JP4159296B2 - 角形渦巻状電極群およびそれを用いた角形非水電解質電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯状の正極板と負極板とをこれらの間にセパレータを介在させて積層した状態で渦巻状に巻回することにより、横断面形状が偏平な角形の形状とされる角形渦巻状電極群およびその電極群を用いて構成する、主として角形リチウム二次電池などの角形非水電解質電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、ＡＶ機器あるいはパソコンや携帯型通信機器などの電気機器のポータブル化やコードレス化が急速に促進されている。これら電気機器の駆動用電源としては、従来においてニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池が主に用いられていたが、近年では、急速充電が可能で体積エネルギ密度および重量エネルギ密度が共に高く、高い安全性を有するリチウム二次電池に代表される非水電解質電池が主流になりつつある。
【０００３】
上記非水電解質電池では、高エネルギ密度や負荷特性に優れた密閉型とし、また、機器の薄型化に適し、且つスペース使用効果が高い偏平角形とすることが促進されている。さらに、これらの電池には、ポータブル型電気機器の高性能化および高機能化が進むのに伴って、より高電圧および高容量化のものが要望されており、このような要求を満たすものとして、正極板と負極板とをこれらの間にセパレータを介在させて積層した状態で渦巻状に巻回してなる角形渦巻状電極群を用いて構成した角形非水電解質電池が広く用いられている。
【０００４】
図８（ａ）は、そのような高容量化を図った角形リチウム二次電池に用いられている角形渦巻状電極群の構成要素である正，負極板１，２および一対のセパレータ３Ａ，３Ｂの巻回前の相対位置関係を模式的に示した平面図、（ｂ）は（ａ）の一部破断した側面図である。正極板１は帯状の正極芯材１ａの両面に正極活物質層１ｂが形成されており、負極板２は帯状の負極芯材２ａの両面に負極活物質層２ｂが形成されている。両極板１，２は、負極板２が矢印で示す巻回方向の内方側に位置する配置で各々の間にセパレータ３Ａ，３Ｂを介在させて積層した状態で、一対の巻芯４Ａ，４Ｂが両セパレータ３Ａ，３Ｂの各始端部を両側から挟み込んで上記巻回方向に回転することにより巻回されて、偏平角形の横断面形状を有する角形渦巻状電極群とされる。この電極群では、負極板２の巻き始め端より突出した負極芯材２ａに負極用集電リード８が取り付けられ、正極板１の巻き終わり端より突出した正極芯材１ａに正極用集電リード７が取り付けられている。なお、図８に示すＲ１〜Ｒ１３は、両巻芯４Ａ，４Ｂの各外方端側のアール部分で折り返される部分の中心位置とその巻き順を示している。
【０００５】
上述のようにして構成された角形渦巻状電極群は、重量エネルギ密度および体積エネルギ密度の向上を図った角形非水電解質電池を構成できる。すなわち、負極板２の巻き始め側の一周相当部分の内方面側には、負極芯材２ａが露出した活物質層未形成部２ｃが設けられ、正極板１の巻き終わり側の一周相当部分の外方面側には正極芯材１ａが露出した活物質層未形成部１ｃが設けられている。これら活物質層未形成部１ｃ，２ｃのセパレータ３Ａ，３Ｂを介して対向する側には、化学反応するための逆極性の活物質層２ｂ，１ｂが存在しない。したがって、上記渦巻状電極群は、充放電になんら関与しない不要な活物質層１ｂ，２ｂを削減して、その削減した不要な活物質層１ｂ，２ｂの厚み分だけ両極板１，２の長さを長く、あるいは活物質層１ｂ，２ｂを厚くして容量アップを図ることができ、電池としたときの重量エネルギ密度および体積エネルギ密度を共に向上させることができる。
【０００６】
また、上記渦巻状電極群では、２枚のセパレータ３Ａ，３Ｂの巻き始め端と巻き終わり端とがそれぞれ同一位置に揃えられている。これは、電極群の巻回工程の終わりに２枚のセパレータ３Ａ，３Ｂをテンションをかけた状態で重ねて各々の同一位置をカッタで切断し、つぎの巻回工程において、２枚のセパレータ３Ａ，３Ｂの各々の同一の切断箇所を揃えた巻き始め部分と負極板２における負極用集電リード８を設けた負極芯材２ａとを確実に揃えて巻回を開始できるようにするためである。
【０００７】
ところで、上述の非水電解質電池では、一般に、電池ケースをアルミニウムで形成して電池の正極としている。これは、非水電解質電池においてニッケルめっきした鉄製の電池ケースが以前から用いられていたが、長期間の保存中に電池ケースの鉄成分が鉄イオンとなって溶解し、この溶解反応が続くと、一部に腐食孔があく欠点があるからである。これに対しアルミニウムは、ニッケルめっきした鉄に比較して非水電解液に溶解され難いことから、腐食を防止することができ、しかも、比重が小さいことから、軽量化に伴い電池としての重量エネルギ密度の向上を図れる利点がある。また、正極芯材１ａの材料としてアルミニウムを用いているのは、軽量化に伴って重量エネルギ密度の向上を図れるからである。
【０００８】
したがって、上記渦巻状電極群における正極板１の最外周に位置する活物質層未形成部１ｃに露出している正極芯材１ａは、同金属で、且つ同じ正極である電池ケースの内周面に接触しても何ら不都合が生じないだけでなく、逆に正極芯材１ａの１周分を電池ケースの内周面に接触させれば、正極端子部分での接触面積か格段に大きくなって良好な電気的接続を得られるので、効率的な集電効果が得られて放電特性を向上させることが可能となる。
【０００９】
ところが、上記渦巻状電極群では、２枚のセパレータ３Ａ，３Ｂの各終端を同一位置に揃える必要があることと、この両セパレータ３Ａ，３Ｂの最外周の１周部分の間に正極板１が介在し、且つ内方側に負極板２の活物質層２ａが存在していることとにより、両セパレータ３Ａ，３Ｂの終端を正極板１の終端を過ぎた位置に止むなく設定している。そのため、上記電極群を用いた角形電池では、活物質層未形成部１ｃの正極芯材１ａを電池ケースの内周面に接触させられないから、正極用集電リード７と封口板との電気的接続のみによって正極側の集電を行わなければならず、集電効率の向上を図れないことから、十分な放電特性が得られない。しかも、外側のセパレータ３Ｂの最外周の１周分以上は電池としての機能を何ら果たさない全く不要なものになっているから、これが電池としての体積エネルギ密度の低下を招いている。
【００１０】
そこで、上記問題の解消を目的として、図７に示すような渦巻状電極群が提案されている（特開平2001−216997号公報参照）この電極群は、正極板１１が巻回内方側に、且つ負極板１２が巻回外方側にそれぞれ配置されて、正極活物質層１１ｂを負極活物質層１２ｂで覆うように巻回した構成になっている。これにより、特に、アルミニウム製の電池ケースが正極となるリチウム二次電池では、放電時のリチウムのデンドライトの発生によるショートの発生が防止される。
【００１１】
そして、正極板１１には、巻き始めの少なくとも１周分の正極芯材１１ａの内方面側と巻き終わり側の少なくとも１周分の正極芯材１１ａの外方面側とに、活物質層１１ｂが形成されずに正極芯材１１ａが露出した活物質層未形成部１１ｃ，１１ｄが設けられている。負極板１２は、正極板１１に対し少なくとも１周分だけ短い位置に終端を有する長さを有し、負極芯材１２ａにおける巻き始めの半周分を除く全体に活物質層１２ｂが形成されている。一対のセパレータ１３Ａ，１３Ｂは、負極板１２の終端とほぼ同じ位置に終端を有する互いに同一長さに設定されている。また、負極板１２には、活物質層１２ｂの始端部より突出させた負極芯材１２ａに負極用集電リード１０が取り付けられ、正極板１１には、活物質層未形成部１１ｄの終端から突出させた正極芯材１１ａに正極用集電リード９が取り付けられている。
【００１２】
上記渦巻状電極群は、最外周の１周が正極板１１の活物質層未形成部１１ｄで形成されているから、リチウム二次電池などの非水電解質電池において一般に正極を構成するアルミニウム製電池ケースの内周面に活物質層未形成部１１ｄの正極芯材１１ａを接触させて極めて良好な電気的接続を得ることができ、集電効率を向上させて十分な放電特性を得ることができる。この構成に基づいて、同図（ａ）に示すように、負極板１２および一対のセパレータ１３Ａ，１３Ｂは、何れも正極板１１に対し約１周分だけ短くできるから、製造上の制約から同一位置で切断する必要がある一対のセパレータ１３Ａ，１３Ｂは、図８の構成に比較して合計で２周分も短縮することができ、その短くできる分だけ活物質層１１ｂ，１２ｂの厚みまたは長さを大きく設定できる。また、正極板１１における対向箇所に化学反応するための負極の活物質層１２ｂが存在しない箇所は、活物質層未形成部１１ｃ，１１ｄとしている。そのため、この電極群は重量エネルギ密度および体積エネルギ密度が共に向上した電池を構成できる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
リチウム二次電池をはじめとする角形の非水電解質電池は、上述した顕著な特長を有することから、種々の電気機器の駆動用電源としての需要が増大しつつあり、それに伴って、長さ（高さ）や横断面形状が偏平角形の幅および厚さが異なる種々のサイズの角形電池ケースに角形渦巻状電極群を収納してなる多種類がシリーズ化して出現することが要望されている。例えば、角形非水電解質電池としては、長さ、幅および厚さがそれぞれ、（５０，３４，３．６）、（４８，３０，４．３）、（４８，３０，５．３）、（５０，３３，６．３）、（５０，３４，１０．０）の角形電池ケースを用いたものをシリーズ化して実用化または実用化することが予定されている。なお、上記の長さ、幅および厚さの単位はｍｍである。
【００１４】
しかしながら、現在では、非水電解質電池のサイズが異なる毎に、それらの電池を製造するための専用の生産設備を製作しているので、種類が多くなるのに伴い無駄が多くなって製造コストが高くつく問題がある。上記生産設備とは、電極群を巻回するための電極群構成機、電極群を電池ケースに挿入するための電極群挿入機、リード９，１０と封口板とを溶接などによって接続するための接続機および電解液を電池ケース内に注入するための注液機などである。
【００１５】
上記生産設備を共用できないのは、角形非水電解質電池の角形渦巻状電極群が、図７（ｃ）に示す正，負極用集電リード９，１０の間隔Ｋや互いの相対位置関係が電極群の幅や厚さの相違に対応して種々に異なる構成になっていることに起因する。すなわち、例えば、同一の接続機を用いて正，負極用集電リード９，１０を封口板などに接続した場合には、上記間隔Ｋが一定でない正，負極用集電リード９，１０が互いに接触することによるショートが発生するおそれがあり、正，負極用集電リード９，１０が一定の相対位置に配置されていない場合には、正，負極用集電リード９，１０と封口板との接続位置がずれて確実な接続状態を得られないからである。そのため、角形非水電解質電池には、機器搭載設計の標準化と生産設備の共用化とにより、シリーズ化した複数のサイズのものを製造コストの低減を図りながら製造することが求められている。
【００１６】
一方、図７（ａ），（ｂ）に示すように、互いに長さが異なる正，負極板１１，１２およびセパレータ１３Ａ，１３Ｂを巻回してサイズの異なる角形渦巻状電極群を構成するに際し、（ａ）の電極群に対し折り返し数が僅かに１回少ない（ｂ）の電極群では、その巻き終わり端のパターンを（ａ）の電極群と一致させるために、正極用集電リード９を２点鎖線で示す位置に設けた場合には、その正極用集電リード９が、同図（ｃ）に２点鎖線で図示する位置に配置されて、負極用集電リード１０に対し所定の間隔Ｋおよび相対位置の配置とならない。そのため、現在では、（ｂ）に実線で示すように、正極芯材１１ａの終端を、活物質層未形成部１１ｄの終端からの長さが（ａ）の電極群に比較して半周分長くなる位置まで延出させて、その正極芯材１１ａの終端部分に正極用集電リード９を設けることにより、正極用集電リード９を、負極用集電リード１０に対し所定の間隔Ｋを存して所定の相対位置となる同図（ｃ）の実線の図示位置に配置するようにしている。
【００１７】
しかしながら、図７は隣接する２つの折り返し部の各間の半周分の長さを全て同一とした模式的な図示になっているが、各半周分の長さは折り返し数が多くなるのに伴って順次長くなっていくから、上記構成とした場合には、最も長くなる最終の周回部分から延出させた正極芯材１１ａの半周分の長さは比較的長いものとなる。このように最終の周回部分に長い正極芯材１１ａが存在すると、電極群をスムーズに巻き終えることが困難となって、巻回後の電極群に厚み方向の巻きずれが生じ易く、電池して機能したときに所期の効果を得られないという電極群にとって重大な問題が生じる。また、上記の必要以上に長い正極芯材１１ａは、電池としての機能に何ら関与しない無駄なものであるから、その分だけ電池としての体積エネルギ密度が減少する。
