JP2022074696A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイレート劣化の進行を抑制する。【解決手段】二次電池１は、セパレータを挟んで積層された正負の電極シート３５を捲回してなる電極体１０と、この電極体１０を収容するケースと、を備える。各電極シート３５は、シート状の集電体と、この集電体上に積層された電極活物質層３２とを備える。また、ケースの側面には、櫛歯状に並ぶ複数のリブ６１を有した拘束部材６０が押し当てられる。更に、この拘束部材６０には、その各リブ６１が電極体１０の捲回軸方向に対して交差する方向に延びる交差方向リブ延設部６４が設けられるとともに、電極体１０には、この交差方向リブ延設部６４に押圧される交差方向リブ押圧領域αが形成される。そして、二次電池１は、その交差方向リブ押圧領域αが形成される位置において電極体１０に設けられた電極活物質層３２の厚みが薄い薄肉部７０を備える。【選択図】図８

Description

本発明は、二次電池に関するものである。

従来、セパレータを挟んで積層された正負の電極シートを捲回してなる電極体を備えた二次電池がある。例えば、特許文献１に記載の二次電池は、電極体に非水性の電解液を含浸させたリチウムイオン二次電池としての構成を有している。

また、上記のような電極体を備える二次電池においては、大きな電流が流れるハイレート充放電時、その電極体及び電解液が膨張することで、この電極体に含浸された電解液が、その捲回軸方向端部から外部に流出する。そして、その後、この電極体の外部に流出した電解液が、再び、その捲回軸方向端部から電極体に吸い上げられる。

しかしながら、ハイレート充放電時の排出量は、その後の吸い上げ量を上回りやすい傾向がある。そして、これにより、その電極体に含浸された電解液の濃度にムラが生じることで内部抵抗が増大し、その結果、充放電性能が劣化するという問題がある。

この点を踏まえ、上記特許文献１に記載の二次電池においては、その負極を構成する電極シートの電極活物質層に、その電極体の捲回軸に沿った捲回軸方向全域に亘って延在する複数の溝部が設けられている。更に、これらの各溝部は、それぞれ、電極体の高さ方向において、その捲回軸方向中央部分よりも、その捲回軸方向端部に開口する両端部分の方が高い略Ｖ字状の溝形状を有している。そして、この従来技術の二次電池においては、これにより、その捲回軸方向端部から電極体に吸い上げられた電解液の捲回軸方向中央部分への浸透性を高める構成になっている。

特開２０１６－７６２９６号公報

しかしながら、上記のような二次電池においては、常に、更なる性能の向上が求められている。そして、上記従来技術もまた、その進化する性能要求に応え得るとは必ずしも言えないことから、より効果的に、ハイレート劣化の進行を抑制することのできる新たな技術の創出が望まれていた。

上記課題を解決する二次電池は、セパレータを挟んで積層された正負の電極シートを捲回してなる電極体と、前記電極体を収容するケースと、を備え、前記各電極シートは、シート状の集電体と、該集電体上に積層された電極活物質層と、を有し、前記電極体は、該電極体の捲回軸が前記ケースの底部に沿う方向に延在する状態で前記ケースに収容され、前記電極体の捲回軸方向に延在する前記ケースの側面には、櫛歯状に並ぶ複数のリブを有した拘束部材が押し当てられ、前記拘束部材には、前記ケースの側面に押し当てられる前記各リブが前記電極体の捲回軸方向に対して交差する方向に延びる交差方向リブ延設部が設けられるとともに、前記電極体には、前記ケースを介して前記拘束部材の前記交差方向リブ延設部に押圧される交差方向リブ押圧領域が形成されるものであって、前記交差方向リブ押圧領域が形成される位置において前記電極体に設けられた前記電極活物質層の厚みが薄い薄肉部を備える。

上記構成によれば、電極体の捲回軸方向に対して交差する方向に延びる各リブに押圧される交差方向リブ押圧領域においても、その電極体を構成する電極シートに設けられた薄肉部が凹部となることで、この電極シートとセパレータとの間の隙間が確保される。即ち、このような薄肉部が形成する隙間は、その電極体に作用する各リブの押圧力によっても潰れ難い。そして、これにより、その捲回軸方向端部から電極体に吸い上げられた電解液の戻りを促進することができる。その結果、電極体に含浸された電解液に濃度のムラが生じ難くなることで、効果的に、そのハイレート劣化の進行を抑制することができる。

加えて、薄肉部は、捲回軸方向端部への開口を必須の構成要件としない。つまりは、電極体の捲回軸方向端部に開口しなくとも、その電解液の戻り促進効果が生ずる。このため、従来技術にみられるような電極体の捲回軸方向全域に亘って溝部を延設する構成との比較において、その薄肉部の形成による電極活物質の減少量を小さく抑えることができる。そして、これにより、その大きな電池容量を確保することができるという利点がある。

上記課題を解決する二次電池において、前記電極体は、前記ケースの側面に沿って前記各電極シートが平板状に配置される扁平部を有するものであって、前記薄肉部は、前記扁平部に設けられていることが好ましい。

即ち、各リブの押圧力が扁平部に作用することで、その電極シートとセパレータとの間の隙間が潰れやすい。従って、この扁平部に薄肉部を設けて、その電極シートとセパレータとの間の隙間を確保することにより、効果的に、その捲回軸方向端部から電極体に吸い上げられた電解液の戻りを促進することができる。

上記課題を解決する二次電池は、前記交差方向リブ押圧領域内における前記拘束部材の前記各リブに前記電極体が押圧される位置に、前記薄肉部が設けられていることが好ましい。

