JP5147882B2

JP5147882B2 - 二次電池

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Publication number: JP5147882B2
Application number: JP2010062652A
Authority: JP
Inventors: 貴之三谷; 克典鈴木
Original assignee: Hitachi Vehicle Energy Ltd
Current assignee: Vehicle Energy Japan Inc
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2030-03-18
Also published as: CN102195068B; US20110229747A1; CN102195068A; JP2011198562A

Description

この発明は、二次電池に関する。

リチウム二次電池等に代表される二次電池においては、正極合剤が形成された正極電極と負極合剤が形成された負極電極とをセパレータを介して巻芯または軸芯（以下、両方を総称して軸芯という）の周囲に捲回して電極群を構成する。軸芯は軸方向に中心軸を有する円筒状の中空部を有する。軸芯の周囲に正極電極、負極電極およびセパレータを重ね、軸芯に捲回することにより電極群が作製される。軸心に正極電極および負極電極、セパレータを捲回する構成の一例が特許文献１に開示されている。

電極群の軸芯の軸方向の一端側および他端側には正極集電部材および負極集電部材が配置される。正極集電部材には正極電極が接続され、また、負極集電部材には負極電極が接続されて蓄電ユニットが構成される。蓄電ユニットと電解液が電池缶に収容され、正極集電部材が一方の出力端に接続され、負極集電部材が他方の出力端に接続される。

特開平９−９２３３５号公報

正極電極、負極電極およびセパレータを重ね、軸芯に捲回することにより電極群を作製する場合、軸芯の中空部に捲回装置の駆動軸を嵌合して軸芯を回転させる方法が考えられる。この方法を採用する場合、軸芯に捲回される正極電極、負極電極およびセパレータに、適切な張力を与えながら捲回装置により捲回するためには、軸芯の中空部の直径をある程度大きくする必要がある。
一方、電極集電部材を電池缶に溶接する電極棒の直径は、小さい方が効率的である。このため、軸芯の中空部と電極棒とには、従来において、かなり大きながたつきがあり、溶接部の位置がずれたり、電極棒が傾いて片当りになったりすることにより溶接不良が生じていた。
本発明の目的は、正極集電部あるいは負極集電部と出力端との電気的な接続の不良を低減できる二次電池を提供することである。

本発明に係る二次電池は、中央部に軸方向に貫通する中空部を有する軸芯と軸芯の周囲に捲回された正極電極および負極電極を有し、電解液を有する蓄電ユニットと、蓄電ユニットが収容された電池容器と、を備え、軸芯の中空部は、軸芯の中空部の軸に沿った方向における一方側が他方側より、軸をよぎる断面が大きい形状を成すことを特徴とする。

本発明によれば、正極集電部あるいは負極集電部と出力端との電気的な接続の不良を低減でき、信頼性の高い二次電池を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態を示す拡大断面図。図１に示された二次電池の分解斜視図。図１の電極群の詳細を示すための一部を切断した状態の斜視図。図１に図示された二次電池の軸芯の実施形態１の詳細を示し、一部を軸方向に沿って切断した状態の拡大断面図。図４におけるＶ−Ｖ線に沿って切断した拡大断面図。図４におけるＶＩ−ＶＩ線に沿って切断した拡大断面図。図４におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿って切断した拡大断面図。図１に示された二次電池の電極群の作製方法を説明するための斜視図。図１に示された二次電池を作製する所定の工程を説明するための拡大断面図。図９の次の工程を説明するための拡大斜視図。本発明に係る二次電池の軸芯の実施形態２の詳細を示し、一部を軸方向に沿って切断した状態の拡大断面図。図１１におけるＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿って切断した拡大断面図。図１１におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿って切断した拡大断面図。図１１におけるＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿って切断した拡大断面図。本発明に係る二次電池の軸芯の実施形態３の詳細を示し、一部を軸方向に沿って切断した状態の拡大断面図。図１５におけるＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿って切断した拡大断面図。図１１におけるＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿って切断した拡大断面図。図１１におけるＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿って切断した拡大断面図。本発明に係る二次電池の軸芯の実施形態４の詳細を示し、一部を軸方向に沿って切断した状態の拡大断面図。本発明に係る二次電池の軸芯の実施形態５の詳細を示し、一部を軸方向に沿って切断した状態の拡大断面図。本発明に係る二次電池の軸芯の実施形態６の詳細を示し、一部を軸方向に沿って切断した状態の拡大断面図。図２１を上方からみた拡大平面図。

以下で説明する各実施の形態は、二次電池、特にリチウムイオン二次電池の製品として望ましい色々な課題を解決している。上述した発明が解決しようとする課題の欄や発明の効果の欄に記載した内容は、上述のリチウムイオン二次電池の製品として望ましい色々な課題解決の内の1つであり、以下の実施の形態は上述した発明が解決しようとする課題の欄や発明の効果の欄に記載した内容以外にいろいろな課題を解決している。以下で説明する各実施の形態で解決される課題解決の内の主なものを次に列挙する。さらに加えて各実施の形態の説明の中でも課題の解決について説明する。

−信頼性の向上−
１．以下の実施の形態では、円筒形の電池缶２を容器として使用しており、電池缶２に収納される、軸芯１５に捲回された電極群１０の外周を円筒形状とすることができる。このような構造により、電極群１０は捲回構造の内側から外側に向かって徐々に曲率が変わる形状となり、応力集中を低減できる。特にリチウムイオン二次電池では、充電および放電状態において電極群の厚みが変わる現象が生じるが、この現象に対する応力集中などを少なくでき、信頼性の向上につながる。
２．電極群１０を捲回するための軸芯１５を中空とし、中空形状の軸に沿った方向における一方側の断面を他方側の断面より大きい形状としている。このため、一方側の中空部を、電極群１０を捲回するための軸芯１５への回転トルクの伝達のために利用できる。これにより電極群１０を捲回するための軸芯１５の回転トルクの制御が容易となり、電極群１０の張力を適切に制御できる。これによりリチウムイオン二次電池の信頼性が向上する。さらに特性の改善にもつながる。
３．軸芯１５の断面の小さい他方側の中空部を、溶接のための電極棒７３のガイドとして利用でき、溶接部の信頼性を向上できる。これによりリチウムイオン二次電池の信頼性が向上する。

−生産性の向上−
４．上述の２および３の課題解決を組み合わせることにより、信頼性のみならずリチウムイオン二次電池の生産性を向上することができる。

−小型化の実現−
５．以下の実施の形態では、正極あるいは負極の一方の集電部材を軸芯１５の大きい断面形状の中空部を利用して保持している。この構造により、集電部材の保持機構が簡素化され、結果として小型化が可能となる。すなわちリチウムイオン二次電池の体積に対する保持電力の割合が増大する。
６．上記５に記載の構造では、捲回された電極群１０と集電部材との距離を短くすることに役立ち、正極リード１６あるいは負極リード１７を小さくできる効果がある。この構造により小型化の効果に加えリチウムイオン二次電池の特性においても改善につながる。また上記構造は信頼性の向上においても望ましい構造である。
７．以下の実施の形態では、正極あるいは負極の他方の集電部材を軸芯１５の中空部を小さい断面形状の外周を利用して保持している。中空部の断面形状が小さいので軸芯１５の他端部の厚さが増大し、軸芯１５の外周を加工することが可能となる。このように外周を利用して集電部材を保持する構造とすることにより、軸芯１５の他端部の集電部材の取付構造を簡単な構造とすることができ、リチウムイオン二次電池の小型化につながる効果がある。
８．上記７に記載の構造は、捲回された電極群１０と集電部材との距離を短くすることに役立ち、正極リード１６あるいは負極リード１７を小さくできる効果がある。この構造により小型化の効果に加えリチウムイオン二次電池の特性においても改善につながる。また上記構造は信頼性の向上においても望ましい構造である。