【００１８】
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、横断面形状が偏平角形の幅や厚さが種々に異なる形状に形成した場合にも、正，負極用集電リードが一定の間隔で、且つ所定の相対位置関係の配置となり、且つ最終の周回部分で芯材が必要以上に長く延出しない構成を備えた角形渦巻状電極群およびその電極群を用いた角形非水電解質電池を提供することを目的とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る角形渦巻状電極群は、帯状の正極芯材の両面に正極活物質層が形成され、且つ正極用集電リードが取り付けられたた正極板と、帯状の負極芯材の両面に負極活物質層が形成され、且つ負極用集電リードが取り付けられた負極板とを、これらの間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回することにより、横断面形状が偏平角形に形成されたものにおいて、前記正，負極用の両集電リードが、折り返し数が偶数または奇数の別に拘わらず前記偏平角形の幅方向において一定間隔に配設され、巻回外方側に位置する一方の前記極板は、折り返し数が偶数の場合に、巻き始めの最初の半周部分の中点から前記一定間隔の半分の距離だけ始端側に離間した位置に集電リードが設けられ、且つ折り返し数が奇数の場合に、前記中点から前記一定間隔の半分の距離だけ前記始端側とは反対方向に離間した位置に集電リードが設けられ、巻回内方側に位置する他方の前記極板は、折り返し数が偶数および奇数の何れの場合にも、最終の折り返し部から突出させた前記芯材における前記一方の極板の集電リードに対し前記一定間隔となる位置に集電リードが設けられていることを特徴とする。
【００２０】
この角形渦巻状電極群では、折り返し数の相違に拘わらず、正，負極用集電リードの間隔を常に一定に設定するとともに、正，負極用集電リードの相対位置関係が、折り返し数が偶数および奇数の別によってそれぞれ常に同じとなる。したがって、折り返し数が偶数または奇数の一方の電極群を１８０°回転させれば、正，負極用集電リードは、その間隔だけでなく、相対位置関係も他方の電極群と同一となるから、サイズの異なる種々の角形渦巻状電極群を同一の電極群構成機を共用して製造することができ、シリーズすべき各種の角形電池用の角形渦巻状電極群を安価に製造することができる。また、一方の極板の巻き始め部分に設ける集電リードは、折り返し数が偶数または奇数の別に対応して異なる取付位置に設けたことにより、他方の極板の集電リードを取り付けるために突出させる芯材は、折り返し数が偶数または奇数の別に拘わらず、常に必要な長さで同一とすることができるから、特に厚み方向の巻きずれが発生することがなく、電池としたときに所期の機能を確実に得ることができるとともに、体積エネルギ密度の向上を図ることができる。
【００２１】
上記発明において、両側の湾曲部分を除く直線部分が、形成すべき所望の幅と厚とから決定される長さに設定され、正、負極用の両集電リードが、前記直線部分の中央部において一定間隔となる配置で正，負極板に取り付けられている構成とすることが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、幅および厚さが種々に異なる角形偏平の横断面形状をそれぞれ有する複種類の角形電池をシリーズ化して製作する場合、それらの各角形電池にそれぞれ用いる角形渦巻状電極群は、サイズの相違に拘わらずその厚さが幅方向の両側の各湾曲部の直径に等しい形状となるから、両側の各湾曲部の間に存在する直線部分の長さが、所要の偏平角形における幅の長さから、上記湾曲部の直径つまり両側の各湾曲部の各々の半径の長さを加算した値を減算することにより、容易に求められる。さらに、正，負極用の両集電リードは上記直線部分における中央部に位置する配置で一定間隔に設けられるので、両集電リードの対応する正，負極板への取付位置は、上記直線部分の長さに基づいて容易に求めることができる。
【００２３】
また、上記発明において、一方の極板は、１回目の折り返し部から１周分の長さの芯材に対する内面側に、活物質層が形成されずに前記芯材が露出した活物質層未形成部が設けられ、且つ前記活物質層未形成部の始端から突出した前記芯材に集電リードが取り付けられ、他方の極板は、３回目の折り返し部に始端が位置決めされた配置で設けられ、且つ前記始端から活物質層が形成されているとともに、前記一方の極板の終端に対向する箇所から１周分延出された芯材に対する外面側に、活物質層が形成されずに前記芯材が露出した活物質層未形成部が設けられ、この活物質層未形成部の終端からさらに突出させた前記芯材に集電リードが取り付けられ、一対のセパレータは、一方の前記極板の終端とほぼ同一位置に終端を有する共に同一長さに設定されている構成とすることが好ましい。
【００２４】
これにより、正，負極板のそれぞれにおいてセパレータを介して対向する側に化学反応するための逆極性の活物質層が存在しない箇所は活物質層未形成部となっていることにより、電池としたときの体積エネルギ密度および重量エネルギ密度の向上を図ることができる。これに加えて、１回目の折り返し部から３回目の折り返し部までの１周相当部分には一方の極板の活物質層未形成部が存在するだけであり、両極板の各々の活物質層が、一対のセパレータと一方の極板の活物質層未形成部とが１周半巻回され終わった３回目の折り返し部から巻回されるので、両極板の各々の活物質層は、１周半の巻回が終わって比較的大きな曲率半径となった３回目の折り返し部から巻回されるから、外方に膨らみ出ることなくスムーズに巻回でき、極めて体積効率の優れた構成となる。
【００２５】
さらに、上記発明において、電池ケースの偏平角形の横断面形状における幅および厚さの相違に対応して折り返し数が設定され、前記幅および厚さに対する過不足分が極板の活物質層の塗着厚みの調整により補われて前記電池ケース内に嵌合状態に挿入できる外形に形成されている構成とすることができる。これにより、サイズが異なる場合にも体積エネルギ密度の高い角形渦巻状電極群を得ることができるとともに、シリーズ化すべき各角形電池に対し幅や厚さが僅かに異なる規格の角形電池用の角形渦巻状電極群では、同じ製造方法を用いて容易に製造することができる。
【００２６】
上記発明において、他方の極板は、アルミニウム製の正極芯材の両面に正極活物質層が形成された正極板ときすることができる。これにより、この角形渦巻状電極群はリチウム二次電池などの角形非水電解質電池に好適に用いることができる。
【００２７】
本発明の角形非水電解質電池は、上記発明の何れかの製造方法によって製造された角形渦巻状電極群のうち、折り返し数が偶数または奇数の何れか一方の前記角形渦巻状電極群が配置の基準として電池ケース内に挿入され、他方の前記角形渦巻状電極群を１８０°回転させた配置としたのちに前記電池ケースに挿入され、一方および他方の各集電リードのうちの一方が封口板に、且つ他方が電極ターミナルに接続されていることを特徴としている。
【００２８】
この角形非水電解質電池では、幅や厚さの相違に拘わらず正，負極用集電リードの間隔および相対位置関係が常に一定となる角形渦巻状電極群を角形電池ケース内に収納して構成されているので、その組み立てに際して、電池ケースのサイズに対応して角形渦巻状電極群の形状が種々に異なる場合においても、同一の電極群挿入機を共用して角形渦巻状電極群を電池ケース内に挿入し、且つ同一の接続機を共用して正，負極用集電リードと封口板および電極ターミナルとの接続を行っても、正，負極用集電リードの接触によるショートや正，負極用集電リードと封口板および電極ターミナルとの位置ずれなどの発生を確実に防止しながら接続することができる。そのため、横断面形状の幅や厚さが種々に異なるシリーズ化した多種類のものを、製造コストの低減に伴って安価に構成することができる。
【００２９】
また、本発明の角形リチウム二次電池は、アルミニウム箔からなる正極芯材を有する正極板を他方の極板として上記発明の何れかの製造方法で製造された角形渦巻状電極群が、アルミニウム製の角形電池ケース内に収納され、前記正極板の最外周に位置する活物質層未形成部における露出状態の前記正極芯材および／または正極用集電リードが取り付けられた前記正極芯材が前記電池ケースの内周面に接触されていることを特徴としている。
【００３０】
この角形リチウム二次電池では、アルミニウム製電池ケースの内周面に角形渦巻状電極群の最外周の１周を形成する正極板における活物質層未形成部のアルミニウム製正極芯材および／または露出された正極芯材を接触させることができるから、極めて良好な電気的接続を得ることができ、集電効率を向上させて十分な放電特性を得ることができる。また、この角形リチウム二次電池では、角形渦巻状電極群の正，負極板のそれぞれにおけるセパレータを介在して対向する側に化学反応するための逆極性の活物質層が存在しない箇所を活物質層未形成部としているとともに、正極板における正極用集電リードを取り付けるために終端に露出して突出させる正極芯材を必要以上に長く延出させないので、体積エネルギ密度および重量エネルギ密度が共に向上する。さらに、渦巻状電極群は、正極板が巻回内方側に、且つ負極板が巻回外方側にそれぞれ配置されて、正極活物質層を負極活物質層で覆うように巻回した構成となるから、放電時のリチウムのデンドライトの発生によるショートの発生を防止できるものとなる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１（ａ）および図２（ａ）は何れも本発明の一実施の形態に係る角形渦巻状電極群１４における各構成要素の巻回前の相対位置関係を模式的に示した平面図で、図１（ｂ）および図２（ｂ）は同図（ａ）の各構成要素を巻回して構成した電極群１４の外形状を示す概略平面図である。
【００３２】
図１および図２において、この実施の形態と基本的な技術思想が類似する図７と同一若しくは同等のものには同一の符号を付してある。また、図１（ａ）および図２（ａ）に付したＲ０〜Ｒ１７は一対の巻芯４Ａ，４Ｂによる巻回時の折り返し部の巻き順を示したものである。各折り返し部の各々の間は、巻回するときの半周分の長さを示したものであり、この半周分の長さは、折り返し数が多くなるのに伴って順次長くなるが、図１（ａ）および図２（ａ）では、図示便宜上、同じ長さに図示してある。この各半周分の長さの設定については後述する。
【００３３】
図１は、一対の巻芯４Ａ，４Ｂによる巻回工程において両巻芯４Ａ，４Ｂが半回転（１８０°の回転）する毎に積層状態の各構成要素を折り返しながら巻回していくときの折り返し数が偶数（同図では１６回の場合を例示）の場合の角形渦巻状電極群１４を示し、図２は、上記折り返し数が図１に比較して１回少ない奇数（同図では１５回の場合を例示）の場合の角形渦巻状電極群１４を示している。
【００３４】
すなわち、この実施の形態の角形渦巻状電極群は、角形電池ケースのサイズから決定される図１（ｂ）および図２（ｂ）の所望の幅Ｌ１〜Ｌ４と厚さＴ１〜Ｔ４とを有する横断面形状が角形の角形渦巻状電極群１４を得るに際して、上記の幅Ｌ１〜Ｌ４と厚さＴ１〜Ｔ４に基づいて折り返し数を偶数または奇数の何れかに決定する。その決定した折り返し数によって所望の幅Ｌ１〜Ｌ４と厚さＴ１〜Ｔ４に対し過不足が生じる場合には、正，負極板１１，１２の活物質層１１ｂ，１２ｂの塗着厚みを変えて微調整する。これにより、シリーズ化すべき角形非水電解質電池に対し幅や厚さが僅かに異なる場合には、同じ製造方法を用いて対応することができる。
【００３５】
この実施の形態では、角形リチウム二次電池を構成する角形渦巻状電極群１４を例示してあり、したがって、角形渦巻状電極群１４の収納対象となる電池ケースは、非水電解液に対し優れた耐腐食性を有して取扱い易いアルミニウム製である。正極板１１は、電池ケースと同金属のアルミニウム箔からなる帯状の正極芯材１１ａを用いて、この正極芯材１１ａの両面に、正極活物質を塗着したのちに圧延および乾燥されてなる正極活物質層１１ｂを形成して構成されている。負極板１２は、銅箔からなる帯状の負極芯材１２ａの両面に、負極活物質を塗着したのち圧延および乾燥されてなる負極活物質層１２ｂを形成して構成されている。セパレータ１３Ａ，１３Ｂは、例えば微多孔性ポリエチレンフィルムを帯状として形成されている。この角形渦巻状電極群１４は、正極板１１が巻回内方側に、且つ負極板１２が巻回外方側にそれぞれ配置されて、正極活物質層１１ｂを負極活物質層１２ｂで覆うように巻回して構成される。
【００３６】
上記角形渦巻状電極群１４では、図１（ａ）と図２（ａ）との比較から明らかなように、折り返し数が偶数となる場合と奇数となる場合との別により、巻き始め端Ｒ０から１回目の折り返し部Ｒ１までの半周部分において負極板１２に取り付ける負極用集電リード１０の取付位置を変えるだけで、巻き始め部分および巻き終わり部分における正，負極板１１，１２および一対のセパレータ１３Ａ，１３Ｂの各々の形状や相対位置関係を、折り返し数の相違に拘わらず、同一に設定して巻回する。