即ち、ケースを介して拘束部材の各リブが電極体を押圧する位置には、その各リブの延伸方向に沿って、線状に延びる電極シートとセパレータとの間の隙間が小さい領域が形成される。更に、交差方向リブ押圧領域内においては、電極体を押圧する拘束部材の各リブが、その電極体の捲回軸方向に対して交差する方向に延びている。そして、これにより、電極体を押圧する拘束部材の各リブが、その電極体の捲回軸方向における電解液の移動、つまりは、その捲回軸方向端部から電極体に吸い上げられた電解液の戻りを大きく阻害することになる。

しかしながら、上記構成によれば、電極シートに設けられた薄肉部が、その電極体の捲回軸方向に対して交差する方向に延在する電極シートとセパレータとの間の隙間が小さい領域を分断するかたちで、これらの電極シートとセパレータとの間に隙間を形成する。そして、これにより、効果的に、その電解液の戻りを促進することができる。

上記課題を解決する二次電池においては、前記拘束部材には、前記交差方向リブ延設部と、前記ケースの側面に押し当てられる前記各リブが前記電極体の捲回軸方向に延びている軸方向リブ延設部と、が設けられ、前記電極体には、前記交差方向リブ押圧領域と、前記ケースを介して前記拘束部材の前記交差方向リブ延設部に押圧される軸方向リブ押圧領域と、が形成されるものであって、前記交差方向リブ押圧領域と前記軸方向リブ押圧領域との境界位置に、前記薄肉部が設けられていることが好ましい。

即ち、拘束部材に設けられた各リブの押圧力がケース内の電極体に作用する構成においては、この電極体に形成された交差方向リブ押圧領域と軸方向リブ押圧領域との境界位置において、その電極体に含浸された電解液の濃度が大きく変化する傾向がある。従って、上記構成によれば、効果的に、電解液の戻りを促進して、その濃度にムラが生じ難くすることができる。

上記課題を解決する二次電池は、前記薄肉部は、前記電極体の捲回軸方向に沿って延設された溝部としての構成を有することが好ましい。
上記構成によれば、溝部としての構成を有する薄肉部が、電極シートの表面に電極体の捲回軸方向に延びる凹部を形成することで、その捲回軸方向に電解液が移動しやすくなる。そして、これにより、効果的に、その電解液の戻りを促進することができる。

上記課題を解決する二次電池は、前記電極体の捲回軸方向における中央部分に、前記交差方向リブ押圧領域が形成されることが好ましい。
即ち、捲回軸方向における中央部分に近い位置ほど、その捲回軸方向端部から電極体に吸い上げられた電解液の戻りが弱くなる。そして、この位置に交差方向リブ押圧領域が形成されることで、より一層、その電解液の戻りが弱められる。従って、このような構成に上記何れかの構成を適用することで、より顕著な効果を得ることができる。

上記課題を解決する二次電池は、負極を構成する前記電極シートに前記薄肉部が設けられていることが好ましい。
即ち、負極を構成する電極シートは、リチウムイオンの脱挿入による膨張収縮が大きい。このため、負極を構成する電極シートの方が、正極を構成する電極シートよりも、その捲回軸方向端部を介した電解液の出入量が多くなる。従って、上記構成を採用することで、より顕著な効果を得ることができる。

本発明によれば、効果的にハイレート劣化の進行を抑制することができる。

二次電池の斜視図。 電極体の分解図。 二次電池の側面図。 複数の単電池が束ねられた組電池の平面図。 組電池を構成する単電池間に介在されるスペーサの斜視図。 二次電池のケースに押し当てられる櫛歯状のリブを有するスペーサの側面図。 電極体を構成する電極シートの電極活物質層に設けられた薄肉部を示す電極シートの断面図。 薄肉部の配置を示す電極体の模式図。 第２の実施形態における薄肉部の配置を示す電極体の模式図。 電極体に含浸された電解液の濃度分布と各リブの配置との関係を示す説明図。 二次電池の充放電性能に関する試験結果を示す説明図。 薄肉部の配置についての別例を示す電極体の模式図。

［第１の実施形態］
以下、二次電池に関する第１の実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、二次電池１は、正極３、負極４、及びセパレータ５を一体化した電極体１０と、この電極体１０を収容するケース２０と、を備えている。そして、本実施形態の二次電池１は、そのケース２０内の電極体１０に、図示しない非水性の電解液を含浸させたリチウムイオン二次電池としての構成を有している。

詳述すると、本実施形態の二次電池１において、正極３、負極４、及びセパレータ５は、シート状の外形を有して積層される。そして、これら正極３及び負極４、及びセパレータ５の積層体を捲回することにより、正極３と負極４との間にセパレータ５を挟み込む状態で、その径方向に正負の電極とセパレータ５とが交互に並ぶ電極体１０が形成されている。

また、本実施形態のケース２０は、扁平略四角箱状のケース本体２１と、このケース本体２１の開口端２１ｘを閉塞する蓋部材２２と、を備えている。そして、本実施形態の電極体１０は、径方向外側から押圧されることにより、そのケース２０の箱形状に対応する扁平した外形を有するものとなっている。

さらに詳述すると、図２に示すように、本実施形態の二次電池１において、正極３及び負極４は、それぞれ、シート状の外形を有した集電体３１と、この集電体３１上に積層された電極活物質層３２と、を備えた電極シート３５としての構成を有する。

具体的には、アルミニウム等を素材とする正極集電体３１Ｐ上に、正極活物質となるリチウム遷移金属酸化物を含んだスラリーを塗工することにより、その正極活物質層３２Ｐを備えた正極３用の電極シート３５Ｐが形成される。また、銅等を素材とする負極集電体３１Ｎ上に、負極活物質となる炭素系材料を含んだスラリーを塗工することにより、その負極活物質層３２Ｎを備えた負極４用の電極シート３５Ｎが形成される。更に、本実施形態の二次電池１において、これら正負の電極シート３５Ｐ，３５Ｎは、帯状に整形される。そして、本実施形態の電極体１０は、セパレータ５を挟んで積層された正負の電極シート３５Ｐ，３５Ｎが、その帯形状の幅方向（図２中、左右方向）に延びる捲回軸Ｌ周りに捲回された構造を有している。

