JP2020198169A - 二次電池及び二次電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】充放電による電池性能の低下を抑制可能な二次電池及び二次電池の製造方法を提供する。【解決手段】二次電池は、矩形の正極板１５及び負極板１６と矩形のセパレータ１７とを交互に積層させた極板群１４を電解液とともに電池ケースに収納する。セパレータ１７は、正極板１５及び負極板１６の外周辺よりも外方に延出する端部１７Ｃを有し、少なくとも正極板１５及び負極板１６の１辺に対応する端部１７Ｃがセパレータ１７と接する一方の正極板１５又は負極板１６の外周辺を覆うように曲がっている。【選択図】図３

Description

本発明は、二次電池及び二次電池の製造方法に関する。

周知のように、携帯用の電子機器の電源として、また、電気自動車やハイブリッド自動車などの電源として、リチウムイオン二次電池等の二次電池が用いられている。例えば、リチウムイオン二次電池は、正極板と負極板とがセパレータを介して複数枚積層された極板群を、リチウム含有電解質を含む非水系電解液とともに電池ケースに収納して構成される。こうした二次電池の一例として、耐久性の高められた二次電池が特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の二次電池は、リチウムイオン二次電池であって、正極板及び負極板がセパレータを介して積層された極板群（発電要素）と電解液とを電池ケース（外装体）内に備える。セパレータの端辺には、端辺自体を曲げ返し又は折り返して形成された緩衝部を有する。セパレータは、緩衝部がタブの存在する辺に位置するように配置されている。

特開２０１７−１５２１９８号公報

ところで、車両駆動用の電源は、耐久性の向上や、より大きな充放電が可能である等、電池性能の向上が求められている。
しかしながら、二次電池は、充放電において、電極合材の膨張と収縮とが起きて電極合材層から電解液が押し出されることがある。そして、電極合材層から電解液が押し出されると、電極合材層中の電解液不足により塩濃度が低下して、電池性能が低下するおそれがある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、充放電による電池性能の低下を抑制可能な二次電池及び二次電池の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決する二次電池は、矩形の電極板と矩形のセパレータとを交互に積層させた極板群を電解液とともに電池ケースに収納した二次電池であって、前記セパレータは、前記電極板の外周辺よりも外方に延出する端部を有し、少なくとも前記電極板の１辺に対応する前記端部が前記セパレータと接する一方の前記電極板の外周辺を覆うように曲がっている。

上記構成によれば、セパレータの端部が曲がってセパレータに接する一方の電極板の外周辺を覆うことによって、セパレータの曲がった端部により覆われた電極板の外周辺の近傍にセパレータによって区画された空間が形成される。セパレータによって区画された空間は、電極板の外周辺の近傍に電解液の保持を可能にする。電極板は、充放電による膨張と収縮とにより電極板の外周辺から電解液が排出されるが、この排出された電解液が電極板端部の近傍に保持されることで、排出された電解液の電極板への再浸透がすみやかに行われる。これによって、電極体中の塩濃度の低下が低減されて、充放電による電池性能の低下が抑制可能になる。

上記二次電池について、前記セパレータの端部は、前記電極板の方向に折り返した部分が所定の一方向に曲がっているとともに、前記折り返した部分が隣接するセパレータの端部に沿っている。

上記構成によれば、各セパレータの端部が所定の一方向に曲がることで、複数のセパレータの協働で極板群の端部を覆うことができる。例えば、極板群の端部が、接するセパレータの端部同士で隙間無く覆われるようになる。また、セパレータの端部が電極板に向かって折り返すＵターン型であることで、電極板の外周辺の近傍に電解液を保持しやすい袋状の空間を区画することができる。

上記二次電池について、前記セパレータの端部は、他の前記セパレータの端部に接している。
上記構成によれば、各セパレータの端部は接する他のセパレータの端部とによって空間を区画する。換言すると、セパレータの端部と接する他のセパレータの端部とによって、電極板の端部に電解液を保持することができる。

上記二次電池について、前記セパレータは、第１層と、前記第１層よりも熱収縮率の低い第２層とを備える。
上記構成によれば、熱収縮率の相違する２層からなるセパレータは、積層された後、非拘束部分である端部が、機械的な曲げ処理を要しない加熱処理によって端部の曲げ加工が容易である。例えば、第１層を絶縁材料から構成された絶縁層、第２層を絶縁層に耐熱材料を塗布したコート層とすることができる。

上記二次電池について、前記第１層及び前記第２層は、前記電解液が浸透可能な透液性を有する。
上記構成によれば、第１層及び第２層が透液性を有していることから、セパレータが電池性能を低下させるおそれがない。

上記二次電池について、前記電極板の１辺には、前記電池ケースの底面に対向する辺が含まれる。
上記構成によれば、電解液は電極板の底辺に排出されやすいのでケースの底面に対向する辺がセパレータの端部に覆われることで電解液の保持が好適に行われる。

上記課題を解決する二次電池の製造方法は、矩形の電極板と矩形のセパレータとを交互に積層させた極板群を電解液とともに電池ケースに収納した二次電池の製造方法であって、前記電極板と前記セパレータとを積層するとき、前記セパレータの少なくとも１辺に前記電極板の外周辺よりも外方に延出する端部を設けるとともに、前記セパレータを構成する熱収縮率の相違する第１層及び第２層がそれぞれ前記極板群の積層方向に対して所定の一方向に向くように前記セパレータを積層させる積層工程と、前記電極板と前記セパレータとが積層された前記極板群を加熱処理することで、少なくとも前記電極板の１辺に対応している前記延出する端部を前記電極板の外周辺を覆うように曲げる曲げ工程とを備える。