【００３７】
具体的に説明すると、折り返し数が偶数または奇数の何れの場合においても、正極板１１には、巻き終わり側の１周相当分部分の外方面側に、正極活物質層１１ｂが形成されずに正極芯材１１ａが露出した活物質層未形成部１１ｅが設けられている。負極板１２には、１回目の折り返し部Ｒ１から３回目の折り返し部Ｒ３までの１周相当分部分の内方面側に、負極活物質層１２ｂが形成されずに負極芯材１２ａが露出した活物質層未形成部１２ｃが設けられている。
【００３８】
また、正極板１１には、折り返し数が偶数および奇数の何れの場合にも、巻き終わり側の活物質層未形成部１１ｅの終端より約半周分突出させた正極芯材１１ａに正極用集電リード９が取り付けられており、図７（ｂ）の正極板１１とは異なり、正極芯材１１ａが余分に延出していない。一方、負極板１２には、巻き始め側の活物質層未形成部１２ｃの始端部より巻き始め側に突出させた負極芯材１２ａに負極用集電リード１０が取り付けられているが、この負極芯材１２ａの突出長つまり負極用集電リード１０の取付位置は、上述したように折り返し数が偶数の場合と奇数の場合とで異なる。これについての詳細は後述する。
【００３９】
図１（ａ）および図２（ａ）の正，負極板１１，１２は、これらの間にセパレータ１３Ａ，１３Ｂを介在して積層した状態で、一対の巻芯４Ａ，４Ｂが両セパレータ１３Ａ，１３Ｂの巻き始め端および負極板１２における負極用集電リード１０が取り付けられた負極芯材１２ａ部分を挟み込んで図示矢印方向に回転することにより、渦巻状に巻回されて、図３および図４に示すように、偏平なほぼ角形の横断面形状を有する角形渦巻状電極群１４に構成される。図３は図１の折り返し数が偶数の場合の角形渦巻状電極群１４を示し、図４は図２の折り返し数が奇数の場合の角形渦巻状電極群１４を示す。なお、上記巻回に際して、一対の巻芯４Ａ，４Ｂは、位置をずらせた配置で回転され、電極群１４の構成終了後に互いに近接する方向に変位されて重合されることにより、両側に生じる隙間によって渦巻状電極群１４から容易に抜脱できるようになっている。
【００４０】
図３および図４は、角形渦巻状電極群１４の巻き始め部分および巻き終わり部分のみの構成を容易に理解できるように模式的に図示したものである。すなわち、正極板１１では、活物質層１１ｂを比較的広い間隔で平行な２本の実線で図示し、活物質層未形成部１１ｅを比較的狭い間隔で平行な２本の実線で図示し、正極芯材１１ａを１本の実線で図示してある。負極板１２では、活物質層１２ｂを平行な２本の破線で図示し、活物質層未形成部１２ｃを平行な実線と破線とで図示し、負極芯材１２ａを１本の実線で図示してある。
【００４１】
負極用集電リード１０はリード保護テープ１８により覆われて保護されている。正極板１１の終端側に露出されている正極芯材１１ａは、正極用集電リード９の取付箇所を過ぎた終端部分が活物質層未形成部１１ｅに露出している正極芯材１１ａに群固定テープ１７により固定されており、これにより、角形渦巻状電極群１４は緩みなく巻回状態に保持される。
【００４２】
また、図３および図４の角形渦巻状電極群１４は、正，負極板１１，１２のそれぞれにおけるセパレータ１３Ａ，１３Ｂを介在して対向する側に化学反応するための逆極性の活物質層１２ｂ，１１ｂが存在しない箇所が活物質層未形成部１１ｅ，１２ｃとなっていることにより、電池としたときの体積エネルギ密度および重量エネルギ密度の向上を図れるものである。
【００４３】
さらに、この角形渦巻状電極群１４は、極めて体積効率に優れた構成になっている。すなわち、この角形渦巻状電極群１４では、１回目の折り返し部Ｒ１から３回目の折り返し部Ｒ３までの１周部分に負極板１２の活物質層未形成部１２ｃが存在するだけであり、正，負極板１１，１２の各々の活物質層１１ｂ，１２ｂが、一対のセパレータ１３Ａ，１３Ｂと負極板１２の活物質層未形成部１２ｃとが１周半巻回され終わった３回目の折り返し部Ｒ３から巻回される。したがって、正，負極板１１，１２の各々の活物質層１１ｂ，１２ｂは、１周半の巻回が終わって比較的大きな曲率半径となった３回目の折り返し部Ｒ３から湾曲させながら巻回するので、外方に膨らみ出ることなくスムーズに巻回できる。これに対し図７の角形渦巻状電極群では、１回目の折り返し部Ｒ１から正極板１１の活物質層未形成部１１ｃおよび負極板１１の活物質層１２ｂを小さな曲率半径で折り返すように巻回するので、外方に膨れ出てスムーズに巻回し難い。
【００４４】
上記角形渦巻状電極群１４では、図１（ｂ）および図２（ｂ）にそれぞれ実線および２点鎖線で外形を示したように、電池ケースのサイズの相違に応じて幅Ｌ１〜Ｌ４や厚さＴ１〜Ｔ４が種々に変わった場合においても、正，負極用集電リード９，１０における電極群１４の幅方向に沿った間隔Ｋが常に一定となるように設定して巻回される。これについての詳細は後述する。
【００４５】
また、折り返し数が偶数である場合には、正，負極用集電リード９，１０が常に図１（ｂ）に実線および２点鎖線でそれぞれ示す所定の相対位置に配置され、且つ折り返し数が奇数である場合には、正，負極用集電リード９，１０が常に図２（ｂ）に実線および２点鎖線でそれぞれ示す所定の相対位置に配置される。具体的に説明すると、図３および図４に示すように、正極板１１は、負極板１２および一対のセパレータ１３Ａ，１３Ｂが１周半巻回されて折り返し数が３回目となった時点から巻き始められるから、上記３回の折り返し数を含めて偶数の折り返し数に巻回した場合には、正極板１１の終端部分に取り付けられた正極用集電リード９が、電極群１４の外周における巻き始め側（図の左側）からさらに約半周分巻回された箇所に配置され、一方、上記３回の折り返し数を含めて奇数の折り返し数で巻回した場合には、正極板１１の終端部分に取り付けられた正極用集電リード９が、電極群１４の外周における巻き始め側まで巻回された箇所に配置される。
【００４６】
一方、負極板１２には、折り返し数が偶数の場合に、巻き始めの半周分（Ｒ０とＲ１の間）の中点から始端側に向け後述する所定の距離だけ変位した位置に負極用集電リード１０が取り付けられ、折り返し数が奇数の場合に、上記巻き始めの半周分の中点から始端側とは反対方向に向け後述する所定の距離だけ変位した位置に負極用集電リード１０が取り付けられる。これにより、正，負極用集電リード９，１０は、折り返し数の相違に拘わらず、折り返し数が偶数の場合に図１（ｂ）に示す相対位置関係の配置となり、且つ折り返し数が奇数の場合に図２（ｂ）に示す相対位置関係の配置となる。
【００４７】
また、角形偏平の横断面形状における幅および厚さが種々に異なる電池ケースを用いた複種類の角形非水電解質電池をシリーズ化して製作する場合、それらに用いる角形渦巻状電極群１４では、先ず、幅方向（図の左右方向）の両側の各湾曲部分の間に存在する直線部分の長さＬが、電池ケースの幅方向の長さに対応して設定される。この直線部分の長さＬは、一対の巻芯４Ａ，４Ｂの各々の外方側の端部間の距離によって設定され、両巻芯４Ａ，４Ｂの間隔の変更または対応する巻芯４Ａ，４Ｂに交換することにより設定される。
【００４８】
上記の各角形電池にそれぞれ用いる角形渦巻状電極群は、サイズの相違に拘わらず、その厚さＴ１〜Ｔ４が何れの場合にも幅方向の両側の各湾曲部の直径に等しい形状となるから、両側の各湾曲部の間に存在する上記直線部分の長さＬを、設定すべき所望の幅の長さから厚さ（換言すると、両側の湾曲部の各々の半径を加算した値）を減算することによって容易に求められる。また、正，負極用の両集電リード９，１０は上記直線部分における中央部に位置する配置で一定間隔Ｋに設けられるので、両集電リード９，１０の対応する正，負極板１１，１２への取付位置は、上記直線部分の長さＬに基づいて容易に求めることができる。
【００４９】
すなわち、負極用集電リード１０は、折り返し数が偶数の場合に、上記直線部分の長さＬの中点ｃに対し巻き始め端側にＫ／２だけ寄った箇所に設けられ、折り返し数が奇数の場合に、上記直線部分の長さＬの中点ｃに対し巻き始め端とは反対側にＫ／２だけ寄った箇所に設けられる。この負極用集電リード１０の取付位置は、巻き始めの半周部分に設定されるので、上記直線部分の長さＬが決まれば、正確、且つ容易に求めることができる。
【００５０】
一方、正極用集電リード９の取付位置は、上記負極用集電リード１０に対し一定の間隔Ｋとなる位置に設定するのであるが、この正極用集電リード９の活物質層未形成部１１ｅの終端からの離間距離は、折り返し数や正，負極板１１，１２の各部の厚みおよびセパレータ１３Ａ，１３Ｂの厚みなどの種々の条件に応じて変わる正，負極板１１，１２の各部の長さなどに対応して設定する必要がある。つぎに、この点について説明する。
【００５１】
先ず、折り返し数は、電池ケースのサイズに基づき決定される電極群１４の所望の幅Ｌ１〜Ｌ４および厚さＴ１〜Ｔ４から求められる。この折り返し数が決まれば、その折り返し数が偶数または奇数の別および正，負極板１１，１２の各部の厚みやセパレータ１３Ａ，１３Ｂの厚みなどに基づいて、正，負極板１１，１２における全長や各部の長さなどを設定することができる。
【００５２】
いま、図１（ａ）に示すように、セパレータ１３Ａ，１３Ｂの厚みをｔ1 、正極板１１の活物質層１１ｂの厚みをｔ2 、正極板１１の活物質層未形成部１１ｅの厚みをｔ3 、正極芯材１１ａの厚みをｔ4 、負極板１２の活物質層１２ｂの厚みをｔ5 、負極板１２の活物質層未形成部１２ｃの厚みをｔ6 、負極芯材１２ａの厚みをｔ7 とする。また、電極群１４の直線部分の長さを上述のようにＬに設定する。正，負極板の各々の巻き始め端の間の距離をＳとする。
【００５３】
つぎに、正極板１１の全長Ａ、正極板１１の活物質層未成形部１１ｅからの正極芯材１１ａの突出長Ｂ、正極板１１の活物質層１１ｂの終端から正極芯材１１ａの終端までの長さＣ、負極板１２の全長Ｄ、負極板１２の活物質層未形成部１２ｃからの負極芯材１２ａの突出長Ｅ、負極板１２の始端から活物質層１２ｂの始端までの長さＦを、折り返し数が偶数の場合と奇数の場合とについてそれぞれ求めるための数１ないし数１２を下記に示す。なお、下記の数式において、ｎは整数、ｉは（１，２，３…）である。
【００５４】
折り返し数を奇数に設定する場合の正極板１１では、上記のＡ、ＢおよびＣを以下の〔数１〕ないし〔数３〕から算出する。
【００５５】
【数１】
【００５６】
〔数２〕
Ｂ＝１／２π〔（６ｎ＋４）ｔ1 （３ｎ−６）ｔ2 ＋（３ｎ−４）ｔ5 ＋３ｔ3 ＋３ｔ6 〕＋Ｌ
〔数３〕
Ｃ＝Ｂ＋２Ｌ＋π〔４ｎｔ1 ＋２（ｎ−２）ｔ2 ＋（２ｎ−３）ｔ5 ＋２ｔ6 〕
折り返し数を奇数に設定する場合の負極板１２では、上記のＤ、ＥおよびＦを以下の〔数４〕ないし〔数６〕から算出する。
【００５７】
【数４】
【００５８】
〔数５〕
Ｅ＝Ｌ／２
〔数６〕
Ｆ＝（５Ｌ）／２＋４ｔ1 π
折り返し数を偶数に設定する場合の正極板１１では、上記のＡ、ＢおよびＣを以下の〔数７〕ないし〔数９〕から算出する。
【００５９】
【数７】
【００６０】
〔数８〕
Ｂ＝１／２π〔（６ｎ＋４）ｔ1 （３ｎ−６）ｔ2 ＋３（ｎ−１）ｔ5 ＋３ｔ3 ＋３ｔ6 〕＋Ｌ
〔数９〕
Ｃ＝Ｂ＋２Ｌ＋π〔４ｎｔ1 ＋２（ｎ−２）ｔ2 ＋（２ｎ−３）ｔ5 ＋２ｔ6 〕
折り返し数を偶数に設定する場合の負極板１２では、上記のＤ、ＥおよびＦを以下の〔数１０〕ないし〔数１２〕から算出する。
【００６１】
【数１０】
【００６２】
〔数１１〕
Ｅ＝Ｌ／２＋Ｋ
〔数１２〕
Ｆ＝（５／２）Ｌ＋Ｋ＋４ｔ1 π
なお、αは、電池として使用を開始したときに活物質が膨張して座屈が発生するのを防止するために、活物質の膨張分を見込んで予め隙間を作るための幅分であって、活物質の材質に応じて０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内の値に設定する。
【００６３】
上述の各数式から正，負極板１１，１２の各部の長さＡ〜Ｆを求めた上で、正極用集電リード９の取付位置を、負極用集電リード１０に対し所定の間隔Ｋとなるように設定する。これにより、正，負極用集電リード９，１０の相対位置は、上述したように、折り返し数の相違に拘わらず、折り返し数が偶数の場合に図１（ｂ）に実線および２点鎖線で示したようになり、折り返し数が奇数の場合に図２（ｂ）に実線および２点鎖線で示したようになる。
【００６４】
したがって、折り返し数が偶数または奇数の何れか一方の角形渦巻状電極群１４は、これの構成要素の巻回方向に向け１８０度回動して配置変えすれば、正，負極板１１，１２の相対位置が他方の角形渦巻状電極群１４と同一となる。例えば、図２（ｂ）の角形渦巻状電極群１４を図示位置から何れかの方向に１８０°回転させれば、図１（ｂ）に示す角形渦巻状電極群１４と同一となる。換言すれば、上記角形渦巻状電極群１４は、折り返し数が偶数または奇数の別に拘わらず、正，負極板１１，１２の間隔Ｋおよび相対位置関係が同一の構成となる。
