JP2024034177A - 二次電池、電池パック - Google Patents

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Abstract

Figure 2024034177000001
【課題】より高い信頼性を有する二次電池を提供する。
【解決手段】この二次電池は、電極巻回体と、正極集電板と、負極集電板と、電解液と、電池缶とを備える。正極は、電極巻回体の中心軸側の正極集電体内周面およびその正極集電体内周面の反対側の正極集電体外周面と含む正極集電体と、正極集電体内周面の少なくとも一部を覆う正極内周側活物質層と、正極集電体外周面の少なくとも一部を覆う正極外周側活物質層と、を有する。負極は、電極巻回体の中心軸側の負極集電体内周面およびその負極集電体内周面の反対側の負極集電体外周面と含む負極集電体と、負極集電体内周面の少なくとも一部を覆う負極内周側活物質層と、負極外周面の少なくとも一部を覆う負極集電体外周側活物質層と、を有する。電極巻回体において、負極の最内周部分は正極の最内周部分よりも内側に位置する。負極外周側活物質層の内周側端縁は、負極内周側活物質層の内周側端縁よりも電極巻回体の中心軸側に位置する。
【選択図】図３Ａ

Description

本開示は、二次電池、ならびに二次電池を備えた電池パックに関する。
携帯電話機などの多様な電子機器が普及しているため、小型かつ軽量であると共に高エネルギー密度を得ることが可能である電源として、二次電池の開発が進められている。この二次電池は、外装部材の内部に収納された正極、負極および電解質を備えており、その二次電池の構成に関しては、様々な検討がなされている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１では、いわゆるタブレス構造と呼ばれる構造を採用し、内部抵抗を低減し、比較的大きな電流での充放電を可能とした二次電池が提案されている。
国際公開第２０２１／０２０２３７号公報
二次電池の性能を改善するために様々な検討がなされている。しかしながら、二次電池の性能には改善の余地がある。
本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、より高い信頼性を有する二次電池を提供することにある。
本開示の一実施形態の二次電池は、電極巻回体と、正極集電板と、負極集電板と、電解液と、電池缶とを備える。電極巻回体は、正極と負極とがセパレータを介して積層された積層体が第１の方向に延びる中心軸を中心に巻回されてなる。正極集電板は、電極巻回体のうちの第１の方向における第１端面と対向するように配置される。負極集電板は、電極巻回体のうちの第１の方向における第１端面と反対側の第２端面と対向するように配置される。電池缶は、電極巻回体、正極集電板、負極集電板、および電解液を収容する。正極は、電極巻回体の中心軸側の正極集電体内周面およびその正極集電体内周面の反対側の正極集電体外周面と含む正極集電体と、正極集電体内周面の少なくとも一部を覆う正極内周側活物質層と、正極集電体外周面の少なくとも一部を覆う正極外周側活物質層と、を有する。負極は、電極巻回体の中心軸側の負極集電体内周面およびその負極集電体内周面の反対側の負極集電体外周面と含む負極集電体と、負極集電体内周面の少なくとも一部を覆う負極内周側活物質層と、負極外周面の少なくとも一部を覆う負極集電体外周側活物質層と、を有する。電極巻回体において、負極の最内周部分は正極の最内周部分よりも内側に位置する。負極外周側活物質層の内周側端縁は、負極内周側活物質層の内周側端縁よりも電極巻回体の中心軸側に位置する。
本開示の一実施形態の二次電池によれば、負極外周側活物質層の内周側端縁が負極内周側活物質層の内周側端縁よりも電極巻回体の中心軸側に位置する。すなわち負極のうち、正極内周側活物質層の最内周端縁と重なり合う領域には負極内周側活物質層が設けられていないので、負極は電極巻回体の中心軸側に変形しやすくなる。このため、充放電に伴う電極巻回体の膨張収縮が生じた場合であっても、セパレータに印加される応力を緩和することができる。したがって、より高い信頼性を得ることができる。
なお、本開示の効果は、必ずしもここで説明された効果に限定されるわけではなく、後述する本開示に関連する一連の効果のうちのいずれの効果でもよい。
本開示の一実施の形態における二次電池の構成を表す断面図である。 図１に示した正極、負極およびセパレータを含む積層体の一構成例を表す模式図である。 図１に示した電極巻回体の断面構造の一構成例を表す断面図である。 図３Ａに示した電極巻回体の一部を拡大して表す拡大断面図である。 図１に示した正極の展開図である。 図１に示した正極の断面図である。 図１に示した負極の展開図である。 図１に示した負極の断面図である。 図１に示した正極集電板の平面図である。 図１に示した負極集電板の平面図である。 図１に示した電極巻回体の中心近傍を拡大して表す模式図である。 図１に示した二次電池の製造過程を説明する斜視図である。 本開示の一実施の形態の二次電池を適用した電池パックの回路構成を表すブロック図である。 実施例３の電極巻回体の中心近傍を拡大して表す模式図である。 比較例１の電極巻回体の断面構造の一構成例を表す断面図である。 比較例３の電極巻回体の断面構造の一構成例を表す断面図である。 その他の変形例としての電極巻回体の断面構造の一構成例を表す断面図である。
以下、本開示の一実施形態に関して、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。

１．二次電池
１－１．構成
１－２．動作
１－３．製造方法
１－４．作用および効果

２．応用例
２－１．電池パック
２－２．蓄電システム
＜１．二次電池＞
まず、本開示の一実施形態の二次電池に関して説明する。
本実施の形態では、円筒形状の外観を有する円筒型リチウムイオン二次電池を例示して説明する。但し、本開示の二次電池は円筒型リチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、円筒形状以外の形状の外観を有するリチウムイオン二次電池であってもよいし、リチウム以外の電極反応物質を用いた電池であってもよい。
二次電池の充放電原理は、特に限定されないが、以下では、電極反応物質の吸蔵放出を利用して電池容量が得られる場合に関して説明する。この二次電池は、正極および負極と共に電解質を備えている。この二次電池では、充電途中において負極の表面に電極反応物質が析出することを防止するために、その負極の充電容量が正極の放電容量よりも大きくなっている。すなわち、負極の単位面積当たりの電気化学容量は、正極の単位面積当たりの電気化学容量よりも大きくなるように設定されている。
電極反応物質の種類は、上述したように特に限定されないが、具体的には、アルカリ金属およびアルカリ土類金属などの軽金属である。アルカリ金属は、リチウム、ナトリウムおよびカリウムなどであると共に、アルカリ土類金属は、ベリリウム、マグネシウムおよびカルシウムなどである。
以下では、電極反応物質がリチウムである場合を例に挙げる。リチウムの吸蔵放出を利用して電池容量が得られる二次電池は、いわゆるリチウムイオン二次電池である。このリチウムイオン二次電池では、リチウムがイオン状態で吸蔵放出される。
［１－１．構成］
（リチウムイオン二次電池１）
図１は、本実施の形態のリチウムイオン二次電池１（以下、単に二次電池１という。）の高さ方向に沿った断面構成を表している。図１に示した二次電池１では、円筒状の外装缶１１の内部に電池素子としての電極巻回体２０が収納されている。
具体的には、二次電池１は、例えば、外装缶１１の内部に、一対の絶縁板１２，１３と、電極巻回体２０と、正極集電板２４と、負極集電板２５とを備えている。電極巻回体２０は、例えば、セパレータ２３を介して正極２１および負極２２が積層されて巻回された構造体である。電極巻回体２０には、液状の電解質である電解液が含浸されている。なお、二次電池１は、外装缶１１の内部に、熱感抵抗（ＰＴＣ）素子および補強部材のうちの１種以上をさらに備えていてもよい。
（外装缶１１）
外装缶１１は、例えば、高さ方向であるＺ軸方向の下端部が閉鎖されると共に上端部が開放された中空の円筒構造を有している。したがって、外装缶１１の上端部は開放端部１１Ｎとなっている。外装缶１１の構成材料は、例えば、鉄などの金属材料を含んでいる。ただし、外装缶１１の表面には、例えば、ニッケルなどの金属材料が鍍金されていてもよい。絶縁板１２と絶縁板１３とは、例えば、Ｚ軸方向においてそれらの間に電極巻回体２０を挟むように互いに対向して配置されている。なお、本明細書では、Ｚ軸方向において、開放端部１１Ｎおよびその近傍を二次電池１の上部といい、外装缶１１が閉塞されている部分およびその近傍を二次電池１の下部という場合がある。
（絶縁板１２，１３）
絶縁板１２，１３のそれぞれは、例えば、電極巻回体２０の巻回軸に対して垂直な面、すなわち図１中のＺ軸に垂直な面を有する皿状の板である。また、絶縁板１２，１３は、電極巻回体２０を挟むように配置されている。
（かしめ構造１１Ｒ）
外装缶１１の開放端部１１Ｎには、例えば、電池蓋１４および安全弁機構３０がガスケット１５を介してかしめられた構造、すなわち、かしめ構造１１Ｒが形成されている。電池蓋１４により、外装缶１１の内部に電極巻回体２０などが収納された状態で外装缶１１は密閉されている。かしめ構造１１Ｒは、いわゆるクリンプ構造であり、いわゆるクリンプ部としての折り曲げ部１１Ｐを有している。
（電池蓋１４）
電池蓋１４は、主に、外装缶１１の内部に電極巻回体２０などが収納された状態において開放端部１１Ｎを閉塞する閉塞部材である。電池蓋１４は、例えば、外装缶１１の形成材料と同様の材料を含んでいる。電池蓋１４のうちの中央領域は、例えば、上方（＋Ｚ方向）に突出している。これにより、電池蓋１４のうちの中央領域以外の領域である周辺領域は、例えば、安全弁機構３０に接触した状態となっている。
（ガスケット１５）
ガスケット１５は、主に、外装缶１１の折り曲げ部１１Ｐと電池蓋１４との間に介在する封止部材である。ガスケット１５は、折り曲げ部１１Ｐと電池蓋１４との間の隙間を封止している。ただし、ガスケット１５の表面には、例えば、アスファルトなどが塗布されていてもよい。ガスケット１５は、例えば、絶縁性材料のうちのいずれか１種類又は２種類以上を含んでいる。絶縁性材料の種類は、特に限定されないが、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）及びポリプ口ピレン（ＰＰ）などの高分子材料である。中でも、絶縁性材料は、ポリブチレンテレフタレートであることが好ましい。外装缶１１と電池蓋１４とを互いに電気的に分離しながら、折り曲げ部１１Ｐと電池蓋１４との間の隙間が十分に封止されるからである。
（安全弁機構３０）
安全弁機構３０は、主に、外装缶１１の内部の圧力（内圧）が上昇した際に、必要に応じて外装缶１１の密閉状態を解除することにより、その内圧を開放するようになっている。外装缶１１の内圧が上昇する原因は、例えば、充放電時において電解液の分解反応に起因して発生するガスなどである。また、外部からの加熱により外装缶１１の内圧が上昇する可能性もある。
