少なくとも１枚のセパレータとを、前記正極シートと前記負極シートとの間に前記セパレータが介在するように重ね合わせて巻回又は積層してなる電極体を備え、前記セパレータは、前記正極シート及び前記負極シートのうちの一方を包むように長手方向に沿って折り曲げた折曲部を有する第１セパレータを含む、蓄電素子。」と記載されている。

特開２０１２−６４４４８号公報 特開２０１４−６７６３３号公報

特許文献１に開示されている積層型二次電池では、第１の電極の箔部分と第２の電極の電極活物質が塗布された領域でセパレータを複数層に折りたたむことで、電極面に垂直方向の短絡を防止するが、電池が外圧で圧縮された場合等に生じる可能性がある集電部品と電極の短絡等、電極面に水平方向での短絡に対しては効果がない。

特許文献２に開示されている蓄電素子では、セパレータを折り曲げて、１枚のセパレータで電極を包むように配置している。この場合、電池が外圧で圧縮された場合等に生じる可能性がある集電部品と電極の短絡等、電極面に水平方向での短絡に対して効果があるが、１枚のセパレータで電極を覆うように折り曲げ捲回した場合、折り曲げられた内側のセパレータと外側のセパレータでは、捲回時の周長がセパレータと電極の厚みの合計分異なっているため、周長が短い内側のセパレータで余りが生じる。余りが正極の電極活物質が塗布された領域と、負極の電極活物質が塗布された領域が向かい合った部分で生じた場合、セパレータは正極活物質と負極活物質とでしっかりと挟まれており、余りが定期的に解消できず蓄積されて大きなシワが生じ電池特性の低下に繋がる可能性がある。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、充放電性能の低下を抑えつつ、二次電池を外圧で圧縮した場合等に生じる可能性がある集電部品と電極の短絡等、電極面に対して水平方向での短絡を防止し、より安全な二次電池を提供する。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、「長辺と短辺を有する正極金属箔の両面に正極合剤層が設けられ、前記正極金属箔の一方の長辺に沿って正極金属箔露出部が形成された正極電極と、長辺と短辺を有する負極金属箔の両面に負極合剤層が設けられ、前記負極金属箔の一方の長辺に沿って負極金属箔露出部が形成された負極電極とが、セパレータを介して長辺方向に、前記正極金属箔露出部と前記負極金属箔露出部とが捲回軸方向一方側と他方側に配置された状態で、捲回された捲回群を有する二次電池であって、
前記セパレータは、前記負極金属箔の端面と対向して折り返され、折り返し部が形成され、前記折り返し部は、前記正極合剤層よりも捲回軸方向外側に設けられた」ことを特徴とする。

本発明によれば、充放電性能の低下を抑えつつ、二次電池を外圧で圧縮した場合等に生じる可能性がある集電部品と電極の短絡等、電極面に対して水平方向での短絡を防止し、より安全な二次電池を提供できる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

円筒形二次電池の断面図。 円筒形二次電池の分解斜視図。 円筒形二次電池の捲回群を一部分解して部分的に断面で示す斜視図。 実施例１における円筒形捲回群の正極タブ側の要部断面を拡大して示す図。 捲回装置の構成を説明する図。 セパレータの折り返し部の形成方法を説明する図。 実施例２における円筒形捲回群の正極タブ側の要部断面を拡大して示す図。 実施例３における円筒形捲回群の正極タブ側の要部断面を拡大して示す図。 実施例４における円筒形捲回群の負極タブ側の要部断面を拡大して示す図。 角形二次電池の外観図。 角形二次電池捲回群の分解斜視図。 実施例５における扁平捲回群の正極金属箔露出部側の要部断面を拡大して示す図。 実施例６における扁平捲回群の正極金属箔露出部側の要部断面を拡大して示す図。 実施例７における扁平捲回群の正極金属箔露出部側の要部断面を拡大して示す図。 実施例８における扁平捲回群の負極金属箔露出部側の要部断面を拡大して示す図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、円筒形二次電池の断面図である。
円筒形二次電池１は、底部を有し、上部が開口された円筒形の電池缶２および電池缶２の上部を封口するハット型の電池蓋３で構成される電池容器４を有する。電池容器４の内部には、以下に説明する発電用の各構成部材が収容され、非水電解液５が注入されている。

円筒形の電池缶２には、上端側に設けられた開口部２ｂ側に電池缶２の内側に突き出した溝２ａが形成されている。電池缶２の内部には、円筒形捲回群１０が配置されている。円筒形捲回群１０は、軸方向に沿う中空部を有する細長い円筒形の軸芯１５と、軸芯１５の周囲に捲回された正極電極および負極電極とを備える。円筒形の軸芯１５の中空部は、軸方向（図面の上下方向）で軸方向に垂直な面の断面形状が異なる。中空部の上方での断面形状は平行部と曲線部で形成されるレーストラック形状をしている。中空部の下方での断面形状は上方の平行部の幅よりも小さい径の円形である。この上方の中空部１５ａに円筒状の正極集電板２７の下部筒部２７ｂが圧入されている。正極集電板２７は、円盤状の基部２７ａと、この基部２７ａの内周部において軸芯１５側に向かって突出し、軸芯１５の内面に圧入される下部筒部２７ｂと、外周縁において電池蓋３側に突き出す上部筒部２７ｃとを有する。正極集電板２７は、この下部筒部２７ｂにより軸芯１５の上端部に固定支持されている。

正極電極の正極タブ１６は、正極集電板２７の上部筒部２７ｃに溶接されている。正極集電板２７は、例えばアルミニウム系金属により形成され、上部筒部２７ｃの外周には、正極電極の正極タブ１６および押え部材２８が溶接されている。多数の正極タブ１６は、正極集電板２７の上部筒部２７ｃの外周に密着させておき、正極タブ１６の外周に押え部材２８をリング状に巻き付けて仮固定し、この状態で超音波溶接により接合される。