【００６５】
これにより、この角形渦巻状電極群１４は、折り返し数が偶数および奇数の何れにおいても、同一の電極群構成機を共用して構成することができる。例えば、装置を折り返し数が奇数の場合を基準に設定した場合には、折り返し数が偶数の場合、巻き始めおよび巻き終わり時にそれぞれ奇数の場合よりも半周分だけ多く回転した時点でリード保護テープ１８および群固定テープ１７を貼着するように設定すればよい。
【００６６】
なお、上記実施の形態では、アルミニウム製電池ケースに挿入して角形リチウム二次電池を構成するための角形渦巻状電極群１４について説明しているが、電池ケースが例えば鉄製であって負極を構成する場合には、図１および図２における正極板１１と負極板１２の各々の形状および配置を入れ換えた構成とすれば、上述と同様の効果を得ることができるのは言うまでもない。
【００６７】
図５（ａ），（ｂ）は上記角形渦巻状電極群１４を用いて構成した角形リチウム二次電池を示す平面図および幅方向の切断線に沿った縦断面図である。この角形リチウム二次電池は、偏平角形のアルミニウム製電池ケース１９における発電要素の収納部に、上述のようにして製造された角形渦巻状電極群１４が収納されている。電池ケース１９の開口部内周縁部には封口板２０が嵌着され、この角形電池ケース１９と封口板２０とは、これらの嵌合部２１をレーザ溶接などによって一体化されて、液密且つ気密に封口されている。
【００６８】
電池ケース１９の底面には正極ターミナル１９ａが膨出形成されている。封口板２０は、その中央部が内方へ凹む形状に形成され、且つ貫通孔２２が形成されている。この貫通孔２２には、ブロンアスファルトと鉱物油との混合物からなる封止剤を塗布した耐電解液性で、且つ電気絶縁性の合成樹脂製ガスケット２３が一体に取り付けられている。
【００６９】
上記ガスケット２３には、負極端子を兼ねるニッケルまたはニッケルめっき鋼製のリベットからなる負極ターミナル２４が固着されている。この負極ターミナル２４は、ガスケット２３の中央部に挿入されて、その下部にワッシャ２７を嵌合させた状態において先端部がかしめ加工されることによって固定され、ガスケット２３に対し液密且つ気密に密着されている。
【００７０】
負極端子を兼ねる負極ターミナル２４と封口板２０の長辺側の外縁との間にはほぼ楕円形の排気孔２８が設けられている。この排気孔２８は、封口板２０の内面に圧着されて一体化されたアルミニウム箔２９によって閉塞されており、このアルミニウム箔２９は、電池内圧の上昇時に破断してガスを外部に放出するための防爆用安全弁を形成している。封口板２０には注液孔３０が設けられており、この注液孔３０から所定量の有機電解液が注入される。そののち、注液孔３０は封栓３１を嵌入して閉塞されている。
【００７１】
電極群１４の正極用集電リード９は、封口板２０の内面に対しレーザビームによるスポット溶接により接続され、負極用集電リード１０はワッシャ２７に対し抵抗溶接により接続されている。この接続に際しては、超音波溶接などの他の接合手段を採用できるのは勿論である。図６（ａ）は、正，負極用集電リード９，１０を封口板２０およびワッシャ２７にそれぞれ溶接して接続する状態を示している。封口板２０、ガスケット２３、負極ターミナル２４およびワッシャ２７は、図５（ｂ）に示す構成に予め組み立てられて組立封口体とされ、この組立封口体の封口板２０およびワッシャ２７には、角形渦巻状電極群１４から電池ケース１９の開口部を通じて導出された正，負極用集電リード９，１０が接続機（図示せず）により溶接されて接続され、そののち、同図（ｂ）に示すように、正，負極用集電リード９，１０を撓ませた状態で封口板２０が電池ケース１９の開口部に嵌合される。
【００７２】
上記正，負極用集電リード９，１０の封口板２０およびワッシャ２７への接続に際して、接続機に対して正，負極用集電リード９，１０を図５（ａ）に示す相対配置に設置して接続すると仮定した場合には、折り返し数が奇数の角形渦巻状電極群１４を図２（ｂ）および図４に図示の配置のまま電池ケース１９内に挿入し、折り返し数が偶数の角形渦巻状電極群１４を図１（ｂ）および図３に図示の配置から１８０°回転させて配置変えした状態で電池ケース１９内に挿入する。これにより、電池ケース１９内に挿入された角形渦巻状電極群１４の正，負極用集電リード９，１０の配置は、折り返し数が偶数または奇数の相違に拘わらず図５（ａ）と同一の相対位置となる。また、正，負極用集電リード９，１０の幅方向間隔Ｋは、上述したように、折り返し数の相違に拘わらず常に一定である。
【００７３】
したがって、上記角形リチウム二次電池の組み立てに際しては、電池ケース１９のサイズに対応して角形渦巻状電極群１４の形状が種々に異なる場合においても、同一の電極群挿入機を共用して角形渦巻状電極群１４を電池ケース１９内に挿入し、且つ同一の接続機を共用して正，負極用集電リード９，１０と封口板２０およびワッシャ２７との接続を行っても、正，負極用集電リード９，１０の接触によるショートや正，負極用集電リード９，１０と封口板２０およびワッシャ２７とを位置ずれなどの発生を確実に防止しながら接続することができる。また、上述したように、角形渦巻状電極群１４は、折り返し数の相違および折り返し数が偶数または奇数の別に拘わらず、同一の電極群構成機を共用して安価に製造することができる。そのため、上記実施の形態の製造方法で製造した渦巻状電極群１４を用いて角形リチウム二次電池を構成する場合には、シリーズ化した複種類の角形リチウム二次電池を、製造コストの低減を図りながら製造することができる。
【００７４】
また、上記角形リチウム二次電池では、アルミニウム製電池ケース１９の内周面に、図３および図４に示すように角形渦巻状電極群１４の最外周の１周を形成する正極板１１における活物質層未形成部１１ｅのアルミニウム製正極芯材１１ａおよび露出された正極芯材１１ａが接触されることにより、極めて良好な電気的接続を得ることができるから、集電効率を向上させて十分な放電特性を得ることができる。
【００７５】
さらに、この角形リチウム二次電池は、渦巻状電極群１４の正，負極板１１，１２のそれぞれにおけるセパレータ１３Ａ，１３Ｂを介在して対向する側に化学反応するための逆極性の活物質層１２ｂ，１１ｂが存在しない箇所を活物質層未形成部１１ｅ，１２ｃとしているとともに、正極板１１における正極用集電リード９を取り付けるために終端に露出される正極芯材１１ａを必要以上に長く延出させないので、体積エネルギ密度および重量エネルギ密度が共に向上する。
【００７６】
さらにまた、角形渦巻状電極群１４は、正極板１１が巻回内方側に、且つ負極板１２が巻回外方側にそれぞれ配置されて、正極活物質層１１ｂを負極活物質層１２ｂで覆うように巻回した構成とされているから、この角形リチウム二次電池は、放電時のリチウムのデンドライトの発生によるショートの発生を防止できるものとなっている。
【００７７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の角形渦巻状電極群によれば、折り返し数の相違に拘わらず、正，負極用集電リードの間隔を常に一定に設定するとともに、正，負極用集電リードの相対位置関係が、折り返し数が偶数および奇数の別によってそれぞれ常に同じとなる。したがって、折り返し数が偶数または奇数の一方の電極群を１８０°回転させれば、正，負極用集電リードは、その間隔だけでなく、相対位置関係も他方の電極群と同一となるから、サイズの異なる種々の角形渦巻状電極群を同一の電極群構成機を共用して製造することができ、シリーズすべき各種の角形電池用の角形渦巻状電極群を安価に製造することができる。また、一方の極板の巻き始め部分に設ける集電リードは、折り返し数が偶数または奇数の別に対応して異なる取付位置に設けたことにより、他方の極板の集電リードを取り付けるために突出させる芯材は、折り返し数が偶数または奇数の別に拘わらず、常に必要な長さで同一とすることができるから、特に厚み方向の巻きずれが発生することがなく、電池としたときに所期の機能を確実に得ることができるとともに、体積エネルギ密度の向上を図ることができる。
【００７８】
また、本発明の角形非水電解質電池によれば、幅や厚さの相違に拘わらず正，負極用集電リードの間隔および相対位置関係が常に一定となる角形渦巻状電極群を角形電池ケース内に収納して構成されているので、その組み立てに際して、電池ケースのサイズに対応して角形渦巻状電極群の形状が種々に異なる場合においても、同一の電極群挿入機を共用して角形渦巻状電極群を電池ケース内に挿入し、且つ同一の接続機を共用して正，負極用集電リードと封口板および電極ターミナルとの接続を行っても、正，負極用集電リードの接触によるショートや正，負極用集電リードと封口板および電極ターミナルとの位置ずれなどの発生を確実に防止しながら接続することができる。そのため、横断面形状の幅や厚さが種々に異なるシリーズ化した多種類のものを、製造コストの低減に伴って安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施の形態に係る渦巻状電極群における各構成要素の巻回前の相対位置関係を模式的に示した平面図、（ｂ）は巻回後の電極群の外形状を示す概略平面図。
【図２】（ａ）は同上の実施の形態に係るサイズの異なる渦巻状電極群における各構成要素の巻回前の相対位置関係を模式的に示した平面図、（ｂ）は巻回後の電極群の外形状を示す概略平面図。
【図３】図１の各構成要素を巻回して構成した渦巻状電極群を模式的に示した概略平面図。
【図４】図２の各構成要素を巻回して構成した渦巻状電極群を模式的に示した概略平面図。
【図５】（ａ），（ｂ）は同上の渦巻状電極群を用いて構成した角形リチウム二次電池を示す平面図および幅方向の切断線に沿った縦断面図。
【図６】（ａ），（ｂ）は同上の角形リチウム二次電池の製造過程を順に示した幅方向の切断線に沿った縦断面図。
【図７】（ａ），（ｂ）は従来の渦巻状電極群における各構成要素の巻回前の相対位置関係を模式的に示した平面図、（ｃ）は巻回後の電極群の概略外形を示した平面図。
【図８】（ａ）は従来の他の渦巻状電極群における各構成要素の巻回前の相対位置関係を模式的に示した平面図、（ｂ）は（ａ）の一部破断した側面図。
【符号の説明】
９ 正極用集電リード
１０ 負極用集電リード
１１ 正極板（他方の極板）
１１ａ 正極芯材
１１ｂ 正極活物質層
１１ｅ 正極板の活物質層未形成部
１２ 負極板（一方の極板）
１２ａ 負極芯材
１２ｂ 負極活物質層
１２ｃ 負極板の活物質層未形成部
１３Ａ，１３Ｂ セパレータ
１４ 角形渦巻状電極群
１９ 電池ケース
２０ 封口板
２４ 負極ターミナル（電極ターミナル）
Ｒ１〜Ｒ１７ 折り返し部
Ｋ リードの間隔
Ｌ１〜Ｌ４ 幅
Ｔ１〜Ｔ４ 厚さ
Ｌ 直線部分の長さ
ｔ2 ，ｔ5 活物質層の塗着厚み
ｃ 直線部分の中点
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯状の正極板と負極板とをこれらの間にセパレータを介在させて積層した状態で渦巻状に巻回することにより、横断面形状が偏平な角形の形状とされる角形渦巻状電極群およびその電極群を用いて構成する、主として角形リチウム二次電池などの角形非水電解質電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、ＡＶ機器あるいはパソコンや携帯型通信機器などの電気機器のポータブル化やコードレス化が急速に促進されている。これら電気機器の駆動用電源としては、従来においてニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池が主に用いられていたが、近年では、急速充電が可能で体積エネルギ密度および重量エネルギ密度が共に高く、高い安全性を有するリチウム二次電池に代表される非水電解質電池が主流になりつつある。
【０００３】
上記非水電解質電池では、高エネルギ密度や負荷特性に優れた密閉型とし、また、機器の薄型化に適し、且つスペース使用効果が高い偏平角形とすることが促進されている。さらに、これらの電池には、ポータブル型電気機器の高性能化および高機能化が進むのに伴って、より高電圧および高容量化のものが要望されており、このような要求を満たすものとして、正極板と負極板とをこれらの間にセパレータを介在させて積層した状態で渦巻状に巻回してなる角形渦巻状電極群を用いて構成した角形非水電解質電池が広く用いられている。
【０００４】