尚、図２中においては、その正極３を構成する電極シート３５Ｐを内側に捲き込むかたちで、セパレータ５及び各電極シート３５が捲回されているが、この図は、電極体１０の構造を示す一例であり、その負極４を構成する電極シート３５Ｎを内側に捲き込むかたちで、これらのセパレータ５及び各電極シート３５が捲回される場合もある。そして、これにより、その電極体１０の最外殻に配置される電極シート３５が、正極３を構成する電極シート３５Ｐであるか、又は負極４を構成する電極シート３５Ｎであるかが決定される。

また、図１に示すように、ケース２０の蓋部材２２には、ケース２０の外側に突出する正極端子３７及び負極端子３８が設けられている。更に、図２に示すように、各電極シート３５には、それぞれ、その集電体３１上に電極活物質層３２が形成されていない未塗工部３９が形成されている。そして、本実施形態の二次電池１は、これらの未塗工部３９を利用して、その正極３を構成する電極シート３５Ｐと正極端子３７とが電気的に接続され、及び、その負極４を構成する電極シート３５Ｎと負極端子３８とが電気的に接続される構成となっている。

具体的には、図１及び図２に示すように、本実施形態の電極体１０は、その捲回軸Ｌが長尺略矩形板状をなす蓋部材２２の長手方向（図１中、左右方向）に沿う状態で、ケース本体２１内に収容される。また、この電極体１０は、その捲回軸Ｌの一端側（図２中、左側の端部）に正極３を構成する電極シート３５Ｐの未塗工部３９Ｐを有し、他端側（同図中、右側の端部）に負極４を構成する電極シート３５Ｎの未塗工部３９Ｎを有している。更に、本実施形態の二次電池１においては、この状態で、その正極３を構成する電極シート３５Ｐの未塗工部３９Ｐと正極端子３７とが接続部材３７ｘを介して接続されるとともに、その負極４を構成する電極シート３５Ｎの未塗工部３９Ｎと負極端子３８とが接続部材３８ｘを介して接続される。そして、本実施形態の二次電池１は、その後、ケース本体２１の開口端２１ｘに対して蓋部材２２を接合することにより、その正極３と正極端子３７、及び負極４と負極端子３８とが電気的に接続された状態で、この電極体１０をケース２０内に封缶する構成となっている。

尚、本実施形態の二次電池１において、ケース本体２１及び蓋部材２２は、例えば、アルミニウム合金やステンレス鋼等の金属材料を用いて形成される。そして、これらのケース本体２１及び蓋部材２２は、例えば、レーザー溶接等を用いて液密に接合される。

また、図３に示すように、二次電池１は、その電極体１０とともにケース２０内に収容される絶縁フィルム４１を備えている。更に、この絶縁フィルム４１は、ケース本体２１の開口端２１ｘ側に開口する袋形状を有してケース２０内に収容される。そして、本実施形態の二次電池１は、この絶縁フィルム４１の袋形状内に電極体１０を配置することで、その電極体１０とケース２０とが絶縁される構成になっている。

更に、図１に示すように、本実施形態の二次電池１においては、蓋部材２２に設けられた注入口４２を介して、そのケース２０内に電解液が注入される。即ち、リチウムイオン二次電池としての構成を有する二次電池１の電解液には、有機溶媒中に支持塩となるリチウム塩を溶解させたものが用いられる。そして、本実施形態の二次電池１は、これにより、そのケース２０内に封缶された電極体１０に対して電解液が含浸される構成になっている。

尚、本実施形態の二次電池１において、注入口４２は、長尺略矩形板状をなす蓋部材２２の長手方向略中央部分に形成された安全弁４３の近傍に設けられている。そして、本実施形態の二次電池１は、電解液の注入後、例えば、レーザー溶接等によって、その注入口４２が封止される構成となっている。

また、図３に示すように、ケース２０内には、その含浸により電極体１０に保持させる液量を超えた余剰の電解液４４が注入される。そして、本実施形態の二次電池１は、この余剰分の電解液４４、つまりは余剰液４５が、そのケース２０の底部４６に溜まる構成となっている。

具体的には、図２及び図３に示すように、本実施形態の電極体１０は、その捲回軸Ｌが、ケース２０の底部４６に沿う方向（図３中、左右方向）に延在する状態で、この底部４６の近傍に下端部１０ｂが配置される。また、電極体１０は、ケース２０内に収容された状態における高さ方向（図３中、上下方向）の中央部分に、その扁平した捲回体形状に基づいて、正負の電極シート３５Ｐ，３５Ｎ及びセパレータ５が略平板状に積層された状態で配置された扁平部４７を備えている。更に、この電極体１０は、その上端部１０ａ及び下端部１０ｂに、正負の電極シート３５Ｐ，３５Ｎ及びセパレータ５が半円筒状に湾曲した状態で配置される湾曲部４８を備えている。そして、本実施形態の二次電池１は、この二次電池１が製品として出荷される状態において、そのケース２０内に収容された電極体１０が、この電極体１０における下端部１０ｂ側の湾曲部４８よりも僅かに上方の高さ位置まで、そのケース２０の底部４６に貯留された余剰液４５に浸る構成となっている。