軸芯１５の下端部の外周には、外径が径小とされた段部１５ｂが形成され、この段部１５ｂに負極集電板２１が圧入されて固定されている。負極集電板２１は、例えば、銅系金属により形成され、軸芯１５の段部１５ｂが圧入される開口部２１ｂが円盤状の基部２１ａに形成され、円盤状の基部２１ａの外周縁に、電池缶２の底部側に向かって突き出す外周筒部２１ｃが形成されている。負極集電板２１の基部２１ａには、軸芯１５の中空軸に注液された非水電解液５を円筒形捲回群１０に浸透させるための開口部２１ｄ（図２参照）が形成されている。

負極電極の負極タブ１７は、負極集電板２１の外周筒部２１ｃに接合される。負極集電板２１の外周筒部２１ｃの外周には、負極電極の負極タブ１７および押え部材２２が溶接されている。多数の負極タブ１７を、負極集電板２１の外周筒部２１ｃの外周に密着させておき、負極タブ１７の外周に押え部材２２をリング状に巻き付けて仮固定し、この状態で溶接される。負極集電板２１の基部２１ａには、接続リード板５０が、抵抗溶接、或いはレーザ溶接等により接合されている。

多数の正極タブ１６は、正極集電板２７に溶接され、多数の負極タブ１７が負極集電板２１に溶接されることにより、正極集電板２７、負極集電板２１および円筒形捲回群１０が一体的にユニット化された発電ユニット２０が構成される。電池缶２の内部には、非水電解液５が所定量注入されている。非水電解液５の一例として、リチウム塩がカーボネート系溶媒に溶解した溶液が挙げられる。

図２は円筒形二次電池の分解斜視図である。
円筒形状の軸芯１５の中空部の上方には、円筒状の正極集電板２７が圧入されている。正極集電板２７は、例えば、アルミニウム系金属により形成されている。正極集電板２７の基部２７ａには、電池内部で発生するガスを放出するための開口部２７ｄが形成されている。正極集電板２７に形成された開口部２７ｅは、接続リード板５０を電池缶２に溶接するための電極棒（図示せず）を挿通するためのものである。電極棒を正極集電板２７に形成された開口部２７ｅから軸芯１５の中空部に差し込み、その先端部で接続リード板５０を電池缶２の底部２ｃの内面に押し付けて抵抗溶接を行う。これにより、発電ユニット２０は電池缶２の底部２ｃに固定される。

また、負極集電板２１が接続されている電池缶２の底面は、一方の出力端子として作用し、円筒形捲回群１０に蓄電された電力を電池缶２から取り出すことができる。正極集電板２７の基部２７ａの上面には、複数のアルミニウム箔が積層されて構成されたフレキシブルな接続部材３３が、その一端部を溶接されて接合されている。

正極集電板２７の上部筒部２７ｃ上には、電池蓋ユニット３０が配置されている。電池蓋ユニット３０は、リング形状をした絶縁板３４、絶縁板３４に設けられた開口部３４ａに嵌入された接続板３５、接続板３５に溶接されたダイアフラム３７およびダイアフラム３７に、かしめと溶接により固定された電池蓋３により構成される。

絶縁板３４は、円形の開口部３４ａを有する絶縁性樹脂材料からなるリング形状を有し、正極集電板２７の上部筒部２７ｃ上に載置されている。絶縁板３４は、開口部３４ａおよび下方に突出する側部３４ｂを有している。絶縁板３４の開口部３４ａ内には接続板３５が嵌合されている。接続板３５の下面には、接続部材３３の他端部が溶接されて接合されている。

接続板３５は、アルミニウム系金属で形成され、中央部を除くほぼ全体が均一でかつ、中央側が少々低い位置に撓んだ、ほぼ皿形状を有している。接続板３５の中心には、薄肉でドーム形状に形成された突起部３５ａが形成されており、突起部３５ａの周囲には、複数の開口部３５ｂが形成されている。開口部３５ｂは、電池内部に発生するガスを放出する機能を有している。接続板３５の突起部３５ａはダイアフラム３７の中央部の底面に抵抗溶接または摩擦攪拌接合により接合されている。ダイアフラム３７はアルミニウム系金属で形成され、ダイアフラム３７の中心部を中心とする円形の切込み３７ａを有する。切込み３７ａはプレスにより上面側をＶ字形状に押し潰して、残部を薄肉にしたものである。ダイアフラム３７は、電池の安全性確保のために設けられており、電池の内圧が上昇すると、切込み３７ａにおいて開裂し、内部のガスを放出する機能を有する。

ダイアフラム３７は、周縁部において電池蓋３の周縁部を固定している。ダイアフラム３７は、図２に図示されるように、当初、周縁部に電池蓋３側に向かって垂直に起立する側壁３７ｂを有している。この側壁３７ｂ内に電池蓋３を収容し、かしめ加工により、側壁３７ｂを電池蓋３の上面側に屈曲して固定する。

電池蓋３は、炭素鋼等の鉄で形成され、表裏両面にニッケルめっきが施されており、ダイアフラム３７に接触する円盤状の周縁部３ａと、この周縁部３ａから上方に突出す筒部３ｂを有するハット型を有する。筒部３ｂには開口部３ｃが形成されている。この開口部３ｃは、電池内部に発生するガス圧によりダイアフラム３７が開裂した際、ガスを電池外部に放出するためのものである。電池蓋３は、一方の電力出力端として作用し、電池蓋３から蓄電された電力を取り出すことができる。