図８（ａ）は、そのような高容量化を図った角形リチウム二次電池に用いられている角形渦巻状電極群の構成要素である正，負極板１，２および一対のセパレータ３Ａ，３Ｂの巻回前の相対位置関係を模式的に示した平面図、（ｂ）は（ａ）の一部破断した側面図である。正極板１は帯状の正極芯材１ａの両面に正極活物質層１ｂが形成されており、負極板２は帯状の負極芯材２ａの両面に負極活物質層２ｂが形成されている。両極板１，２は、負極板２が矢印で示す巻回方向の内方側に位置する配置で各々の間にセパレータ３Ａ，３Ｂを介在させて積層した状態で、一対の巻芯４Ａ，４Ｂが両セパレータ３Ａ，３Ｂの各始端部を両側から挟み込んで上記巻回方向に回転することにより巻回されて、偏平角形の横断面形状を有する角形渦巻状電極群とされる。この電極群では、負極板２の巻き始め端より突出した負極芯材２ａに負極用集電リード８が取り付けられ、正極板１の巻き終わり端より突出した正極芯材１ａに正極用集電リード７が取り付けられている。なお、図８に示すＲ１〜Ｒ１３は、両巻芯４Ａ，４Ｂの各外方端側のアール部分で折り返される部分の中心位置とその巻き順を示している。
【０００５】
上述のようにして構成された角形渦巻状電極群は、重量エネルギ密度および体積エネルギ密度の向上を図った角形非水電解質電池を構成できる。すなわち、負極板２の巻き始め側の一周相当部分の内方面側には、負極芯材２ａが露出した活物質層未形成部２ｃが設けられ、正極板１の巻き終わり側の一周相当部分の外方面側には正極芯材１ａが露出した活物質層未形成部１ｃが設けられている。これら活物質層未形成部１ｃ，２ｃのセパレータ３Ａ，３Ｂを介して対向する側には、化学反応するための逆極性の活物質層２ｂ，１ｂが存在しない。したがって、上記渦巻状電極群は、充放電になんら関与しない不要な活物質層１ｂ，２ｂを削減して、その削減した不要な活物質層１ｂ，２ｂの厚み分だけ両極板１，２の長さを長く、あるいは活物質層１ｂ，２ｂを厚くして容量アップを図ることができ、電池としたときの重量エネルギ密度および体積エネルギ密度を共に向上させることができる。
【０００６】
また、上記渦巻状電極群では、２枚のセパレータ３Ａ，３Ｂの巻き始め端と巻き終わり端とがそれぞれ同一位置に揃えられている。これは、電極群の巻回工程の終わりに２枚のセパレータ３Ａ，３Ｂをテンションをかけた状態で重ねて各々の同一位置をカッタで切断し、つぎの巻回工程において、２枚のセパレータ３Ａ，３Ｂの各々の同一の切断箇所を揃えた巻き始め部分と負極板２における負極用集電リード８を設けた負極芯材２ａとを確実に揃えて巻回を開始できるようにするためである。
【０００７】
ところで、上述の非水電解質電池では、一般に、電池ケースをアルミニウムで形成して電池の正極としている。これは、非水電解質電池においてニッケルめっきした鉄製の電池ケースが以前から用いられていたが、長期間の保存中に電池ケースの鉄成分が鉄イオンとなって溶解し、この溶解反応が続くと、一部に腐食孔があく欠点があるからである。これに対しアルミニウムは、ニッケルめっきした鉄に比較して非水電解液に溶解され難いことから、腐食を防止することができ、しかも、比重が小さいことから、軽量化に伴い電池としての重量エネルギ密度の向上を図れる利点がある。また、正極芯材１ａの材料としてアルミニウムを用いているのは、軽量化に伴って重量エネルギ密度の向上を図れるからである。
【０００８】
したがって、上記渦巻状電極群における正極板１の最外周に位置する活物質層未形成部１ｃに露出している正極芯材１ａは、同金属で、且つ同じ正極である電池ケースの内周面に接触しても何ら不都合が生じないだけでなく、逆に正極芯材１ａの１周分を電池ケースの内周面に接触させれば、正極端子部分での接触面積か格段に大きくなって良好な電気的接続を得られるので、効率的な集電効果が得られて放電特性を向上させることが可能となる。
【０００９】
ところが、上記渦巻状電極群では、２枚のセパレータ３Ａ，３Ｂの各終端を同一位置に揃える必要があることと、この両セパレータ３Ａ，３Ｂの最外周の１周部分の間に正極板１が介在し、且つ内方側に負極板２の活物質層２ａが存在していることとにより、両セパレータ３Ａ，３Ｂの終端を正極板１の終端を過ぎた位置に止むなく設定している。そのため、上記電極群を用いた角形電池では、活物質層未形成部１ｃの正極芯材１ａを電池ケースの内周面に接触させられないから、正極用集電リード７と封口板との電気的接続のみによって正極側の集電を行わなければならず、集電効率の向上を図れないことから、十分な放電特性が得られない。しかも、外側のセパレータ３Ｂの最外周の１周分以上は電池としての機能を何ら果たさない全く不要なものになっているから、これが電池としての体積エネルギ密度の低下を招いている。
【００１０】
そこで、上記問題の解消を目的として、図７に示すような渦巻状電極群が提案されている（特開平2001−216997号公報参照）この電極群は、正極板１１が巻回内方側に、且つ負極板１２が巻回外方側にそれぞれ配置されて、正極活物質層１１ｂを負極活物質層１２ｂで覆うように巻回した構成になっている。これにより、特に、アルミニウム製の電池ケースが正極となるリチウム二次電池では、放電時のリチウムのデンドライトの発生によるショートの発生が防止される。
【００１１】
そして、正極板１１には、巻き始めの少なくとも１周分の正極芯材１１ａの内方面側と巻き終わり側の少なくとも１周分の正極芯材１１ａの外方面側とに、活物質層１１ｂが形成されずに正極芯材１１ａが露出した活物質層未形成部１１ｃ，１１ｄが設けられている。負極板１２は、正極板１１に対し少なくとも１周分だけ短い位置に終端を有する長さを有し、負極芯材１２ａにおける巻き始めの半周分を除く全体に活物質層１２ｂが形成されている。一対のセパレータ１３Ａ，１３Ｂは、負極板１２の終端とほぼ同じ位置に終端を有する互いに同一長さに設定されている。また、負極板１２には、活物質層１２ｂの始端部より突出させた負極芯材１２ａに負極用集電リード１０が取り付けられ、正極板１１には、活物質層未形成部１１ｄの終端から突出させた正極芯材１１ａに正極用集電リード９が取り付けられている。
【００１２】
上記渦巻状電極群は、最外周の１周が正極板１１の活物質層未形成部１１ｄで形成されているから、リチウム二次電池などの非水電解質電池において一般に正極を構成するアルミニウム製電池ケースの内周面に活物質層未形成部１１ｄの正極芯材１１ａを接触させて極めて良好な電気的接続を得ることができ、集電効率を向上させて十分な放電特性を得ることができる。この構成に基づいて、同図（ａ）に示すように、負極板１２および一対のセパレータ１３Ａ，１３Ｂは、何れも正極板１１に対し約１周分だけ短くできるから、製造上の制約から同一位置で切断する必要がある一対のセパレータ１３Ａ，１３Ｂは、図８の構成に比較して合計で２周分も短縮することができ、その短くできる分だけ活物質層１１ｂ，１２ｂの厚みまたは長さを大きく設定できる。また、正極板１１における対向箇所に化学反応するための負極の活物質層１２ｂが存在しない箇所は、活物質層未形成部１１ｃ，１１ｄとしている。そのため、この電極群は重量エネルギ密度および体積エネルギ密度が共に向上した電池を構成できる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
リチウム二次電池をはじめとする角形の非水電解質電池は、上述した顕著な特長を有することから、種々の電気機器の駆動用電源としての需要が増大しつつあり、それに伴って、長さ（高さ）や横断面形状が偏平角形の幅および厚さが異なる種々のサイズの角形電池ケースに角形渦巻状電極群を収納してなる多種類がシリーズ化して出現することが要望されている。例えば、角形非水電解質電池としては、長さ、幅および厚さがそれぞれ、（５０，３４，３．６）、（４８，３０，４．３）、（４８，３０，５．３）、（５０，３３，６．３）、（５０，３４，１０．０）の角形電池ケースを用いたものをシリーズ化して実用化または実用化することが予定されている。なお、上記の長さ、幅および厚さの単位はｍｍである。
【００１４】
しかしながら、現在では、非水電解質電池のサイズが異なる毎に、それらの電池を製造するための専用の生産設備を製作しているので、種類が多くなるのに伴い無駄が多くなって製造コストが高くつく問題がある。上記生産設備とは、電極群を巻回するための電極群構成機、電極群を電池ケースに挿入するための電極群挿入機、リード９，１０と封口板とを溶接などによって接続するための接続機および電解液を電池ケース内に注入するための注液機などである。
【００１５】
上記生産設備を共用できないのは、角形非水電解質電池の角形渦巻状電極群が、図７（ｃ）に示す正，負極用集電リード９，１０の間隔Ｋや互いの相対位置関係が電極群の幅や厚さの相違に対応して種々に異なる構成になっていることに起因する。すなわち、例えば、同一の接続機を用いて正，負極用集電リード９，１０を封口板などに接続した場合には、上記間隔Ｋが一定でない正，負極用集電リード９，１０が互いに接触することによるショートが発生するおそれがあり、正，負極用集電リード９，１０が一定の相対位置に配置されていない場合には、正，負極用集電リード９，１０と封口板との接続位置がずれて確実な接続状態を得られないからである。そのため、角形非水電解質電池には、機器搭載設計の標準化と生産設備の共用化とにより、シリーズ化した複数のサイズのものを製造コストの低減を図りながら製造することが求められている。
【００１６】
一方、図７（ａ），（ｂ）に示すように、互いに長さが異なる正，負極板１１，１２およびセパレータ１３Ａ，１３Ｂを巻回してサイズの異なる角形渦巻状電極群を構成するに際し、（ａ）の電極群に対し折り返し数が僅かに１回少ない（ｂ）の電極群では、その巻き終わり端のパターンを（ａ）の電極群と一致させるために、正極用集電リード９を２点鎖線で示す位置に設けた場合には、その正極用集電リード９が、同図（ｃ）に２点鎖線で図示する位置に配置されて、負極用集電リード１０に対し所定の間隔Ｋおよび相対位置の配置とならない。そのため、現在では、（ｂ）に実線で示すように、正極芯材１１ａの終端を、活物質層未形成部１１ｄの終端からの長さが（ａ）の電極群に比較して半周分長くなる位置まで延出させて、その正極芯材１１ａの終端部分に正極用集電リード９を設けることにより、正極用集電リード９を、負極用集電リード１０に対し所定の間隔Ｋを存して所定の相対位置となる同図（ｃ）の実線の図示位置に配置するようにしている。
【００１７】
しかしながら、図７は隣接する２つの折り返し部の各間の半周分の長さを全て同一とした模式的な図示になっているが、各半周分の長さは折り返し数が多くなるのに伴って順次長くなっていくから、上記構成とした場合には、最も長くなる最終の周回部分から延出させた正極芯材１１ａの半周分の長さは比較的長いものとなる。このように最終の周回部分に長い正極芯材１１ａが存在すると、電極群をスムーズに巻き終えることが困難となって、巻回後の電極群に厚み方向の巻きずれが生じ易く、電池して機能したときに所期の効果を得られないという電極群にとって重大な問題が生じる。また、上記の必要以上に長い正極芯材１１ａは、電池としての機能に何ら関与しない無駄なものであるから、その分だけ電池としての体積エネルギ密度が減少する。
【００１８】
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、横断面形状が偏平角形の幅や厚さが種々に異なる形状に形成した場合にも、正，負極用集電リードが一定の間隔で、且つ所定の相対位置関係の配置となり、且つ最終の周回部分で芯材が必要以上に長く延出しない構成を備えた角形渦巻状電極群およびその電極群を用いた角形非水電解質電池を提供することを目的とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る角形渦巻状電極群は、帯状の正極芯材の両面に正極活物質層が形成され、且つ正極用集電リードが取り付けられたた正極板と、帯状の負極芯材の両面に負極活物質層が形成され、且つ負極用集電リードが取り付けられた負極板とを、これらの間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回することにより、横断面形状が偏平角形に形成されたものにおいて、前記正，負極用の両集電リードが、折り返し数が偶数または奇数の別に拘わらず前記偏平角形の幅方向において一定間隔に配設され、巻回外方側に位置する一方の前記極板は、折り返し数が偶数の場合に、巻き始めの最初の半周部分の中点から前記一定間隔の半分の距離だけ始端側に離間した位置に集電リードが設けられ、且つ折り返し数が奇数の場合に、前記中点から前記一定間隔の半分の距離だけ前記始端側とは反対方向に離間した位置に集電リードが設けられ、巻回内方側に位置する他方の前記極板は、折り返し数が偶数および奇数の何れの場合にも、最終の折り返し部から突出させた前記芯材における前記一方の極板の集電リードに対し前記一定間隔となる位置に集電リードが設けられていることを特徴とする。
【００２０】