上記方法によれば、熱収縮率の相違する第１層と第２層とからなる２層構造のセパレータであれば、密集して積層されているセパレータの端部であっても、加熱処理による曲げ工程で、セパレータの端部を電極板の外周辺を覆うように曲げることができる。すなわち、セパレータに機械的な曲げ加工等を行わずに、セパレータの端部を曲げることができる。

上記課題を解決する二次電池は、矩形の正極板と、前記正極板より大きい矩形の負極板と、第１層と前記第１層よりも熱収縮率の低い第２層とを厚み方向に積層させていて、前記負極板よりも大きい矩形のセパレータと、前記正極板と前記負極板とを前記セパレータを介して交互に積層させた矩形の極板群と、前記極板群を電解液とともに収納する電池ケースとを備え、前記極板群のうちの１辺は、前記セパレータが最先端に配置され、前記セパレータの前記最先端よりも後退した第１位置に前記負極板の先端が配置され、前記負極板の先端よりも後退した第２位置に正極板の先端が配置されており、前記セパレータは、前記第２位置から前記セパレータの先端までの端部が、前記最先端の位置を頂点にして前記第１位置の方向又は前記第２位置の方向に向かって折り返していて、前記先端が前記第１位置と前記第２位置との間に配置されている。

このような構成によれば、負極板と正極板とが積層方向に隙間無く積層される第２位置よりも内側では負極板、正極板及びセパレータに積層方向への押圧力が印加される。一方、正極板のない第２位置よりも外側は、負極板とセパレータとが積層方向の押圧力から解放されている。よって、セパレータの端部は、負極板にも接触しない第１位置よりも外側で折り返すことができるとともに、セパレータの先端が押圧力から解放されている第１位置と第２位置との間の位置まで戻ることができる。これにより、極板群の端部を電解液を保持することができるように区画できる。

上記二次電池について、前記極板群の積層された積層方向に前記正極板のない前記第２位置よりも外側では、前記負極板及び前記セパレータは前記積層方向への押圧力から解放されており、前記第１位置に向かって折り返している前記セパレータの前記端部は、該セパレータの前記先端が前記負極板と前記セパレータとの間に入り込むことで前記第１位置と前記第２位置との間に配置されている。

このような構成によれば、負極板の第１面に第１層を接触させるセパレータから延出する端部において第１位置に向かって折り返したセパレータの先端は、負極板の第２面において押圧力から解放された他のセパレータと負極板の第２面との間に入り込む。これにより、負極板の先端に電解液をより好適に保持することができるようになる。

本発明によれば、充放電による電池性能の低下を抑制可能とすることができる。

二次電池を具体化した一実施形態について、その斜視構造の概略を示す図。 同実施形態における極板群の構造を説明する模式図。 同実施形態における極板群の構造を説明する断面図。 同実施形態における極板群が積層されたときの断面図。 同実施形態における極板群の積層手順を示すフローチャート。 同実施形態における極板群が電池ケースに挿入されたときの態様を示す図。 同実施形態における極板群が電池ケースで加圧されたときの態様を示す図。 同実施形態における極板群が加熱処理されたときの態様を示す図。 同実施形態における極板群から排出される電解液の量等を示すリスト。

図１〜図９を参照して、二次電池の一実施形態について説明する。以下では、二次電池をリチウムイオン二次電池に具体化した例について説明する。
図１に示すように、二次電池１１は、開口部を有するケース１２と、ケース１２の開口部を封止する蓋部１３とを備える。ケース１２及び蓋部１３が電池ケースを構成する。ケース１２及び蓋部１３は、金属材料から形成されている。蓋部１３には、正極端子２１を含む正極集電部２０と、負極端子３１を含む負極集電部３０とが設けられている。ケース１２には、直方体状の極板群１４及び電解液が収納されている。蓋部１３には、電池ケースの内圧に応じて電池ケース内の気体を放出する放出部４０と、電解液を注入する注入孔４１とが設けられている。

図２に示すように、極板群１４は、複数の正極板１５と複数の負極板１６とが、セパレータ１７を介して交互に積層された矩形状の積層体である。
正極板１５は、矩形状であって４辺の外周辺を有しているとともに、正極基材１８と、正極基材１８の両面に設けられた電極合材層を構成する正極合材層１９とを含む。正極板１５は、両面に正極合材層１９が設けられた部分の積層方向に、例えば１４０［μｍ］の厚さＤ１５（図４参照）を有している。正極基材１８は、金属箔（又は薄い金属板）から形成され、長方形状（矩形状）に成形されている。正極基材１８は、長辺に対応する上端及び下端のうち、上端から延出される正極タブ１８Ａ（集電タブ）を有している。正極タブ１８Ａには、正極合材は設けられていない。正極タブ１８Ａは、上端のうち、長辺の中心から、一側方（図２中左側）に向かって所定距離だけずれた位置に設けられている。

正極基材１８を構成する材料は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金を含む。正極合材を構成する材料は、正極活物質であるリチウム含有複合酸化物や、結着剤や、導電剤等を含む。

負極板１６は、正極板１５よりも大きい矩形状であって４辺の外周辺を有しているとともに、負極基材２３と、負極基材２３の両面に設けられた電極合材層を構成する負極合材層２４とを含む。負極板１６は、両面に負極合材層２４が設けられた部分の積層方向に、例えば１６０［μｍ］の厚さＤ１６（図４参照）を有している。負極基材２３は、金属箔（又は薄い金属板）から形成され、長方形状（矩形状）に成形されている。負極基材２３は、長辺に対応する上端及び下端のうち、上端から延出される負極タブ２３Ａ（集電タブ）を有している。負極タブ２３Ａには、負極合材は設けられていない。負極タブ２３Ａは、上端のうち、長辺の中心から、他側方（図２中右側）に向かって所定距離だけずれた位置に設けられている。