ダイアフラム３７と電池蓋３とのかしめ部を覆う絶縁部材からなるガスケット４３が設けられている。ガスケット４３は、ゴムで形成されており、限定する意図ではないが、１つの好ましい材料の例として、フッ素系樹脂をあげることができる。ガスケット４３は、リング状の基部４３ａの周側縁に、上部方向に向けてほぼ垂直に起立して形成された外周壁部４３ｂを有する形状を有している。

そして、プレス等により、電池缶２と共にガスケット４３の外周壁部４３ｂを屈曲して基部４３ａと外周壁部４３ｂにより、ダイアフラム３７と電池蓋３を軸方向に圧接するようにかしめ加工される。これにより、電池蓋３、ダイアフラム３７、絶縁板３４および接続板３５が一体に形成された電池蓋ユニット３０がガスケット４３を介して電池缶２に固定されると共に、絶縁板３４が発電ユニット２０の正極集電板２７に当接し、発電ユニット２０を電池缶２の缶底側に押しつけている。

図３は、円筒形捲回群１０の構造の詳細を示すための分解断面斜視図である。
円筒形捲回群１０は、軸芯１５の周囲に、正極電極１１、負極電極１２、およびセパレータ１３、１４が捲回された構造を有する。円筒形捲回群１０は、正極電極１１と負極電極１２とを、互いに重なり合った状態で巻回して正極金属箔露出部１１ｃ及び正極タブ１６と、負極金属箔露出部１２ｃ及び負極タブ１７とが捲回軸方向一方側と他方側に配置されている。

軸芯１５は、例えば、ＰＰ（ポリプロピレン）のような絶縁材により形成され、中空円筒形状を有する。軸芯１５には、セパレータ１３、負極電極１２、セパレータ１４および正極電極１１が、順に積層され、捲回されている。最内周の負極電極１２の内側にはセパレータ１３およびセパレータ１４が数周（図３では、１周）捲回されている。セパレータ１３およびセパレータ１４は、絶縁性の多孔質体で形成されている。

最内周（軸芯側）では、負極電極１２の捲き始めが正極電極１１の捲き始めよりも周方向に延出している。また、最外周（電池缶側）では負極電極１２が正極電極１１よりも外周側に捲回されており、負極電極１２の捲き終わりが正極電極１１の捲き終わりよりも周方向に延出されている。最外周の負極電極１２の外周にセパレータ１４が捲回されている。最外周のセパレータ１４の終端が接着テープ１９で止められる。尚、最外周でセパレータ１３およびセパレータ１４が数回、捲回された後、接着テープ１９で止められることもある。

正極電極１１は、アルミニウム箔により形成された長辺と短辺を有する帯状の正極金属箔１１ａと、この正極金属箔１１ａの両面に正極合剤が塗布された正極合剤層１１ｂを有する。正極金属箔１１ａの一方の長辺に沿って延在する上方側の側縁は、正極合剤が塗布されず正極金属箔１１ａが露出した正極金属箔露出部１１ｃとなっている。すなわち、正極金属箔露出部１１ｃは、正極金属箔１１ａの一方の長辺に沿って形成されている。この正極金属箔露出部１１ｃには、軸芯１５の軸に沿って上方に突き出す多数の正極タブ１６が等間隔に一体的に形成されている。

正極合剤は正極活物質と、正極導電材と、正極バインダとからなる。正極活物質として、コバルト、マンガン、ニッケル等のリチウム酸化物が挙げられる。正極バインダとして、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やフッ素ゴムなどが挙げられる。

正極合剤を正極金属箔１１ａに塗布する方法の例として、ロール塗工法、スリットダイ塗工法、等が挙げられる。正極合剤に分散溶媒を混練したスラリを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、プレスし、裁断する。正極合剤の塗布厚さの一例としては片側約４０μｍである。正極金属箔１１ａを裁断する際、正極タブ１６を一体的に形成する。すべての正極タブ１６の長さは、ほぼ同じである。

負極電極１２は、銅箔により形成された長辺と短辺を有する帯状の負極金属箔１２ａと、この負極金属箔１２ａの両面に負極合剤が塗布された負極合剤層１２ｂとを有する。負極金属箔１２ａの一方の長辺に沿って延在する下方側の側縁は、負極合剤が塗布されず銅箔が露出した負極金属箔露出部１２ｃとなっている。すなわち、負極金属箔露出部１２ｃは、負極金属箔１２ａの一方の長辺に沿って形成されている。この負極金属箔露出部１２ｃには、軸芯１５の軸に沿って正極タブ１６とは反対方向に延出された、多数の負極タブ１７が等間隔に一体的に形成されている。

負極合剤は、負極活物質と、負極バインダと、増粘剤とからなる。負極活物質としては、黒鉛炭素が挙げられる。負極合剤を負極金属箔１２ａに塗布する方法の例として、ロール塗工法、スリットダイ塗工法等が挙げられる。負極合剤に分散溶媒を混練したスラリを、厚さ１０μｍの圧延銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、裁断する。負極合剤の塗布厚さの一例としては片側約４０μｍである。負極金属箔１２ａをプレスにより裁断する際、負極タブ１７を一体的に形成する。すべての負極タブ１７の長さは、ほぼ同じである。

セパレータ１３、１４の幅は、負極電極１２の負極合剤層１２ｂの幅よりも大きい。負極電極１２の負極合剤層１２ｂの幅は、正極電極１１の正極合剤層１１ｂの幅よりも大きい。負極合剤層１２ｂの幅および長さを正極合剤層１１ｂの幅および長さよりも大きくして、正極合剤層１１ｂの全領域を負極合剤層１２ｂで覆う構造とされている。リチウムイオン二次電池の場合、正極活物質であるリチウムがイオン化してセパレータを浸透し、負極活物質に吸蔵される。この場合、負極側に負極活物質が形成されておらず負極金属箔１２ａが表出していると負極金属箔１２ａにリチウムが析出し、内部短絡を発生する原因となる。上記の如く、正極合剤層１１ｂの全領域を負極合剤層１２ｂで覆うことにより、このようなリチウム析出に伴う内部短絡を防止することができる。セパレータ１３およびセパレータ１４は、それぞれ、例えば、厚さ２５μｍのポリエチレン製多孔膜で形成されている。