（電極巻回体２０）
電極巻回体２０は、充放電反応を進行させる発電素子であり、外装缶１１の内部に収納されている。電極巻回体２０は、正極２１と、負極２２と、セパレータ２３と、液状の電解質である電解液とを含んでいる。
図２は、電極巻回体２０の展開図であり、正極２１、負極２２およびセパレータ２３を含む積層体Ｓ２０の一部を模式的に表したものである。電極巻回体２０を展開した積層体Ｓ２０では、正極２１および負極２２がセパレータ２３を介して互いに積層されている。セパレータ２３は、例えば２つの基材、すなわち、第１セパレータ部材２３Ａおよび第２セパレータ部材２３Ｂを有している。したがって、電極巻回体２０は、正極２１と、第１セパレータ部材２３Ａと、負極２２と、第２セパレータ部材２３Ｂとが順に積層された４層の積層体Ｓ２０を有している。正極２１、第１セパレータ部材２３Ａ、負極２２、および第２セパレータ部材２３Ｂは、いずれも、Ｗ軸方向を短手方向とすると共にＬ軸方向を長手方向とする略帯状の部材である。図３Ａに示したように、電極巻回体２０は、積層体Ｓ２０が、Ｚ軸方向と直交する水平断面において渦巻き状をなすように、Ｚ軸方向に延びる中心軸ＣＬ（図１参照）を中心に巻回されたものである。このとき、積層体Ｓ２０は、Ｗ軸方向がＺ軸方向とおおよそ一致する姿勢で巻回されている。なお、図３Ａは、電極巻回体２０におけるＺ軸方向と直交する水平断面に沿った一構成例を表している。但し、図３Ａでは、視認性を確保するため、セパレータ２３の図示を省略している。また、図３Ｂに、図３Ａに示した鎖線で囲まれた領域を拡大して示す。電極巻回体２０は、全体として略円柱形状の外観を有している。正極２１および負極２２は、セパレータ２３を介して互いに対向した状態を維持しつつ巻回されている。電極巻回体２０の中心には、内部空間としての貫通孔２６が形成されている。貫通孔２６は、電極巻回体２０の組み立て用の巻き芯、および溶接用の電極棒を差し込むための孔である。
正極２１、負極２２およびセパレータ２３は、セパレータ２３が電極巻回体２０の最外周および電極巻回体２０の最内周のそれぞれに配置されるように巻回されている。また、電極巻回体２０の最外周では負極２２が正極２１よりも外側に配置されている。すなわち、図３Ａに示したように、電極巻回体２０に含まれる正極２１のうちの最外周に位置する正極最外周部分２１outは、電極巻回体２０に含まれる負極２２のうちの最外周に位置する負極最外周部分２２outよりも内側に位置している。ここで、正極最外周部分２１outとは、電極巻回体２０において、正極２１の最も外側の１周分の部分である。負極最外周部分２２outとは、電極巻回体２０において、負極２２の最も外側の１周分の部分である。一方、電極巻回体２０の最内周では負極２２が正極２１よりも内側に配置されているとよい。すなわち、図３Ｂに示したように、電極巻回体２０に含まれる負極２２のうちの最内周に位置する負極最内周部分２２inは、電極巻回体２０に含まれる正極２１のうちの最内周に位置する正極最内周部分２１inよりも内側に位置しているとよい。ここで、正極最内周部分２１inとは、電極巻回体２０において、正極２１の最も内側の１周分の部分である。負極最内周部分２２inとは、電極巻回体２０において、負極２２の最も内側の１周分の部分である。正極２１、負極２２およびセパレータ２３のそれぞれの巻回数は、特に限定されず、任意に設定可能である。
図４Ａは、正極２１の展開図であり、巻回する前の状態を模式的に表したものである。図４Ｂは、正極２１の断面構成を表している。なお、図４Ｂは、図４Ａに示したＩＶＢ－ＩＶＢ線に沿った矢視方向の断面を表している。正極２１は、例えば、正極集電体２１Ａと、正極集電体２１Ａに設けられた正極活物質層２１Ｂとを含んでいる。正極活物質層２１Ｂは、例えば、正極集電体２１Ａの片面だけに設けられていてもよいし、正極集電体２１Ａの両面に設けられていてもよい。図４Ｂでは、正極活物質層２１Ｂが正極集電体２１Ａの両面に設けられている場合を示している。より詳細には、正極集電体２１Ａは、電極巻回体２０の巻回中心側、すなわち中心軸ＣＬを向いた正極集電体内周面２１Ａ１と、電極巻回体２０の巻回中心側と反対側を向いた、すなわち正極集電体内周面２１Ａ１の反対側の正極集電体外周面２１Ａ２と含んでいる。正極２１は、正極活物質層２１Ｂとして、正極集電体内周面２１Ａ１の少なくとも一部を覆う正極内周側活物質層２１Ｂ１と、正極集電体外周面２１Ａ２の少なくとも一部を覆う正極外周側活物質層２１Ｂ２とを有する。なお、本明細書では、正極内周側活物質層２１Ｂ１と正極外周側活物質層２１Ｂ２とを区別せずにそれらを一括して正極活物質層２１Ｂと称する場合がある。
正極２１は、正極集電体２１Ａに正極活物質層２１Ｂが被覆されている正極被覆部２１１と、正極集電体２１Ａが正極活物質層２１Ｂに覆われずに露出している正極露出部２１２とを有している。図４Ａに示したように、正極被覆部２１１および正極露出部２１２は、それぞれ、正極２１の長手方向であるＬ軸方向に沿って、電極巻回体２０の内周側端縁２１Ｅ１から外周側端縁２１Ｅ２に至るまで延在している。ここでＬ軸方向は、電極巻回体２０の巻回方向に相当する。すなわち、正極２１では、電極巻回体２０の巻回方向において、正極２１の内周側端縁２１Ｅ１から正極２１の外周側端縁２１Ｅ２に至るまで正極集電体２１Ａに正極活物質層２１Ｂが被覆されている。正極被覆部２１１と正極露出部２１２とは、正極２１の短手方向であるＷ軸方向に互いに隣り合っている。なお、正極露出部２１２の第１縁部２１２Ｅは、図１に示したように正極集電板２４と接続されている。正極被覆部２１１と正極露出部２１２との境界近傍には、絶縁層１０１が設けられているとよい。絶縁層１０１も、正極被覆部２１１および正極露出部２１２と同様、電極巻回体２０の内周側端縁２１Ｅ１から外周側端縁２１Ｅ２に至るまで延在しているとよい。また、絶縁層１０１は、第１セパレータ部材２３Ａおよび第２セパレータ部材２３Ｂのうちの少なくとも一方と接着されているとよい。正極２１とセパレータ２３との位置ずれが生じるのを防ぐことができるからである。また、絶縁層１０１は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含有する樹脂を含むものであるとよい。絶縁層１０１がＰＶＤＦを含有することにより、例えば電解液に含まれる溶媒により絶縁層１０１が膨潤し、セパレータ２３と良好に接着され得るからである。なお、正極２１の詳細の構成については後述する。
図５Ａは、負極２２の展開図であり、巻回する前の状態を模式的に表したものである。図５Ｂは、負極２２の断面構成を表している。なお、図５Ｂは、図５Ａに示したＶＢ－ＶＢ線に沿った矢視方向の断面を表している。負極２２は、例えば、負極集電体２２Ａと、負極集電体２２Ａに設けられた負極活物質層２２Ｂとを含んでいる。負極活物質層２２Ｂは、例えば、負極集電体２２Ａの片面だけに設けられていてもよいし、負極集電体２２Ａの両面に設けられていてもよい。図５Ｂでは、負極活物質層２２Ｂが負極集電体２２Ａの両面に設けられている場合を示している。より詳細には、負極集電体２２Ａは、電極巻回体２０の巻回中心側、すなわち中心軸ＣＬを向いた負極集電体内周面２２Ａ１と、電極巻回体２０の巻回中心側と反対側を向いた、すなわち負極集電体内周面２２Ａ１の反対側の負極集電体外周面２２Ａ２と含んでいる。負極２２は、負極活物質層２２Ｂとして、負極集電体内周面２２Ａ１の少なくとも一部を覆う負極内周側活物質層２２Ｂ１と、負極集電体外周面２２Ａ２の少なくとも一部を覆う負極外周側活物質層２２Ｂ２とを有する。なお、本明細書では、負極内周側活物質層２２Ｂ１と負極外周側活物質層２２Ｂ２とを区別せずにそれらを一括して負極活物質層２２Ｂと称する場合がある。
また、図３Ａおよび図３Ｂに示したように、負極内周側活物質層２２Ｂ１は、電極巻回体２０の径方向において正極内周側活物質層２１Ｂ１の内周側端縁２１Ｅ１と重なり合う領域以外に設けられている。すなわち、図３Ｂに矢印で示したように、電極巻回体２０の径方向において内周側端縁２１Ｅ１と対応する位置Ｙ２２には負極内周側活物質層２２Ｂ１が存在しない。図３Ａおよび図３Ｂに示した例では、負極内周側活物質層２２Ｂ１は、電極巻回体２０のうち、電極巻回体２０の巻回中心側から数えて２周目以降の巻回部分に設けられている。すなわち、破線で示したように、電極巻回体２０のうちの負極最内周部分２２inには負極内周側活物質層２２Ｂ１が設けられていない。したがって、負極外周側活物質層２２Ｂ２の内周側端縁は、負極内周側活物質層２２Ｂ１の内周側端縁よりも内側（電極巻回体２０の中心軸側）に位置する。負極内周側活物質層２２Ｂ１は、負極集電体内周面２２Ａ１のうち、正極外周側活物質層２１Ｂ２と対向する位置に設けられている。また、負極外周側活物質層２２Ｂ２は、負極集電体外周面２２Ａ２のうち、正極内周側活物質層２１Ｂ１と対向する位置に設けられている。
負極２２は、負極集電体２２Ａに負極活物質層２２Ｂが被覆されている負極被覆部２２１と、負極集電体２２Ａが負極活物質層２２Ｂに覆われずに露出している負極露出部２２２とを有している。図５Ａに示したように、負極被覆部２２１および負極露出部２２２は、それぞれ、負極２２の長手方向であるＬ軸方向に沿って延在している。負極露出部２２２は、電極巻回体２０の巻回方向において、負極２２の内周側端縁２２Ｅ１から外周側端縁２２Ｅ２に至るまで延在している。これに対し、負極被覆部２２１は、負極２２の内周側端縁２２Ｅ１および外周側端縁２２Ｅ２には設けられていない。図５Ａに示したように、負極露出部２２２の一部は、負極２２の長手方向であるＬ軸方向において負極被覆部２２１を挟むように形成されている。具体的には、負極露出部２２２は、第１部分２２２Ａと、第２部分２２２Ｂと、第３部分２２２Ｃとを含む。第１部分２２２Ａは、負極被覆部２２１とＷ軸方向に隣り合うように設けられ、負極２２の内周側端縁２２Ｅ１から外周側端縁２２Ｅ２に至るまでＬ軸方向に延在している。第２部分２２２Ｂおよび第３部分２２２Ｃは、Ｌ軸方向において負極被覆部２２１を挟むように設けられている。第２部分２２２Ｂは、例えば負極２２の内周側端縁２２Ｅ１の近傍に位置し、第３部分２２２Ｃは、負極２２の外周側端縁２２Ｅ２の近傍に位置する。なお、図１に示したように、負極露出部２２２のうちの第２縁部２２２Ｅは、負極集電板２５と接続されている。負極２２の詳細の構成については後述する。
電極巻回体２０の積層体Ｓ２０では、正極露出部２１２と負極露出部２２２の第１部分２２２Ａとが、幅方向であるＷ軸方向に沿って互いに反対向きとなるように、正極２１と負極２２とがセパレータ２３を介して積層されている。電極巻回体２０は、その側面部４５に固定テープ４６を貼り付けることによってセパレータ２３の端部が固定され、巻き緩みが生じないようになっている。