この角形渦巻状電極群では、折り返し数の相違に拘わらず、正，負極用集電リードの間隔を常に一定に設定するとともに、正，負極用集電リードの相対位置関係が、折り返し数が偶数および奇数の別によってそれぞれ常に同じとなる。したがって、折り返し数が偶数または奇数の一方の電極群を１８０°回転させれば、正，負極用集電リードは、その間隔だけでなく、相対位置関係も他方の電極群と同一となるから、サイズの異なる種々の角形渦巻状電極群を同一の電極群構成機を共用して製造することができ、シリーズすべき各種の角形電池用の角形渦巻状電極群を安価に製造することができる。また、一方の極板の巻き始め部分に設ける集電リードは、折り返し数が偶数または奇数の別に対応して異なる取付位置に設けたことにより、他方の極板の集電リードを取り付けるために突出させる芯材は、折り返し数が偶数または奇数の別に拘わらず、常に必要な長さで同一とすることができるから、特に厚み方向の巻きずれが発生することがなく、電池としたときに所期の機能を確実に得ることができるとともに、体積エネルギ密度の向上を図ることができる。
【００２１】
上記発明において、両側の湾曲部分を除く直線部分が、形成すべき所望の幅と厚とから決定される長さに設定され、正、負極用の両集電リードが、前記直線部分の中央部において一定間隔となる配置で正，負極板に取り付けられている構成とすることが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、幅および厚さが種々に異なる角形偏平の横断面形状をそれぞれ有する複種類の角形電池をシリーズ化して製作する場合、それらの各角形電池にそれぞれ用いる角形渦巻状電極群は、サイズの相違に拘わらずその厚さが幅方向の両側の各湾曲部の直径に等しい形状となるから、両側の各湾曲部の間に存在する直線部分の長さが、所要の偏平角形における幅の長さから、上記湾曲部の直径つまり両側の各湾曲部の各々の半径の長さを加算した値を減算することにより、容易に求められる。さらに、正，負極用の両集電リードは上記直線部分における中央部に位置する配置で一定間隔に設けられるので、両集電リードの対応する正，負極板への取付位置は、上記直線部分の長さに基づいて容易に求めることができる。
【００２３】
また、上記発明において、一方の極板は、１回目の折り返し部から１周分の長さの芯材に対する内面側に、活物質層が形成されずに前記芯材が露出した活物質層未形成部が設けられ、且つ前記活物質層未形成部の始端から突出した前記芯材に集電リードが取り付けられ、他方の極板は、３回目の折り返し部に始端が位置決めされた配置で設けられ、且つ前記始端から活物質層が形成されているとともに、前記一方の極板の終端に対向する箇所から１周分延出された芯材に対する外面側に、活物質層が形成されずに前記芯材が露出した活物質層未形成部が設けられ、この活物質層未形成部の終端からさらに突出させた前記芯材に集電リードが取り付けられ、一対のセパレータは、一方の前記極板の終端とほぼ同一位置に終端を有する共に同一長さに設定されている構成とすることが好ましい。
【００２４】
これにより、正，負極板のそれぞれにおいてセパレータを介して対向する側に化学反応するための逆極性の活物質層が存在しない箇所は活物質層未形成部となっていることにより、電池としたときの体積エネルギ密度および重量エネルギ密度の向上を図ることができる。これに加えて、１回目の折り返し部から３回目の折り返し部までの１周相当部分には一方の極板の活物質層未形成部が存在するだけであり、両極板の各々の活物質層が、一対のセパレータと一方の極板の活物質層未形成部とが１周半巻回され終わった３回目の折り返し部から巻回されるので、両極板の各々の活物質層は、１周半の巻回が終わって比較的大きな曲率半径となった３回目の折り返し部から巻回されるから、外方に膨らみ出ることなくスムーズに巻回でき、極めて体積効率の優れた構成となる。
【００２５】
さらに、上記発明において、電池ケースの偏平角形の横断面形状における幅および厚さの相違に対応して折り返し数が設定され、前記幅および厚さに対する過不足分が極板の活物質層の塗着厚みの調整により補われて前記電池ケース内に嵌合状態に挿入できる外形に形成されている構成とすることができる。これにより、サイズが異なる場合にも体積エネルギ密度の高い角形渦巻状電極群を得ることができるとともに、シリーズ化すべき各角形電池に対し幅や厚さが僅かに異なる規格の角形電池用の角形渦巻状電極群では、同じ製造方法を用いて容易に製造することができる。
【００２６】
上記発明において、他方の極板は、アルミニウム製の正極芯材の両面に正極活物質層が形成された正極板ときすることができる。これにより、この角形渦巻状電極群はリチウム二次電池などの角形非水電解質電池に好適に用いることができる。
【００２７】
本発明の角形非水電解質電池は、上記発明の何れかの製造方法によって製造された角形渦巻状電極群のうち、折り返し数が偶数または奇数の何れか一方の前記角形渦巻状電極群が配置の基準として電池ケース内に挿入され、他方の前記角形渦巻状電極群を１８０°回転させた配置としたのちに前記電池ケースに挿入され、一方および他方の各集電リードのうちの一方が封口板に、且つ他方が電極ターミナルに接続されていることを特徴としている。
【００２８】
この角形非水電解質電池では、幅や厚さの相違に拘わらず正，負極用集電リードの間隔および相対位置関係が常に一定となる角形渦巻状電極群を角形電池ケース内に収納して構成されているので、その組み立てに際して、電池ケースのサイズに対応して角形渦巻状電極群の形状が種々に異なる場合においても、同一の電極群挿入機を共用して角形渦巻状電極群を電池ケース内に挿入し、且つ同一の接続機を共用して正，負極用集電リードと封口板および電極ターミナルとの接続を行っても、正，負極用集電リードの接触によるショートや正，負極用集電リードと封口板および電極ターミナルとの位置ずれなどの発生を確実に防止しながら接続することができる。そのため、横断面形状の幅や厚さが種々に異なるシリーズ化した多種類のものを、製造コストの低減に伴って安価に構成することができる。
【００２９】
また、本発明の角形リチウム二次電池は、アルミニウム箔からなる正極芯材を有する正極板を他方の極板として上記発明の何れかの製造方法で製造された角形渦巻状電極群が、アルミニウム製の角形電池ケース内に収納され、前記正極板の最外周に位置する活物質層未形成部における露出状態の前記正極芯材および／または正極用集電リードが取り付けられた前記正極芯材が前記電池ケースの内周面に接触されていることを特徴としている。
【００３０】
この角形リチウム二次電池では、アルミニウム製電池ケースの内周面に角形渦巻状電極群の最外周の１周を形成する正極板における活物質層未形成部のアルミニウム製正極芯材および／または露出された正極芯材を接触させることができるから、極めて良好な電気的接続を得ることができ、集電効率を向上させて十分な放電特性を得ることができる。また、この角形リチウム二次電池では、角形渦巻状電極群の正，負極板のそれぞれにおけるセパレータを介在して対向する側に化学反応するための逆極性の活物質層が存在しない箇所を活物質層未形成部としているとともに、正極板における正極用集電リードを取り付けるために終端に露出して突出させる正極芯材を必要以上に長く延出させないので、体積エネルギ密度および重量エネルギ密度が共に向上する。さらに、渦巻状電極群は、正極板が巻回内方側に、且つ負極板が巻回外方側にそれぞれ配置されて、正極活物質層を負極活物質層で覆うように巻回した構成となるから、放電時のリチウムのデンドライトの発生によるショートの発生を防止できるものとなる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１（ａ）および図２（ａ）は何れも本発明の一実施の形態に係る角形渦巻状電極群１４における各構成要素の巻回前の相対位置関係を模式的に示した平面図で、図１（ｂ）および図２（ｂ）は同図（ａ）の各構成要素を巻回して構成した電極群１４の外形状を示す概略平面図である。
【００３２】
図１および図２において、この実施の形態と基本的な技術思想が類似する図７と同一若しくは同等のものには同一の符号を付してある。また、図１（ａ）および図２（ａ）に付したＲ０〜Ｒ１７は一対の巻芯４Ａ，４Ｂによる巻回時の折り返し部の巻き順を示したものである。各折り返し部の各々の間は、巻回するときの半周分の長さを示したものであり、この半周分の長さは、折り返し数が多くなるのに伴って順次長くなるが、図１（ａ）および図２（ａ）では、図示便宜上、同じ長さに図示してある。この各半周分の長さの設定については後述する。
【００３３】
図１は、一対の巻芯４Ａ，４Ｂによる巻回工程において両巻芯４Ａ，４Ｂが半回転（１８０°の回転）する毎に積層状態の各構成要素を折り返しながら巻回していくときの折り返し数が偶数（同図では１６回の場合を例示）の場合の角形渦巻状電極群１４を示し、図２は、上記折り返し数が図１に比較して１回少ない奇数（同図では１５回の場合を例示）の場合の角形渦巻状電極群１４を示している。
【００３４】
すなわち、この実施の形態の角形渦巻状電極群は、角形電池ケースのサイズから決定される図１（ｂ）および図２（ｂ）の所望の幅Ｌ１〜Ｌ４と厚さＴ１〜Ｔ４とを有する横断面形状が角形の角形渦巻状電極群１４を得るに際して、上記の幅Ｌ１〜Ｌ４と厚さＴ１〜Ｔ４に基づいて折り返し数を偶数または奇数の何れかに決定する。その決定した折り返し数によって所望の幅Ｌ１〜Ｌ４と厚さＴ１〜Ｔ４に対し過不足が生じる場合には、正，負極板１１，１２の活物質層１１ｂ，１２ｂの塗着厚みを変えて微調整する。これにより、シリーズ化すべき角形非水電解質電池に対し幅や厚さが僅かに異なる場合には、同じ製造方法を用いて対応することができる。
【００３５】
この実施の形態では、角形リチウム二次電池を構成する角形渦巻状電極群１４を例示してあり、したがって、角形渦巻状電極群１４の収納対象となる電池ケースは、非水電解液に対し優れた耐腐食性を有して取扱い易いアルミニウム製である。正極板１１は、電池ケースと同金属のアルミニウム箔からなる帯状の正極芯材１１ａを用いて、この正極芯材１１ａの両面に、正極活物質を塗着したのちに圧延および乾燥されてなる正極活物質層１１ｂを形成して構成されている。負極板１２は、銅箔からなる帯状の負極芯材１２ａの両面に、負極活物質を塗着したのち圧延および乾燥されてなる負極活物質層１２ｂを形成して構成されている。セパレータ１３Ａ，１３Ｂは、例えば微多孔性ポリエチレンフィルムを帯状として形成されている。この角形渦巻状電極群１４は、正極板１１が巻回内方側に、且つ負極板１２が巻回外方側にそれぞれ配置されて、正極活物質層１１ｂを負極活物質層１２ｂで覆うように巻回して構成される。
【００３６】
上記角形渦巻状電極群１４では、図１（ａ）と図２（ａ）との比較から明らかなように、折り返し数が偶数となる場合と奇数となる場合との別により、巻き始め端Ｒ０から１回目の折り返し部Ｒ１までの半周部分において負極板１２に取り付ける負極用集電リード１０の取付位置を変えるだけで、巻き始め部分および巻き終わり部分における正，負極板１１，１２および一対のセパレータ１３Ａ，１３Ｂの各々の形状や相対位置関係を、折り返し数の相違に拘わらず、同一に設定して巻回する。
【００３７】
具体的に説明すると、折り返し数が偶数または奇数の何れの場合においても、正極板１１には、巻き終わり側の１周相当分部分の外方面側に、正極活物質層１１ｂが形成されずに正極芯材１１ａが露出した活物質層未形成部１１ｅが設けられている。負極板１２には、１回目の折り返し部Ｒ１から３回目の折り返し部Ｒ３までの１周相当分部分の内方面側に、負極活物質層１２ｂが形成されずに負極芯材１２ａが露出した活物質層未形成部１２ｃが設けられている。
【００３８】
また、正極板１１には、折り返し数が偶数および奇数の何れの場合にも、巻き終わり側の活物質層未形成部１１ｅの終端より約半周分突出させた正極芯材１１ａに正極用集電リード９が取り付けられており、図７（ｂ）の正極板１１とは異なり、正極芯材１１ａが余分に延出していない。一方、負極板１２には、巻き始め側の活物質層未形成部１２ｃの始端部より巻き始め側に突出させた負極芯材１２ａに負極用集電リード１０が取り付けられているが、この負極芯材１２ａの突出長つまり負極用集電リード１０の取付位置は、上述したように折り返し数が偶数の場合と奇数の場合とで異なる。これについての詳細は後述する。
【００３９】
図１（ａ）および図２（ａ）の正，負極板１１，１２は、これらの間にセパレータ１３Ａ，１３Ｂを介在して積層した状態で、一対の巻芯４Ａ，４Ｂが両セパレータ１３Ａ，１３Ｂの巻き始め端および負極板１２における負極用集電リード１０が取り付けられた負極芯材１２ａ部分を挟み込んで図示矢印方向に回転することにより、渦巻状に巻回されて、図３および図４に示すように、偏平なほぼ角形の横断面形状を有する角形渦巻状電極群１４に構成される。図３は図１の折り返し数が偶数の場合の角形渦巻状電極群１４を示し、図４は図２の折り返し数が奇数の場合の角形渦巻状電極群１４を示す。なお、上記巻回に際して、一対の巻芯４Ａ，４Ｂは、位置をずらせた配置で回転され、電極群１４の構成終了後に互いに近接する方向に変位されて重合されることにより、両側に生じる隙間によって渦巻状電極群１４から容易に抜脱できるようになっている。