図４は、実施例１における円筒形捲回群の正極タブ側の要部断面を拡大して示す図である。円筒形捲回群１０は、内周側から外周側に向かって正極電極１１、セパレータ(第２セパレータ）１４、負極電極１２、セパレータ（第１セパレータ）１３の順番に重ねられている。セパレータ１３は、負極電極１２と負極電極１２に対向して円筒形捲回群１０の外周側に配置される正極電極１１との間に介在され、セパレータ１４は、負極電極１２と負極電極１２に対向して円筒形捲回群１０の内周側に配置される正極電極１１との間に介在されている。

セパレータ１４の端部１４ｂは、負極電極１２の端面１２Ｂよりも円筒形捲回群１０の捲回軸方向外側に突出して、正極電極１１の正極金属箔露出部１１ｃ及び正極タブ１６に対向配置されている。セパレータ１３は、負極金属箔１２ａの端面と対向して折り返されて形成された折り返し部１３ａを有している。折り返し部１３ａは、セパレータ１３の捲回軸方向一方側の端部を円筒形捲回群１０の内周側に折り返して形成されている。折り返し部１３ａは、負極電極１２の他方の長辺の端面１２Ｂを覆っており、正極電極１１の正極合剤層１１ｂよりも捲回軸方向外側に配置されている。折り返し部１３ａは、負極電極１２の端面１２Ｂよりも円筒形捲回群１０の捲回軸方向外側で折り返されており、折り返し部１３ａの先端は、セパレータ１４の端部１４ｂと負極電極１２の負極合剤層１２ｂとの間に配置されている。

負極電極１２の端面１２Ｂは、セパレータ１３の折り返し部１３ａによって覆われているので、円筒形捲回群１０の捲回軸方向外側に向かって露出することが防止される。したがって、例えば円筒形二次電池１を長手方向に圧縮した場合に正極集電板２７と負極電極１２の端面１２Ｂとが直接接触して短絡するのを防止できる。

セパレータ１３の折り返し部１３ａの先端は、セパレータ１４の端部１４ｂに少なくとも一部が接触しており、接触による摩擦力によって、折り返しが解除されるのを防いでいる。セパレータ１３の折り返し部１３ａは、正極電極１１の正極合剤層１１ｂよりも捲回軸方向外側の位置に配置されている。仮に、セパレータ１３の折り返し部１３ａを正極電極１１の正極合剤層１１ｂと負極電極１２の負極合剤層１２ｂとの間に挟み込まれる位置に配置してしまうと、セパレータ１枚分の厚みと捲回ターン数の積だけ円筒形捲回群１０の径増加を招き、一定容量の電池容器内に詰められる電極面積が小さくなり充放電性能が低下するおそれがある。これに対して、本実施例では、セパレータ１３の折り返し部１３ａを、正極電極１１の正極合剤層１１ｂよりも捲回軸方向外側の位置に配置しているので、円筒形捲回群１０の径増加を防ぎ、電池容器内における電極面積を広く確保でき、充放電性能の低下を防止できる。

また、正極合剤層１１ｂの片側厚みを、セパレータ１３、１４の合計厚みよりも厚くする寸法形状とすることにより、セパレータ１３の折り返し部１３ａの面圧は、緩和もしくは解消される。これにより、セパレータ１３の負極電極１２と正極電極１１との間に介在されている部分と、セパレータ１３の折り返し部１３ａの部分との間の周長差による余りは定期的に解消される。したがって、セパレータ１３の余りが蓄積されて大きなシワが発生するのを抑制し、シワに伴う電池性能の低下を防止できる。

セパレータ１４とセパレータ１３は、同じ幅寸法を有しており、セパレータ１３の端部に折り返し部１３ａを形成しなかった場合にセパレータ１４の端部１４ｂの先端とセパレータ１３の端部の先端とが捲回軸方向のほぼ同じ位置に配置されるように、セパレータ１４とセパレータ１３との相対的な位置決めがなされている。そして、本実施例では、セパレータ１３の端部を折り返して折り返し部１３ａを形成しているので、セパレータ１４の端部１４ｂの方がセパレータ１３よりも捲回軸方向外側に突出している。

図５は、円筒形捲回群１０を作製する捲回装置２００の構成例を示す図である。
捲回装置２００は、装置中央にスピンドル２０１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２０１の側方には、正極電極１１、セパレータ１４（第２セパレータ）、負極電極１２、セパレータ１３（第１セパレータ）、軸芯１５をスピンドル２０１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、装置右上から順に正極電極１１、セパレータ１４、負極電極１２、セパレータ１３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２０１に供給するようになっている。また、各々の電極１１、１２、セパレータ１４、１３を所定位置に供給する送りローラ２６０ａ〜２６０ｄと、所定の長さで切断するカッタ２６１ａ〜２６１ｄ、セパレータの幅方向一方側の端部を折り曲げる折り曲げ機構２５８ａ、２５８ｂを備える。

スピンドル２０１は、軸芯１５を保持する巻き芯(図面内には未記載)を有している。そして、巻き芯の近傍には、巻き芯を回転させて円筒形捲回群１０を形成した後に、円筒形捲回群１０がほどけないように粘着テープ２６３を貼り付ける貼付手段２６７を備えている。貼付手段２６７は図中、破線で囲まれた部分であり、送り出し機構２６４、カッタ２６５、貼付機構２６８を有する。粘着テープ２６３は、送り出し機構２６４によって所定長さだけ繰り出され、カッタ２６５で所定長さにカットされて、貼付機構２６８により、円筒形捲回群１０に貼付される。また、スピンドル２０１の近傍には、巻き芯で保持した軸芯１５にセパレータ１４、１３を加熱溶着するヒータヘッド２７０と、ヒータヘッド２７０を所定位置まで移動させて加圧するヒータ移動機構２７１を備える。