〔実施形態１〕
以下、この発明に係る二次電池の実施の形態として、リチウムイオン二次電池を一実施形態として、図面を用いて説明する。
−リチウムイオン二次電池の構造−
図１は、本発明に係るリチウムイオン二次電池の一実施形態を示す拡大断面図であり、図２は、図１に示されたリチウムイオン二次電池の分解斜視図である。
本発明は、外観が角形の二次電池にもまた外観が円筒形の二次電池にも適用可能である。特に外観が円筒形のリチウムイオン二次電池に適用するのに本発明はより適している。従って、以下、外観が円筒形のリチウムイオン二次電池を例として説明する。
円筒形二次電池１は、例えば、外形４０ｍｍφ、高さ１００ｍｍの寸法を有する。この円筒形二次電池１は、上部が開口された有底円筒形の電池缶２および電池缶２の上部を封口するハット形の蓋３で構成される電池容器４の内部に、以下に説明する発電用の各構成部材が収容されている。

有底円筒形の電池缶２には、その開口側である上端部側に電池缶２の内側に突き出した溝２ａが形成されている。
電極群１０は、中央部に軸芯１５を有し、軸芯１５の周囲に正極電極および負極電極が捲回されている。図３は電極群１０の構造の詳細を示し、一部を切断した状態の斜視図である。図３に図示されるように、電極群１０は、軸芯１５の外周に、負極電極１２、正極電極１１および第１、第２のセパレータ１３、１４が捲回された構造を有する。

この場合、軸芯１５には、負極電極１２、第１のセパレータ１３、正極電極１１および第２のセパレータ１４が、この順に積層され、捲回されている。最内周の負極電極１２の内側には第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４が数周（図３では、１周）捲回されている。また、最外周は負極電極１２およびその外周に捲回された第１のセパレータ１３となっている。最外周の第１のセパレータ１３が接着テープ１９で止められる（図２参照）。

正極電極１１は、例えば、厚さ２０μｍ程度のアルミニウム箔により形成され長尺な形状を有する正極シート１１ａと、この正極シート１１ａの両面に正極合剤１１ｂが塗布された正極処理部を有する。正極シート１１ａの上方側の側縁は、正極合剤１１ｂが塗布されずアルミニウム箔が露出した正極合剤未処理部１１ｃとなっている。この正極合剤未処理部１１ｃには、軸芯１５の軸に沿って上方に突き出す多数の正極リード１６が等間隔に一体的に形成されている。

正極合剤１１ｂは正極活物質と、正極導電材と、正極バインダとからなる。正極活物質はリチウム酸化物が好ましい。例として、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、リチウム複合酸化物（コバルト、ニッケル、マンガンから選ばれる２種類以上を含むリチウム酸化物）等が挙げられる。正極導電材は、正極合剤中におけるリチウムの吸蔵放出反応で生じた電子の正極電極への伝達を補助できるものであれば制限は無い。しかし中でも上述の材料である、コバルト酸リチウムとマンガン酸リチウムとニッケル酸リチウムとからなるリチウム複合酸化物を使用することにより良好な特性が得られる。

正極バインダは、正極活物質と正極導電材を結着させ、また正極合剤と正極集電体を結着させることが可能であり、非水電解液との接触により、大幅に劣化しなければ特に制限はない。正極バインダの例としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やフッ素ゴムなどが挙げられる。正極合剤層の形成方法は、正極電極上に正極合剤が形成される方法であれば制限はない。正極合剤１１ｂの形成方法の例として、正極合剤１１ｂの構成物質の分散溶液を正極シート１１ａ上に塗布する方法が挙げられる。このような方法で製造することにより特性の優れた正極合剤が得られる。

正極合剤１１ｂを正極シート１１ａに塗布する方法の例として、ロール塗工法、スリットダイ塗工法、等が挙げられる。正極合剤１１ｂに分散溶液の溶媒例として、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）や水等を添加し、混練したスラリを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、裁断する。正極合剤１１ｂの塗布厚さの一例としては片側約４０μｍである。正極シート１１ａを裁断する際、正極リード１６を一体的に形成する。すべての正極リード１６の長さは、ほぼ同一である。

負極電極１２は、例えば、厚さ１０μｍ程度の銅箔により形成され長尺な形状を有する負極シート１２ａと、この負極シート１２ａの両面に負極合剤１２ｂが塗布された負極処理部を有する。負極シート１２ａの長手方向の下方側の側縁は、負極合剤１２ｂが塗布されず銅箔が露出した負極合剤未処理部１２ｃとなっている。この負極合剤未処理部１２ｃには、軸芯１５の軸に沿って正極リード１６とは反対方向に延出された、多数の負極リード１７が等間隔に一体的に形成されている。

負極合剤１２ｂは、負極活物質と、負極バインダと、増粘剤とからなる。負極合剤１２ｂは、アセチレンブラックなどの負極導電材を有しても良い。負極活物質としては、黒鉛炭素を用いること、特に人造黒鉛を使用することが好ましい。黒鉛炭素を用いることにより、大容量が要求されるプラグインハイブリッド自動車や電気自動車向けのリチウムイオン二次電池が作製できる。負極合剤１２ｂの形成方法は、負極シート１２ａ上に負極合剤１２ｂが形成される方法であれば制限はない。しかしその中でも次に記載する方法により優れた特性の負極合剤が得られる。負極合剤１２ｂを負極シート１２ａに塗布する方法として、負極合剤１２ｂの構成物質の分散溶液を負極シート１２ａ上に塗布する方法が挙げられる。塗布方法の例として、ロール塗工法、スリットダイ塗工法等が挙げられる。

負極合剤１２ｂを負極シート１２ａに塗布する方法の例として、負極合剤１２ｂに分散溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドンや水を添加し、混練したスラリを、厚さ１０μｍの圧延銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、裁断する。負極合剤１２ｂの塗布厚さの一例としては片側約４０μｍである。負極シート１２ａを裁断する際、負極リード１７を一体的に形成する。すべての負極リード１７の長さは、ほぼ同一である。

第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４の幅をＷ_S、負極シート１２ａに形成される負極合剤１２ｂの幅をＷ_C、正極シート１１ａに形成される正極合剤１１ｂの幅をＷ_Aとした場合、下記の式を満足するように形成される。
Ｗ_S＞Ｗ_C＞Ｗ_A（図３参照）
すなわち、正極合剤１１ｂの幅Ｗ_Aよりも、常に、負極合剤１２ｂの幅Ｗ_Cが大きい。これは、リチウムイオン二次電池の場合、正極活物質であるリチウムがイオン化してセパレータを浸透するが、負極側に負極活物質が形成されておらず負極シート１２ｂが表出していると負極シート１２ａにリチウムが析出し、内部短絡を発生する原因となるからである。

セパレータ１３は、例えば、厚さ４０μｍのポリエチレン製多孔膜である。
軸芯１５は、図１および図３に図示されるように、軸方向に貫通する中空部を有し、外形が円筒形状を有する。軸芯１５の構造は、本発明に係る二次電池の特徴の内の１つであり、詳細は後述することとし、ここでは、概要のみを記載する。