負極基材２３を構成する材料は、例えば、銅やニッケルを含む。負極合材を構成する材料は、負極活物質を含む粒子や、結着剤や、導電剤等を含む。負極活物質は、リチウムを吸蔵・放出可能な材料であり、例えば、黒鉛などの炭素、金属リチウム、リチウム合金である。

正極板１５は、正極タブ１８Ａの位置を揃えた状態で積層される。つまり、正極タブ１８Ａが、正極基材１８の上端であって且つ幅方向の中央から一側方に寄った位置に配置するように重ねられる。よって、複数の正極板１５の正極タブ１８Ａは、束状に集められて、正極タブ群を構成する。

負極板１６は、負極タブ２３Ａの位置を揃えた状態で積層される。つまり、負極タブ２３Ａが、負極基材２３の上端であって且つ幅方向の中央から他側方に寄った位置に配置するように重ねられる。よって、複数の負極板１６の負極タブ２３Ａは、束状に集められて、負極タブ群を構成する。

このように、正極タブ群及び負極タブ群を極板群１４の同じ端部に位置させることにより、捲回型の電極体のように集電タブを異なる端部にそれぞれ設けるよりも、正極タブ群及び負極タブ群が占有するスペースを縮小することができる。なお、極板群１４には、正極タブ群及び負極タブ群は含まれない。

セパレータ１７は、絶縁材料からなる矩形状のシートからなる膜であり、４辺の外周辺を有しているとともに、正極板１５及び負極板１６よりも大きい外形を有している。セパレータ１７は、正極板１５及び負極板１６の間に電解液を保持するための多孔性ポリオレフィン膜、及び多孔性ポリ塩化ビニル膜等の多孔性ポリマー膜、又は、リチウムイオンもしくはイオン導電性ポリマー電解質膜を、単独、又は組み合わせて使用することもできる。セパレータ１７は、極板群１４のうち積層方向における最前の層と最後の層にも配置される。

電解液は、リチウム含有電解質を含む非水系電解液であって、非水溶媒に支持塩が含有された組成物である。非水溶媒としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）等を用いることができる。支持塩としては、ＬｉＰＦ_６等のリチウム化合物（リチウム塩）を用いることができる。

図３には、セパレータ１７が拡大描画されている。図３では、図示の便宜上、正極板１５又は負極板１６と、セパレータ１７との間に空間が設けられているが、極板群１４として積層された正極板１５又は負極板１６と、セパレータ１７とは接している。また、説明の便宜上、ケース１２の底面に対向する極板群１４の下端において、セパレータ１７の端部１７Ｃが折れ曲がっている例を説明する。ここで、セパレータ１７は、正極板１５又は負極板１６の外方に延出された端部１７Ｃが曲がって、先端が正極板１５又は負極板１６に向かって折り返す型、いわゆるＵターン型に折れ曲がっている。なお、正極板１５の下側の外周辺１５１及び負極板１６の下側の外周辺１６１がそれぞれ、ケース１２の底面に対向する辺である。つまり、極板群１４のうちの１辺である下端は、セパレータ１７が最先端１７Ｅに配置され、セパレータ１７の最先端１７Ｅよりも後退した第１位置Ｐ１に負極板１６の下側の外周辺１６１が配置され、負極板１６の下側の外周辺１６１よりも後退した第２位置Ｐ２に正極板１５の下側の外周辺１５１が配置されている。セパレータ１７は、第２位置Ｐ２と先端１７Ｄとの間の端部１７Ｃが、最先端１７Ｅの位置を頂点にして第１位置Ｐ１の方向又は第２位置Ｐ２の方向に向かって折り返していて、先端１７Ｄが第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間に配置されている。つまり、セパレータ１７の先端１７Ｄは、押圧力から開放されている第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間の位置まで戻ることができる。これにより、極板群１４の端部が電解液を保持可能に区画される。

図３に示すように、セパレータ１７は、基材である第１層としてのセパレータ基材１７Ａと、セパレータ基材１７Ａの一方の面に被膜として設けられた第２層としてのコート層１７Ｂとを有している。セパレータ基材１７Ａは、上述した膜であり、電解液を保持するためのシートである。コート層１７Ｂは、アルミナ等の無機フィラーとアクリル系樹脂等のバインダーからなる耐熱層であり、セパレータ基材１７Ａの一方の面に塗布等により設けられている。セパレータ基材１７Ａは、積層方向に厚さＤ１７Ａを有している。コート層１７Ｂは、積層方向に厚さＤ１７Ｂを有している。セパレータ基材１７Ａの厚さＤ１７Ａは、コート層１７Ｂの厚さＤ１７Ｂよりも厚い。例えば、セパレータ１７は、積層方向の厚さが２０［μｍ］であり、このうち、セパレータ基材１７Ａの厚さＤ１７Ａが１７［μｍ］、コート層１７Ｂの厚さＤ１７Ｂが３［μｍ］である。また、セパレータ基材１７Ａ及びコート層１７Ｂは、電解液が浸透可能な透液性を有しているため、電池性能を低下させるおそれがない。

コート層１７Ｂの熱収縮率は、セパレータ基材１７Ａの熱収縮率よりも低い。換言すると、セパレータ基材１７Ａの熱収縮率は、コート層１７Ｂの熱収縮率よりも高い。このため加熱処理によって、セパレータ１７の非拘束部分は、セパレータ基材１７Ａが内側、コート層１７Ｂが外側となるように湾曲する。極板群１４においてセパレータ１７の非拘束部分は、下側の先端１７Ｄを含む端部１７Ｃであって、正極板１５の下側の外周辺１５１よりも外方に延出した部分である。よって、加熱処理されたセパレータ１７は、セパレータ基材１７Ａの接する電極板である正極板１５の下側の外周辺１５１又は負極板１６の下側の外周辺１６１を覆うように端部１７Ｃが折れ曲がる。