【００４０】
図３および図４は、角形渦巻状電極群１４の巻き始め部分および巻き終わり部分のみの構成を容易に理解できるように模式的に図示したものである。すなわち、正極板１１では、活物質層１１ｂを比較的広い間隔で平行な２本の実線で図示し、活物質層未形成部１１ｅを比較的狭い間隔で平行な２本の実線で図示し、正極芯材１１ａを１本の実線で図示してある。負極板１２では、活物質層１２ｂを平行な２本の破線で図示し、活物質層未形成部１２ｃを平行な実線と破線とで図示し、負極芯材１２ａを１本の実線で図示してある。
【００４１】
負極用集電リード１０はリード保護テープ１８により覆われて保護されている。正極板１１の終端側に露出されている正極芯材１１ａは、正極用集電リード９の取付箇所を過ぎた終端部分が活物質層未形成部１１ｅに露出している正極芯材１１ａに群固定テープ１７により固定されており、これにより、角形渦巻状電極群１４は緩みなく巻回状態に保持される。
【００４２】
また、図３および図４の角形渦巻状電極群１４は、正，負極板１１，１２のそれぞれにおけるセパレータ１３Ａ，１３Ｂを介在して対向する側に化学反応するための逆極性の活物質層１２ｂ，１１ｂが存在しない箇所が活物質層未形成部１１ｅ，１２ｃとなっていることにより、電池としたときの体積エネルギ密度および重量エネルギ密度の向上を図れるものである。
【００４３】
さらに、この角形渦巻状電極群１４は、極めて体積効率に優れた構成になっている。すなわち、この角形渦巻状電極群１４では、１回目の折り返し部Ｒ１から３回目の折り返し部Ｒ３までの１周部分に負極板１２の活物質層未形成部１２ｃが存在するだけであり、正，負極板１１，１２の各々の活物質層１１ｂ，１２ｂが、一対のセパレータ１３Ａ，１３Ｂと負極板１２の活物質層未形成部１２ｃとが１周半巻回され終わった３回目の折り返し部Ｒ３から巻回される。したがって、正，負極板１１，１２の各々の活物質層１１ｂ，１２ｂは、１周半の巻回が終わって比較的大きな曲率半径となった３回目の折り返し部Ｒ３から湾曲させながら巻回するので、外方に膨らみ出ることなくスムーズに巻回できる。これに対し図７の角形渦巻状電極群では、１回目の折り返し部Ｒ１から正極板１１の活物質層未形成部１１ｃおよび負極板１１の活物質層１２ｂを小さな曲率半径で折り返すように巻回するので、外方に膨れ出てスムーズに巻回し難い。
【００４４】
上記角形渦巻状電極群１４では、図１（ｂ）および図２（ｂ）にそれぞれ実線および２点鎖線で外形を示したように、電池ケースのサイズの相違に応じて幅Ｌ１〜Ｌ４や厚さＴ１〜Ｔ４が種々に変わった場合においても、正，負極用集電リード９，１０における電極群１４の幅方向に沿った間隔Ｋが常に一定となるように設定して巻回される。これについての詳細は後述する。
【００４５】
また、折り返し数が偶数である場合には、正，負極用集電リード９，１０が常に図１（ｂ）に実線および２点鎖線でそれぞれ示す所定の相対位置に配置され、且つ折り返し数が奇数である場合には、正，負極用集電リード９，１０が常に図２（ｂ）に実線および２点鎖線でそれぞれ示す所定の相対位置に配置される。具体的に説明すると、図３および図４に示すように、正極板１１は、負極板１２および一対のセパレータ１３Ａ，１３Ｂが１周半巻回されて折り返し数が３回目となった時点から巻き始められるから、上記３回の折り返し数を含めて偶数の折り返し数に巻回した場合には、正極板１１の終端部分に取り付けられた正極用集電リード９が、電極群１４の外周における巻き始め側（図の左側）からさらに約半周分巻回された箇所に配置され、一方、上記３回の折り返し数を含めて奇数の折り返し数で巻回した場合には、正極板１１の終端部分に取り付けられた正極用集電リード９が、電極群１４の外周における巻き始め側まで巻回された箇所に配置される。
【００４６】
一方、負極板１２には、折り返し数が偶数の場合に、巻き始めの半周分（Ｒ０とＲ１の間）の中点から始端側に向け後述する所定の距離だけ変位した位置に負極用集電リード１０が取り付けられ、折り返し数が奇数の場合に、上記巻き始めの半周分の中点から始端側とは反対方向に向け後述する所定の距離だけ変位した位置に負極用集電リード１０が取り付けられる。これにより、正，負極用集電リード９，１０は、折り返し数の相違に拘わらず、折り返し数が偶数の場合に図１（ｂ）に示す相対位置関係の配置となり、且つ折り返し数が奇数の場合に図２（ｂ）に示す相対位置関係の配置となる。
【００４７】
また、角形偏平の横断面形状における幅および厚さが種々に異なる電池ケースを用いた複種類の角形非水電解質電池をシリーズ化して製作する場合、それらに用いる角形渦巻状電極群１４では、先ず、幅方向（図の左右方向）の両側の各湾曲部分の間に存在する直線部分の長さＬが、電池ケースの幅方向の長さに対応して設定される。この直線部分の長さＬは、一対の巻芯４Ａ，４Ｂの各々の外方側の端部間の距離によって設定され、両巻芯４Ａ，４Ｂの間隔の変更または対応する巻芯４Ａ，４Ｂに交換することにより設定される。
【００４８】
上記の各角形電池にそれぞれ用いる角形渦巻状電極群は、サイズの相違に拘わらず、その厚さＴ１〜Ｔ４が何れの場合にも幅方向の両側の各湾曲部の直径に等しい形状となるから、両側の各湾曲部の間に存在する上記直線部分の長さＬを、設定すべき所望の幅の長さから厚さ（換言すると、両側の湾曲部の各々の半径を加算した値）を減算することによって容易に求められる。また、正，負極用の両集電リード９，１０は上記直線部分における中央部に位置する配置で一定間隔Ｋに設けられるので、両集電リード９，１０の対応する正，負極板１１，１２への取付位置は、上記直線部分の長さＬに基づいて容易に求めることができる。
【００４９】
すなわち、負極用集電リード１０は、折り返し数が偶数の場合に、上記直線部分の長さＬの中点ｃに対し巻き始め端側にＫ／２だけ寄った箇所に設けられ、折り返し数が奇数の場合に、上記直線部分の長さＬの中点ｃに対し巻き始め端とは反対側にＫ／２だけ寄った箇所に設けられる。この負極用集電リード１０の取付位置は、巻き始めの半周部分に設定されるので、上記直線部分の長さＬが決まれば、正確、且つ容易に求めることができる。
【００５０】
一方、正極用集電リード９の取付位置は、上記負極用集電リード１０に対し一定の間隔Ｋとなる位置に設定するのであるが、この正極用集電リード９の活物質層未形成部１１ｅの終端からの離間距離は、折り返し数や正，負極板１１，１２の各部の厚みおよびセパレータ１３Ａ，１３Ｂの厚みなどの種々の条件に応じて変わる正，負極板１１，１２の各部の長さなどに対応して設定する必要がある。つぎに、この点について説明する。
【００５１】
先ず、折り返し数は、電池ケースのサイズに基づき決定される電極群１４の所望の幅Ｌ１〜Ｌ４および厚さＴ１〜Ｔ４から求められる。この折り返し数が決まれば、その折り返し数が偶数または奇数の別および正，負極板１１，１２の各部の厚みやセパレータ１３Ａ，１３Ｂの厚みなどに基づいて、正，負極板１１，１２における全長や各部の長さなどを設定することができる。
【００５２】
いま、図１（ａ）に示すように、セパレータ１３Ａ，１３Ｂの厚みをｔ1 、正極板１１の活物質層１１ｂの厚みをｔ2 、正極板１１の活物質層未形成部１１ｅの厚みをｔ3 、正極芯材１１ａの厚みをｔ4 、負極板１２の活物質層１２ｂの厚みをｔ5 、負極板１２の活物質層未形成部１２ｃの厚みをｔ6 、負極芯材１２ａの厚みをｔ7 とする。また、電極群１４の直線部分の長さを上述のようにＬに設定する。正，負極板の各々の巻き始め端の間の距離をＳとする。
【００５３】
つぎに、正極板１１の全長Ａ、正極板１１の活物質層未成形部１１ｅからの正極芯材１１ａの突出長Ｂ、正極板１１の活物質層１１ｂの終端から正極芯材１１ａの終端までの長さＣ、負極板１２の全長Ｄ、負極板１２の活物質層未形成部１２ｃからの負極芯材１２ａの突出長Ｅ、負極板１２の始端から活物質層１２ｂの始端までの長さＦを、折り返し数が偶数の場合と奇数の場合とについてそれぞれ求めるための数１ないし数１２を下記に示す。なお、下記の数式において、ｎは整数、ｉは（１，２，３…）である。
【００５４】
折り返し数を奇数に設定する場合の正極板１１では、上記のＡ、ＢおよびＣを以下の〔数１〕ないし〔数３〕から算出する。
【００５５】
【数１】
〔数２〕
Ｂ＝１／２π〔（６ｎ＋４）ｔ1 （３ｎ−６）ｔ2 ＋（３ｎ−４）ｔ5 ＋３ｔ3 ＋３ｔ6 〕＋Ｌ
〔数３〕
Ｃ＝Ｂ＋２Ｌ＋π〔４ｎｔ1 ＋２（ｎ−２）ｔ2 ＋（２ｎ−３）ｔ5 ＋２ｔ6 〕
折り返し数を奇数に設定する場合の負極板１２では、上記のＤ、ＥおよびＦを以下の〔数４〕ないし〔数６〕から算出する。
【００５７】
【数４】
〔数５〕
Ｅ＝Ｌ／２
〔数６〕
Ｆ＝（５Ｌ）／２＋４ｔ1 π
折り返し数を偶数に設定する場合の正極板１１では、上記のＡ、ＢおよびＣを以下の〔数７〕ないし〔数９〕から算出する。
【００５９】
【数７】
〔数８〕
Ｂ＝１／２π〔（６ｎ＋４）ｔ1 （３ｎ−６）ｔ2 ＋３（ｎ−１）ｔ5 ＋３ｔ3 ＋３ｔ6 〕＋Ｌ
〔数９〕
Ｃ＝Ｂ＋２Ｌ＋π〔４ｎｔ1 ＋２（ｎ−２）ｔ2 ＋（２ｎ−３）ｔ5 ＋２ｔ6 〕
折り返し数を偶数に設定する場合の負極板１２では、上記のＤ、ＥおよびＦを以下の〔数１０〕ないし〔数１２〕から算出する。
【００６１】
【数１０】
〔数１１〕
Ｅ＝Ｌ／２＋Ｋ
〔数１２〕
Ｆ＝（５／２）Ｌ＋Ｋ＋４ｔ1 π
なお、αは、電池として使用を開始したときに活物質が膨張して座屈が発生するのを防止するために、活物質の膨張分を見込んで予め隙間を作るための幅分であって、活物質の材質に応じて０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内の値に設定する。
【００６３】
上述の各数式から正，負極板１１，１２の各部の長さＡ〜Ｆを求めた上で、正極用集電リード９の取付位置を、負極用集電リード１０に対し所定の間隔Ｋとなるように設定する。これにより、正，負極用集電リード９，１０の相対位置は、上述したように、折り返し数の相違に拘わらず、折り返し数が偶数の場合に図１（ｂ）に実線および２点鎖線で示したようになり、折り返し数が奇数の場合に図２（ｂ）に実線および２点鎖線で示したようになる。
【００６４】
したがって、折り返し数が偶数または奇数の何れか一方の角形渦巻状電極群１４は、これの構成要素の巻回方向に向け１８０度回動して配置変えすれば、正，負極板１１，１２の相対位置が他方の角形渦巻状電極群１４と同一となる。例えば、図２（ｂ）の角形渦巻状電極群１４を図示位置から何れかの方向に１８０°回転させれば、図１（ｂ）に示す角形渦巻状電極群１４と同一となる。換言すれば、上記角形渦巻状電極群１４は、折り返し数が偶数または奇数の別に拘わらず、正，負極板１１，１２の間隔Ｋおよび相対位置関係が同一の構成となる。
【００６５】
これにより、この角形渦巻状電極群１４は、折り返し数が偶数および奇数の何れにおいても、同一の電極群構成機を共用して構成することができる。例えば、装置を折り返し数が奇数の場合を基準に設定した場合には、折り返し数が偶数の場合、巻き始めおよび巻き終わり時にそれぞれ奇数の場合よりも半周分だけ多く回転した時点でリード保護テープ１８および群固定テープ１７を貼着するように設定すればよい。
【００６６】
なお、上記実施の形態では、アルミニウム製電池ケースに挿入して角形リチウム二次電池を構成するための角形渦巻状電極群１４について説明しているが、電池ケースが例えば鉄製であって負極を構成する場合には、図１および図２における正極板１１と負極板１２の各々の形状および配置を入れ換えた構成とすれば、上述と同様の効果を得ることができるのは言うまでもない。
【００６７】
図５（ａ），（ｂ）は上記角形渦巻状電極群１４を用いて構成した角形リチウム二次電池を示す平面図および幅方向の切断線に沿った縦断面図である。この角形リチウム二次電池は、偏平角形のアルミニウム製電池ケース１９における発電要素の収納部に、上述のようにして製造された角形渦巻状電極群１４が収納されている。電池ケース１９の開口部内周縁部には封口板２０が嵌着され、この角形電池ケース１９と封口板２０とは、これらの嵌合部２１をレーザ溶接などによって一体化されて、液密且つ気密に封口されている。
【００６８】
電池ケース１９の底面には正極ターミナル１９ａが膨出形成されている。封口板２０は、その中央部が内方へ凹む形状に形成され、且つ貫通孔２２が形成されている。この貫通孔２２には、ブロンアスファルトと鉱物油との混合物からなる封止剤を塗布した耐電解液性で、且つ電気絶縁性の合成樹脂製ガスケット２３が一体に取り付けられている。