軸芯１５の中空部は、軸方向（図面の上下方向）における上側に位置する缶頂側中空部５１と下側に位置する缶底側中空部６１を有し、缶頂側中空部５１の上面および軸芯に直交する面で切断した断面のサイズは、缶底側中空部６１の断面サイズよりも大きい形状と成っている。この実施の形態では、缶頂側中空部５１は軸方向における略上半部側に対応し、缶底側中空部６１は軸方向における略下半部側に対応している。また、缶頂側中空部５１は略同一サイズの断面を有し、缶底側中空部６１もまた略同一サイズの断面を有している。ここで缶頂側は有底円筒型電池缶２の開口側に対応し、缶底側は有底円筒型電池缶２の底側に対応している。缶頂側中空部５１と缶底側中空部６１の繋がり部では、中空サイズの大きい缶頂側中空部５１から中空サイズの小さい缶底側中空部６１になだらかに内面がつながる形状を成している。さらに缶底側中空部６１は断面が円形であり、円形はガイドに優れた形状であるのに加え、生産性の点でも非常に優れている。

また中空サイズの大きい缶頂側中空部５１から中空サイズの小さい缶底側中空部６１に中空の内面がなだらかにつながる形状を成しているので、以下で図９や図１０を用いて説明する溶接の為の電極棒７３の挿入が大変スムーズと成り、作業性の向上につながる。さらにまた電極棒７３の位置決めの作用をなすので、溶接作業の信頼性が大きく向上する。

正極集電部材２７は、例えば、アルミニウムにより形成され、円盤状の基部２７ａ、この基部２７ａの内周部において軸芯１５側に向かって突出し、軸芯１５の内面に圧入される下部筒部２７ｂ、および外周縁において蓋３側に突き出す上部筒部２７ｃを有する。正極集電部材２７の下部筒部２７ｂは、平面視で軸芯を対称軸とする一対の円弧形状を有し、この下部筒部２７ｂが軸芯１５の缶頂側中空部５１の上端部に嵌合されている。下部筒部２７ｂの内側には開口部２７ｄが形成されている。開口部２７ｄは、後述する電極棒の差し込み口となる。また、正極集電部材２７の基部２７ａには、開口部２７ｅ（図２参照）が形成されている。この開口部２７ｅは、電解液の注入口となり、また、電池内部で発生するガスを放出する機能を有する。上記正極集電部材２７と接続されている蓋３は一方の出力端として作用し、蓋３から蓄電された電力を取り出すことができる。

正極シート１１ａの正極リード１６は、すべて、正極集電部材２７の上部筒部２７ｃに溶接される。この場合、図２に図示されるように、正極リード１６は、正極集電部材２７の上部筒部２７ｃ上に重なり合って接合される。各正極リード１６は大変薄いため、１つでは大電流を取りだすことができない。このため、軸芯１５への巻き始めから巻き終わりまでの全長に亘り、多数の正極リード１６が所定間隔に形成されている。

正極集電部材２７は、電解液によって酸化されるので、アルミニウムで形成することにより信頼性を向上することができる。アルミニウムは、なんらかの加工により表面が表出すると、直ちに、表面に酸化アルミウム皮膜が形成され、この酸化アルミニウム皮膜により、電解液による酸化を防止することができる。
また、正極集電部材２７をアルミニウムで形成することにより、正極シート１１ａの正極リード１６を超音波溶接またはスポット溶接等により溶接することが可能となる。

軸芯１５の下端部の外周には、外径が径小とされた段部６９が形成され、この段部６９に負極集電部材２１が嵌合されている。負極集電部材２１は、例えば、銅により形成され、円盤状の基部２１ａに軸芯１５の段部６９に圧入される開口部２１ｂが形成され、外周縁に、電池缶２の底部側に向かって突き出す外周筒部２１ｃが形成されている。
負極シート１２ａの負極リード１７は、すべて、負極集電部材２１の外周筒部２１ｃに超音波溶接等により溶接される。各負極リード１７は大変薄いため、大電流を取りだすために、軸芯１５への巻き始めから巻き終わりまで全長にわたり、所定間隔で多数形成されている。この構造により電流を略均等に分散して流すことができ、リチウムイオン二次電池の信頼性の向上に繋がっている。

負極集電部材２１の外周筒部２１ｃの外周には、負極シート１２ａの負極リード１７およびリング状の押え部材２２が溶接されている。多数の負極リード１７は、負極集電部材２１の外周筒部２１ｃの外周に密着させておき、負極リード１７の外周に押え部材２２を巻き付けて仮固定し、この状態で溶接される。

負極集電部材２１の下面には、銅製の負極通電リード２３が溶接されている。負極通電リード２３は、電池缶２の底部において、電池缶２に溶接されている。電池缶２は、例えば、０．５ｍｍの厚さの炭素鋼で形成され、表面にニッケルメッキが施されている。このような材料を用いることにより、負極通電リード２３は、電池缶２の底部内面２ｂに抵抗溶接等により溶接することができる。溶接方法の詳細は、軸芯１５の構造と共に後述する。上記負極集電部材２１と接続されている電池缶２は他の出力端として作用し、一方の出力端として作用する上記蓋３と他方の出力端として作用する上記電池缶２より蓄えられた電力を出力することが可能となる。

正極集電部材２７の一方側（図示の上側）の上部筒部２７ｃの外周には、正極シート１１ａの正極リード１６およびリング状の押え部材２８が溶接されている。多数の正極リード１６は、正極集電部材２７の上部筒部２７ｃの外周に密着させておき、正極リード１６の外周に押え部材２８を巻き付けて仮固定し、この状態で溶接される。

多数の正極リード１６が正極集電部材２７に溶接され、多数の負極リード１７が負極集電部材２１に溶接されることにより、正極集電部材２７、負極集電部材２１および電極群１０が一体的にユニット化された蓄電ユニット２０が構成される（図２参照）。但し、図２においては、図示の都合上、負極集電部材２１、押え部材２２および負極通電リード２３は蓄電ユニット２０から分離して図示されている。

また、正極集電部材２７の基部２７ａの上面には、複数のアルミニウム箔が積層されて構成されたフレキシブルな接続部材４５が、その一端部を溶接されて接合されている。接続部材４５は、複数枚のアルミニウム箔を積層して一体化することにより、大電流を流すことが可能とされ、且つ、フレキシブル性を付与されている。つまり、大電流を流すには接続部材の厚さを大きくする必要があるが、１枚の金属板で形成すると剛性が大きくなり、フレキシブル性が損なわれる。そこで、板厚の小さな多数のアルミニウム箔を積層してフレキシブル性を持たせている。接続部材４５の厚さは、例えば、０．５ｍｍ程度であり、厚さ０．１ｍｍのアルミニウム箔を５枚積層して形成される。

正極集電部材２７の上部筒部２７ｃ上には、蓋ユニット３０が配置されている。蓋ユニット３０は、リング形状をした絶縁板３４、絶縁板３４に設けられた開口部３４ａに嵌入された接続板３５、接続板３５に溶接されたダイアフラム３７およびダイアフラム３７に、かしめにより固定された蓋３により構成される。
絶縁板３４は、円形の開口部３４ａを有する絶縁性樹脂材料からなるリング形状を有し、正極集電部材２７の上部筒部２７ｃ上に載置されている。

絶縁板３４は、開口部３４ａ（図２参照）および下方に突出す側部３４ｂを有している。絶縁材３４の開口部３４ａ内には接続板３５が嵌合されている。接続板３５の下面には、接続部材４５の他端部が溶接されて接合されている。この場合、接続部材４５は他端部側において半周程度湾曲されて、正極集電部材２７に溶接された面と同じ面が接続板３５に溶接されている。

接続板３５は、アルミニウム合金で形成され、中央部を除くほぼ全体が均一でかつ、中央側が少々低い位置に撓んだ、ほぼ皿形状を有している。接続板３５の厚さは、例えば、１ｍｍ程度である。接続板３５の中心には、薄肉でドーム形状に形成された突起部３５ａが形成されており、突起部３５ａの周囲には、複数の開口部３５ｂ（図２参照））が形成されている。開口部３５ｂは、電池内部に発生するガスを放出する機能を有している。これによりリチウムイオン二次電池の安全性が向上する。