セパレータ１７は、曲がる方向が積層方向に対して一方に揃うように積層されている。セパレータ１７は、加熱処理によってセパレータ基材１７Ａ側に曲がる。よって、セパレータ１７は、セパレータ基材１７Ａが積層方向の一方に向き、コート層１７Ｂが積層方向の他方に向くように、正極板１５や負極板１６を介して積層されている。これにより、端部１７Ｃの曲がる方向が極板群１４の積層方向に対して一方に揃い、セパレータ１７のセパレータ基材１７Ａに接する正極板１５の下側の外周辺１５１又は負極板１６の下側の外周辺１６１がセパレータ１７の端部１７Ｃで覆われる。

加熱処理における加熱温度は、セパレータ１７の端部１７Ｃが電極板の下側の外周辺１５１，１６１を覆うように曲がる温度である。加熱温度としては、９５℃以上であることが好ましく、１００℃以上であることがより好ましく、１０５℃以上であることがより一層好ましい。また、加熱処理における加熱時間は、セパレータ１７の端部１７Ｃが電極板の下側の外周辺１５１，１６１を覆うように曲がるために要する時間である。加熱時間としては、１時間以上が好ましく、７時間以上がより好ましく、１２時間以上であればより一層好ましい。

図４に示すように、極板群１４は、厚さＤ１５が１４０［μｍ］の正極板１５と、厚さＤ１６が１６０［μｍ］の負極板１６とが、厚さが２０［μｍ］のセパレータ１７を介して交互に積層された積層体として構成される。このとき、セパレータ１７は、端部１７Ｃが正極板１５の下側の外周辺１５１又は負極板１６の下側の外周辺１６１よりも延出されるとともに、正極板１５に当接しない部分に非拘束部分を有する。

詳述すると、セパレータ１７の端部１７Ｃは、負極板１６の下側の外周辺１６１に対して長さＤｍｓだけ外方に延出している。また、セパレータ１７の端部１７Ｃは、非拘束部分であるとともに、セパレータ１７の正極板１５の下側の外周辺１５１から負極板１６の下側の外周辺１６１までの長さＤｐｍの部分も非拘束部分である。これは、正極板１５の下側の外周辺１５１の第２位置Ｐ２が、負極板１６の下側の外周辺１６１の第１位置Ｐ１よりも、長さＤｐｍだけ短いからである。

積層方向には、極板群１４は、正極板１５と負極板１６との距離を短く維持するため、積層方向に圧縮されているため、負極板１６と正極板１５との積層される第２位置Ｐ２から内側は積層方向に押圧力がかかる。一方、正極板１５よりも延出された正極板１５のない第２位置よりも外側の負極板１６とセパレータ１７の端部１７Ｃとは、圧縮による押圧力を受けないため上述の非拘束部分となる。つまり、正極板１５と負極板１６との間に挟まれたセパレータ１７は、長さＤｍｓ＋長さＤｐｍの範囲が非拘束部分になる。例えば、長さＤｐｍは、１．７５［ｍｍ］であり、長さＤｍｓは、１．０［ｍｍ］である。

図３を参照して、非拘束部分であるセパレータ１７の端部１７Ｃは、負極板１６にも接触しない第１位置Ｐ１よりも外側で、積層方向において、セパレータ基材１７Ａの設けられた方向、つまりコート層１７Ｂの設けられていない方向、（以下、曲がり方向）に折れ曲がっている。

セパレータ１７の端部１７Ｃは、セパレータ基材１７Ａに正極板１５が接する場合、所定の一方向としての曲がり方向にある正極板１５の下側の外周辺１５１を覆う。折り返しているセパレータ１７の先端１７Ｄは、正極板１５の下側の外周辺１５１よりも外側の第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２までの間の押圧力のない部分に配置される。

また、セパレータ１７の端部１７Ｃは、セパレータ基材１７Ａが負極板１６の一方の面である第１面に接する場合、曲がり方向にある負極板１６の下側の外周辺１６１を覆う。折り返しているセパレータ１７の先端１７Ｄは、負極板１６の他方の面である第２面と、該第２面に接する他のセパレータ１７との間に入り込むことで、負極板１６の下側の外周辺１６１よりも内側である第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２までの間の押圧力のない部分に配置される。セパレータ１７の先端１７Ｄは、負極板１６の第２面と他のセパレータ１７とが押圧力により密着している第２位置Ｐ２よりも内側には入り込むことができないが、押圧力から解放されている第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２までの間には入り込むことができる。

また、曲がり方向が一方向であるため、極板群１４の下端、つまり、正極板１５の下側の外周辺１５１と負極板１６の下側の外周辺１６１とが積層されている面は、セパレータ１７の端部１７Ｃで覆われている。極板群１４の下端は、セパレータ１７の曲がった端部１７Ｃと、正極板１５の下側の外周辺１５１又は負極板１６の下側の外周辺１６１との間にセパレータ１７によって区画された空間を有する。

セパレータ１７によって区画された空間は、正極板１５の下側や負極板１６の下側に電解液を保持する。つまり、電解液が、正極板１５の下側の外周辺１５１や負極板１６の下側の外周辺１６１の各近傍に保持可能になる。正極板１５や負極板１６は、充放電による膨張と収縮とにより正極板１５や負極板１６の各外周辺から電解液が排出されるが、この排出された電解液が電極板端部の近傍のセパレータ１７によって区画された空間に保持される。