また、図１及び図４に示すように、本実施形態の二次電池１は、そのケース２０内に電極体１０が封缶された状態で単電池５０を形成する。更に、複数の単電池５０を束ねることにより組電池５１が形成される。そして、本実施形態の二次電池１は、これにより、その充放電容量及び出力電圧が高められた状態で、例えば、電動車両の電源等に用いられる構成となっている。

詳述すると、図４に示すように、組電池５１は、予め設定された所定数の単電池５０と、これらの各単電池５０の間に介在される複数のスペーサ５２と、を備えている。本実施形態の組電池５１において、各単電池５０は、それぞれ、その内側に収容する電極体１０の捲回軸方向（図４中、左右方向）に延在するケース２０の側面２０ｓ間にスペーサ５２を挟み込む状態で配置される。更に、これにより交互に並んで配置された各単電池５０及びスペーサ５２は、これらの各単電池５０及びスペーサ５２が並ぶ方向（図４中、上下方向）の両端位置に配置された一対のエンドプレート５３，５３間に挟み込まれる。そして、本実施形態の組電池５１は、これにより、その各スペーサ５２及び各エンドプレート５３を拘束部材６０として、複数の単電池５０が束ねられる構成となっている。

また、図５及び図６に示すように、本実施形態の組電池５１において、拘束部材６０を構成する各スペーサ５２は、それぞれ、その単電池５０のケース２０に押し当てられる二面の押し当て面５２ｓ，５２ｓのうち、一方側の押し当て面５２ｓａに設けられた櫛歯状に並ぶ複数のリブ６１を備えている。

具体的には、これらの各リブ６１は、押し当て面５２ｓａに直交する板形状を有して、その押し当て面５２ｓａに突設されている。更に、これらの各リブ６１は、互いに間隔を空けて、その押し当て面５２ｓａの広がり方向に延設されている。そして、組電池５１は、これにより、これらの各リブ６１が形成する各スペーサ５２と各単電池５０のケース２０との間の隙間を、その各単電池５０を冷却するための通風路に利用する構成となっている。

詳述すると、本実施形態の各スペーサ５２は、それぞれ、その押し当て面５２ｓａに設けられた櫛歯状の各リブ６１が、これらの各リブ６１が押し当てられる単電池５０のケース２０内に収容された電極体１０の捲回軸方向（図４中、左右方向）に延びる軸方向リブ延設部６３を有している。また、これらの各スペーサ５２は、それぞれ、その各リブ６１が、ケース２０内に収容された電極体１０の捲回軸方向に対して交差する方向に延びる交差方向リブ延設部６４を有している。本実施形態の各スペーサ５２において、この交差方向リブ延設部６４は、その電極体１０の捲回軸方向における中央部分に設けられている。そして、本実施形態の各スペーサ５２は、それぞれ、その電極体１０の捲回軸方向における両端部分に軸方向リブ延設部６３，６３を有している。

換言すると、本実施形態の各スペーサ５２は、それぞれ、その各リブ６１が押し当てられる単電池５０のケース２０内に収容された電極体１０の捲回軸方向を長手方向とする矩形状の押し当て面５２ｓａを備えている。そして、これらの各スペーサ５２は、それぞれ、その押し当て面５２ｓａの長手方向両端部分に設けられた軸方向リブ延設部６３，６３と、その押し当て面５２ｓａの長手方向中央部分に設けられた交差方向リブ延設部６４と、を備えている。

さらに詳述すると、本実施形態の各スペーサ５２は、その櫛歯状に配置されたリブ６１として、各軸方向リブ延設部６３，６３内に延設された直線的に延びる複数の短リブ６５と、その軸方向リブ延設部６３，６３と交差方向リブ延設部６４とに跨る態様で延設された複数の長リブ６６と、を備えている。

本実施形態の各スペーサ５２において、各長リブ６６は、それぞれ、交差方向リブ延設部６４においては、押し当て面５２ｓａの下端側から上方（図６中、下側から上側）に向かって直線的に延びた後、その長手方向端部側に向かって湾曲して延びている。また、これらの各長リブ６６は、それぞれ、軸方向リブ延設部６３においては、その押し当て面５２ｓａの長手方向（図６中、左右方向）に沿って直線的に延びている。更に、各短リブ６５は、これらの各長リブ６６の間の位置において、その押し当て面５２ｓａの長手方向に沿って直線的に延びている。そして、本実施形態の組電池５１は、これらの各短リブ６５及び各長リブ６６が形成する通風路を利用して、その組電池５１の下方側から各単電池５０と各スペーサ５２との間に導入された冷却風が、その組電池５１の側方（図４中、左右方向の両端部）から排出される構成になっている。

尚、本実施形態の組電池５１においては、各スペーサ５２とともに拘束部材６０を構成するエンドプレート５３，５３の一方側にも、その単電池５０のケース２０に押し当てられる各スペーサ５２と同様に複数のリブ６１が設けられている。そして、本実施形態の組電池５１は、これにより、その各単電池５０の冷却性能を確保する構成となっている。

（ハイレート劣化の抑制構造）
次に、本実施形態の二次電池１において、その電極体１０に形成されたハイレート劣化の抑制構造について説明する。

図７及び図８に示すように、本実施形態の二次電池１は、そのケース２０内に収容された電極体１０を構成する電極シート３５に設けられた電極活物質層３２の厚みＤが薄い薄肉部７０を備えている。

詳述すると、図６及び図８に示すように、本実施形態の二次電池１においては、ケース２０の側面２０ｓに拘束部材６０の各リブ６１が押し当てられることにより、そのケース２０を介して電極体１０が押圧される。また、これにより、電極体１０には、その拘束部材６０に設けられた交差方向リブ延設部６４に押圧される交差方向リブ押圧領域αと、その拘束部材６０に設けられた軸方向リブ延設部６３に押圧される軸方向リブ押圧領域βと、が形成される。そして、本実施形態の二次電池１は、その交差方向リブ押圧領域αが形成される位置において、その電極体１０に設けられた薄肉部７０を備えている。