接続板３５の突起部３５ａはダイアフラム３７の中央部の底面に抵抗溶接または摩擦拡散接合により接合されている。ダイアフラム３７はアルミニウム合金で形成され、ダイアフラム３７の中心部を中心とする円形の切込み３７ａを有する。切込み３７ａはプレスにより上面側をＶ字形状に押し潰して、残部を薄肉にしたものである。ダイアフラム３７は、電池の安全性向上のために設けられており、電池の内圧が上昇すると、第１段階として、上方に反り、接続板３５の突起部３５ａとの接合を剥離して接続板３５から離間し、接続板３５との導通を絶つ。第２段階として、それでも内圧が上昇する場合は切込み３７ａにおいて開裂し、内部のガスを放出する機能を有する。

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

蓋３は、炭素鋼等の鉄で形成してニッケルめっきが施されており、ダイアフラム３７に接触する円盤状の周縁部３ａと、この周縁部３ａから上方に突出す有頭無底の筒部３ｂを有するハット形を有する。筒部３ｂには開口部３ｃが形成されている。この開口部３ｃは、電池内部に発生するガス圧によりダイアフラム３７が開裂した際、ガスを電池外部に放出するためのものである。
なお、蓋３が鉄で形成されている場合には、別の円筒形二次電池と直列に接合する際、鉄で形成された別の円筒形二次電池とスポット溶接により接合することが可能である。

ダイアフラム３７の側部３７ｂと周縁部を覆ってガスケット４３が設けられている。ガスケット４３は、当初、図２に図示されるように、リング状の基部４３ａの周側縁に、上部方向に向けてほぼ垂直に起立して形成された外周壁部４３ｂと、内周側に、基部４３ａから下方に向けてほぼ垂直に垂下して形成された筒部４３ｃとを有する形状を有している。

そして、詳細は後述するが、プレス等により、電池缶２と共にガスケット４３の外周壁部４３ｂを折曲して基部４３ａと外周壁部４３ｂにより、ダイアフラム３７と蓋３を軸方向に圧接するようにかしめ加工される。これにより、蓋３とダイアフラム３７とがガスケット４３を介して電池缶２に固定される。

電池缶２の内部には、非水電解液が所定量注入されている。非水電解液の一例としては、リチウム塩がカーボネート系溶媒に溶解した溶液を用いることが好ましい。リチウム塩の例として、フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）、等が挙げられる。また、カーボネート系溶媒の例として、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、或いは上記溶媒の１種類以上から選ばれる溶媒を混合したもの、が挙げられる。

次に、本発明に係る二次電池の軸芯１５の詳細について説明する。図４は、軸芯１５の一部（平面において９０度の範囲）を軸方向に沿って切断した拡大斜視図を示す。但し、図４に図示された軸芯１５は、図１および図３に図示された軸芯１５に対し、図示の都合上、軸方向に対する軸方向に直角方向の尺度が２倍程度に拡大されている。また、図５、図６および図７は、それぞれ、図４のＶ−Ｖ線、ＶＩ−ＶＩ線およびＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した拡大平面図である。

図４に図示されるように、軸芯１５は、軸方向（図面の上下方向）における上半部側の缶頂側中空部５１と下半部側の缶底側中空部６１を有している。缶頂側中空部５１は、図５に図示されるように、軸芯１５の外周の中心軸と同軸の円弧状中空部５２および矩形状中空部５３とを有する。すなわち、缶頂側中空部５１は、上面および軸方向に直交する面で切断した断面が、ほぼ小判形状を有する。より詳細には、缶頂側中空部５１の上面形状および断面形状は、線対称の左右一対の円弧と線対称の上下一対の直線部とを組み合わせた複合形状を有している。このため、図５に図示の如く、直線部が対向する方向の幅をＷ_N、円弧部が対向する方向の幅をＷ_Mとすると、Ｗ_N＜Ｗ_Mの関係となる。

軸芯１５の缶頂側中空部５１には、電極群１０を作製する際、軸芯１５を回転駆動する捲回装置の駆動軸が嵌合される。図５に図示された二点鎖線７１は、捲回装置の駆動軸である。捲回装置の駆動軸７１の幅は、缶頂側中空部５１の矩形状中空部５３の幅Ｗ_Nに対し殆ど、がた分がない公差寸法となっている。すなわち、軸芯１５の缶頂側中空部５１の矩形状中空部５３は、捲回装置の駆動軸７１が嵌合される回転被伝達部の機能を有し、その幅は、缶頂側中空部５１の矩形状中空部５３に対し、殆ど、がた分のない程度の僅かに小さい寸法とされている。

また、缶底側中空部６１は、図７に図示されるように、軸方向に直交する面で切断した断面が円形状とされた円柱形状を有する。缶底側中空部６１も軸芯１５の外周の中心軸が中心軸となっている。すなわち、缶頂側中空部５１と缶底側中空部６１は同軸である。そして、缶底側中空部６１の断面形状の円の直径Ｄは、缶頂側中空部５１の平面形状における小さいほうの幅Ｗ_Nより小さいサイズとなっている。すなわち、Ｄ＜Ｗ_Nの関係となっている。この缶底側中空部６１には、後述するが、電極群１０の負極集電部材２１を負極電極２に電気的に接続するための電極棒が缶頂側中空部５１から挿通される。缶底側中空部６１の直径Ｄは、電極棒の直径より僅かに大きいサイズであり、電極棒とのがた分は極めて小さくされている。

缶頂側中空部５１と缶底側中空部６１との間には中間中空部６５が形成されている。中間中空部６５の上縁部は缶頂側中空部５１と同形状、同サイズであり、下縁部は缶底側中空部６１と同形状、同サイズである。そして、中間中空部６５は、上縁部から下縁部に向かって、断面形状が矩形から円に変化し、また、断面のサイズが漸次小さくなるように傾斜している。図６は、図４におけるＶＩ−ＶＩ線切断平面図であり、この切断位置における中間中空部６５の断面サイズは、図５における缶底側中空部６１の断面サイズと図７における缶底側中空部６１の断面サイズとの中間となっている。

図８は、電極群１０を作製する方法を示す斜視図である。
軸芯１５の缶頂側中空部５１には、捲回装置（図示せず）の駆動軸７１が嵌合される。駆動軸７１は、前述した如く、缶頂側中空部５１の矩形状中空部５３にほぼ緊密に嵌合される。矩形状中空部５３内部に嵌合される駆動軸７１の長さは、中間中空部６５の上端縁の付近まで達するものであってもよいし、矩形状中空部５３の上部一端部に対応する程度の短い長さであってもよい。

軸芯１５の外周に第１のセパレータ１３と第２のセパレータ１４の軸方向の先端側の側縁を揃えて重ね、第１のセパレータ１３側を軸芯１５の外周に接触させた状態で、第１のセパレータ１３と第２のセパレータ１４の先端側の側縁を軸芯１５に溶接する（図示せず）。第１のセパレータ１３と第２のセパレータ１４を、軸芯１５の外周に１周〜数周回、捲回した後、第１のセパレータ１３と第２のセパレータ１４との間に負極電極１２を挟み込む。この状態で軸芯１５を所定角度捲回する。次に、第２のセパレータ１４と第１のセパレータ１３との間に正極電極１１を挟み込む。なお、図８においては、負極電極１２が最下層に、第２のセパレータ１４が最上層に位置した状態で図示されているが、軸芯１５に捲回するので、図３に図示される如く、負極電極１４は第２のセパレータ１４に隣接する外側に位置することになる。