【００６９】
上記ガスケット２３には、負極端子を兼ねるニッケルまたはニッケルめっき鋼製のリベットからなる負極ターミナル２４が固着されている。この負極ターミナル２４は、ガスケット２３の中央部に挿入されて、その下部にワッシャ２７を嵌合させた状態において先端部がかしめ加工されることによって固定され、ガスケット２３に対し液密且つ気密に密着されている。
【００７０】
負極端子を兼ねる負極ターミナル２４と封口板２０の長辺側の外縁との間にはほぼ楕円形の排気孔２８が設けられている。この排気孔２８は、封口板２０の内面に圧着されて一体化されたアルミニウム箔２９によって閉塞されており、このアルミニウム箔２９は、電池内圧の上昇時に破断してガスを外部に放出するための防爆用安全弁を形成している。封口板２０には注液孔３０が設けられており、この注液孔３０から所定量の有機電解液が注入される。そののち、注液孔３０は封栓３１を嵌入して閉塞されている。
【００７１】
電極群１４の正極用集電リード９は、封口板２０の内面に対しレーザビームによるスポット溶接により接続され、負極用集電リード１０はワッシャ２７に対し抵抗溶接により接続されている。この接続に際しては、超音波溶接などの他の接合手段を採用できるのは勿論である。図６（ａ）は、正，負極用集電リード９，１０を封口板２０およびワッシャ２７にそれぞれ溶接して接続する状態を示している。封口板２０、ガスケット２３、負極ターミナル２４およびワッシャ２７は、図５（ｂ）に示す構成に予め組み立てられて組立封口体とされ、この組立封口体の封口板２０およびワッシャ２７には、角形渦巻状電極群１４から電池ケース１９の開口部を通じて導出された正，負極用集電リード９，１０が接続機（図示せず）により溶接されて接続され、そののち、同図（ｂ）に示すように、正，負極用集電リード９，１０を撓ませた状態で封口板２０が電池ケース１９の開口部に嵌合される。
【００７２】
上記正，負極用集電リード９，１０の封口板２０およびワッシャ２７への接続に際して、接続機に対して正，負極用集電リード９，１０を図５（ａ）に示す相対配置に設置して接続すると仮定した場合には、折り返し数が奇数の角形渦巻状電極群１４を図２（ｂ）および図４に図示の配置のまま電池ケース１９内に挿入し、折り返し数が偶数の角形渦巻状電極群１４を図１（ｂ）および図３に図示の配置から１８０°回転させて配置変えした状態で電池ケース１９内に挿入する。これにより、電池ケース１９内に挿入された角形渦巻状電極群１４の正，負極用集電リード９，１０の配置は、折り返し数が偶数または奇数の相違に拘わらず図５（ａ）と同一の相対位置となる。また、正，負極用集電リード９，１０の幅方向間隔Ｋは、上述したように、折り返し数の相違に拘わらず常に一定である。
【００７３】
したがって、上記角形リチウム二次電池の組み立てに際しては、電池ケース１９のサイズに対応して角形渦巻状電極群１４の形状が種々に異なる場合においても、同一の電極群挿入機を共用して角形渦巻状電極群１４を電池ケース１９内に挿入し、且つ同一の接続機を共用して正，負極用集電リード９，１０と封口板２０およびワッシャ２７との接続を行っても、正，負極用集電リード９，１０の接触によるショートや正，負極用集電リード９，１０と封口板２０およびワッシャ２７とを位置ずれなどの発生を確実に防止しながら接続することができる。また、上述したように、角形渦巻状電極群１４は、折り返し数の相違および折り返し数が偶数または奇数の別に拘わらず、同一の電極群構成機を共用して安価に製造することができる。そのため、上記実施の形態の製造方法で製造した渦巻状電極群１４を用いて角形リチウム二次電池を構成する場合には、シリーズ化した複種類の角形リチウム二次電池を、製造コストの低減を図りながら製造することができる。
【００７４】
また、上記角形リチウム二次電池では、アルミニウム製電池ケース１９の内周面に、図３および図４に示すように角形渦巻状電極群１４の最外周の１周を形成する正極板１１における活物質層未形成部１１ｅのアルミニウム製正極芯材１１ａおよび露出された正極芯材１１ａが接触されることにより、極めて良好な電気的接続を得ることができるから、集電効率を向上させて十分な放電特性を得ることができる。
【００７５】
さらに、この角形リチウム二次電池は、渦巻状電極群１４の正，負極板１１，１２のそれぞれにおけるセパレータ１３Ａ，１３Ｂを介在して対向する側に化学反応するための逆極性の活物質層１２ｂ，１１ｂが存在しない箇所を活物質層未形成部１１ｅ，１２ｃとしているとともに、正極板１１における正極用集電リード９を取り付けるために終端に露出される正極芯材１１ａを必要以上に長く延出させないので、体積エネルギ密度および重量エネルギ密度が共に向上する。
【００７６】
さらにまた、角形渦巻状電極群１４は、正極板１１が巻回内方側に、且つ負極板１２が巻回外方側にそれぞれ配置されて、正極活物質層１１ｂを負極活物質層１２ｂで覆うように巻回した構成とされているから、この角形リチウム二次電池は、放電時のリチウムのデンドライトの発生によるショートの発生を防止できるものとなっている。
【００７７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の角形渦巻状電極群によれば、折り返し数の相違に拘わらず、正，負極用集電リードの間隔を常に一定に設定するとともに、正，負極用集電リードの相対位置関係が、折り返し数が偶数および奇数の別によってそれぞれ常に同じとなる。したがって、折り返し数が偶数または奇数の一方の電極群を１８０°回転させれば、正，負極用集電リードは、その間隔だけでなく、相対位置関係も他方の電極群と同一となるから、サイズの異なる種々の角形渦巻状電極群を同一の電極群構成機を共用して製造することができ、シリーズすべき各種の角形電池用の角形渦巻状電極群を安価に製造することができる。また、一方の極板の巻き始め部分に設ける集電リードは、折り返し数が偶数または奇数の別に対応して異なる取付位置に設けたことにより、他方の極板の集電リードを取り付けるために突出させる芯材は、折り返し数が偶数または奇数の別に拘わらず、常に必要な長さで同一とすることができるから、特に厚み方向の巻きずれが発生することがなく、電池としたときに所期の機能を確実に得ることができるとともに、体積エネルギ密度の向上を図ることができる。
【００７８】
また、本発明の角形非水電解質電池によれば、幅や厚さの相違に拘わらず正，負極用集電リードの間隔および相対位置関係が常に一定となる角形渦巻状電極群を角形電池ケース内に収納して構成されているので、その組み立てに際して、電池ケースのサイズに対応して角形渦巻状電極群の形状が種々に異なる場合においても、同一の電極群挿入機を共用して角形渦巻状電極群を電池ケース内に挿入し、且つ同一の接続機を共用して正，負極用集電リードと封口板および電極ターミナルとの接続を行っても、正，負極用集電リードの接触によるショートや正，負極用集電リードと封口板および電極ターミナルとの位置ずれなどの発生を確実に防止しながら接続することができる。そのため、横断面形状の幅や厚さが種々に異なるシリーズ化した多種類のものを、製造コストの低減に伴って安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施の形態に係る渦巻状電極群における各構成要素の巻回前の相対位置関係を模式的に示した平面図、（ｂ）は巻回後の電極群の外形状を示す概略平面図。
【図２】（ａ）は同上の実施の形態に係るサイズの異なる渦巻状電極群における各構成要素の巻回前の相対位置関係を模式的に示した平面図、（ｂ）は巻回後の電極群の外形状を示す概略平面図。
【図３】図１の各構成要素を巻回して構成した渦巻状電極群を模式的に示した概略平面図。
【図４】図２の各構成要素を巻回して構成した渦巻状電極群を模式的に示した概略平面図。
【図５】（ａ），（ｂ）は同上の渦巻状電極群を用いて構成した角形リチウム二次電池を示す平面図および幅方向の切断線に沿った縦断面図。
【図６】（ａ），（ｂ）は同上の角形リチウム二次電池の製造過程を順に示した幅方向の切断線に沿った縦断面図。
【図７】（ａ），（ｂ）は従来の渦巻状電極群における各構成要素の巻回前の相対位置関係を模式的に示した平面図、（ｃ）は巻回後の電極群の概略外形を示した平面図。
【図８】（ａ）は従来の他の渦巻状電極群における各構成要素の巻回前の相対位置関係を模式的に示した平面図、（ｂ）は（ａ）の一部破断した側面図。
【符号の説明】
９ 正極用集電リード
１０ 負極用集電リード
１１ 正極板（他方の極板）
１１ａ 正極芯材
１１ｂ 正極活物質層
１１ｅ 正極板の活物質層未形成部
１２ 負極板（一方の極板）
１２ａ 負極芯材
１２ｂ 負極活物質層
１２ｃ 負極板の活物質層未形成部
１３Ａ，１３Ｂ セパレータ
１４ 角形渦巻状電極群
１９ 電池ケース
２０ 封口板
２４ 負極ターミナル（電極ターミナル）
Ｒ１〜Ｒ１７ 折り返し部
Ｋ リードの間隔
Ｌ１〜Ｌ４ 幅
Ｔ１〜Ｔ４ 厚さ
Ｌ 直線部分の長さ
ｔ2 ，ｔ5 活物質層の塗着厚み
ｃ 直線部分の中点
Claims (7)
- 帯状の正極芯材の両面に正極活物質層が形成され、且つ正極用集電リードが取り付けられた正極板と、帯状の負極芯材の両面に負極活物質層が形成され、且つ負極用集電リードが取り付けられた負極板とを、これらの間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回することにより、横断面形状が偏平角形に形成された角形渦巻状電極群において、
前記正，負極用の両集電リードが、折り返し数が偶数または奇数の別に拘わらず前記偏平角形の幅方向において一定間隔に配設され、
巻回外方側に位置する一方の前記極板は、折り返し数が偶数の場合に、巻き始めの最初の半周部分の中点から前記一定間隔の半分の距離だけ始端側に離間した位置に集電リードが設けられ、且つ折り返し数が奇数の場合に、前記中点から前記一定間隔の半分の距離だけ前記始端側とは反対方向に離間した位置に集電リードが設けられ、
巻回内方側に位置する他方の前記極板は、折り返し数が偶数および奇数の何れの場合にも、最終の折り返し部から突出させた前記芯材における前記一方の極板の集電リードに対し前記一定間隔となる位置に集電リードが設けられていることを特徴とする角形渦巻状電極群。 - 両側の湾曲部分を除く直線部分が、形成すべき所望の幅と厚とから決定される長さに設定され、正、負極用の両集電リードが、前記直線部分の中央部において一定間隔となる配置で正，負極板に取り付けられている請求項１に記載の角形渦巻状電極群。
- 一方の極板は、１回目の折り返し部から１周分の長さの芯材に対する内面側に、活物質層が形成されずに前記芯材が露出した活物質層未形成部が設けられ、且つ前記活物質層未形成部の始端から突出した前記芯材に集電リードが取り付けられ、
他方の極板は、３回目の折り返し部に始端が位置決めされた配置で設けられ、且つ前記始端から活物質層が形成されているとともに、前記一方の極板の終端に対向する箇所から１周分延出された芯材に対する外面側に、活物質層が形成されずに前記芯材が露出した活物質層未形成部が設けられ、この活物質層未形成部の終端からさらに突出させた前記芯材に集電リードが取り付けられ、
一対のセパレータは、一方の前記極板の終端とほぼ同一位置に終端を有する共に同一長さに設定されている請求項１または２に記載の角形渦巻状電極群。 - 電池ケースの偏平角形の横断面形状における幅および厚さの相違に対応して折り返し数が設定され、前記幅および厚さに対する過不足分が極板の活物質層の塗着厚みの調整により補われて前記電池ケース内に嵌合状態に挿入できる外形に形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の角形渦巻状電極群。
- 他方の極板は、アルミニウム製の正極芯材の両面に正極活物質層が形成された正極板である請求項１ないし４の何れかに記載の角形渦巻状電極群。
- 請求項１ないし５の何れかに記載の角形渦巻状電極群のうち、折り返し数が偶数または奇数の何れか一方の前記角形渦巻状電極群が配置の基準として電池ケース内に挿入され、他方の前記角形渦巻状電極群が１８０°回転させた配置としたのちに前記電池ケースに挿入され、正、負極用の各集電リードのうちの一方が封口板に、且つ他方が電極ターミナルに接続されていることを特徴とする角形非水電解質電池。
- アルミニウム箔からなる正極芯材を有する正極板を他方の極板とする請求項１ないし５の何れかに記載の角形渦巻状電極群が、アルミニウム製の角形電池ケース内に収納され、前記正極板の最外周に位置する活物質層未形成部における露出状態の前記正極芯材および／または正極用集電リードが取り付けられた前記正極芯材が前記電池ケースの内周面に接触されていることを特徴とする角形リチウム二次電池。
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