具体的には、図２及び図７に示すように、本実施形態の電極体１０において、薄肉部７０は、ケース２０の側面２０ｓに沿って、その電極体１０を構成する各電極シート３５が略平板状に配置される扁平部４７に設けられている。また、この薄肉部７０は、正負の電極シート３５Ｐ，３５Ｎのうち、その負極４を構成する電極シート３５Ｎに設けられている。更に、この薄肉部７０は、電極体１０の捲回軸方向に沿って延設された溝部７１としての構成を有している。換言すると、この薄肉部７０は、その集電体３１上に積層された電極活物質層３２の厚みＤ１が、他の部分の厚みＤ０よりも薄い（Ｄ１＜Ｄ０）、溝状に延びる凹部７２としての構成を有している。そして、本実施形態の電極体１０は、そのセパレータ５とともに正負の電極シート３５Ｐ，３５Ｎを捲回する前に、レーザー加工や金型加工等によって、その負極４を構成する電極シート３５Ｎに薄肉部７０を形成する構成となっている。

さらに詳述すると、図６及び図８に示すように、本実施形態の二次電池１においては、電極体１０の捲回軸方向における中央部分に、その交差方向リブ押圧領域αが形成される。そして、本実施形態の電極体１０は、その交差方向リブ押圧領域α内において、この電極体１０が、そのケース２０を介して拘束部材６０の各リブ６１に押圧される位置に設けられた複数の薄肉部７０を備えている。

具体的には、本実施形態の電極体１０において、これらの各薄肉部７０は、その拘束部材６０側の交差方向リブ延設部６４を構成する各長リブ６６が、電極体１０の捲回軸方向に対して交差する方向に延在する範囲、つまりは、その高さ方向（各図中、上下方向）の直線部分、及び湾曲部分に沿うように並んで配置されている。そして、これらの各薄肉部７０は、それぞれ、電極体１０の捲回軸方向において、その各長リブ６６の押圧位置に跨るように、その溝部７１としての長さＸが設定されている（図７参照）。

次に、本実施形態の作用について説明する。
即ち、ハイレート充放電時、その捲回軸方向端部１０ｅから電極体１０の外部に流出した電解液４４は、その後、再び、その捲回軸方向端部１０ｅから電極体１０に吸い上げられる。そして、この捲回軸方向端部１０ｅから吸い上げられた電解液４４が電極体１０の中央部分まで戻り難いことで、この電極体１０に含浸された電解液４４の濃度にムラが生ずる。

更に、ケース２０を介して拘束部材６０の各リブ６１に電極体１０が押圧されることで、この電極体１０を構成する各電極シート３５とセパレータ５との間の隙間が小さくなる。そして、これにより、その捲回軸方向端部１０ｅから電極体１０に吸い上げられた電解液４４の捲回軸方向中央側への移動、つまりは、その電解液４４の戻りが阻害されることで、より一層、この電極体１０に含浸された電解液４４の濃度にムラが生じやすくなる。

しかしながら、電極体１０を構成する電極シート３５に電極活物質層３２の厚みＤが薄い薄肉部７０を設けることにより、拘束部材６０の各リブ６１に押圧される位置においても、この薄肉部７０が電極シート３５の表面３５ｓに凹部７２を形成することで、その電極シート３５とセパレータ５との間の隙間が確保される。即ち、このような薄肉部７０が形成する隙間は、その電極体１０に作用する各リブ６１の押圧力によっても潰れ難い。そして、この隙間が、その捲回軸方向端部１０ｅから電極体１０に吸い上げられた電解液４４の戻りを促進することで、この電極体１０に含浸された電解液４４の濃度ムラが抑制される。

更に、そのケース２０を介して電極体１０を押圧する拘束部材６０の各リブ６１が電解液４４の戻りを阻害する現象は、これらの各リブ６１が電極体１０の捲回軸方向に対して交差する方向に延びている領域、つまりは、交差方向リブ押圧領域αにおいて、より顕著なものとなる。従って、このような交差方向リブ押圧領域αに薄肉部７０を設けることで、効果的に、その電解液４４の戻りが促進される。そして、これにより、ハイレート充放電に起因した二次電池１の劣化が抑制される。

次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）二次電池１は、セパレータ５を挟んで積層された正負の電極シート３５を捲回してなる電極体１０と、この電極体１０を収容するケース２０と、を備える。各電極シート３５は、シート状の集電体３１と、この集電体３１上に積層された電極活物質層３２とを備える。また、電極体１０は、この電極体１０の捲回軸Ｌがケース２０の底部４６に沿う方向に延在する状態でケース２０に収容されるとともに、このケース２０の側面２０ｓには、櫛歯状に並ぶ複数のリブ６１を有した拘束部材６０が押し当てられる。更に、この拘束部材６０には、その各リブ６１が電極体１０の捲回軸方向に対して交差する方向に延びる交差方向リブ延設部６４が設けられるとともに、電極体１０には、この交差方向リブ延設部６４に押圧される交差方向リブ押圧領域αが形成される。そして、二次電池１は、その交差方向リブ押圧領域αが形成される位置において電極体１０に設けられた電極活物質層３２の厚みＤが薄い薄肉部７０を備える。

上記構成によれば、電極体１０の捲回軸方向に対して交差する方向に延びる各リブ６１に押圧される交差方向リブ押圧領域αにおいても、その電極体１０を構成する電極シート３５に設けられた薄肉部７０が凹部７２となることで、この電極シート３５とセパレータ５との間の隙間が確保される。そして、これにより、その捲回軸方向端部１０ｅから電極体１０に吸い上げられた電解液４４の戻りを促進することができる。その結果、電極体１０に含浸された電解液４４に濃度のムラが生じ難くなることで、効果的に、そのハイレート劣化の進行を抑制することができる。