そして、図８に図示されるように、捲回装置の駆動軸７１を反時計方向に回動し、案内ローラ７２により案内しながら、負極電極１２、第２のセパレータ１４、正極電極１１および第１のセパレータ１３を、この順に積層した状態で軸芯１５の周囲に捲回する。この場合、図３に図示されるように、Ｗ_S＞Ｗ_C＞Ｗ_Aの関係が維持されるように、軸方向における負極合剤１２ｂ、正極合剤１１ｂ、第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４の位置を調整して捲回する。

軸芯１５を回転して電極およびセパレータを捲回するこの工程において、軸芯１５は、軸方向の上半部側に缶頂側中空部５１を有し、この缶頂側中空部５１の円弧状中空部５２の幅Ｗ_Mおよび矩形状中空部５３の幅Ｗ_Nは、缶底側中空部６１の直径Ｄよりも大きいサイズとなっている。このため、駆動軸７１から軸芯１５に伝達される回転トルクを十分大きくすることができる。

ところで、上述した如く、負極集電部材２１の下面に溶接された負極通電リード２３は、蓄電ユニット２０とされた状態で、電池缶２の底部内面２ｂに抵抗溶接により溶接される。次に、この溶接工程について説明する。
図９および図１０は、電池缶２内に蓄電ユニット２０を収容し、負極通電リード２３を電池缶２の底部内面２ｂに抵抗溶接を行う状態を示す拡大断面図である。
抵抗溶接を行うには、図９および図１０に図示される如く、軸芯１５の中空部に電極棒７３を挿通して、電極棒７３の先端部を負極通電リード２３に当接し、負極通電リード２３の下面を電池缶２の底部内面２ｂに接触させた状態で電極棒に電流を流す。

この溶接工程において、本実施形態における軸芯１５には缶頂側中空部５１および缶底側中空部６１が形成されており、電極棒７３を、正極集電部材２７の開口部２７ｄより缶頂側中空部５１内に差し込む。このとき、缶頂側中空部５１における、円弧状中空部５２の幅Ｗ_Mおよび矩形状中空部５３の幅Ｗ_Nのいずれも缶底側中空部６１の直径Ｄよりも大きい。このため、電極棒７３の缶頂側中空部５１への差込みは容易であり能率よく行うことができる。なお、図９および図１０には、缶頂側中空部５１の先端部に正極集電部材２７の下部筒部２７ｂが嵌合しているが、下部筒部２７ｂは、図５に点線で図示されるように、円弧状中空部５２の縁部に差し込まれている。このため、電極棒７３を缶頂側中空部５１に差し込むに際して障害となることはない。

そして、電極棒７３を電池缶２の底部内面２ｂ側に向けて押し込んでいく。上述した如く、缶底側中空部６１の直径Ｄは、電極棒７３の直径より僅かに大きいサイズであり、電極棒７３とのがた分は極めて小さい。このため、電極棒７３を、直接、軸芯１５の缶底側中空部６１に差し込むのは難しい作業となる。ここで、本発明おいては、軸芯１５における缶頂側中空部５１と缶底側中空部６１の境界には、中間中空部６５が設けられている。この中間中空部６５は、上縁部から下縁部に向けて、次第に平面サイズが小さくなる傾斜状に形成されている。このため、電極棒７３の先端は、中間中空部６５の傾斜面に案内されて円滑に缶底側中空部６１に差し込まれる。

そして、図１０に図示されるように、電極棒７３の先端が負極導電リード２３に当接し、負極導電リード２３が電池缶２の底部内面２ｂに接触した状態で、電極棒７３を介して電流を供給し抵抗溶接を行う。このとき、電極棒７３と缶底側中空部６１との公差は極めて小さいので、殆ど、がたが無く、溶接を確実に行うことができる。
次に、上記構成の円筒形二次電池の製造方法の一例を説明する。

−円筒形二次電池の製造方法−
〔電極群の作製〕
先ず、電極群１０を作製する。
正極シート１１ａの両面に、正極合剤１１ｂおよび正極合剤未処理部１１ｃが形成され、また、多数の正極リード１６が正極シート１１ａに一体に形成された正極電極１１を作製する。また、負極シート１２ａの両面に負極合剤１２ｂおよび負極処理部１２ｃが形成され、多数の負極リード１７が負極シート１２ａに一体に形成された負極電極１２を作製する。

そして、図８に関して説明した通り、軸芯１５の缶頂側中空部５１に、捲回装置（図示せず）の駆動軸７１を嵌合する。次に、上述した如く、駆動軸７１を駆動して軸芯１５の外周に第１のセパレータ１３、負極電極１２、第２のセパレータ１４、正極電極１１をこの順に積層して捲回する。この場合、缶頂側中空部５１は幅が大きいので、軸芯１５に大きな回転トルクが伝達され、第１のセパレータ１３、負極電極１２、第２のセパレータ１４、正極電極１１を捲回する際の引張り力を十分なものとすることができる。なお、軸芯１５の最外周には、負極電極１２とその外周に第１のセパレータ１３が位置するように、各電極およびセパレータの長さが調整されている。
最外周の第１のセパレータ１３の外周にテープ１９を接着して電極群１０が作製される。

〔蓄電ユニット作製〕
次に、作製された電極群１０を用いて蓄電ユニット２０を作製する。
電極群１０の軸芯１５の下部に負極集電部材２１を取り付ける。負極集電部材２１の取り付けは、負極集電部材２１の開口部２１ｂを軸芯１５の下端部に設けられた段部６９に嵌入して行う。次に、負極集電部材２１の外周筒部２１ｃの外周の全周囲に亘り、負極リード１７をほぼ均等に配分して密着し、負極リード１７の外周に押え部材２２を巻き付ける。そして、超音波溶接等により、負極集電部材２１に負極リード１７および押え部材２２を溶接する。次に、軸芯１５の下端面と負極集電部材２１とに跨る負極通電リード２３を負極集電部材２１に溶接する。

次に、軸芯１５の正極集電部材２７の下部筒部２７ｂを、軸芯１５の缶頂側中空部５１の円弧状中空部５２に嵌合する。正極電極１１の正極リード１６を正極集電部材２７の上部筒部２７ｃの外面に密着させる。そして、正極リード１６の外周に押え部材２８を巻き付け、超音波溶接等により、正極集電部材２７の上部筒部２７ｃに正極リード１６および押え部材２８を溶接する。このようにして、蓄電ユニット２０が構成される（図２参照）。

〔電池缶への収容〕
次に、蓄電ユニット２０を電池缶２に収容する。
蓄電ユニット２０を収容可能なサイズを有する金属製の有底円筒部材に、上述の工程を経て作製された蓄電ユニット２０を収容する。有底円筒部材は、電池缶２となるものである。以下において、説明を簡素にして明瞭にするために、この有底円筒部材を電池缶２として説明する。

〔負極溶接〕
次に、蓄電ユニット２０の負極側を電池缶２に溶接する。
電池缶２内に収納した蓄電ユニット２０の負極通電リード２３を、電池缶２の底部内面２ｂに抵抗溶接等により溶接する。図９に図示されるように、正極集電部材２７の開口部２７ｄおよび軸芯１５の缶頂側中空部５１に電極棒７３を差し込む。このとき、缶頂側中空部５１は、円弧状中空部５２の幅Ｗ_Nおよび矩形状中空部５３の幅Ｗ_Mのいずれも缶底側中空部６１の直径Ｄよりも大きい。このため、電極棒７３の缶頂側中空部５１への差込みは容易であり能率よく行うことができる。