二次電池１では、図２に示したように、正極露出部２１２の幅をＡとし、負極露出部２２２の第１部分２２２Ａの幅をＢとしたとき、Ａ＞Ｂであることが好ましい。例えば幅Ａ＝７（ｍｍ）であるとき、幅Ｂ＝４（ｍｍ）である。また、正極露出部２１２のうち、セパレータ２３の幅方向の外縁から突出した部分の幅をＣとし、負極露出部２２２の第１部分２２２Ａのうち、セパレータ２３の幅方向の反対側の外縁から突出した長さをＤとしたとき、Ｃ＞Ｄであることが好ましい。例えば幅Ｃ＝４．５（ｍｍ）であるとき、幅Ｄ＝３（ｍｍ）である。
図１に示したように、二次電池１の上部において、中心軸ＣＬを中心に巻回された正極露出部２１２のうちの電極巻回体２０の径方向（Ｒ方向）に隣り合う複数の第１縁部２１２Ｅが互いに重なり合うように中心軸ＣＬに向かって折れ曲がっている。同様に、二次電池１の下部において、中心軸ＣＬを中心に巻回された負極露出部２２２のうちの径方向（Ｒ方向）に隣り合う複数の第２縁部２２２Ｅが互いに重なり合うように中心軸ＣＬに向かって折れ曲がっている。したがって、電極巻回体２０の上部の端面４１には、正極露出部２１２の複数の第１縁部２１２Ｅが集まり、電極巻回体２０の下部の端面４２には、負極露出部２２２の複数の第２縁部２２２Ｅが集まっている。電流を取り出すための正極集電板２４と第１縁部２１２Ｅとの接触をよくするために、中心軸ＣＬに向かって折れ曲がっている複数の第１縁部２１２Ｅは平坦面となっている。同様に、電流を取り出すための負極集電板２５と第２縁部２２２Ｅとの接触をよくするために、中心軸ＣＬに向かって折れ曲がっている複数の第２縁部２２２Ｅは平坦面となっている。なお、ここでいう平坦面とは、完全に平坦な面のみならず、正極露出部２１２および負極露出部２２２がそれぞれ正極集電板２４および負極集電板２５と接合可能な程度において、多少の凹凸や表面粗さを有する表面も含む。
正極集電体２１Ａは、後述するように例えばアルミニウム箔からなる。一方、負極集電体２２Ａは、後述するように例えば銅箔からなる。この場合、正極集電体２１Ａは負極集電体２２Ａよりも柔らかい。すなわち、正極露出部２１２のヤング率のほうが負極露出部２２２のヤング率よりも低い。このため、一実施の形態では、幅Ａ～Ｄに関してＡ＞ＢかつＣ＞Ｄの関係を有することがより好ましい。その場合、両極側から同時に同じ圧力で正極露出部２１２と負極露出部２２２とが折り曲げられるとき、折り曲げられた部分のセパレータ２３の先端から測った高さは正極２１と負極２２とで同じくらいになることがある。このとき、正極露出部２１２の複数の第１縁部２１２Ｅ（図１）がそれぞれ折り曲げられて適度に重なり合うこととなる。そのため、正極露出部２１２と正極集電板２４との接合を容易に行うことができる。同様に、負極露出部２２２の複数の第２縁部２２２Ｅ（図１）がそれぞれ折り曲げられて適度に重なり合うこととなる。そのため、負極露出部２２２と負極集電板２５との接合を容易に行うことができる。ここでいう接合とは、例えばレーザ溶接により繋ぎ合わされることを意味するが、その接合方法はレーザ溶接に限定されない。
図２に示したように、正極２１の正極露出部２１２のうち、セパレータ２３を挟んで負極２２に対向する部分は絶縁層１０１により覆われている。絶縁層１０１は、Ｗ軸方向において例えば３ｍｍの幅を有する。絶縁層１０１は、セパレータ２３を介して負極２２の負極被覆部２２１に対向する正極２１の正極露出部２１２の全ての領域を覆っている。絶縁層１０１は、例えば負極被覆部２２１と正極露出部２１２との間に異物が侵入したときに、二次電池１の内部短絡を効果的に防ぐことができる。また、絶縁層１０１は、二次電池１に衝撃が加わったときに、その衝撃を吸収し、正極露出部２１２の折れ曲がりの発生や、正極露出部２１２と負極２２との短絡の発生を効果的に防ぐことができる。
（絶縁テープ５３，５４）
二次電池１は、外装缶１１と電極巻回体２０との隙間に絶縁テープ５３，５４をさらに有していてもよい。端面４１，４２に集まっている正極露出部２１２および負極露出部２２２は剥き出しの金属箔などの導電体である。このため、正極露出部２１２および負極露出部２２２と外装缶１１とが近接していると、外装缶１１を介して正極２１と負極２２との短絡が発生する可能性がある。また、端面４１にある正極集電板２４と外装缶１１とが近接したときにショートする可能性もある。そのため、絶縁部材としての絶縁テープ５３，５４が設けられているとよい。絶縁テープ５３，５４は、例えば、基材層の材質がポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミドのうちいずれかで構成され、基材層の一面に粘着層を有している粘着テープである。絶縁テープ５３，５４の設置により電極巻回体２０の容積を減らさないために、絶縁テープ５３，５４は側面部４５に貼付された固定テープ４６と重ならないように配置され、絶縁テープ５３，５４の厚さは固定テープ４６の厚さ以下に設定されている。
（正極集電板２４および負極集電板２５）
通常のリチウムイオン二次電池では例えば、正極と負極との１か所ずつに電流取出し用のリードが溶接されている。しかしながら、これではリチウムイオン二次電池の内部抵抗が大きく、放電時にリチウムイオン二次電池が発熱し高温になるため、ハイレート放電には適さない。そこで、本実施の形態の二次電池１では、端面４１と対向するように正極集電板２４を配置すると共に端面４２と対向するように負極集電板２５を配置し、端面４１に存在する正極被覆部２１１と正極集電板２４とを多点で溶接すると共に端面４２に存在する負極被覆部２２１と負極集電板２５とを多点で溶接するようにしている。こうすることで、二次電池１の内部抵抗を低下させるようにしている。端面４１，４２が上述したように平坦面となっていることも低抵抗化に寄与している。正極集電板２４は、例えば、安全弁機構３０を介して電池蓋１４と電気的に接続されている。負極集電板２５は、例えば外装缶１１と電気的に接続されている。図６Ａは、正極集電板２４の一構成例を表す模式図である。図６Ｂは、負極集電板２５の一構成例を表す模式図である。正極集電板２４は、例えばアルミニウムもしくはアルミニウム合金の単体、またはそれらの複合材により構成される金属板である。負極集電板２５は、例えばニッケル、ニッケル合金、銅、もしくは銅合金の単体、またはそれらのうちの２種以上の複合材により構成される金属板である。
図６Ａに示したように、正極集電板２４は、略扇形の扇状部３１に、略矩形の帯状部３２が接続された形状を有している。扇状部３１の中央付近に貫通孔３５が形成されている。二次電池１では、正極集電板２４は、貫通孔３５が貫通孔２６とＺ軸方向において重なり合うように設けられている。図６Ａの斜線で示す部分は、帯状部３２のうちの絶縁部３２Ａである。絶縁部３２Ａは、帯状部３２の一部であって絶縁テープが貼付されたり絶縁材料が塗布されたりしている部分である。帯状部３２のうち、絶縁部３２Ａの下側の部分は外部端子を兼ねた封口板への接続部３２Ｂである。なお、図１に示したように、二次電池１が、貫通孔２６に金属製のセンターピンを備えていない電池構造を有する場合に、帯状部３２が負極電位の部位と接触する可能性が低い。そのため、正極集電板２４は絶縁部３２Ａを有しなくてもよい。正極集電板２４が絶縁部３２Ａを有しない場合、正極２１と負極２２との幅を絶縁部３２Ａの厚さに相当する分だけ広げることで充放電容量を大きくすることができる。
図６Ｂに示した負極集電板２５の形状は、図６Ａに示した正極集電板２４の形状とほとんど同じである。但し、負極集電板２５の帯状部３４は正極集電板２４の帯状部３２と異なっている。負極集電板２５の帯状部３４は、正極集電板２４の帯状部３２より短く、正極集電板２４の絶縁部３２Ａに相当する部分がない。帯状部３４には、複数の丸印で示される丸型の突起部３７が設けられている。抵抗溶接時には、電流が突起部３７に集中し、突起部３７が溶けて帯状部３４が外装缶１１の底に溶接される。正極集電板２４と同様に、負極集電板２５には扇状部３３の中央付近に貫通孔３６が形成されている。二次電池１では、負極集電板２５は、貫通孔３６が貫通孔２６とＺ軸方向において重なり合うように設けられている。
正極集電板２４の扇状部３１は、その平面形状に起因して、端面４１の一部のみを覆うようになっている。同様に、負極集電板２５の扇状部３３は、その平面形状に起因して、端面４２の一部のみを覆うようになっている。扇状部３１および扇状部３３が端面４１および端面４２の全てを覆わないようにしている理由は、例えば以下の２つである。第１に、例えば二次電池１を組み立てる際に電極巻回体２０へ電解液を円滑に浸透させるためである。第２に、リチウムイオン二次電池が異常な高温状態や過充電状態になったときに発生したガスを外部へ放出しやすくするためである。
（正極集電体２１Ａ）
正極集電体２１Ａは、例えば、アルミニウムなどの導電性材料を含んでいる。正極集電体２１Ａは、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金からなる金属箔である。
（正極活物質層２１Ｂ）
正極活物質層２１Ｂは、正極活物質として、リチウムを吸蔵放出可能である正極材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。ただし、正極活物質層２１Ｂは、さらに、正極結着剤および正極導電剤などの他の材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいてもよい。正極材料は、リチウム含有化合物であることが好ましく、より具体的にはリチウム含有複合酸化物およびリチウム含有リン酸化合物などであることが好ましい。リチウム含有複合酸化物は、リチウムと、１種類または２種類以上の他元素、すなわちリチウム以外の元素とを構成元素として含む酸化物である。リチウム含有複合酸化物は、例えば、層状岩塩型及びスピネル型などのうちのいずれかの結晶構造を有している。リチウム含有リン酸化合物は、リチウムと１種類または２種類以上の他元素とを構成元素として含むリン酸化合物であり、例えば、オリビン型などの結晶構造を有している。正極活物質層２１Ｂは、特に、正極活物質としてコバルト酸リチウム、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物、およびリチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物のうちの少なくとも１種を含有するとよい。正極結着剤は、例えば、合成ゴム及び高分子化合物などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。合成ゴムは、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムおよびエチレンプロピレンジエンなどである。高分子化合物は、例えば、ポリフッ化ビニリデン及びポリイミドなどである。正極導電剤は、例えば、炭素材料などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。この炭素材料は、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックおよびケッチェンブラックなどである。ただし、正極導電剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料および導電性高分子などでもよい。