加えて、薄肉部７０は、捲回軸方向端部１０ｅへの開口を必須の構成要件としない。つまりは、電極体１０の捲回軸方向端部１０ｅに開口しなくとも、その電解液４４の戻り促進効果が生ずる。このため、従来技術にみられるような電極体１０の捲回軸方向全域に亘って溝部を延設する構成との比較において、その薄肉部７０の形成による電極活物質の減少量を小さく抑えることができる。そして、これにより、その大きな電池容量を確保することができるという利点がある。

（２）電極体１０は、拘束部材６０の各リブ６１が押し当てられるケース２０の側面２０ｓに沿って、その各電極シート３５が平板状に配置される扁平部４７を有する。そして、薄肉部７０は、この扁平部４７に設けられている。

即ち、各リブ６１の押圧力が扁平部４７に作用することで、その電極シート３５とセパレータ５との間の隙間が潰れやすい。従って、この扁平部４７に薄肉部７０を設けて、その電極シート３５とセパレータ５との間の隙間を確保することにより、効果的に、その捲回軸方向端部１０ｅから電極体１０に吸い上げられた電解液４４の戻りを促進することができる。

（３）電極体１０は、交差方向リブ押圧領域α内において、この電極体１０が拘束部材６０の各リブ６１に押圧される位置に、その薄肉部７０を有している。
即ち、ケース２０を介して拘束部材６０の各リブ６１が電極体１０を押圧する位置には、その各リブ６１の延伸方向に沿って、線状に延びる電極シート３５とセパレータ５との間の隙間が小さい領域が形成される。更に、交差方向リブ押圧領域α内においては、電極体１０を押圧する拘束部材６０の各リブ６１が、その電極体１０の捲回軸方向に対して交差する方向に延びている。そして、これにより、電極体１０を押圧する拘束部材６０の各リブ６１が、その電極体１０の捲回軸方向における電解液４４の移動、つまりは、その捲回軸方向端部１０ｅから電極体１０に吸い上げられた電解液４４の戻りを大きく阻害することになる。

しかしながら、上記構成によれば、電極シート３５に設けられた薄肉部７０が、その電極体１０の捲回軸方向に対して交差する方向に延在する電極シート３５とセパレータ５との間の隙間が小さい領域を分断するかたちで、これらの電極シート３５とセパレータ５との間に隙間を形成する。そして、これにより、効果的に、その電解液４４の戻りを促進することができる。

（４）薄肉部７０は、電極体１０の捲回軸方向に沿って延設された溝部７１としての構成を有する。
上記構成によれば、溝部７１としての構成を有する薄肉部７０が、電極シート３５の表面３５ｓに電極体１０の捲回軸方向に延びる凹部７２を形成することで、その捲回軸方向に電解液４４が移動しやすくなる。そして、これにより、効果的に、その電解液４４の戻りを促進することができる。

（５）電極体１０の捲回軸方向における中央部分に、交差方向リブ押圧領域αが形成される。
即ち、捲回軸方向における中央部分に近い位置ほど、その捲回軸方向端部１０ｅから電極体１０に吸い上げられた電解液４４の戻りが弱くなる。そして、この位置に交差方向リブ押圧領域αが形成されることで、より一層、その電解液４４の戻りが弱められる。従って、このような構成に上記（１）～（４）の構成を適用することで、より顕著な効果を得ることができる。

（６）負極４を構成する電極シート３５Ｎに薄肉部７０が設けられている。
即ち、負極４を構成する電極シート３５Ｎは、リチウムイオンの脱挿入による膨張収縮が大きい。このため、負極４を構成する電極シート３５Ｎの方が、正極３を構成する電極シート３５Ｐよりも、その捲回軸方向端部１０ｅを介した電解液４４の出入量が多くなる。従って、上記構成を採用することで、より顕著な効果を得ることができる。

［第２の実施形態］
以下、二次電池に関する第２の実施形態を図面に従って説明する。尚、説明の便宜上、上記第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略することとする。

図９に示すように、本実施形態の二次電池１Ｂは、上記第２の実施形態における二次電池１との比較において、その電極体１０Ｂの電極シート３５に設けられた薄肉部７０の配置が相違する。

詳述すると、本実施形態の電極体１０Ｂにおいては、その交差方向リブ押圧領域αと軸方向リブ押圧領域βとの境界位置γに、薄肉部７０が設けられている。
具体的には、電極体１０Ｂに交差方向リブ押圧領域αを形成する位置において、そのケース２０の側面２０ｓに押し当てられる拘束部材６０の各リブ６１は、上記のように、その交差方向リブ押圧領域αと軸方向リブ押圧領域βとに跨る長リブ６６としての構成を有している。即ち、これらの各長リブ６６は、電極体１０Ｂの捲回軸方向中央部分においては、この電極体１０Ｂの下端部１０ｂ側から上端部１０ａ側に向かって直線的に延びている。更に、これらの各長リブ６６は、その後、捲回軸方向端部１０ｅ側に向かって湾曲することにより、軸方向リブ延設部６３においては、その押し当て面５２ｓａの長手方向に沿って直線的に延びている。そして、本実施形態の二次電池１Ｂにおいては、これら各長リブ６６の湾曲した部分と電極体１０Ｂの捲回軸方向に沿って直線的に延びる部分との変曲点近傍が、その交差方向リブ押圧領域αと軸方向リブ押圧領域βとの境界位置γとなっている。