そして、電極棒７３を電池缶２の底部内面２ｂ側に向けて押し込んでいく。このとき、軸芯１５における缶頂側中空部５１と缶底側中空部６１の境界には、中間中空部６５が設けられており、電極棒７３の先端は、中間中空部６５の傾斜面に案内されて円滑に缶底側中空部６１に差し込まれる。缶底側中空部６１の直径Ｄは、電極棒７３の直径より僅かに大きいサイズであるが、このようにして、電極棒７３を容易に缶底側中空部６１に差し込むことができる。

そして、図１０に図示されるように、電極棒７３の先端が負極導電リード２３に当接し、負極導電リード２３が電池缶２の底部内面２ｂに接触した状態で、電極棒７３に介して電流を供給し抵抗溶接を行う。このとき、電極棒７３と缶底側中空部６１との公差は極めて小さいので、両部材間にはがたが殆ど無く、このため、溶接を確実に行うことができる。

次に、電池缶２の上端部側の一部を絞り加工して内方に突出し、外面にほぼＶ字状の溝２ａを形成する。
電池缶２の溝２ａは、蓄電ユニット２０の上端部、換言すれば、正極集電部材２７の上端部近傍に位置するように形成する。なお、この工程において形成する溝２ａは、後述する如く、最終的な形状またはサイズではなく、仮の形状またはサイズのものである。

〔電解液注入〕
次に、電池缶２の内部に、正極集電部材２７の開口部２７ｅから非水電解液を所定量注入する。
非水電解液の一例としては、前述した通りである。

〔蓋ユニット作製〕
一方、発電ユットの作製および電池缶２への収容とは別に、蓋ユニット３０を作製しておく。
蓋ユニット３０は、前述した如く、絶縁板３４、絶縁板３４に設けられた開口部３４ａに嵌入された接続板３５、接続板３５に溶接されたダイアフラム３７およびダイアフラム３７にかしめにより固定された蓋３により構成されている。

蓋ユニット３０を作製するには、先ず、ダイアフラム３７に蓋３を固定する。ダイアフラム３７と蓋３との固定は、かしめ等により行う。図２に図示される如く、当初、ダイアフラム３７の側壁３７ｂは基部３７ａに垂直に形成されているので、蓋３の周縁部３ａをダイアフラム３７の側壁３７ｂ内に配置する。そして、ダイアフラム３７の側壁３７ｂをプレス等により変形させて、蓋３の周縁部の上面および下面、および外周側面を覆って圧接する。

また、接続板３５を絶縁板３４の開口部３４ａに嵌合して取り付けておく。そして、接続板３５の突起部３５ａを、蓋３が固定されたダイアフラム３７の底面に溶接する。この場合の溶接方法は、抵抗溶接または摩擦拡散接合を用いることができる。接続板３５とダイアフラム３７を溶接することにより、接続板３５が嵌合された絶縁板３４およびダイアフラム３７に固定された蓋３が一体化され、蓋ユニット３０が作製される。

〔正極溶接〕
次に、蓄電ユニット２０と蓋ユニット３０とを電気的に接続する。
正極集電部材２７の基部２７ａに接続部材４５の一端部を、例えば、超音波溶接等により溶接する。そして、蓋３、ダイアフラム３７、接続板３５および絶縁板３４が一体化された蓋ユニット３０を、接続部材４５の他端部に近接して配置する。次に、接続部材４５の他端部を接続板３５の下面に、レーザ溶接により溶接する。この溶接は、接続部材４５の他端部における接続板３５との接合面が、正極集電部材２７に溶接された接続部材４５の一端部の接合面と同じ面となるようにして行う。

〔封口〕
次に、電池缶２に収容された蓄電ユニット２０の正極集電部材２７に電気的に接続された蓋ユニット３０を電池缶２に固定することにより電池缶２を封口する。
電池缶２の溝２ａの上にガスケット４３を収容する。この状態におけるガスケット４３は、図２に図示するように、リング状の基部４３ａの上方に、基部４３ａに対して垂直な外周壁部４３ｂを有する構造となっている。この構造で、ガスケット４３は、電池缶２の溝２ａ上部の内側に留まっている。ガスケット４３は、ゴムで形成されており、限定する意図ではないが、１つの好ましい材料の例として、エチレンプロピレン共重合体（ＥＰＤＭ）をあげることができる。また、例えば、電池缶２が厚さ０．５ｍｍの炭素鋼製で、外径が４０ｍｍΦの場合、ガスケット４３の厚さは１０ｍｍ程度とされる。

次に、ガスケット４３の筒部４３ｃ上に、蓄電ユニット２０の正極集電部材２７に電気的に接続された蓋ユニット３０を配置する。詳細には、蓋ユニット３０のダイアフラム３７を、その周縁部をガスケット４３の筒部４３ｃ上に対応させて載置する。この場合、絶縁板３４の側部３４ｂの外周に正極集電部材２７の上部筒部２７ｃが嵌合されるようにする。

この状態で、電池缶２の溝２ａと上端面の間の部分をプレスにより圧縮する、いわゆる、かしめ加工により、ガスケット４３と共にダイアフラム３７を電池缶２に固定する。
これにより、ダイアフラム３７、蓋３、接続板３５および絶縁板３４が一体化された蓋ユニット３０が、ガスケット４３を介して電池缶２に固定され、また、正極集電部材２７と蓋３が接続部材４５、接続板３５およびダイアフラム３７を介して導電接続され、図１に図示された円筒形二次電池１が作製される。

以上の通り、本発明に係る二次電池においては、軸芯１５が缶頂側中空部５１と缶底側中空部６１を有する構造となっている。缶頂側中空部５１の上面および断面形状は、円弧状中空部５２と矩形状中空部５３との組合せからなる複合形状をしている。缶頂側中空部５１の矩形状中空部５３は、捲回装置の駆動軸７１が嵌合される回転被伝達部となっている。缶底側中空部６１は、電極棒７３が差し込まれる溶接部材案内部となっている。缶底側中空部６１の直径Ｄは、電極棒７３とのがた分が殆ど無いように電極棒７３の直径より僅かに大きいサイズとされている。円弧状中空部５２の幅Ｗ_Mおよび矩形状中空部５３の幅Ｗ_Nは、缶底側中空部５２の直径Ｄよりも大きいサイズとされている。

このため、缶頂側中空部５１の矩形状中空部５２に差し込まれる捲回装置の駆動軸７１の幅を大きなサイズとすることが可能となり、軸芯１５を大きな回転トルクで回転することができる。また、缶底側中空部６１と電極棒７３とは殆どがた分が無いので、負極導電リード２３を電池缶２の底部内面２ｂとの溶接を確実に行うことができる。
しかも、缶頂側中空部５１と缶底側中空部６１との間には、缶頂側中空部５１と缶底側中空部６１に向かって漸次平面サイズが小さくなる傾斜面を有する中間中空部６５を有する構成を備えている。これにより、電極棒７３と缶底側中空部６１との公差が小さいにも拘わらず、電極棒７３の中間中空部６５への差込みが容易であるという効果を奏する。
なお、軸芯５は、実施形態１に説明した構造に限られるものではなく、種々の形態をとり得る。以下、他の実施形態について説明する。

〔実施形態２〕
図１１〜図１４は、本発明に係る二次電池の軸芯の実施形態２を示す。図１１は、一部を軸方向に沿って切断した状態の軸芯の拡大断面図である。図１２、図１３、図１４は、それぞれ、図１１におけるＸＩＩ−ＸＩＩ線、ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線およびＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿って切断した拡大断面図である。
実施形態２の軸芯１５も実施形態１と同様に、缶頂側中空部５４、缶底側中空部６１および中間中空部６６を備えている。缶底側中空部６１は、実施形態１と同一であり、電極棒７３が殆ど、がた分が無く挿通される直径を有する溶接部材案内部となっている。