（負極集電体２２Ａ）
負極集電体２２Ａは、例えば、銅などの導電性材料を含んでいる。負極集電体２２Ａは、例えばニッケル、ニッケル合金、銅、または銅合金からなる金属箔である。負極集電体２２Ａの表面は、粗面化されていることが好ましい。いわゆるアンカー効果により、負極集電体２２Ａに対する負極活物質層２２Ｂの密着性が向上するからである。この場合には、少なくとも負極活物質層２２Ｂと対向する領域において、負極集電体２２Ａの表面が粗面化されていればよい。粗面化の方法は、例えば、電解処理を利用して微粒子を形成する方法などである。電解処理では、電解槽中において電解法により負極集電体２２Ａの表面に微粒子が形成されるため、負極集電体２２Ａの表面に凹凸が設けられる。電解法により作製された銅箔は、一般的に、電解銅箔と呼ばれている。
（負極活物質層２２Ｂ）
負極活物質層２２Ｂは、負極活物質として、リチウムを吸蔵及び放出することが可能である負極材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。ただし、負極活物質層２２Ｂは、さらに、負極結着剤および負極導電剤などの他の材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいてもよい。負極材料は、例えば、炭素材料である。リチウムの吸蔵放出時における結晶構造の変化が非常に少ないため、高いエネルギー密度が安定して得られるからである。また、炭素材料は負極導電剤としても機能するため、負極活物質層２２Ｂの導電性が向上するからである。炭素材料は、例えば、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素および黒鉛などである。ただし、難黒鉛化性炭素における（００２）面の面間隔は、０．３７ｎｍ以上であることが好ましい。黒鉛における（００２）面の面間隔は、０．３４ｎｍ以下であることが好ましい。より具体的には、炭素材料は、例えば、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、活性炭およびカーボンブラック類などである。このコークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスおよび石油コークスなどが含まれる。有機高分子化合物焼成体は、フェノール樹脂およびフラン樹脂などの高分子化合物が適当な温度で焼成（炭素化）されたものである。この他、炭素材料は、約１０００℃以下の温度で熱処理された低結晶性炭素でもよいし、非晶質炭素でもよい。なお、炭素材料の形状は、繊維状、球状、粒状および鱗片状のうちのいずれでもよい。二次電池１では、完全充電時の開回路電圧、すなわち電池電圧が４．２５Ｖ以上であると、その完全充電時の開回路電圧が４．２０Ｖである場合と比較して、同じ正極活物質を用いても単位質量当たりのリチウムの放出量が多くなる。このため、それに応じて正極活物質と負極活物質との量が調整されている。これにより、高いエネルギー密度が得られる。
また、負極活物質層２２Ｂは、負極活物質として、珪素、珪素酸化物、炭素珪素化合物、および珪素合金のうちの少なくとも1つを含有する珪素含有材料を含むものであってもよい。珪素含有材料とは、珪素を構成元素として含む材料の総称である。ただし、珪素含有材料は、珪素のみを構成元素として含んでいてもよい。なお、珪素含有材料の種類は、１種類だけでもよいし、２種類以上でもよい。珪素含有材料は、リチウムと合金を形成可能であり、珪素の単体でもよいし、珪素の合金でもよいし、珪素の化合物でもよいし、それらの２種類以上の混合物でもよいし、それらの１種類または２種類以上の相を含む材料でもよい。また、珪素含有材料は、結晶質でもよいし、非晶質でもよいし、結晶質部分および非晶質部分の双方を含んでいてもよい。ただし、ここで説明した単体は、あくまで一般的な単体を意味しているため、微量の不純物を含んでいてもよい。すなわち、単体の純度は、必ずしも１００％に限られない。珪素の合金は、例えば、珪素以外の構成元素として、スズ、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモンおよびクロムなどのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。珪素の化合物は、例えば、珪素以外の構成元素として、炭素および酸素などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。なお、珪素の化合物は、例えば、珪素以外の構成元素として、珪素の合金に関して説明した一連の構成元素のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいてもよい。具体的には、珪素の合金および珪素の化合物は、例えば、ＳｉＢ4 、ＳｉＢ6 、Ｍｇ2 Ｓｉ、Ｎｉ2 Ｓｉ、ＴｉＳｉ2 、ＭｏＳｉ2 、ＣｏＳｉ2 、ＮｉＳｉ2 、ＣａＳｉ2 、ＣｒＳｉ2 、Ｃｕ5 Ｓｉ、ＦｅＳｉ2 、ＭｎＳｉ2 、ＮｂＳｉ2 、ＴａＳｉ2 、ＶＳｉ2 、ＷＳｉ2 、ＺｎＳｉ2 、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ｓｉ2 Ｎ2 ＯおよびＳｉＯv （０＜ｖ≦２）などである。ただし、ｖの範囲は、任意に設定可能であり、例えば、０．２＜ｖ＜１．４でもよい。
（セパレータ２３）
セパレータ２３は、正極２１と負極２２との間に介在している。セパレータ２３は、正極２１と負極２２との接触に起因する電流の短絡を防止しながらリチウムイオンを通過させる。セパレータ２３は、例えば、合成樹脂およびセラミックなどの多孔膜のうちのいずれか１種類または２種類以上であり、２種類以上の多孔膜の積層膜でもよい。合成樹脂は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンおよびポリエチレンなどである。但し、セパレータ２３は、ポリエチレンを含む単層ポリオレフィン多孔膜からなる基材を有するとよい。積層膜と比較して、良好な高出力特性が得られるからである。セパレータ２３を構成する第１セパレータ部材２３Ａおよび第２セパレータ部材が、それぞれポリオレフィンからなる単層の多孔膜である場合、その多孔膜の厚さは例えば１０μｍ以上１５μｍ以下であるとよい。ポリオレフィンからなる単層の多孔膜が１０μｍ以上の厚さを有することにより、内部短絡を十分に回避できる。ポリオレフィンからなる単層の多孔膜の厚さが１５μｍ以下であれば、より良好な放電容量特性が得られる。また、その多孔膜の面密度は、例えば６．３ｇ／ｍ２以上８．３ｇ／ｍ２以下であるとよい。ポリオレフィンからなる単層の多孔膜の面密度が６．３ｇ／ｍ２以上であれば、内部短絡を十分に回避できる。ポリオレフィンからなる単層の多孔膜の面密度が８．３ｇ／ｍ２以下であれば、より良好な放電容量特性が得られる。
特に、セパレータ２３は、例えば、上記した基材としての多孔膜と、その基材層の片面または両面に設けられた高分子化合物層とを含んでいてもよい。正極２１および負極２２のそれぞれに対するセパレータ２３の密着性が向上するため、電極巻回体２０の歪みが抑制されるからである。これにより、電解液の分解反応が抑制されると共に、基材層に含浸された電解液の漏液も抑制されるため、充放電を繰り返しても抵抗が上昇しにくくなると共に、電池膨れが抑制される。高分子化合物層は、例えば、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子化合物を含んでいる。物理的強度に優れていると共に、電気化学的に安定だからである。ただし、高分子化合物は、ポリフッ化ビニリデン以外でもよい。この高分子化合物層を形成する場合には、例えば、有機溶剤などに高分子化合物が溶解された溶液を基材層に塗布したのち、その基材層を乾燥させる。なお、溶液中に基材層を浸漬させたのち、その基材層を乾燥させてもよい。この高分子化合物層は、例えば、無機粒子などの絶縁性粒子のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいてもよい。無機粒子の種類は、例えば、酸化アルミニウムおよび窒化アルミニウムなどである。
（電解液）
電解液は、溶媒および電解質塩を含んでいる。ただし、電解液は、さらに、添加剤などの他の材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいてもよい。溶媒は、有機溶媒などの非水溶媒のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。非水溶媒を含む電解液は、いわゆる非水電解液である。非水溶媒は、例えば、フッ素化合物およびジニトリル化合物を含有している。フッ素化合物は、例えばフッ素化エチレンカーボネート、トリフルオロカーボネート、トリフルオロエチルメチルカーボネート、フッ素化カルボン酸エステル、およびフッ素エーテルのうちの少なくとも１種を含むものである。また、非水溶媒は、ジニトリル化合物以外のニトリル化合物、例えばモノニトリル化合物や３トリル化合物のうちの少なくとも１種をさらに含んでいてもよい。ジニトリル化合物として、例えばスクシノニトリル（ＳＮ）が好ましい。但し、ジニトリル化合物は、スクシノニトリルに限定されるものではなく、例えばアジポニトリルなどの他のジニトリル化合物であってもよい。
電解質塩は、例えば、リチウム塩などの塩のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。ただし、電解質塩は、例えば、リチウム塩以外の塩を含んでいてもよい。このリチウム以外の塩は、例えば、リチウム以外の軽金属の塩などである。リチウム塩は、例えば、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ化ヒ酸リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、テトラフェニルホウ酸リチウム（ＬｉＢ（Ｃ6Ｈ5）4）、メタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＨ3ＳＯ3）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）、テトラクロロアルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＣｌ4）、六フッ化ケイ酸二リチウム（Ｌｉ2ＳＦ6）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）及び臭化リチウム（ＬｉＢｒ）などである。中でも、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウム及び六フッ化ヒ酸リチウムのうちのいずれか１種類又は２種類以上が好ましく、六フッ化リン酸リチウムがより好ましい。電解質塩の含有量は、特に限定されないが、中でも、溶媒に対して０．３ｍｏｌ/ｋｇから３ｍｏｌ/ｋｇであることが好ましい。電解液が電解質塩としてＬｉＰＦ６を含有する場合、電解液におけるＬｉＰＦ６の濃度は１．２５ｍｏｌ／ｋｇ以上１．４５ｍｏｌ／ｋｇ以下であるとよい。高負荷レート充電時の塩の消費（分解）によるサイクル劣化を防ぐことができるので、高負荷サイクル特性が向上するからである。電解質塩として、ＬｉＰＦ６に加えてＬｉＢＦ４をさらに含む場合、電解液におけるＬｉＢＦ４の濃度は０．００１（重量％）以上０．１（重量％）以下であるとよい。高負荷レート充電時の塩の消費（分解）によるサイクル劣化をより効果的に防ぐことができるので、高負荷サイクル特性がよりいっそう向上するからである。