図５〜図８を参照して、二次電池の製造方法について説明する。
図５に示すように、二次電池の製造方法は、積層工程（ステップＳ１１）と、端子溶接工程と（ステップＳ１２）と、フィルム挿入工程（ステップＳ１３）と、セル挿入工程（ステップＳ１４）とを備える。また、二次電池の製造方法は、封缶工程（ステップＳ１５）と、セル拘束工程（ステップＳ１６）と、セル加熱工程（ステップＳ１７）と、封止工程（ステップＳ１８）とを備える。

図５の積層工程（ステップＳ１１）は、正極板１５と負極板１６とをセパレータ１７を介して積層させる工程である。図２に示すように、正極板１５は、正極板１５の正極合材層１９の全体が、負極板１６の負極合材層２４にセパレータ１７を挟んで対向するように、セパレータ１７を介して積層される。このとき、図４に示すように、正極板１５の下側の外周辺１５１は、負極板１６の下側の外周辺１６１から長さＤｐｍだけ後退している。他方、セパレータ１７は、正極板１５の下側の外周辺１５１から長さＤｍｓ＋長さＤｐｍだけ外方に延出されているとともに、負極板１６の下側の外周辺１６１から長さＤｍｓだけ外方に延出されるように積層される。また、図３に示すように、セパレータ１７は、規定の曲がり方向に向くようにセパレータ基材１７Ａが配置され、曲がり方向の反対に向くようにコート層１７Ｂが配置されて積層される。

図５の端子溶接工程（ステップＳ１２）は、正極タブ１８Ａ（図２参照）を正極集電部２０（図１参照）に溶接するとともに、負極タブ２３Ａ（図２参照）を負極集電部３０（図１参照）に溶接する。図２を参照して、極板群１４は、複数の正極タブ１８Ａが束状に集められて正極集電部２０に溶接される。また、極板群１４は、複数の負極タブ２３Ａが束状に集められて負極集電部３０に溶接される。

図５のフィルム挿入工程（ステップＳ１３）は、図６に示すように、極板群１４の挿入に先立って、ケース１２と極板群１４との間の絶縁を確保する絶縁用のフィルム２７をケース１２の内側に挿入する。

図５のセル挿入工程（ステップＳ１４）は、図６に示すように、ケース１２との間にフィルム２７を介在させつつ、ケース１２の内部にセルとしての極板群１４を挿入する。
図５の封缶工程（ステップＳ１５）は、図６に示すように、ケース１２に蓋部１３を溶接してケース１２を封缶する。ケース１２に極板群１４を挿入することで、極板群１４に連結されている蓋部１３がケース１２の開口部に配置されるため、蓋部１３の外周をケース１２の開口部に溶接できる。このとき、注入孔４１は開封されたままである。

図５のセル拘束工程（ステップＳ１６）は、図７に示すように、積層方向に圧縮する力Ｆ１をケース１２の外方から極板群１４に印加する。極板群１４の収納されたケース１２の長尺側面の両面を拘束板５０で挟み込むことで極板群１４が拘束されるとともに、力Ｆ１が加圧される。

図５のセル加熱工程（ステップＳ１７）は、図８に示すように、セパレータ１７の端部１７Ｃをセパレータ基材１７Ａの方向に曲げる（曲げ工程）。図８に示すように、積層方向に拘束及び加圧されたケース１２を、恒温槽６０に収容し、極板群１４の加熱温度を１０５℃とするように恒温槽６０の環境温度を上昇させる加熱処理によって端部１７Ｃが曲がる。端部１７Ｃの曲げに要する時間は、少なくとも１時間程度である。

また、セル加熱工程（ステップＳ１７）は、極板群１４の加熱温度を１０５℃とすることで、正極合材層１９（図２参照）や負極合材層２４（図２参照）を乾燥させる。乾燥した電極合材層は、電解液が浸透しやすくなる。極板群１４は、電極合材層の乾燥に要する時間、例えば、１２時間程度、乾燥温度に維持される。

図８を参照して、曲げ工程について詳述する。なお、図８を参照した説明で、１番目、２番目、３番目との記載は、同じ部材を図８において右からの順番である。また、各セパレータ１７は、セパレータ基材１７Ａが図８において左側、コート層１７Ｂが図８において右側に配置されている。

図８において、１番目のセパレータ１７は、コート層１７Ｂがフィルム２７に接し、セパレータ基材１７Ａが１番目の負極板１６に接している。加熱処理により、１番目のセパレータ１７の端部１７Ｃは、１番目の負極板１６の右面（第１面）から左面（第２面）に掛け渡されて、１番目の負極板１６の外周辺１６１を覆うように曲がる。該端部１７Ｃは、１番目の負極板１６の左面（第２面）にある２番目のセパレータ１７の非拘束部分である端部１７Ｃに接しつつ曲がる。また、該端部１７Ｃは、先端１７Ｄが１番目の負極板１６の左面（第２面）と２番目のセパレータ１７との間の押圧力から開放された部分に入り込んで、１番目の負極板１６の外周辺１６１を覆うように区画する。

図８において、２番目のセパレータ１７は、コート層１７Ｂが１番目の負極板１６に接し、セパレータ基材１７Ａが１番目の正極板１５の右面に接している。加熱処理により、２番目のセパレータ１７の端部１７Ｃは、左側にある３番目のセパレータ１７の端部１７Ｃに掛け渡されるとともに沿って曲がり、１番目の正極板１５の外周辺１５１を覆う。該端部１７Ｃは、折り返すことで３番目のセパレータ１７の非拘束部分である端部１７Ｃ及び２番目の負極板１６の左面に接しつつ沿って曲がる。そして、先端１７Ｄが第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２までの間に配置されることで、１番目の正極板１５の外周辺を覆うように区画する。