捲回装置２００では、まず、巻き芯で軸芯１５を保持する。次に、軸芯１５にセパレータ１４、１３をヒータヘッド２７０により加熱溶着し、セパレータ１４、１３を捲回する。この際、実施例１では、セパレータ１３の幅方向一方側の端部を折り曲げ機構２５８ｂで折り曲げて折り返し部１３ａによって負極電極１２の端面１２Ｂを覆った後、セパレータ１４で挟み込むことにより、まず、負極電極１２を捲回する。負極電極１２を１周捲回したところで、捲き始めの円筒形捲回群１０とセパレータ１４の間に正極電極１１を挟み込むことにより、内周に負極電極１２、その外側に正極電極１１を配置して捲回していく。尚、最外周の電極は負極電極１２とするため、負極電極１２の方が正極電極１１よりも約１周分、多く捲回されている。最外周の負極電極１２の外側はセパレータ１３に覆われており、セパレータの端部は円筒形捲回群１０がほどけないように貼付手段２６７により粘着テープ２６３を貼り付ける。

図６は、セパレータの幅方向一方側の端部を折り曲げる方法を示す模式図である。
セパレータ１３は、折り曲げ機構２５８ｂ（図５参照）により幅方向一方側の端部をガイド等で持ち上げて、セパレータ１３の上面に折り返すことにより、折り返し部１３ａが形成される。実施例１では、負極電極１２の端面１２Ｂを覆う位置関係でセパレータ１３が折り曲げられる。なお、折り曲げは、軸芯１５にヒータヘッド２７０でセパレータ１４、１３を溶着する前から実施しても良いが、軸芯１５にセパレータ１４、１３溶着してから電極１２が挿入されるまでの間に折り曲げても良い。セパレータ１３の折り返し部１３ａの長さ寸法は、折り返し部１３ａがセパレータ１４の端部１４ｂに当接して摩擦により折り返し部１３ａの折り返しが解除されない程度の長さを有していればよく、負極電極１２の厚さよりも長く、本実施例では、約１ｍｍから２ｍｍの間の長さ寸法に設定されている。

図７は、実施例２における円筒形捲回群の正極タブ側の要部断面を拡大して示す図である。セパレータ１３の折り返し部１３ａは、負極電極１２の端面１２Ｂよりも円筒形捲回群１０の軸方向外側で円筒形捲回群１０の内周側に折り返されており、折り返し部１３ａの先端の少なくとも一部はセパレータ１４の端部１４ｂに当接している。

上述の実施例１では、セパレータ１３の折り返し部１３ａの先端がセパレータ１４の端部１４ｂと負極電極１２の負極合剤層１２ｂとの間に配置されていたが、本実施例では、セパレータ１３の折り返し部１３ａは、折り返し部１３ａ全体が負極電極１２の端面１２Ｂよりも捲回軸方向外側に位置しており、折り返し部１３ａの先端はセパレータ１４の端部１４ｂと負極電極１２の負極合剤層１２ｂとの間には配置されていない。本実施例によれば、実施例１の作用効果に加えて、実施例１よりもセパレータ１３の折り返し部１３ａが円筒形捲回群１０の径方向に自由に移動できる範囲が広いので、セパレータ１３の周長差による余りを収容するスペースが大きく、シワの発生を確実に防ぐことができる。

図８は、実施例３における円筒形捲回群の正極タブ側の要部断面を拡大して示す図である。本実施例では、実施例１と比較してセパレータ１４の端部１４ｂの突出長さが短くなっている。すなわち、セパレータ１４の端部１４ｂの突出長さは、セパレータ１３の折り返し部１３ａを折り返さなかった場合の突出長さよりも短くなっている。これは、セパレータ１４とセパレータ１３を互いに幅が異なるものに変更し、セパレータ１４にセパレータ１３よりも幅の小さいものを用いるか、または、同じ幅のセパレータ１４とセパレータ１３を用意して捲回時の幅方向の位置関係をずらすことにより作製できる。セパレータ１４の突出長さを短くすることにより、充放電性能に寄与する正極合剤層１１ｂの幅を増やすことができ、円筒形二次電池１の特性向上に繋がる。本実施例では、セパレータ１４の捲回軸方向の長さ（短辺長さ）をセパレータ１３の捲回軸方向の長さ（短辺長さ）よりも短くすることにより、作製している。同じ幅を有するセパレータ１４とセパレータ１３を用意することによって、材料を共通化でき、コストを低減できる。

なお、本実施例では、セパレータ１４の端部１４ｂの方がセパレータ１３の折り返し部１３ａの折り返し位置よりも捲回軸方向外側に配置されているが、セパレータ１３の折り返し部１３ａがセパレータ１４の端部１４ｂに当接してその摩擦力により折り返し状態が維持されていればよく、セパレータ１４の端部１４ｂの方がセパレータ１３の折り返し部１３ａの折り返し位置よりも捲回軸方向内側に配置されていてもよい。

図９は、実施例４における円筒形捲回群の負極タブ側の要部断面を拡大して示す図である。本実施例では、実施例１の構成に加えて、セパレータ１４が、セパレータ１４の捲回軸方向他方側の端部を円筒形捲回群１０の内周側に折り返して形成された折り返し部１４ａを有している。