さらに詳述すると、本実施形態の電極体１０Ｂにおいてもまた、各薄肉部７０は、電極体１０Ｂの捲回軸方向に沿って延設された溝部７１としての構成を有している。また、本実施形態の電極体１０Ｂにおいて、上記のように交差方向リブ押圧領域αと軸方向リブ押圧領域βとの境界位置γに設けられた薄肉部７０は、その櫛歯状をなす各リブ６１の間、つまりは、これらの各リブ６１によって、直接的には押圧されない位置に配置されている。更に、本実施形態の二次電池１Ｂは、電極体１０Ｂの下端部１０ｂ近傍については、上記のような各長リブ６６の変曲点が形成されない構成となっている。このため、本実施形態の電極体１０Ｂもまた、その下端部１０ｂ近傍については、上記第１の実施形態と同様、その交差方向リブ押圧領域α内において、この電極体１０Ｂが拘束部材６０の各リブ６１に押圧される位置に、その薄肉部７０を有している。

図１０は、薄肉部７０を有しない比較例の電極体１０Ｃについて、この電極体１０Ｃに含浸された電解液４４に濃度のムラが生じた場合における電解液４４の濃度分布と、その電極体１０Ｃを押圧する拘束部材６０の各リブ６１の配置との関係を示している。

具体的には、この図１０には、その捲回軸方向中央部分の濃度が高く、捲回軸方向端部１０ｅ側の濃度が低くなるような電解液４４の濃度ムラが電極体１０Ｃに生じた一例が示されている。そして、この電極体１０Ｃに生じた電解液濃度の高い領域εａの配置と電解液濃度の低い領域εｂの配置は、それぞれ、この電極体１０Ｃにおける交差方向リブ押圧領域αの配置及び軸方向リブ押圧領域βの配置に略一致する。

このように、電極体１０Ｃに含浸された電解液４４に濃度のムラが生じた場合、その電解液の濃度は、この電極体１０Ｃに形成された交差方向リブ押圧領域αと軸方向リブ押圧領域βとの境界位置γにおいて大きく変化する傾向がある。即ち、ケース２０を介して電極体１０Ｃを押圧する拘束部材６０は、この境界位置γから電極体１０Ｃの捲回軸方向中央部分に向かって、その各リブ６１の延伸方向、詳しくは各長リブ６６の延伸方向が、電極体１０Ｃの捲回軸方向に沿った方向から捲回軸方向に対して直交する方向に徐々に変化する。そして、これにより、その捲回軸方向端部１０ｅから電極体１０に吸い上げられた電解液４４の捲回軸方向中央側への移動、つまりは電解液４４の戻りが大きく阻害されることで、この電極体１０Ｃの捲回軸方向中央部分における電解液４４の濃度及び捲回軸方向端部１０ｅ側における電解液４４の濃度に高低差が生ずる。

この点を踏まえ、本実施形態の電極体１０Ｂにおいては、その交差方向リブ押圧領域αと軸方向リブ押圧領域βとの境界位置γに各薄肉部７０が設けることにより、電解液４４の戻りを促進する。そして、本実施形態の電極体１０Ｂは、これにより、その電極体１０に含浸された電解液４４に濃度のムラが生じ難い構成になっている。

図１１は、本実施形態の二次電池１Ｂ（図９参照）、及び上記第１の実施形態における二次電池１（図８参照）について、その充放電性能に関する試験結果を示している。具体的には、この性能試験は、これらの各二次電池１Ｂについて、その電池容量及び使用による抵抗上昇率の測定を含むものとなっている。そして、これらの各二次電池１，１Ｂの比較例として、上記のような電極体１０Ｃに薄肉部７０を有しない二次電池１Ｃ（図１０参照、比較例１）、及び略Ｖ字状をなして電極体の捲回軸方向に延設されることにより捲回軸方向端部１０ｅに開口するようなＶ字溝を有した従来技術の二次電池（比較例２）についてもまた、同様の性能試験を行った。

図１１に示すように、本実施形態の二次電池１Ｂは、上記第１の実施形態における二次電池１と略同様に、その抵抗上昇率が、電極体１０Ｃに薄肉部７０を有しない二次電池１Ｃよりも低い。つまりは、そのハイレート劣化の進行が抑制されている。そして、この抵抗上昇率に示されるハイレート劣化の抑制効果は、従来技術の劣化対策が施された二次電池よりも優れた値となっている。

また、従来技術の劣化対策が施された比較例の二次電池は、電極体１０Ｃに薄肉部７０を有しない二次電池１Ｃよりも電池容量が低下しているのに対し、本実施形態の二次電池１Ｂ及び上記第１の実施形態における二次電池１については、このような電池容量の低下は見られない。これは、従来技術の劣化対策、つまりは、その捲回軸方向の全域に亘って延在するＶ字状の溝部を形成することで、その電極活物質量が大きく減少するためであると推察される。つまり、本実施形態の二次電池１Ｂもまた、上記第１の実施形態における二次電池１と同様、その電極体１０Ｂに形成される交差方向リブ押圧領域αに限定して薄肉部７０を形成することにより、この薄肉部７０の形成による電極活物質の減少量を抑えることが可能になっている。そして、これにより、本実施形態の二次電池１Ｂもまた、上記第１の実施形態における二次電池１と同様の効果が得られるものとなっている。

なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記各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。

・上記各実施形態では、薄肉部７０は、電極体１０，１０Ｂの捲回軸方向に沿って延設された溝部７１としての構成を有することとしたが、その形状及び大きさは、任意に変更してもよい。例えば、その溝形状が、電極体１０の捲回軸方向に対して交差する方向に延びる凹部を形成するものであってもよい。そして、薄肉部７０の形成する凹部が、面状の広がりを有するものであってもよい。但し、この場合においても、その薄肉部７０を形成することによる電極活物質の減少を考慮することが望まれる。つまりは、その薄肉部７０の形成による電解液４４の戻り促進効果と電極活物質の減少に伴う電池容量の低下とをバランスさせることが好ましい。