図８において、３番目のセパレータ１７は、コート層１７Ｂが１番目の正極板１５や２番目のセパレータ１７に接し、セパレータ基材１７Ａが２番目の負極板１６に接している。３番目のセパレータ１７は、加熱処理により、１番目のセパレータ１７と同様に曲がる。

４番目のセパレータ１７は、２番目のセパレータ１７と同様に曲がる。
図８において、５番目のセパレータ１７は、コート層１７Ｂが２番目の正極板１５の左面に接し、セパレータ基材１７Ａが３番目の負極板１６の右面（第１面）に接している。加熱処理により、５番目のセパレータ１７の端部１７Ｃは、３番目の負極板１６の右面（第１面）から左面（第２面）の方向に向けて、３番目の負極板１６の外周辺を覆うように曲がる。なお、３番目の負極板１６の左面（第２面）にある６番目のセパレータ１７はフィルム２７に当接しているため、３番目の負極板１６の左面（第２面）と６番目のセパレータ１７との間は押圧力で拘束されている。このため、５番目のセパレータ１７の先端１７Ｄは、６番目のセパレータ１７の端部１７Ｃに接して曲がったあと、６番目のセパレータ１７と３番目の負極板１６の左面（第２面）との間には入り込まずに、同３番目の負極板１６の外周辺１６１の上に当接して止まる。これにより、５番目のセパレータ１７の端部１７Ｃは、３番目の負極板１６の外周辺１６１を覆うように区画する。

１，３番目のセパレータ１７の端部１７Ｃは、曲がり方向の自由長が長さＤｍｓであり、負極板１６の左面（第２面）と隣接するセパレータ１７の端部１７Ｃとの間に先端１７Ｄが入り込む。２，４番目のセパレータ１７の端部１７Ｃは、曲がり方向における自由長が長さＤｍｓ＋長さＤｐｍであり、先端１７Ｄが隣接するセパレータ１７の端部１７Ｃに沿って曲がるが、覆う対象である正極板１５の下側の外周辺１５１には到達しない。５番目のセパレータ１７の端部１７Ｃは、曲がり方向の自由長が長さＤｍｓであり、先端１７Ｄが負極板１６の外周辺１６１に当接して外周辺１６１上に配置される。１〜４番目のセパレータ１７の各端部１７Ｃは、ほぼ同様の長さで曲がるため、極板群１４の下端において、各端部１７Ｃの下頂点である最先端１７Ｅが、積層方向に向かって略同様の位置Ｐ０に揃う。５番目のセパレータ１７の端部１７Ｃは、先端１７Ｄが負極板１６の外周辺１６１上の第１位置Ｐ１に配置されるため、極板群１４の下端において、最先端１７Ｅが位置Ｐ０よりも外側に配置される。

図５の封止工程（ステップＳ１８）は、注入孔４１からケース１２の内部に所定量の電解液を注入した後、注入孔４１を封止することで、極板群１４と電解液とをケース１２内に密閉収納する。

これにより、充放電による電池性能の低下を抑制可能な二次電池１１を製造することができる。
図９を参照して、極板群１４に電解液が保持される作用について説明する。

図９は、極板群１４の下端がセパレータ１７の端部１７Ｃで区画されていない場合と、区画されている場合とにおいて、極板群１４に保持可能な電解液の量を測定した結果を示す。ここで「電解液量」は、極板群１４に供給した電解液であり、極板群１４から電解液がこぼれでるようになるときの量を示している。また、カール量「なし」は、コート層１７Ｂを有さないセパレータ１７による極板群１４であり、極板群１４の下端がセパレータ１７によって未区画である。カール量「曲がり」は、加熱処理の温度が低め（例えば７０℃）であってセパレータ１７の端部１７Ｃが曲がっているが、隣接するセパレータ１７の端部１７Ｃに接しておらず、極板群１４の下端がセパレータ１７によって未区画である。カール量「極覆い」は、セパレータ１７の端部１７Ｃが曲がって隣接するセパレータ１７の端部１７Ｃに接しており、極板群１４の下端がセパレータ１７によって区画されている。

カール量「なし」及び「曲がり」の場合、電解液の供給量が２．５［ｍＬ］に達することで、極板群１４から電解液がこぼれる。一方、カール量「極覆い」の場合、電解液の供給量が２．６５［ｍＬ］に達することで、極板群１４から電解液がこぼれる。つまり、カール量「なし」及び「曲がり」の場合に比べて「極覆い」の場合、極板群１４の保持可能な電解液量が０．１５［ｍＬ］増加する。換言すると、カール量「なし」及び「曲がり」のときに保持可能な電解液量を１００［％］とすると、カール量「極覆い」のときに保持可能な電解液量が１０６［％］である。よって、極板群１４は、電極板の外周辺とセパレータ１７の端部１７Ｃとの間の区画領域に充放電によって極板群１４から排出された電解液を保持することができるとともに、電極板による電解液の吸収（再浸透）がすみやかに行われるようになるため、電極体中の塩濃度の低下が低減される。

本実施形態の効果について説明する。
（１）セパレータ１７の端部１７Ｃが曲がってセパレータ１７に接する一方の電極板の外周辺を覆うことによって、セパレータ１７の曲がった端部１７Ｃにより覆われた電極板の外周辺の近傍にセパレータ１７によって区画された空間が形成される。セパレータ１７によって区画された空間は、電極板の外周辺の近傍に電解液の保持を可能にする。電極板は、充放電による膨張と収縮とにより電極板の外周辺から電解液が排出されるが、この排出された電解液が電極板端部の近傍に保持されることで、排出された電解液の電極板への再浸透がすみやかに行われる。これによって、電極体中の塩濃度の低下が低減されて、二次電池１１の良好な電池性能の低下が抑制可能になる。