円筒形捲回群１０の負極タブ側において、セパレータ１３の端部１３ｂとセパレータ１４の折り返し部１４ａは、それぞれ負極電極１２の負極合剤層１２ｂよりも捲回軸方向外側に突出している。セパレータ１４の折り返し部１４ａは、セパレータ１３の端部１３ｂと負極電極１２の負極合剤層１２ｂとの間に配置されており、折り返し部１４ａの先端は、セパレータ１３の端部１３ｂに少なくとも一部が接触している。

正極電極１１の端面１１Ｂは、セパレータ１４の折り返し部１４ａによって覆われているので、円筒形捲回群１０の捲回軸方向外側に向かう露出が防止される。したがって、例えば円筒形二次電池１を長手方向に圧縮した場合に負極集電板２１と正極電極１１の端面１１Ｂとが直接接触して短絡するのを防止できる。また、正極側と負極側の両方でセパレータ１３の折り返し部１３ａとセパレータ１４の折り返し部１４ａによって正極電極１１の端面１１Ｂと負極電極１２の端面１２Ｂとがそれぞれ覆われているので、捲回軸方向外側から円筒形捲回群１０内への異物の侵入を防ぐことができる。

セパレータ１４の折り返し部１４ａは、セパレータ１３の端部１３ｂに少なくとも一部が接触しており、接触による摩擦力によって、折り返しが解除されるのを防いでいる。本実施例では、セパレータ１４の折り返し部１４ａの先端を、正極電極１１の正極合剤層１１ｂよりも捲回軸方向外側の位置に配置しており、セパレータ１３と正極電極１１との間に挟み込んでいない。したがって、円筒形捲回群１０の径増加を防ぎ、電池容器内における電極面積を広く確保でき、充放電性能の低下を防止できる。

セパレータ１３とセパレータ１４は、例えば同じ幅寸法を有しており、セパレータ１３は正極タブ側で端部が折り返されて折り返し部１３ａが形成され、セパレータ１４は負極タブ側で端部が折り返されて折り返し部１４ａが形成されている。したがって、負極タブ側でセパレータ１３が軸方向外側に突出する突出長さを短くでき、かつ、正極タブ側でセパレータ１４が軸方向外側に突出する突出長さを短くできる。したがって、充放電性能に寄与する正極合剤層１１ｂの幅を増やすことができ、円筒形二次電池１の特性向上に繋がる。

なお、図面には示していないが、負極タブ１７側においても、実施例３のように、セパレータ１３、１４の幅や捲回位置を変更して、セパレータ１４の捲回軸方向の突出長さを短くしてもよい。また、実施例１と実施例４等を組み合わせて同じ二次電池に適用することができる。

図１０は、角形二次電池の外観斜視図である。
角形二次電池１００は、電池缶１０１および電池蓋１０６を備える。電池缶１０１は、長方形の底面と、底面の長辺から立ち上がる相対的に面積の大きい一対の対向する幅広側面と、底面の短辺から立ち上がる相対的に面積の小さい一対の対向する幅狭側面を有しており、上部には上方に向かって開口する開口部が設けられている。

電池缶１０１内には、扁平捲回群１０３（図１１を参照）が収納され、電池缶１０１の開口部が電池蓋１０６によって封止されている。電池蓋１０６は略矩形平板状であって、電池缶１０１の開口部を塞ぐように溶接されて電池缶１０１を封止し、電池缶１０１との協働により電池容器を構成している。

電池蓋１０６には、正極外部端子１０８Ａと、負極外部端子１０８Ｂが設けられている。正極外部端子１０８Ａと負極外部端子１０８Ｂを介して扁平捲回群１０３に充電され、また外部負荷に電力が供給される。電池蓋１０６には、ガス排出弁１１０が一体的に設けられ、電池容器内の圧力が上昇すると、ガス排出弁１１０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る。これによって、角形二次電池１００の安全性が確保される。

図１１は、捲回群の一部を展開した状態を示す分解斜視図である。
扁平捲回群１０３は、負極電極１３２と正極電極１３１を間にセパレータ１３３、１３４を介して扁平状に捲回することによって構成されている。扁平捲回群１０３は、最外周の電極が負極電極１３２であり、さらにその外側にセパレータ１３３、１３４が捲回される。セパレータ１３３、１３４は、電解液を透過可能な絶縁性の多孔質シートからなり、正極電極１３１と負極電極１３２との間を絶縁する役割を有している。

負極電極１３２の負極合剤層１３２ｂが塗布された部分は、正極電極１３１の正極合剤層１３１ｂ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１３１ｂが塗布された部分は、必ず負極合剤層１３２ｂが塗布された部分に挟まれるように構成されている。正極金属箔露出部１３１ｃと負極金属箔露出部１３２ｃは、捲回軸方向一方側と他方側でそれぞれ積層され、平面部分で束ねられて溶接等により正極集電板と負極集電板に接続される。尚、セパレータ１３３、１３４は、幅方向で負極合剤層１３２ｂが塗布された部分よりも広いが、正極金属箔露出部１３１ｃ、負極金属箔露出部１３２ｃ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１３１は、正極集電体である正極金属箔の両面に正極活物質合剤を有し、正極金属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金属箔露出部１３１ｃが設けられている。負極電極１３２は、負極集電体である負極金属箔の両面に負極活物質合剤を有し、負極金属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金属箔露出部１３２ｃが設けられている。正極金属箔露出部３４ｃと負極金属箔露出部１３２ｃは、金属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。

図１２は、実施例５における扁平捲回群の正極金属箔露出部側の要部断面を拡大して示す図である。
扁平捲回群１０３は、内周側から外周側に向かって正極電極１３１、セパレータ(第２セパレータ）１３４、負極電極１３２、セパレータ（第１セパレータ）１３３の順番に重ねられている。セパレータ１３３は、負極電極１３２と負極電極１３２に対向して扁平捲回群１０３の外周側に配置される正極電極１３１との間に介在され、セパレータ１３４は、負極電極１３２と負極電極１３２に対向して扁平捲回群１０３の内周側に配置される正極電極１３１との間に介在されている。