実施形態２における軸芯１５において、実施形態１と相違する点は、缶頂側中空部５４の上面形状および軸芯に直交する面で切断した断面形状が、矩形形状を有している点である。図１２に図示されるように、缶頂側中空部５４の平面および断面における幅および長さは、いずれも、缶底側中空部６１の直径よりも大きいサイズである。中間中空部６６は、上縁部が缶頂側中空部５４と同一の断面形状およびサイズを有し、下縁部が缶底側中空部６１と同一の断面形状およびサイズを有する。また、上縁部と下縁部の中間領域は、上縁部側から下縁部側に向かって漸次断面の形状が矩形から円に変化し、また、断面のサイズが小さくなる傾斜状に形成されている。

捲回装置の駆動軸７１は、図１２に二点鎖線で示すように、缶頂側中空部５４の外周と僅かな隙間を有して差し込まれる。このため、実施形態２に示す軸芯１５においても、捲回装置の駆動軸７１よって、軸芯１５に大きな回転トルクを伝達することができる。また、缶底側中空部６１および中間中空部６６は実施形態１の場合と同様であることから、実施形態１の場合と同様な効果を奏することができる。

〔実施形態３〕
図１５〜図１８は、本発明に係る二次電池の軸芯の実施形態３を示す。図１５は、一部を軸方向に沿って切断した状態の軸芯の拡大断面図である。図１６、図１７、図１８は、それぞれ、図１５におけるＸＶＩ−ＸＶＩ線、ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線およびＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿って切断した拡大断面図である。
実施形態３の軸芯１５も実施形態１と同様に、缶頂側中空部５５、缶底側中空部６１および中間中空部６７を備えている。缶底側中空部６１は、実施形態１と同一であり、電極棒７３が、殆どがた分が無く挿通する直径を有する溶接部材案内部となっている。

実施形態３における軸芯１５において、実施形態１および実施形態２と相違する点は、缶頂側中空部５５の上面および軸芯に直交する面で切断した断面の形状に関する点である。缶頂側中空部５５の上面および断面形状は、図１６に図示されるように、最も内側が真円の一部である円弧部５５ａとされ、最も外側が楕円の一部である細長円弧部５５ｂとされ、中間領域が、図１６の左右方向を長辺とする矩形部５５ｃとされた複合形状を有する。

図１６に図示されるように、この缶頂側中空部５５では、矩形部５５ｃの長辺間の間隔が、最も小さい幅Ｗ_Nとなっているが、この幅Ｗ_Nでも、缶底側中空部６１の直径Ｄよりも大きいサイズである。中間中空部６７は、上縁部が缶頂側中空部５５と同一の断面形状およびサイズを有し、下縁部が缶底側中空部６１と同一の断面形状およびサイズを有する。また、上縁部と下縁部の中間領域は、上縁部側から下縁部側に向かって漸次断面の形状が複合形状から円に変化し、また断面のサイズが小さくなる傾斜状に形成されている。

捲回装置の駆動軸７１は、図１６に二点鎖線で示すように、缶頂側中空部５５の矩形部５５ｃの外周と僅かな隙間を有して差し込まれる。このため、実施形態２に示す軸芯１５においても、捲回装置の駆動軸７１によって、軸芯１５に大きな回転トルクを伝達することができる。また、缶底側中空部６１および中間中空部６７は実施形態１の場合と同様であることから、実施形態１の場合と同様な効果を奏することができる。

〔実施形態４〕
図１９は、本発明に係る二次電池の軸芯の実施形態４を示す。実施形態１〜３においては、缶頂側中空部の上面および断面形状は、幅および長さのいずれかのサイズが他方より大きいものであった。
実施形態４に示す軸芯１５は、缶頂側中空部５６の上面および断面における幅および長さのサイズが同一である点に特徴を有する。
すなわち、図１９に図示された軸芯１５の缶頂側中空部５６における上面形状は、円に内接する正八角形形状を有する。缶頂側中空部５６は、缶底側中空部６１と同軸上に形成される。そして、缶頂側中空部５６の断面形状である正八角形に内接する円の直径は缶底側中空部６１の直径よりも大きい。

中間中空部６８は、上縁部が缶頂側中空部５６と同一の断面形状およびサイズを有し、下縁部が缶底側中空部６１と同一の断面形状およびサイズを有する。また、上縁部と下縁部の中間領域は、上縁部側から下縁部側に向かって漸次断面の形状が複合形状から円に変化し、また断面のサイズが小さくなる傾斜状に形成されている。
実施形態４における軸芯１５に対しては、捲回装置の駆動軸７１は、缶頂側中空部５６の上面形状と同じ正八角形形状の断面を有するものとするか、あるいは、対角線上にある一対の辺間に嵌合される矩形形状の断面を有するものとすればよい。

従って、実施形態４に示す軸芯１５においても、捲回装置の駆動軸７１よって、軸芯１５に大きな回転トルクを伝達することができる。また、缶底側中空部６１および中間中空部６８は実施形態１の場合と同様であることから、実施形態１の場合と同様な効果を奏することができる。
実施形態４では、缶頂側中空部５６の断面が正八角形形状とされた場合を例示したが、缶頂側中空部５６の断面形状はこれに限られるものではなく、正四角形状、正六角形状あるいは正八角形状よりも多角の多角形状としてもよい。

〔実施形態５〕
実施形態１〜４に示された軸芯１５はいずれも、溶接部材である電極棒７３を挿通する案内用中空部の下端面が、軸芯１５の下面に達する構造であった。
図２０に実施形態５として例示された軸芯１５は、溶接部材案内用中空部は軸芯の軸方向の中間部に配置されている点に第１の特徴を有する。

また、実施形態１〜４に示された軸芯１５ではいずれも、軸芯１５の下端部の外周に外径が径小とされた段部６９が形成され、この段部６９に負極集電部材２１が嵌合される構造であった。実施形態５に例示された軸芯１５には、軸芯１５の中空部側に負極集電部材２１を嵌合する段部が形成されている点が第２の特徴である。

すなわち、図２０に図示された軸芯１５は、図１５に図示された軸芯１５と同様に缶頂側中空部５５、中間中空部６７を有する。缶頂側中空部５５および中間中空部６７の断面形状は図１５に図示された実施形態３と同様である。
また、実施形態３の場合と同様に、電極棒７３を案内するために缶底側中空部６２を有している。しかし、実施形態５に例示された軸芯１５において、缶底側中空部６２の下端面は、軸芯１５の下面１５ａに達するものではない。軸芯１５の下面１５ａから所定の高さの径大部６３が形成されている。この径大部６３は、図示の如く、缶底側中空部６２よりも大きい直径を有している。この径大部６３は、図示はしないが、負極集電部材２１の内側に設けられた小筒部を嵌合するためのものである。

このように、電極棒７３を挿通する缶頂側中空部６２の下端面が、軸芯１５の下面１５ａに達していない構造の場合でも、缶頂側中空部６２の直径が電極棒７３の直径より僅かに大きいだけで、両部材間に殆ど、がたがなければ、電極棒７３により確実に溶接をすることができる。従って、実施形態５の場合にも、実施形態１と同様な効果を奏することができる。

なお、軸芯１５の下面１５ａから缶底側中空部６２の下端面までの距離は、図２０に図示された場合よりも大きくすることが可能であり、要は、缶頂側中空部６２の長さを、電極棒７３による溶接を確実に行うことができる長さとすればよい。
また、実施形態５においては、缶頂側中空部５５の形状を実施形態３の場合を一例として示したが、缶頂側中空部の形状は他の実施形態に示されたものを自由に採用することができる。