（２）各セパレータ１７の端部１７Ｃが所定の一方向に曲がることで、複数のセパレータ１７の協働で極板群１４の端部を覆うことができる。例えば、極板群１４の端部が、接するセパレータ１７の端部１７Ｃ同士で隙間無く覆われるようになる。また、端部１７Ｃが電極板に向かって折れ曲がるＵターン型であることで、電極板の外周辺の近傍に電解液を保持しやすい袋状の空間を区画することができる。

（３）各セパレータ１７の端部１７Ｃは接する他のセパレータ１７の端部１７Ｃとによって空間を区画する。換言すると、セパレータ１７の端部１７Ｃと接する他のセパレータ１７の端部１７Ｃとによって、電極板の端部に電解液を保持することができる。

（４）熱収縮率の相違する２層からなるセパレータ１７は、積層された後、非拘束部分である端部１７Ｃが、機械的な曲げ処理を要しない加熱処理によって端部１７Ｃの曲げ加工が容易である。例えば、セパレータ基材１７Ａを絶縁材料から構成された絶縁層とし、コート層１７Ｂを絶縁層に耐熱材料を塗布した層とすることができる。

（５）セパレータ基材１７Ａ及びコート層１７Ｂが透液性を有していることから、セパレータ１７が電池性能を低下させるおそれがない。
（６）電解液は電極板の底辺に排出されやすいのでケース１２の底面に対向する辺がセパレータ１７の端部に覆われることで電解液の保持が好適に行われる。

（７）熱収縮率の相違するセパレータ基材１７Ａとコート層１７Ｂとからなる２層構造のセパレータ１７であれば、密集して積層されているセパレータ１７の端部１７Ｃであっても、加熱処理による曲げ工程で、セパレータ１７の端部１７Ｃを電極板の外周辺を覆うように曲げることができる。すなわち、セパレータ１７に機械的な曲げ加工等を行わずに、セパレータ１７の端部１７Ｃを曲げることができる。

（８）負極板１６と正極板１５とが積層方向に隙間無く積層される第２位置Ｐ２よりも内側では負極板１６、正極板１５及びセパレータ１７に積層方向への押圧力が印加される。一方、正極板１５のない第２位置Ｐ２よりも外側は、負極板１６とセパレータ１７とが積層方向の押圧力から解放されている。よって、セパレータ１７の端部１７Ｃは、負極板１６にも接触しない第１位置Ｐ１よりも外側で折り返すことができるとともに、セパレータ１７の先端１７Ｄが押圧力から解放されている第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間（長さＤｐｍ）の位置まで戻ることができる。これにより、極板群１４の端部を電解液を保持することができるように区画できる。

（９）負極板１６の第１面にセパレータ基材１７Ａを接触させるセパレータ１７から延出する端部１７Ｃにおいて第１位置Ｐ１に向かって折り返した該セパレータ１７の先端１７Ｄは、負極板１６の第２面において押圧力から解放された他のセパレータ１７と負極板１６の第２面との間に入り込む。これにより、負極板１６の先端（第１位置Ｐ１）に電解液をより好適に保持することができるようになる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、ケース１２の底面に対向する極板群１４の下端において、セパレータ１７の端部１７Ｃが曲がっている場合を例示した。しかしこれに限らず、極板群の下端、上端、右側、左側の少なくとも１つでセパレータの端部が電極板を覆うように曲がっていてもよい。どの方向の電極板の外周辺であっても、セパレータの端部に覆われることで、覆われた空間に電解液が保持されるようになる。

・上記実施形態では、セル拘束工程（ステップＳ１６）の後にセル加熱工程（ステップＳ１７）がある場合について例示したが、これに限らず、セル加熱工程は、積層工程（ステップＳ１１）の後の任意のタイミングで行うこともできる。

・上記実施形態では、コート層１７Ｂがセパレータ基材１７Ａの一方の面に塗布によって設けられる場合について例示したが、これに限らず、セパレータ基材に密着して設けられるのであれば、コート層は、薄膜を貼り合わせる等、塗布以外の方法で設けられてもよい。

・上記実施形態では、コート層１７Ｂの熱収縮率がセパレータ基材１７Ａの熱収縮率よりも低い場合について例示したが、これに限らず、コート層の熱収縮率がセパレータ基材の熱収縮率よりも高くてもよい。これによれば、加熱処理によって、セパレータがコート層の方向に曲がることで電極板の外周辺を覆うことができる。

・上記実施形態では、セパレータ１７の端部１７Ｃが負極板１６の右面から左面に渡る場合、又は、隣接するセパレータ１７の端部１７Ｃに接して沿って曲がる場合について例示した。つまり、端部１７Ｃが対応する電極板に向かって折り返すＵターン型である場合について例示した。しかしこれに限らず、セパレータの端部は、曲がることで隣接するセパレータの端部に接して正極板１５や負極板１６の外周辺を区画すればよい。例えば、セパレータの端部は、１周以上巻いたとしても外周が隣接するセパレータの端部に接することで電極板の外周辺を区画することができる。また、例えば、セパレータの端部は、正極板１５や負極板１６に向かうほど折り返さず（Ｕターンせず）、隣接するセパレータの端部の肩に接する程度の曲がりであったとしても、電極板の外周辺をセパレータの端部と、隣接するセパレータの端部とで区画することができる。

・上記実施形態では、セパレータ１７の端部１７Ｃが加熱処理により曲げられる場合について例示した。しかしこれに限らず、セパレータの端部を電極板の外周辺を覆うように曲げることができるのであれば、セパレータの端部はどのような処理で曲げられてもよい。例えば、セパレータの端部が、機械的な処理で曲げられてもよいし、材料の物性を利用した処理により曲げられてもよく、加熱処理以外の処理によって曲げられてもよい。