セパレータ１３４の端部１３４ｂは、負極電極１３２の端面１３２Ｂよりも扁平捲回群１０３の捲回軸方向外側に突出して、正極電極１３１の正極金属箔露出部１３１ｃに対向配置されている。
セパレータ１３３は、セパレータ１３３の捲回軸方向一方側の端部を扁平捲回群１０３の内周側に折り返して形成された折り返し部１３３ａを有している。折り返し部１３３ａは、負極電極１３２の端面１３２Ｂよりも扁平捲回群１０３の軸方向外側で折り返されており、折り返し部１３３ａの先端は、セパレータ１３４の端部１３４ｂと負極電極１３２の負極合剤層１３２ｂとの間に配置されている。

負極電極１３２の端面１３２Ｂは、セパレータ１３３の折り返し部１３３ａによって覆われているので、扁平捲回群１０３の捲回軸方向外側に向かう露出が防止される。したがって、例えば角形二次電池１を横幅方向に圧縮した場合に電池容器内で正極集電板と負極電極１３２の端面１３２Ｂとが直接接触して短絡するのを防止できる。
セパレータ１３３の折り返し部１３３ａの先端は、セパレータ１３４の端部１３４ｂに少なくとも一部が接触しており、接触による摩擦力によって、折り返しが解除されるのを防いでいる。セパレータ１３３の折り返し部１３３ａは、正極電極１３１の正極合剤層１３１ｂよりも捲回軸方向外側の位置に配置されているので、扁平捲回群１０３の径増加を防ぎ、電池容器内における電極面積を広く確保でき、充放電性能の低下を防止できる。
また、正極合剤層１３１ｂの片側厚みを、セパレータ１３３、１３４の合計厚みよりも厚くする寸法形状とすることにより、折り返し部１３３ａの面圧は、緩和もしくは解消される。これにより、セパレータ１３３の負極電極１３２と正極電極１３１との間に介在されている部分と、セパレータ１３３の折り返し部１３３ａの部分との間の周長差による余りは定期的に解消される。したがって、セパレータ１３３の余りが蓄積されて大きなシワが発生するのを抑制し、シワに伴う電池性能の低下を防止できる。

図１３は、実施例６における扁平捲回群の正極金属箔露出部側の要部断面を拡大して示す図である。セパレータ１３３の折り返し部１３３ａは、負極電極１３２の端面１３２Ｂよりも扁平捲回群１０３の軸方向外側で扁平捲回群１０３の内周側に折り返されており、セパレータ１３４の端部１３４ｂに当接している。

上述の実施例５では、セパレータ１３３の折り返し部１３３ａの先端がセパレータ１３４の端部１３４ｂと負極電極１３２の負極合剤層１３２ｂとの間に配置されていたが、本実施例では、セパレータ１３３の折り返し部１３３ａは、折り返し部１３３ａ全体が負極電極１３２の端面１３２Ｂよりも捲回軸方向外側に位置しており、折り返し部１３３ａの先端はセパレータ１３４の端部１３４ｂと負極電極１３２の負極合剤層１３２ｂとの間には配置されていない。本実施例によれば、実施例５の作用効果に加えて、実施例５よりもセパレータ１３３の折り返し部１３３ａが捲回群１０の径方向に自由に移動できる範囲が広いので、セパレータ１３３の周長差による余りを収容するスペースが大きく、シワの発生を確実に防ぐことができる。

図１４は、実施例７における扁平捲回群の正極金属箔露出部側の要部断面を拡大して示す図である。本実施例では、実施例５と比較してセパレータ１３４の端部１３４ｂの突出長さが短くなっている。すなわち、セパレータ１３４の端部１３４ｂの突出長さは、セパレータ１３３の折り返し部１３３ａを形成しなかった場合の突出長さよりも短くなっている。これは、セパレータ１３４とセパレータ１３３を互いに幅が異なるものに変更し、セパレータ１３４にセパレータ１３３よりも幅の小さいものを用いるか、セパレータ１３４とセパレータ１３３の捲回時の幅方向の位置関係をずらすことにより作製できる。セパレータ１３４の突出長さを短くすることにより、充放電性能に寄与する正極合剤層１３１ｂの幅を増やすことができ、角形二次電池１００の特性向上に繋がる。

なお、本実施例では、セパレータ１３４の端部１３４ｂの方がセパレータ１３３の折り返し部１３３ａの折り返し位置よりも捲回軸方向外側に配置されているが、セパレータ１３４の端部１３４ｂがセパレータ１３４の端部１３４ｂに当接してその摩擦力により折り返し状態が維持されていればよく、セパレータ１３４の端部１３４ｂの方がセパレータ１３３の折り返し部１３３ａの折り返し位置よりも捲回軸方向内側に配置されていてもよい。

図１５は、実施例８における扁平捲回群の負極金属箔露出部側の要部断面を拡大して示す図である。本実施例では、実施例５の構成に加えて、セパレータ１３４の負極金属箔露出部側の端部を扁平捲回群１０３の内周側に折り返した折り返し部１３４ａを有している。

扁平捲回群１０３の負極金属箔露出部側において、セパレータ１３３の端部１３３ｂとセパレータ１３４の折り返し部１３４ａは、それぞれ負極電極１３２の負極合剤層１３２ｂよりも捲回軸方向外側に突出している。そして、セパレータ１３４の折り返し部１３４ａは、扁平捲回群１０３の捲回軸方向外側で扁平捲回群１０３の内周側に折り返されて形成されている。セパレータ１３４の折り返し部１３４ａは、セパレータ１３３の端部１３３ｂと負極電極１３２の負極合剤層１３２ｂとの間に配置されており、折り返し部１３４ａの先端は、セパレータ１３３の端部１３３ｂに少なくとも一部が接触している。