次に、図３Ｂに加えて図７を参照して、電極巻回体２０の中心近傍における正極２１、負極２２、およびセパレータ２３の相互の位置関係について詳細に説明する。図７は、図３Ｂに示した電極巻回体２０の中心近傍を模式的に表したものである。
セパレータ２３は、３つ以上の基材が積層された積層部分Ｓ２３を有している。なお、図３Ｂおよび図７では、積層部分Ｓ２３が、第１セパレータ部材２３Ａのうちの内周側端部２３Ａ１と、第１セパレータ部材２３Ａのうちの中途部分２３Ａ２と、第２セパレータ部材２３Ｂのうちの内周側端部２３Ｂ１との３つの基材が積層された３層構造を有している。但し、積層部分Ｓ２３は、４つ以上の基材が積層されたものであってもよい。
電極巻回体２０では、正極２１の内周側端縁２１Ｅ１と、負極２２と、積層部分Ｓ２３とが、電極巻回体２０の径方向に互いに対応する位置にある。なお、図７では、紙面上下方向が電極巻回体２０の径方向に対応している。第１セパレータ部材２３Ａは、電極巻回体２０の中心領域において折り返されている。なお、電極巻回体２０の中心領域とは、図７における負極集電体２２Ａの内周側端部よりも内周側（Ｌ軸のマイナス方向）の領域を意味している。また、電極巻回体２０の中心領域とは、図３Ａにおける負極集電体２２Ａの内周側端部よりも内周側の領域を意味している。このような構造を有する場合には、第１セパレータ部材２３Ａおよび第２セパレータ部材２３Ｂの折り返し部分を巻き芯にしっかり保持できるため、電極巻回体を短時間で精度よく製造することができる。折り返された第１セパレータ部材２３Ａの内周側端部２３Ａ１は、正極２１の内周側端縁２１Ｅ１と負極２２との間に挟まれている。同様に、第２セパレータ部材２３Ｂもまた、電極巻回体２０の中心領域において折り返されている。内周側端部２３Ａ１と同様、折り返された第２セパレータ部材２３Ｂの内周側端部２３Ｂ１も、正極２１の内周側端縁２１Ｅ１と負極２２との間に挟まれている。さらに、第１セパレータ部材２３Ａのうちの内周側端部２３Ａ１以外の中途部分２３Ａ２もまた、正極２１の内周側端縁２１Ｅ１と負極２２との間に挟まれている。
ここで、第１セパレータ部材２３Ａの内周側端部２３Ａ１および第２セパレータ部材の内周側端部２３Ｂ１と、正極２１とが重なり合う重複部分ＯＬ２０のＬ軸方向の長さＬ２０は、１ｍｍ以上であって電極巻回体２０の最内周の１周分よりも短いとよい。なお、重複部分ＯＬ２０の長さＬ２０は、例えば以下のようにして求める。まず、外装缶１１の内部から電極巻回体２０を取り出す。次に、正極２１、第１セパレータ部材２３Ａ、負極２２、および第２セパレータ部材２３Ｂが順に積層された状態を維持しつつ、巻回された電極巻回体２０を展開する。その際、正極２１、第１セパレータ部材２３Ａ、負極２２、および第２セパレータ部材２３Ｂの相互の位置関係がずれないように、それらをクリップなどにより数か所挟持して平坦な面の上に展開する。そののち、定規を用いて重複部分ＯＬ２０のＬ軸方向の長さＬ２０を測定する。
さらに、図７に示したように、セパレータ２３の積層部分Ｓ２３のうち、正極２１と負極２２との間に挟まれた第１部分Ｓ２３－１の厚さＴ１は、積層部分Ｓ２３のうち、正極２１と負極２２との間に挟まれていない第２部分Ｓ２３－２の厚さＴ２よりも薄くなっている（Ｔ１＜Ｔ２）。積層体Ｓ２０を巻回することにより電極巻回体２０を作製する際、内周側端縁２１Ｅ２を含む正極２１の最内周ターンと負極２２の最内周ターンとの間に挟まれる第１部分Ｓ２３－１は、正極２１が存在しない領域に配置される第２部分Ｓ２３－２よりも大きな圧力を受けるからである。なお、図７では、識別性を高めるため、正極２１、負極２２、第１セパレータ部材２３Ａ、および第２セパレータ部材２３Ｂがそれらの相互間に隙間を設けて描くようにしているが、実際にはそれらの構成要素は互いに密接している。
セパレータ２３の積層部分Ｓ２３の厚さＴ１，Ｔ２は、例えば以下のようにして求める。まず、外装缶１１の内部から電極巻回体２０を取り出し、正極２１、第１セパレータ部材２３Ａ、負極２２、および第２セパレータ部材２３Ｂが順に積層された状態を維持しつつ、巻回された電極巻回体２０を展開する。次に、Ｗ軸方向のほぼ中間点において、積層部分Ｓ２３をＬ軸方向に沿って切断する。さらに、切断により得られた断面をイオンミリングすることでクリーニングし、不要な付着物等を除去する。そののち、走査型電子顕微鏡により、クリーニングされた断面を観察し、例えば１０００倍程度の拡大画像を取得する。得られた拡大画像から、内周側端縁２１Ｅ２を基準位置として、その基準位置からＬ軸方向に前後０．５ｍｍの位置の積層部分Ｓ２３の厚さを測定する。すなわち、厚さＴ１の測定位置は、内周側端縁２１Ｅ２の位置からＬ軸方向に沿って外周側に向けて０．５ｍｍ離れた位置とする。一方、厚さＴ２の測定位置は、内周側端縁２１Ｅ２の位置からＬ軸方向に沿って内周側に向けて０．５ｍｍ離れた位置とする。
［１－２．動作］
本実施の形態の二次電池１では、例えば、充電時において、正極２１からリチウムイオンが放出されると共に、そのリチウムイオンが電解液を介して負極２２に吸蔵される。また、二次電池１では、例えば、放電時において、負極２２からリチウムイオンが放出されると共に、そのリチウムイオンが電解液を介して正極２１に吸蔵される。
［１－３．製造方法］
図１～図５Ｂに加えて図８を参照して、二次電池１の製造方法について説明する。図８は、図１に示した二次電池の製造過程を説明する斜視図である。
まず、正極集電体２１Ａを用意し、正極集電体２１Ａの表面に正極活物質層２１Ｂを選択的に形成することにより、正極被覆部２１１および正極露出部２１２を有する正極２１を形成する。次に、負極集電体２２Ａを用意し、負極集電体２２Ａの表面に負極活物質層２２Ｂを選択的に形成することにより、負極被覆部２２１および負極露出部２２２を有する負極２２を形成する。正極２１および負極２２について乾燥処理を行うようにしてもよい。続いて、正極露出部２１２と負極露出部２２２の第１部分２２２ＡとがＷ軸方向において互いに反対側となるように、正極２１と負極２２とを第１セパレータ部材２３Ａおよび第２セパレータ部材２３Ｂを介して重ねることにより積層体Ｓ２０を作製する。積層体Ｓ２０を作製する際、第１セパレータ部材２３Ａの内周側端部２３Ａ１および第２セパレータ部材の内周側端部２３Ｂ１を折り返し、それら内周側端部２３Ａ１および内周側端部２３Ｂ１を正極２１の内周側端縁２１Ｅ２と負極２２との間に挟むようにする。そののち、貫通孔２６が形成されるように、積層体Ｓ２０を渦巻き状に巻回する。さらに、渦巻き状に巻回した積層体Ｓ２０の最外周に固定テープ４６を貼り付ける。これにより、図８の（Ａ）に示したように、電極巻回体２０を得る。
次に、図８の（Ｂ）に示したように、例えば厚さ０．５ｍｍの平板などの端を電極巻回体２０の端面４１，４２に対して垂直に、すなわちＺ軸方向に押し付けることで、端面４１，４２を局所的に折り曲げる。その結果、貫通孔２６から径方向（Ｒ方向）に放射状に延びる溝４３が作製される。なお、図８の（Ｂ）に示した溝４３の数や配置は例示であって本開示はこれに限定されるものではない。
続いて、図８の（Ｃ）に示したように、電極巻回体２０の上方および下方から実質的に同時に、かつ実質的に同じ圧力を端面４１および端面４２に対して略垂直方向に加える。その際、貫通孔２６に、例えば棒状の治具を挿入しておく。そうすることにより、正極露出部２１２と負極露出部２２２の第１部分２２２Ａとをそれぞれ折り曲げて、端面４１および端面４２がそれぞれ平坦面となるようにする。このとき、端面４１および端面４２にある正極露出部２１２の第１縁部２１２Ｅおよび負極露出部２２２の第２縁部２２２Ｅが、貫通孔２６に向かって重なりつつ折れ曲がるようにする。そののち、端面４１に正極集電板２４の扇状部３１をレーザ溶接などにより接合すると共に、端面４２に負極集電板２５の扇状部３３をレーザ溶接などにより接合する。
次に、電極巻回体２０の所定の位置に絶縁テープ５３，５４を貼付ける。そののち、図８の（Ｄ）に示したように、正極集電板２４の帯状部３２を折り曲げ、絶縁板１２の穴１２Ｈに帯状部３２を挿通させる。また、負極集電板２５の帯状部３４を折り曲げ、絶縁板１３の穴１３Ｈに帯状部３４を挿通させる。
次に、図８の（Ｅ）に示した外装缶１１内に、上記のように組立てを行った電極巻回体２０を挿入したのち、外装缶１１の底部と負極集電板２５との溶接を行う。そののち、外装缶１１の開放端部１１Ｎの近傍にくびれ部１１Ｓを形成する。さらに、電解液を外装缶１１内に注入したのち、正極集電板２４の帯状部３２と安全弁機構３０とを溶接する。
次に、図８の（Ｆ）に示したように、くびれ部１１Ｓを利用してガスケット１５、安全弁機構３０および電池蓋１４で密封する。
以上により、本実施の形態の二次電池１が完成する。
［１－４．作用および効果］
このように、本実施の形態の二次電池１では、負極２２のうち、正極内周側活物質層２１Ｂ１の内周側端縁２１Ｅ１と重なり合う領域には負極内周側活物質層２２Ｂ１が設けられていない。すなわち、負極外周側活物質層２２Ｂ２の内周側端縁は、負極内周側活物質層２２Ｂ１の内周側端縁よりも電極巻回体２０の中心軸側に位置する。このため、負極２２は巻回中心側に変形しやすくなる。よって、充放電に伴う電極巻回体２０の膨張収縮が生じた場合であっても、正極内周側活物質層２１Ｂ１の内周側端縁２１Ｅ１と負極２２との間隔が広がるので、セパレータ２３に印加される応力を緩和することができる。その結果、セパレータ２３の破れによる正極２１と負極２２との短絡を回避できる。本実施の形態の二次電池１によれば、高い信頼性を得ることができる。
また、二次電池１では、負極内周側活物質層２２Ｂ１が、電極巻回体２０のうち、電極巻回体２０の巻回中心側から数えて２周目以降の巻回部分に設けられているので、正極２１と負極２２との短絡の可能性がより低減される。よって、より高い信頼性を得ることができる。
なお、二次電池１では、負極内周側活物質層２２Ｂ１が負極集電体内周面２２Ａ１のうち正極外周側活物質層２１Ｂ２と対向する位置に設けられており、負極外周側活物質層２２Ｂ２が負極集電体外周面２２Ａ２のうち、正極内周側活物質層２１Ｂ１と対向する位置に設けられているので、リチウム析出を回避することができる。