また、このとき、セパレータの端部が、適切に曲げられるのであれば、セパレータの層構造は、セパレータ基材とコート層との２層構造に限られず、１層構造であってもよいし、３層以上の構造であってもよい。

・上記実施形態では、極板群１４の下端において、各端部１７Ｃの最先端１７Ｅが、積層方向に揃う位置に形成される場合について例示した。しかしこれに限らず、セパレータの各端部が電極板の端部を覆うように曲がっているのであれば、各端部の最先端の極板群からの距離がまちまちであって、積層方向に不揃いであってもよい。

・極合材は、基材の少なくとも一つの面に位置すればよく、基材の片面のみに位置することも可能である。
・上記実施形態では、正極板１５、負極板１６、及びセパレータ１７が長方形状である場合について例示した。しかしこれに限らず、正極板、負極板、及びセパレータは、二次電池の電極板を構成することができればよく、正方形状等のその他の矩形状であってもよい。

・正極タブ１８Ａや負極タブ２３Ａの形状は、非水系電池の形状などに応じて適宜設定されるものであり、他の形状に変更可能である。
・上記実施形態では、二次電池を、ケース１２内に１つの極板群１４を有する構造としたが、ケース１２内に複数の極板群１４を有する構造としてもよい。例えば複数の極板群は、ケース１２内で直列に接続される。

・上記実施形態では、二次電池１１がリチウムイオン二次電池である場合について例示した。しかし、これに限らず、二次電池は、その他の非水系電解液の二次電池であってもよいし、ニッケル水素二次電池等の水系電解液の二次電池であってもよい。

・二次電池１１は、電気自動車、ハイブリッド自動車、ガソリン自動車やディーゼル自動車等の車両やその他の移動体に用いられてもよい。又は、固定設置されてもよい。

１１…二次電池、１２…ケース、１３…蓋部、１４…極板群、１５…正極板、１６…負極板、１７…セパレータ、１７Ａ…セパレータ基材、１７Ｂ…コート層、１７Ｃ…端部、１８…正極基材、１８Ａ…正極タブ、１９…正極合材層、２０…正極集電部、２１…正極端子、２３…負極基材、２３Ａ…負極タブ、２４…負極合材層、２７…フィルム、３０…負極集電部、３１…負極端子、４０…放出部、４１…注入孔、５０…拘束板、６０…恒温槽。

Claims (9)

1. 矩形の電極板と矩形のセパレータとを交互に積層させた極板群を電解液とともに電池ケースに収納した二次電池であって、
   前記セパレータは、前記電極板の外周辺よりも外方に延出する端部を有し、少なくとも前記電極板の１辺に対応する前記端部が前記セパレータと接する一方の前記電極板の外周辺を覆うように曲がっている
   二次電池。
2. 前記セパレータの端部は、前記電極板の方向に折り返した部分が所定の一方向に曲がっているとともに、前記折り返した部分が隣接するセパレータの端部に沿っている
   請求項１に記載の二次電池。
3. 前記セパレータの端部は、他の前記セパレータの端部に接している
   請求項１又は２に記載の二次電池。
4. 前記セパレータは、第１層と、前記第１層よりも熱収縮率の低い第２層とを備える
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の二次電池。
5. 前記第１層及び前記第２層は、前記電解液が浸透可能な透液性を有する
   請求項４に記載の二次電池。
6. 前記電極板の１辺には、前記電池ケースの底面に対向する辺が含まれる
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の二次電池。
7. 矩形の電極板と矩形のセパレータとを交互に積層させた極板群を電解液とともに電池ケースに収納した二次電池の製造方法であって、
   前記電極板と前記セパレータとを積層するとき、前記セパレータの少なくとも１辺に前記電極板の外周辺よりも外方に延出する端部を設けるとともに、前記セパレータを構成する熱収縮率の相違する第１層及び第２層がそれぞれ前記極板群の積層方向に対して所定の一方向に向くように前記セパレータを積層させる積層工程と、
   前記電極板と前記セパレータとが積層された前記極板群を加熱処理することで、少なくとも前記電極板の１辺に対応している前記延出する端部を前記電極板の外周辺を覆うように曲げる曲げ工程とを備える
   二次電池の製造方法。
8. 矩形の正極板と、
   前記正極板より大きい矩形の負極板と、
   第１層と前記第１層よりも熱収縮率の低い第２層とを厚み方向に積層させていて、前記負極板よりも大きい矩形のセパレータと、
   前記正極板と前記負極板とを前記セパレータを介して交互に積層させた矩形の極板群と、
   前記極板群を電解液とともに収納する電池ケースとを備え、
   前記極板群のうちの１辺は、前記セパレータが最先端に配置され、前記セパレータの前記最先端よりも後退した第１位置に前記負極板の先端が配置され、前記負極板の先端よりも後退した第２位置に正極板の先端が配置されており、
   前記セパレータは、前記第２位置から前記セパレータの先端までの端部が、前記最先端の位置を頂点にして前記第１位置の方向又は前記第２位置の方向に向かって折り返していて、前記先端が前記第１位置と前記第２位置との間に配置されている
   二次電池。
9. 前記極板群の積層された積層方向に前記正極板のない前記第２位置よりも外側では、前記負極板及び前記セパレータは前記積層方向への押圧力から解放されており、
   前記第１位置に向かって折り返している前記セパレータの前記端部は、該セパレータの前記先端が前記負極板と前記セパレータとの間に入り込むことで前記第１位置と前記第２位置との間に配置されている
   請求項８に記載の二次電池。