正極電極１３１の端面１３１Ｂは、セパレータ１３４の端部１３４ａによって覆われているので、扁平捲回群１０３の捲回軸方向外側に向かう露出が防止される。したがって、例えば角形二次電池１００を横幅方向に圧縮した場合に負極集電板と正極電極１３１の端面１３１Ｂとが直接接触して短絡するのを防止できる。また、正極側と負極側の両方でそれぞれセパレータ１３３の折り返し部１３３ａとセパレータ１３４の折り返し部１３４ａによって、正極電極１３１の端面１３１Ｂと負極電極１３２の端面１３２Ｂとが覆われているので、捲回軸方向外側から扁平捲回群１０３への異物の侵入を防ぐことができる。

セパレータ１３４の折り返し部１３４ａは、セパレータ１３３の端部１３３ｂに少なくとも一部が接触しており、接触による摩擦力によって、折り返しが解除されるのを防いでいる。本実施例では、セパレータ１３４の折り返し部１３４ａの先端を、正極電極１３１の正極合剤層１３１ｂよりも捲回軸方向外側の位置に配置しており、セパレータ１３３と正極電極１３１との間に挟み込んでいない。したがって、扁平捲回群１０３の外形増加を防ぎ、電池容器内における電極面積を広く確保でき、充放電性能の低下を防止できる。

セパレータ１３３とセパレータ１３４は、例えば同じ幅寸法を有しており、セパレータ１３３は正極金属箔露出部側で折り返し部１３３ａが形成され、セパレータ１３４は負極金属箔露出部側で折り返し部１３４ａが形成されている。したがって、負極金属箔露出部１３２ｃ側でセパレータ１３３の端部１３３ｂが軸方向外側に突出する突出長さを短くでき、かつ、正極金属箔露出部１３１ｃ側でセパレータ１３４の端部１３４ｂが軸方向外側に突出する突出長さを短くできる。したがって、充放電性能に寄与する正極合剤層１３１ｂの幅を増やすことができ、角形二次電池１００の特性向上に繋がる。

なお、図面には示していないが、正極金属箔露出部１３１ｃ側においても、実施例７のように、セパレータ１３３、１３４の幅や捲回位置を変更して、セパレータ１３４の突出長さを短くしてもよい。また、実施例５と実施例７等を組み合わせて同じ二次電池に適用することができる。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形形態が含まれる。例えば、上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。また、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 円筒形二次電池
１０ 円筒形捲回群
１１ 正極電極
１１ａ 正極金属箔
１１ｂ 正極合剤層
１１ｃ 正極金属箔露出部
１２ 負極電極
１２ａ 負極金属箔
１２ｂ 負極合剤層
１２ｃ 負極金属箔露出部
１３ セパレータ（第１セパレータ）
１３ａ 折り返し部
１４ セパレータ（第２セパレータ）
１４ａ 折り返し部
１６ 正極タブ
１７ 負極タブ
２１ 負極集電板
３０ 電池蓋ユニット
１００ 角形二次電池
１０３ 扁平捲回群
１３１ 正極電極
１３１ａ 正極金属箔
１３１ｂ 正極合剤層
１３１ｃ 正極金属箔露出部
１３２ 負極電極
１３２ａ 負極金属箔
１３２ｂ 負極合剤層
１３２ｃ 負極金属箔露出部
１３３ セパレータ(第１セパレータ)
１３３ａ 折り返し部
１３４ セパレータ(第２セパレータ)
１３４ａ 折り返し部

Claims (8)

1. 長辺と短辺を有する正極金属箔の両面に正極合剤層が設けられ、前記正極金属箔の一方の長辺に沿って正極金属箔露出部が形成された正極電極と、
   長辺と短辺を有する負極金属箔の両面に負極合剤層が設けられ、前記負極金属箔の一方の長辺に沿って負極金属箔露出部が形成された負極電極とが、
   セパレータを介して長辺方向に、前記正極金属箔露出部と前記負極金属箔露出部とが捲回軸方向一方側と他方側に配置された状態で、捲回された捲回群を有する二次電池であって、
   前記セパレータは、前記負極金属箔の端面と対向して折り返され、折り返し部が形成され、前記折り返し部は、前記正極合剤層よりも捲回軸方向外側に設けられた二次電池。
2. 前記捲回群は、前記負極電極と該負極電極に対向して前記捲回群の外周側に配置される前記正極電極との間に介在される第１セパレータと、前記負極電極と該負極電極に対向して前記捲回群の内周側に配置される前記正極電極との間に介在される第２セパレータを有しており、
   前記折り返し部は、前記第１セパレータの捲回軸方向一方側の端部を前記捲回群の内周側に折り返して形成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. 前記折り返し部の先端は、少なくとも一部が前記第２セパレータに当接していることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
4. 前記折り返し部の先端は、前記負極電極の負極合剤層と、前記第２セパレータとの間に配置されている請求項２又は３に記載の二次電池。
5. 前記折り返し部の先端は、前記負極電極の他方の長辺の端面よりも捲回軸方向外側に配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の二次電池。
6. 前記第２セパレータの捲回軸方向一方側の端部は、
   前記第１セパレータの前記折り返し部が折り返されている折り返し位置よりも捲回軸方向外側に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の二次電池。
7. 前記第２セパレータは、前記第１セパレータよりも捲回軸方向の長さが短いことを特徴とする請求項６に記載の二次電池。
8. 前記第２セパレータは、該第２セパレータの捲回軸方向他方側の端部を前記捲回群の内周側に折り返して形成された折り返し部を有しており、
   該折り返し部は、前記正極電極の正極合剤層よりも捲回軸方向外側に配置されて前記正極電極の他方の長辺の端面を覆っていることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の二次電池。

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