また、本実施の形態の二次電池１は、電解液がリチウム塩としてＬｉＰＦ６を含有し、電解液におけるＬｉＰＦ６の濃度が１．２５ｍｏｌ／ｋｇ以上１．４５ｍｏｌ／ｋｇ以下であるように構成されている。電解質塩の濃度が１．２５ｍｏｌ／ｋｇ以上であれば、十分なイオンキャリア数が得られるので抵抗の増加を回避でき、発熱を効果的に低減できる。また、電解質塩の濃度が１．４５ｍｏｌ／ｋｇ以下であれば、電解質塩の存在による電解液の粘度上昇を抑制でき、正極２１および負極２２への含浸性を良好に維持でき、発熱を効果的に低減できる。このため、二次電池１は、その充電時における内部の温度上昇を緩和することができ、電解液の分解反応を効果的に抑制することができる。したがって、高負荷レート充電時の塩の消費（分解）によるサイクル劣化を防ぐことができ、高負荷サイクル特性が向上する。よって、高い信頼性を実現することができる。
＜２．応用例＞
上記した本開示の一実施の形態としての二次電池１の用途は、例えば、以下で説明する通りである。
［２－１．電池パック］
図９は、本発明の一実施の形態に係る電池（以下、二次電池と適宜称する）を電池パック３００に適用した場合の回路構成例を示すブロック図である。電池パック３００は、組電池３０１、外装、充電制御スイッチ３０２ａと、放電制御スイッチ３０３ａ、を備えるスイッチ部３０４、電流検出抵抗３０７、温度検出素子３０８、制御部３１０を備えている。
電池パック３００は、正極端子３２１及び負極端子３２２を備え、充電時には正極端子３２１および負極端子３２２がそれぞれ充電器の正極端子、負極端子に接続され、充電が行われる。また、電子機器使用時には、正極端子３２１および負極端子３２２がそれぞれ電子機器の正極端子、負極端子に接続され、放電が行われる。
組電池３０１は、複数の二次電池３０１ａを直列または並列に接続してなる。二次電池３０１ａとして、上述の二次電池１を適用可能である。なお、図８では、６つの二次電池３０１ａが、２並列３直列（２Ｐ３Ｓ）に接続された場合が例として示されているが、その他、ｎ並列ｍ直列（ｎ，ｍは整数）のように、どのような接続方法でもよい。
スイッチ部３０４は、充電制御スイッチ３０２ａおよびダイオード３０２ｂ、ならびに放電制御スイッチ３０３ａおよびダイオード３０３ｂを備え、制御部３１０によって制御される。ダイオード３０２ｂは、正極端子３２１から組電池３０１の方向に流れる充電電流に対して逆方向であって、負極端子３２２から組電池３０１の方向に流れる放電電流に対して順方向の極性を有する。ダイオード３０３ｂは、充電電流に対して順方向であって放電電流に対して逆方向の極性を有する。なお、図９では＋側にスイッチ部３０４を設けているが、－側に設けてもよい。
充電制御スイッチ３０２ａは、電池電圧が過充電検出電圧となった場合にオフされて、組電池３０１の電流経路に充電電流が流れないように充放電制御部によって制御される。充電制御スイッチ３０２ａのオフ後は、ダイオード３０２ｂを介することによって放電のみが可能となる。また、充電時に大電流が流れた場合にオフされて、組電池３０１の電流経路に流れる充電電流を遮断するように、制御部３１０によって制御される。放電制御スイッチ３０３ａは、電池電圧が過放電検出電圧となった場合にオフされて、組電池３０１の電流経路に放電電流が流れないように制御部３１０によって制御される。放電制御スイッチ３０３ａのＯＦＦ後は、ダイオード３０３ｂを介することによって充電のみが可能となる。また、放電時に大電流が流れた場合にオフされて、組電池３０１の電流経路に流れる放電電流を遮断するように、制御部３１０によって制御される。
温度検出素子３０８は例えばサーミスタであり、組電池３０１の近傍に設けられ、組電池３０１の温度を測定して測定温度を制御部３１０に供給する。電圧検出部３１１は、組電池３０１およびそれを構成する各二次電池３０１ａの電圧を測定し、この測定電圧をＡ／Ｄ変換して、制御部３１０に供給する。電流測定部３１３は、電流検出抵抗３０７を用いて電流を測定し、この測定電流を制御部３１０に供給する。スイッチ制御部３１４は、電圧検出部３１１および電流測定部３１３から入力された電圧および電流に基づき、スイッチ部３０４の充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ａを制御する。
スイッチ制御部３１４は、複数の二次電池３０１ａのいずれかの電圧が過充電検出電圧以下もしくは過放電検出電圧以下になったとき、また、大電流が急激に流れたときに、スイッチ部３０４に制御信号を送ることにより、過充電および過放電、過電流充放電を防止する。ここで、例えば、二次電池がリチウムイオン二次電池の場合、過充電検出電圧が例えば４．２０Ｖ±０．０５Ｖと定められ、過放電検出電圧が例えば２．４Ｖ±０．１Ｖと定められる。
充放電スイッチは、例えばＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチを使用できる。この場合ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードがダイオード３０２ｂおよび３０３ｂとして機能する。充放電スイッチとして、Ｐチャンネル型ＦＥＴを使用した場合は、スイッチ制御部３１４は、充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ａのそれぞれのゲートに対して、制御信号ＤＯおよびＣＯをそれぞれ供給する。充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ａはＰチャンネル型である場合、ソース電位より所定値以上低いゲート電位によってＯＮする。すなわち、通常の充電および放電動作では、制御信号ＣＯおよびＤＯをローレベルとし、充電制御スイッチ３０２ａ及び放電制御スイッチ３０３ａをＯＮ状態とする。
例えば過充電若しくは過放電の際には、制御信号ＣＯおよびＤＯをハイレベルとし、充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ａをＯＦＦ状態とする。
メモリ３１７は、ＲＡＭやＲＯＭからなり例えば不揮発性メモリであるＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）などからなる。メモリ３１７では、制御部３１０で演算された数値や、製造工程の段階で測定された各二次電池３０１ａの初期状態における電池の内部抵抗値などが予め記憶され、また適宜、書き換えも可能である。また、二次電池３０１ａの満充電容量を記憶させておくことで、制御部３１０とともに例えば残容量を算出することができる。
温度検出部３１８では、温度検出素子３０８を用いて温度を測定し、異常発熱時に充放電制御を行ったり、残容量の算出における補正を行ったりする。
［２－２．蓄電システム］
上述した本開示の一実施の形態に係る二次電池は、例えば電子機器や電動工具、電動車両、電動式航空機、蓄電装置などの機器に搭載され、または電力を供給するために使用することができる。
電子機器として、例えばノート型パソコン、スマートフォン、タブレット端末、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話、ウェアラブル端末、コードレスフォン子機、ビデオムービー、デジタルスチルカメラ、電子書籍、電子辞書、音楽プレイヤー、ラジオ、ヘッドホン、ゲーム機、ナビゲーションシステム、メモリーカード、ペースメーカー、補聴器、電動工具、電気シェーバー、冷蔵庫、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、電子レンジ、食器洗い器、洗濯機、乾燥器、照明機器、玩具、医療機器、ロボット、ロードコンディショナー、信号機などが挙げられる。
また、電動車両としては鉄道車両、ゴルフカート、電動カート、電気自動車（ハイブリッド自動車を含む）などが挙げられ、これらの駆動用電源または補助用電源として用いられる。蓄電装置としては、住宅をはじめとする建築物用または発電設備用の電力貯蔵用電源などが挙げられる。
本開示の実施例について説明する。
＜１．内部短絡の有無＞
（実施例１）
以下で説明するように、図１などに示した円筒型の二次電池１を作製したのち、その電池特性を評価した。ここでは、直径２１ｍｍ、長さ７０ｍｍの寸法を有するリチウムイオン二次電池を作製した。
［作製方法］
まず、正極集電体２１Ａとして、厚さ１２μｍのアルミニウム箔を用意した。次に、正極活物質としてリチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（ＮＣＡ）のＮｉ比率が８５%以上の層状リチウム酸化物と、ポリフッ化ビニリデンからなる正極結着材と、カーボンブラック、アセチレンンブラック、およびケッチェンブラックが混合された導電助剤とを混合することにより正極合剤を得た。正極活物質と、正極結着材と、導電助剤との混合比率は９６．４：２：１．６とした。続いて、有機溶剤（Ｎ－メチル－２－ピロリドン）に正極合剤を投入したのち、その有機溶剤を撹拌することにより、ペースト状の正極合剤スラリーを調製した。続いて、コーティング装置を用いて正極集電体２１Ａの両面の所定の領域に正極合剤スラリーを塗布したのち、その正極合剤スラリーを乾燥させることにより、正極活物質層２１Ｂを形成した。また、正極露出部２１２の表面であって正極被覆部２１１に隣接する部位に、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含んだ塗料を塗布し乾燥させることによって幅３ｍｍ、厚さ８μｍの絶縁層１０１を形成した。そののち、ロールプレス機を用いて正極活物質層２１Ｂを圧縮成型した。以上により、正極被覆部２１１および正極露出部２１２を有する正極２１を得た。ここで、正極被覆部２１１のＷ軸方向の幅を６０ｍｍとし、正極露出部２１２のＷ軸方向の幅を７ｍｍとした。また、正極２１のＬ軸方向の長さを１７００ｍｍとした。なお、得られた正極２１では、正極活物質層２１Ｂの面積密度が２２．０ｍｇ／ｃｍ２であり、正極活物質層２１Ｂの体積密度は３．５５ｇ／ｃｍ３であった。また、正極被覆部２１１の厚さＴ１は７４．３μｍであった。
また、負極集電体２２Ａとして、厚さ８μｍの銅箔を用意した。次に、黒鉛からなる炭素材料とＳｉＯとを混合した負極活物質と、ポリフッ化ビニリデンからなる負極結着材と、カーボンブラック、アセチレンンブラック、およびケッチェンブラックが混合された導電助剤とを混合することにより負極合剤を得た。負極活物質と、負極結着材と導電助剤との混合比率は９６．１：２．９：１．０とした。また、負極活物質のうち、黒鉛とＳｉＯとの混合比率を９５：５とした。続いて、有機溶剤（Ｎ－メチル－２－ピロリドン）に負極合剤を投入したのち、その有機溶剤を撹拌することにより、ペースト状の負極合剤スラリーを調製した。続いて、コーティング装置を用いて負極集電体２２Ａの両面の所定の領域に負極合剤スラリーを塗布したのち、その負極合剤スラリーを乾燥させることにより、負極活物質層２２Ｂを形成した。そののち、ロールプレス機を用いて負極活物質層２２Ｂを圧縮成型した。以上により、負極被覆部２２１および負極露出部２２２を有する負極２２を得た。ここで、負極被覆部２２１のＷ軸方向の幅を６２ｍｍとし、負極露出部２２２の第１部分２２２ＡのＷ軸方向の幅を４ｍｍとした。また、負極２２のＬ軸方向の長さを１７６０ｍｍとした。なお、得られた負極２２では、負極活物質層２２Ｂの面積密度が１０．８３ｍｇ／ｃｍ２であり、負極活物質層２２Ｂの体積密度は１．６５ｇ／ｃｍ３であった。また、負極被覆部２２１の厚さは８０．２μｍであった。なお、電極巻回体２０のうち、電極巻回体２０の巻回中心側から数えて２周目以降の巻回部分に負極内周側活物質層２２Ｂ１が存在するように、負極集電体内周面２２Ａ１の一部に負極内周側活物質層２２Ｂ１を選択的に形成した。