・また、上記各実施形態では、薄肉部７０は、正負の電極シート３５Ｐ，３５Ｎのうち、その負極４を構成する電極シート３５Ｎに設けられることとしたが、正極３を構成する電極シート３５Ｐに、その薄肉部７０を有する構成であってもよい。また、正負の電極シート３５Ｐ，３５Ｎの両方に薄肉部７０を有する構成であってもよい。そして、各電極シート３５の電極活物質層３２は、シート状をなす集電体３１の片面に形成されていても両面に形成されていてもよい。

・薄肉部７０は、必ずしも扁平部４７に形成されていなくともよい。例えば、このような扁平部４７を有しないものに適用してもよい。また、薄肉部７０は、捲回軸方向の中央部分以外に形成された交差方向リブ押圧領域αにも配置してよい。そして、例えば、その拘束部材６０を構成するスペーサ５２が、そのケース２０に押し当てられる二面の押し当て面５２ｓ，５２ｓの両方に、それぞれ、櫛歯状に並ぶ複数のリブ６１を有する構成に適用してもよい。

・上記第２の実施形態における電極体１０Ｂは、その交差方向リブ押圧領域αと軸方向リブ押圧領域βとの境界位置γに設けられた薄肉部７０を有するとともに、その交差方向リブ押圧領域α内における拘束部材６０の各リブ６１に押圧される位置にも、その薄肉部７０が設けられた構成を有することとした。

しかし、これに限らず、図１２に示す二次電池１Ｄの電極体１０Ｄのように、その交差方向リブ押圧領域αと軸方向リブ押圧領域βとの境界位置γにのみ、その薄肉部７０が設けられた構成としてもよい。このような構成を採用しても上記第１及び第２の実施形態における二次電池１，１Ｂと同様の効果を得ることができる。

尚、この図１２に例示する二次電池１Ｄにおいては、交差方向リブ押圧領域α内において、その各長リブ６６よりも捲回軸方向端部１０ｅ側で電極体１０Ｄを押圧する複数の短リブ６５Ｄが設けられている。即ち、これらの短リブ６５Ｄは、直線的に、その電極体１０Ｄの上下方向に延びている。そして、この別例の二次電池１Ｄは、これにより、電極体１０Ｄの下端部１０ｂ近傍においても、その交差方向リブ押圧領域αと軸方向リブ押圧領域βとの境界位置γが分かりやすくなっている。

・また、上記第２の実施形態では、交差方向リブ押圧領域αと軸方向リブ押圧領域βとの境界位置γに設けられた薄肉部７０は、その櫛歯状をなす各リブ６１の間に配置されることとしたが、これらの各リブ６１によって、直接的に押圧される位置に配置してもよい。

１…二次電池
５…セパレータ
３５…電極シート
１０…電極体
Ｌ…捲回軸
２０…ケース
２０ｓ…側面
３１…集電体
３２…電極活物質層
Ｄ…厚み
４６…底部
６０…拘束部材
６１…リブ
６４…交差方向リブ延設部
α…交差方向リブ押圧領域
７０…薄肉部

Claims (7)

1. セパレータを挟んで積層された正負の電極シートを捲回してなる電極体と、
   前記電極体を収容するケースと、を備え、
   前記各電極シートは、シート状の集電体と、該集電体上に積層された電極活物質層と、を有し、
   前記電極体は、該電極体の捲回軸が前記ケースの底部に沿う方向に延在する状態で前記ケースに収容され、
   前記電極体の捲回軸方向に延在する前記ケースの側面には、櫛歯状に並ぶ複数のリブを有した拘束部材が押し当てられ、
   前記拘束部材には、前記ケースの側面に押し当てられる前記各リブが前記電極体の捲回軸方向に対して交差する方向に延びる交差方向リブ延設部が設けられるとともに、
   前記電極体には、前記ケースを介して前記拘束部材の前記交差方向リブ延設部に押圧される交差方向リブ押圧領域が形成されるものであって、
   前記交差方向リブ押圧領域が形成される位置において前記電極体に設けられた前記電極活物質層の厚みが薄い薄肉部を備える二次電池。
2. 前記電極体は、前記ケースの側面に沿って前記各電極シートが平板状に配置される扁平部を有するものであって、
   前記薄肉部は、前記扁平部に設けられている請求項１に記載の二次電池。
3. 前記交差方向リブ押圧領域内における前記拘束部材の前記各リブに前記電極体が押圧される位置に、前記薄肉部が設けられている請求項１又は請求項２に記載の二次電池。
4. 前記拘束部材には、前記交差方向リブ延設部と、前記ケースの側面に押し当てられる前記各リブが前記電極体の捲回軸方向に延びている軸方向リブ延設部と、が設けられ、
   前記電極体には、前記交差方向リブ押圧領域と、前記ケースを介して前記拘束部材の前記交差方向リブ延設部に押圧される軸方向リブ押圧領域と、が形成されるものであって、
   前記交差方向リブ押圧領域と前記軸方向リブ押圧領域との境界位置に、前記薄肉部が設けられている請求項１～請求項３の何れか一項に記載の二次電池。
5. 前記薄肉部は、前記電極体の捲回軸方向に沿って延設された溝部としての構成を有する
   請求項１～請求項４の何れか一項に記載の二次電池。
6. 前記電極体の捲回軸方向における中央部分に、前記交差方向リブ押圧領域が形成される請求項１～請求項５の何れか一項に記載の二次電池。
7. 負極を構成する前記電極シートに前記薄肉部が設けられている
   請求項１～請求項６の何れか一項に記載の二次電池。

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