続いて、正極露出部２１２と負極露出部２２２の第１部分２２２ＡとがＷ軸方向において互いに反対側となるように、正極２１と負極２２とを第１セパレータ部材２３Ａおよび第２セパレータ部材２３Ｂを介して重ねることにより積層体Ｓ２０を作製した。その際、Ｗ軸方向において、正極活物質層２１Ｂが負極活物質層２２Ｂからはみ出さないように積層体Ｓ２０を作製した。第１セパレータ部材２３Ａおよび第２セパレータ部材２３Ｂとして、６５ｍｍの幅および１４μｍの厚さを有するポリエチレンシートを使用した。積層体Ｓ２０を作製する際、第１セパレータ部材２３Ａの内周側端部２３Ａ１および第２セパレータ部材の内周側端部２３Ｂ１を折り返し、それら内周側端部２３Ａ１および内周側端部２３Ｂ１を正極２１の内周側端縁２１Ｅ１と負極２２との間に挟むようにした。ここでは、重複部分ＯＬ２０の長さＬ２０が１ｍｍとなるように調整した。そののち、貫通孔２６が形成されると共に切欠きが中心軸ＣＬ付近に配置されるように、積層体Ｓ２０を渦巻き状に巻回し、巻回された積層体Ｓ２０の最外周に固定テープ４６を貼り付けた。これにより、電極巻回体２０を得た。
次に、厚さ０．５ｍｍの平板の端を電極巻回体２０の端面４１，４２に対してＺ軸方向に押し付けることで、端面４１，４２を局所的に折り曲げ、貫通孔２６から径方向（Ｒ方向）に放射状に延びる溝４３を作製した。
続いて、電極巻回体２０の上方および下方から実質的に同時に、かつ実質的に同じ圧力を端面４１および端面４２に対して略垂直方向に加えることで、正極露出部２１２と負極露出部２２２の第１部分２２２Ａとをそれぞれ折り曲げて、端面４１および端面４２をそれぞれ平坦面とした。このとき、端面４１および端面４２にある正極露出部２１２の第１縁部２１２Ｅおよび負極露出部２２２の第２縁部２２２Ｅが、貫通孔２６に向かって重なりつつ折れ曲がるようにした。そののち、端面４１に正極集電板２４の扇状部３１をレーザ溶接により接合すると共に、端面４２に負極集電板２５の扇状部３３をレーザ溶接により接合した。
次に、電極巻回体２０の所定の位置に絶縁テープ５３，５４を貼付けたのち、正極集電板２４の帯状部３２を折り曲げて絶縁板１２の穴１２Ｈに帯状部３２を挿通させると共に、負極集電板２５の帯状部３４を折り曲げて絶縁板１３の穴１３Ｈに帯状部３４を挿通させた。
次に、外装缶１１内に、上記のように組立てを行った電極巻回体２０を挿入したのち、外装缶１１の底部と負極集電板２５とを溶接した。そののち、外装缶１１の開放端部１１Ｎの近傍にくびれ部１１Ｓを形成した。さらに、電解液を外装缶１１内に注入したのち、正極集電板２４の帯状部３２と安全弁機構３０とを溶接した。
電解液として、主溶媒としてのエチレンカーボネート（ＥＣ）およびジメチルカーボネート（ＤＭＣ）に、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）およびスクシノニトリル（ＳＮ）を添加した溶媒と、電解質塩としてＬｉＢＦ4およびＬｉＰＦ6を含むものを用いた。本実施例のリチウムイオン二次電池では、電解液におけるＥＣ，ＤＭＣ，ＦＥＣ，ＳＮ，ＬｉＢＦ4，およびＬｉＰＦ6の各々の含有率（重量％）は、１２．７：５６．２：１２．０：１．０：１．０：１７．１とした。
最後に、くびれ部１１Ｓを利用してガスケット１５、安全弁機構３０および電池蓋１４で密封した。
以上により、実施例１－１としての二次電池１を得た。
［電池特性の評価］
上記のようにして得た実施例１としての二次電池１（サンプル数ｎ＝１００）の電池特性を評価したところ、表１に示した結果が得られた。具体的には、以下の試験条件でサイクル試験を行った後、サイクル容量維持率と、二次電池１の内部での短絡の発生の有無とを調査した。短絡が発生したかどうかの判断は、サイクル試験後の開回路電圧（ＯＣＶ）を４８時間に亘って測定し、当初の電圧から１５０ｍＶ以上の電圧降下がみられた場合に内部短絡が生じたと判断した。サイクル試験の試験条件は下記のとおりである。
（サイクル試験条件）
（１）実施環境温度：２３℃とした。
（２）充電条件：定電流定電圧（ＣＣ－ＣＶ）充電を実施した。６Ａの定電流で４．２Ｖの電圧まで充電したのち、４．２Ｖの定電圧で充電した。カットオフ電流は１Ａとした。（３）充電後休止時間：３０分間とした。
（４）放電条件：４０Ａの定電流で定電流（ＣＣ）放電を実施した。カットオフ電圧は２．５Ｖとした。あるいは８５℃に達した時点で放電を停止した。
（５）放電後休止：電池表面温度が３０℃未満となるまで休止した。
。
（６）サイクル数：５００サイクルとした。
また、実施例１の二次電池１について以下の試験条件で放電試験を行い、放電容量［ｍＡｈ］を測定した。放電試験の試験条件は下記のとおりである。
（放電試験条件）
（１）実施環境温度：２３℃
（２）充電条件：定電流定電圧（ＣＣ－ＣＶ）充電を実施した。２．５Ａの定電流で４．２Ｖの電圧まで充電したのち、４．２Ｖの定電圧で充電した。カットオフ電流は０．０５Ａとした。
（３）充電後休止時間：３０分間
（４）放電条件：０．５Ａの定電流で定電流（ＣＣ）放電を実施した。カットオフ電圧は２．５Ｖとした。
Figure 2024034177000002
（実施例２）
上述のサイクル試験条件における放電電流を５０Ａとしたことを除き、他は実施例１と同様にして実施例２の二次電池１を作製し、実施例１と同様の電池特性の評価を実施した（サンプル数ｎ＝１００）。その結果を表１に併せて示す。
（実施例３）
実施例３として、図１０に示した電極巻回体２０Ａを備えたリチウムイオン二次電池（サンプル数ｎ＝１００）を作製した。実施例３のリチウムイオン二次電池では、図１０に示したように、電極巻回体２０Ａを作製する際、折り返した第１セパレータ部材２３Ａの内周側端部２３Ａ１および第２セパレータ部材の内周側端部２３Ｂ１の双方が、正極２１の内周側端縁２１Ｅ１に到達しないようにした。すなわち、内周側端部２３Ａ１および内周側端部２３Ｂ１の双方が正極２１の内周側端縁２１Ｅ２と負極２２との間に存在しないようにした。実施例３のリチウムイオン二次電池の構成は、その点を除き、他は実施例１の二次電池１と同じ構成とした。実施例３のリチウムイオン二次電池についても実施例１の二次電池１と同様の電池特性の評価を実施した。その結果を表１に併せて示す。
（実施例４，５）
負極活物質層２２Ｂの体積密度をそれぞれ１．４５ｇ／ｃｍ３，１．８５ｇ／ｃｍ３としたことを除き、他は実施例１と同様にして実施例４，５の二次電池１をそれぞれ作製し、実施例１と同様の電池特性の評価をそれぞれ実施した（サンプル数ｎ＝１００）。それらの結果を表１に併せて示す。
（比較例１）
比較例１としての電極巻回体１２０を備えたリチウムイオン二次電池（サンプル数ｎ＝１００）を作製した。比較例１の電極巻回体１２０では、図１１に示したように、負極内周側活物質層２２Ｂ１を、電極巻回体１２０の径方向において正極内周側活物質層２１Ｂ１の内周側端縁２１Ｅ１と重なり合う領域に設けるようにした。すなわち、比較例１の電極巻回体１２０では、図１１に矢印で示した、電極巻回体２０の径方向において内周側端縁２１Ｅ１と対応する位置Ｙ２２にも負極内周側活物質層２２Ｂ１が存在するようにした。したがって、比較例１では、負極外周側活物質層２２Ｂ２の内周側端縁よりも負極内周側活物質層２２Ｂ１の内周側端縁のほうが電極巻回体２０の中心軸側に位置する。比較例１のリチウムイオン二次電池の構成は、その点を除き、他は実施例１のリチウムイオン二次電池１と同じ構成とした。比較例のリチウムイオン二次電池についても実施例１の二次電池１と同様の電池特性の評価を実施した。その結果を表１に併せて示す。
（比較例２）
上述のサイクル試験条件における放電電流を５０Ａとしたことを除き、他は比較例１と同様にして比較例２のリチウムイオン二次電池を作製し、実施例１と同様の電池特性の評価を実施した（サンプル数ｎ＝１００）。その結果を表１に併せて示す。
（比較例３）
比較例３として、図１２に示した電極巻回体１２０Ａを備えたリチウムイオン二次電池（サンプル数ｎ＝１００）を作製した。比較例３のリチウムイオン二次電池では、図１２に示したように、電極巻回体１２０Ａを作製する際、折り返した第１セパレータ部材２３Ａの内周側端部２３Ａ１および第２セパレータ部材の内周側端部２３Ｂ１の双方が、正極２１の内周側端縁２１Ｅ１に到達しないようにした。すなわち、内周側端部２３Ａ１および内周側端部２３Ｂ１の双方が正極２１の内周側端縁２１Ｅ２と負極２２との間に存在しないようにした。さらに、負極内周側活物質層２２Ｂ１を、電極巻回体１２０の径方向において正極内周側活物質層２１Ｂ１の内周側端縁２１Ｅ１と重なり合う領域に設けるようにした。したがって、比較例３では、負極外周側活物質層２２Ｂ２の内周側端縁よりも負極内周側活物質層２２Ｂ１の内周側端縁のほうが電極巻回体２０の中心軸側に位置する。比較例３のリチウムイオン二次電池の構成は、それらの点を除き、他は実施例１の二次電池１と同じ構成とした。比較例３のリチウムイオン二次電池についても実施例１のリチウムイオン二次電池１と同様の電池特性の評価を実施した。その結果を表１に併せて示す。
（比較例４，５）
負極活物質層２２Ｂの体積密度をそれぞれ１．４５ｇ／ｃｍ３，１．８５ｇ／ｃｍ３としたことを除き、他は比較例１と同様にして比較例４，５のリチウムイオン二次電池をそれぞれ作製し、実施例１と同様の電池特性の評価をそれぞれ実施した（サンプル数ｎ＝１００）。それらの結果を表１に併せて示す。
［考察］
表１に示したように、実施例１～５では、各々１００個のサンプルのうち、短絡が発生したサンプルの数はいずれも０であった。これに対し、比較例１～５では、各々１００サンプルのうち１～１０個のサンプルにおいて短絡が発生した。比較例１～５では充放電に伴って電極巻回体１２０などが膨張した際、正極内周側活物質層２１Ｂ１の内周側端縁２１Ｅ１と負極外周側活物質層２２Ｂ２との間に挟まれたセパレータ２３に対し局所的に大きな応力が印加され、セパレータ２３の一部が損傷し、正極２１と負極２２との短絡が生じたものと考えられる。これに対し、実施例１～５では、充放電に伴って電極巻回体２０などが膨張した際、負極２２のうち、正極内周側活物質層２１Ｂ１の内周側端縁２１Ｅ１と径方向において対応する部分およびその近傍部分が、巻回中心側に大きく撓むことが確認された。その結果、正極内周側活物質層２１Ｂ１の内周側端縁２１Ｅ１と負極外周側活物質層２２Ｂ２との間に挟まれたセパレータ２３に対して印加される応力が緩和されたものと考えられる。
また、比較例１と比較例２との比較によれば、より高い放電電流値でサイクル試験を実施した比較例２において、比較例１よりも短絡発生数が増加した。比較例２では、セパレータ２３のうち、内周側端縁２１Ｅ１と対応する位置にある部分が比較例１より大きな応力を受けたためと推定される。一方、実施例１および実施例２では、正極内周側活物質層２１Ｂ１の内周側端縁２１Ｅ１と重なり合う領域には負極内周側活物質層２２Ｂ１を設けないようにしたので、すなわち、負極外周側活物質層２２Ｂ２の内周側端縁は、負極内周側活物質層２２Ｂ１の内周側端縁よりも電極巻回体２０の中心軸側に位置するようにしたので、いずれにおいても短絡が全く発生しなかった。充放電時において、セパレータ２３に対して印加される応力が緩和されたためと考えられる。
また、比較例１と比較例３との比較によれば、電極巻回体の巻回中心側におけるセパレータの折り返し部分が内周側端縁２１Ｅ２と負極２２との間に存在しない比較例３において、比較例１よりも短絡発生数が増加した。比較例３では、セパレータ２３のうち、内周側端縁２１Ｅ１と対応する位置にある部分が比較例１より大きな応力を受けたためと推定される。一方、実施例１および実施例３では、正極内周側活物質層２１Ｂ１の内周側端縁２１Ｅ１と重なり合う領域には負極内周側活物質層２２Ｂ１を設けないようにしたので、すなわち、負極外周側活物質層２２Ｂ２の内周側端縁は、負極内周側活物質層２２Ｂ１の内周側端縁よりも電極巻回体２０の中心軸側に位置するようにしたので、いずれにおいても短絡が全く発生しなかった。充放電時において、セパレータ２３に対して印加される応力が緩和されたためと考えられる。
さらに、比較例１と比較例４，５との比較によれば、負極活物質層２２Ｂの体積密度が高くなるほど短絡発生数が増加することが確認できた。一方、実施例１，４，５では、いずれにおいても短絡が全く発生しなかった。正極内周側活物質層２１Ｂ１の内周側端縁２１Ｅ１と重なり合う領域には負極内周側活物質層２２Ｂ１を設けないようにしたので、充放電時においてセパレータ２３に対して印加される応力が十分に緩和されたためと考えられる。
以上、一実施形態および実施例を挙げながら本開示に関して説明したが、その本開示の構成は、一実施形態および実施例において説明された構成に限定されず、種々に変形可能である。例えば、上記実施の形態では、負極内周側活物質層が、電極巻回体のうち、電極巻回体の巻回中心側から数えて２周目以降の巻回部分に設けられるようにしたが、本開示はこれに限定されるものではない。例えば図１３に示した電極巻回体２０Ｂのように、正極内周側活物質層２１Ｂ１の内周側端縁２１Ｅ１と重なり合う領域およびその近傍領域のみ、負極内周側活物質層２２Ｂ１を設けないようにしてもよい。
また、上記一実施形態および実施例では、電極反応物質がリチウムである場合に関して説明したが、その電極反応物質は、特に限定されない。このため、電極反応物質は、上記したように、ナトリウムおよびカリウムなどの他のアルカリ金属でもよいし、ベリリウム、マグネシウムおよびカルシウムなどのアルカリ土類金属でもよい。この他、電極反応物質は、アルミニウムなどの他の軽金属でもよい。
本明細書中に記載された効果はあくまで例示であり、本開示の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されない。よって、本開示に関して、他の効果が得られてもよい。
さらに、本開示は、以下の態様を取り得る。
＜１＞
正極と負極とがセパレータを介して積層された積層体が第１の方向に延びる中心軸を中心に巻回されてなる電極巻回体と、
前記電極巻回体のうちの前記第１の方向における第１端面と対向するように配置された正極集電板と、
前記電極巻回体のうちの前記第１の方向における前記第１端面と反対側の第２端面と対向するように配置された負極集電板と、
電解液と、
前記電極巻回体、前記正極集電板、前記負極集電板、および前記電解液を収容する電池缶と
を備え、
前記正極は、前記電極巻回体の中心軸側の正極集電体内周面および前記正極集電体内周面の反対側の正極集電体外周面と含む正極集電体と、前記正極内周面の少なくとも一部を覆う正極内周側活物質層と、前記正極外周面の少なくとも一部を覆う正極外周側活物質層と、を有し、
前記負極は、前記電極巻回体の中心軸側の負極集電体内周面および前記負極集電体内周面の反対側の負極集電体外周面と含む負極集電体と、前記負極集電体内周面の少なくとも一部を覆う負極内周側活物質層と、前記負極集電体外周面の少なくとも一部を覆う負極外周側活物質層と、を有し、
前記電極巻回体において、前記負極の最内周部分は前記正極の最内周部分よりも内側に位置し、
前記負極外周側活物質層の内周側端縁は、前記負極内周側活物質層の内周側端縁よりも内側に位置する
二次電池。
＜２＞
前記負極内周側活物質層は、前記電極巻回体のうち、前記電極巻回体の巻回中心側から数えて２周目以降の巻回部分に設けられている
上記＜１＞記載の二次電池。
＜３＞
前記負極内周側活物質層は、前記負極集電体内周面のうち、前記正極外周側活物質層と対向する位置に設けられている
上記＜１＞または＜２＞記載の二次電池。
＜４＞
前記負極外周側活物質層は、前記負極集電体外周面のうち、前記正極内周側活物質層と対向する位置に設けられている
上記＜１＞から＜３＞のいずれか１つに記載の二次電池。
＜５＞
前記電解液は、フッ素化合物およびニトリル化合物を含有する
上記＜１＞から＜４＞のいずれか１つに記載の二次電池。
＜６＞
前記フッ素化合物は、フッ素化エチレンカーボネート、トリフルオロカーボネート、トリフルオロエチルメチルカーボネート、フッ素化カルボン酸エステルおよびフッ素エーテルのうちの少なくとも１種を含む
上記＜５＞記載の二次電池。
＜７＞
前記ニトリル化合物はスクシノニトリルである
上記＜５＞記載の二次電池。
＜８＞
前記電解液は、電解質塩としてＬｉＰＦ６を含有し、
前記電解液における前記電解質塩の濃度が１．２５ｍｏｌ／ｋｇ以上１．４５ｍｏｌ／ｋｇ以下である
上記＜１＞から＜７＞のいずれか１つに記載の二次電池。
＜９＞
前記負極活物質層は、珪素、珪素酸化物、炭素珪素化合物、および珪素合金のうちの少なくとも1つを含有する負極活物質を含む
上記＜１＞から＜８＞のいずれか１つに記載の二次電池。
＜１０＞
前記正極活物質層は、コバルト酸リチウム、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物、およびリチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物のうちの少なくとも１種を含有する正極活物質を含む
上記＜１＞から＜９＞のいずれか１つに記載の二次電池。
＜１１＞
上記＜１＞から＜１０＞のいずれか１つに記載の二次電池と、
前記二次電池を制御する制御部と、
前記二次電池を内包する外装体と
を有する電池パック。
１…リチウムイオン二次電池、１１…外装缶、１２，１３…絶縁板、１４…電池蓋、１５…ガスケット、２０…電極巻回体、Ｓ２０…積層体、２１…正極、２１Ａ…正極集電体、２１Ａ１…正極集電体内周面、２１Ａ２…正極集電体外周面、２１Ｂ…正極活物質層、２１Ｂ１…正極内周側活物質層、２１Ｂ２…正極外周側活物質層、２１Ｅ１…内周側端縁、２１Ｅ２…外周側端縁、２１１…正極被覆部、２１２…正極露出部、２２…負極、２２Ａ…負極集電体、２２Ａ１…負極集電体内周面、２２Ａ２…負極集電体外周面、２２Ｂ…負極活物質層、２２Ｂ１…負極内周側活物質層、２２Ｂ２…負極外周側活物質層、２３…セパレータ、２３Ａ…第１セパレータ部材、２３Ａ１…内周側端部、２３Ａ２…中途部分、２３Ｂ…第２セパレータ部材、２３Ｂ１…内周側端部、Ｓ２３…積層部分、Ｓ２３－１…第１部分、Ｓ２３－２…第２部分、２４…正極集電板、２５…負極集電板、２５Ｋ…切り欠き部分、２６…貫通孔、３０…安全弁機構、１０１…絶縁層。

Claims (11)

  1. 正極と負極とがセパレータを介して積層された積層体が第１の方向に延びる中心軸を中心に巻回されてなる電極巻回体と、
    前記電極巻回体のうちの前記第１の方向における第１端面と対向するように配置された正極集電板と、
    前記電極巻回体のうちの前記第１の方向における前記第１端面と反対側の第２端面と対向するように配置された負極集電板と、
    電解液と、
    前記電極巻回体、前記正極集電板、前記負極集電板、および前記電解液を収容する電池缶と
    を備え、
    前記正極は、前記電極巻回体の中心軸側の正極集電体内周面および前記正極集電体内周面の反対側の正極集電体外周面と含む正極集電体と、前記正極内周面の少なくとも一部を覆う正極内周側活物質層と、前記正極外周面の少なくとも一部を覆う正極外周側活物質層と、を有し、
    前記負極は、前記電極巻回体の中心軸側の負極集電体内周面および前記負極集電体内周面の反対側の負極集電体外周面と含む負極集電体と、前記負極集電体内周面の少なくとも一部を覆う負極内周側活物質層と、前記負極集電体外周面の少なくとも一部を覆う負極外周側活物質層と、を有し、
    前記電極巻回体において、前記負極の最内周部分は前記正極の最内周部分よりも内側に位置し、
    前記負極外周側活物質層の内周側端縁は、前記負極内周側活物質層の内周側端縁よりも電極巻回体の中心軸側に位置する
    二次電池。
  2. 前記負極内周側活物質層は、前記電極巻回体のうち、前記電極巻回体の巻回中心側から数えて２周目以降の巻回部分に設けられている
    請求項１記載の二次電池。
  3. 前記負極内周側活物質層は、前記負極集電体内周面のうち、前記正極外周側活物質層と対向する位置に設けられている
    請求項１記載の二次電池。
  4. 前記負極外周側活物質層は、前記負極集電体外周面のうち、前記正極内周側活物質層と対向する位置に設けられている
    請求項１記載の二次電池。
  5. 前記電解液は、フッ素化合物およびニトリル化合物を含有する
    請求項１記載の二次電池。
  6. 前記フッ素化合物は、フッ素化エチレンカーボネート、トリフルオロカーボネート、トリフルオロエチルメチルカーボネート、フッ素化カルボン酸エステルおよびフッ素エーテルのうちの少なくとも１種を含む
    請求項５記載の二次電池。
  7. 前記ニトリル化合物はスクシノニトリルである
    請求項５記載の二次電池。
  8. 前記電解液は、電解質塩としてＬｉＰＦ６を含有し、
    前記電解液における前記電解質塩の濃度が１．２５ｍｏｌ／ｋｇ以上１．４５ｍｏｌ／ｋｇ以下である
    請求項１記載の二次電池。
  9. 前記負極活物質層は、珪素、珪素酸化物、炭素珪素化合物、および珪素合金のうちの少なくとも1つを含有する負極活物質を含む
    請求項１記載の二次電池。
  10. 前記正極活物質層は、コバルト酸リチウム、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物、およびリチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物のうちの少なくとも１種を含有する正極活物質を含む
    請求項１記載の二次電池。
  11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の二次電池と、
    前記二次電池を制御する制御部と、
    前記二次電池を内包する外装体と
    を有する電池パック。
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