〔実施形態６〕
図２１は、円筒形二次電池の軸芯の実施形態６を示す一部を軸方向に沿って切断した拡大断面図であり、図２２は、図２１の上面図である。
この実施形態では、軸芯１５の中空部８１は、缶頂側から缶底側に向けて断面が楕円形の錐台形状をしている。
すなわち、図２２に図示されるように、中空部８１の上面および下面は、軸芯１５の中心軸と同軸の楕円形をしている。上面側の楕円部８１ａは下面側の楕円部８１ｂより大きいサイズである。

下面側の楕円部８１ｂは、短軸が電極棒７３の直径よりも僅かに大きいサイズを有する。この場合において、軸芯１５を回転駆動する捲回装置の駆動軸は、断面形状が楕円形状を有し、楕円部８１ａと８１ｂの中間のサイズを有するものとする。または、断面形状が楕円部８１ａと８１ｂの中間のサイズの楕円に内接するサイズならば、矩形状等の多角形状でもよい。このような実施形態６においても、捲回装置の駆動軸が嵌合される回転被伝達部は、電極棒７３の直径より大きいものであり、また、電極棒７３は中空部８１の下面側の楕円部８１ｂにより、がたが殆ど生じないように支持される。従って、実施形態１と同様な効果を奏することができる。

なお、実施形態６において、中空部８１は、上端面から下端面の全体に亘り傾斜面としたが、上面から所定の深さおよび下端面から所定の高さを軸芯１５の中心軸と平行に、換言すれば、上面および下面に垂直にしてもよい。また、下面側から所定の高さを、断面が円形としてもよい。

以上の通り、本発明に係る二次電池では、軸芯１５に設けられた缶底側中空部のサイズは、溶接時に差し込む電極棒７３の外形サイズとほぼ同じになっており、がた分が殆どないので、確実に溶接を行うことができる。また、缶頂側中空部は、断面における最小の幅でも缶底側中空部よりも大きいサイズを有するので、軸芯１５を大きな回転トルクで回転することができる。しかも、電極棒７３は中空部に設けられた傾斜面によって缶頂側中空部から缶底側中空部に円滑に押し込むことができるので電極棒７３の差込み工程も効率よくオ行うことができる、という効果を奏する。

なお、上記実施形態１乃至実施形態６において、負極電極１２と電池缶２との接続を、負極通電リード２３を電池缶２の底部内面２ｂに溶接する場合で説明した。しかし、負極集電部材２１の中央部に開口部２１ｂを設けず、負極集電部材２１を、直接、電池缶２の底部内面２ｂに溶接するようにしてもよい。
また、軸芯１５の缶底側中空部の断面形状を円形や楕円形でなく、多角形形状とすることもできる。さらに、電極棒７３が断面円形の場合のみでなく、断面が楕円形状の場合や多角形状の場合にも適用することができる。

上記各実施形態では、電池缶２に溶接する電極を負極電極１２とした場合で説明したが、電池缶２に正極電極１１を溶接する場合にも適用することが可能である。
また、二次電池として、非水電解液を用いた円筒形のリチウムイオン電池の場合で説明した。しかし、本発明は、ニッケル水素電池またはニッケル・カドミウム電池のように水溶性電解液を用いる二次電池にも適用が可能である。

その他、本発明に係る二次電池は、発明の趣旨の範囲内において、種々、変形して構成することが可能であり、要は、中央部に軸方向に貫通する中空部を有する軸芯と軸芯の周囲に捲回された正極電極および負極電極を有し、電解液を有する蓄電ユニットと、蓄電ユニットが収容された電池容器と、を備え、軸芯の中空部は、軸芯の中空部の軸に沿った方向における一方側が他方側より、軸をよぎる断面が大きい形状を成すものであればよい。
上述の各実施の形態では、電極群は正極電極と負極電極とセパレータとが重ねられた状態で軸芯に捲回された構造に成している。軸芯に電極群を捲回する製造工程では、軸芯の外形寸法が小さいと応力が集中するなどの状態が生じ、耐久性などの点で好ましくない。

また、上記製造工程では電極群を軸芯に適切な張力を与えながら捲回することが望ましく、軸芯に中空部を形成し、該中空部に捲回装置の回転のための駆動軸を嵌合し、電極群の張力を適切な状態に維持しながら軸芯を回転させる方法が望ましい。上記捲回装置の駆動軸を嵌合するためには軸芯の中空部をある程度大きくすることが望ましい。一方軸芯の中空部を利用して溶接棒を挿入して接続する場合には前記軸芯の中空部の内径が溶接するための電極棒の直径よりやや大きい構造となっている。上述のように電極棒の直径より前記軸芯の中空部の内径がやや大きい構造では、前記軸芯の中空部が電極棒の案内の役目をなし、位置決めとして利用できる。溶接するための電極棒の位置決めにより、電極棒が傾いて片当りするなどの課題を解決でき、溶接の信頼性を大きく向上することが可能となる。

前述の実施の形態に記載の通り、溶接する側に位置する軸芯の中空部を小さくし、一方溶接する側と反対側の軸芯の中空部を大きくすることで、電極棒の挿入を容易にすることができ、また電極棒の溶接の為の位置決めが可能となる。これにより信頼性が向上する。さらに軸芯の大きく方の中空部を必要に応じ捲回装置の駆動軸の嵌合に利用できる。電極群の張力を適切な状態に維持しながら捲回できるので信頼性の向上につながる。

実施の形態で上述したとおり、軸芯の中空部の大きい方が角型を含む平面を有する形状を成しているので、上記平面で捲回装置の駆動軸の回転トルクを軸芯に簡単に伝達できる。一方軸芯の中空部の小さい方が円形となっており、位置決めに溶接の為の電極棒の位置決めに適している。このように断面が大きい方の中空部と断面が小さい方の中空部とで、内部形状を変えることで、簡単な形状で生産性を向上でき、また合せて溶接の信頼性を向上できる。

上述の実施の形態では、上記捲回装置の駆動軸の回転トルクを伝達する嵌合部分をより大きくする為に、軸芯の軸方向において上記中空部の大きい部分の長さを約半分程度まで長くしている。適切に回転トルクを伝達するためには３分の１以上の長さがあることが望ましい。

１円筒形二次電池
２電池缶
３蓋
４電池容器
１０電極群
１１正極電極
１２負極電極
１３第１のセパレータ
１４第２のセパレータ
１５軸芯
１６正極リード
１７負極リード
２０蓄電ユニット
２１負極集電部材
２７正極集電部材
３０蓋ユニット
３４絶縁板
３５接続板
３７ダイアフラム
４３ガスケット
４５接続部材
５１、５４、５５、５６缶頂側中空部
６１缶底側中空部
６５、６６、６７、６８中間中空部
７１駆動軸
７３電極棒
８１中空部

Claims

中央部に軸方向に貫通する中空部を有する軸芯と前記軸芯の周囲に捲回された正極電極および負極電極を有し、電解液を有する蓄電ユニットと、
前記蓄電ユニットが収容された電池容器と、を備え、
前記軸芯の中空部は、前記軸芯の中空部の軸に沿った方向における一方側が他方側より、前記軸をよぎる断面が大きい形状を成すことを特徴とする二次電池。
中央部に軸方向に貫通する中空部を有する軸芯と、前記軸芯の周囲に捲回された正極電極と負極電極と前記正極電極および負極電極の間に設けられたセパレータと、前記軸芯の軸方向の一端側および他端側にそれぞれ設けられ前記正極電極あるいは前記負極電極にそれぞれ接続された第１および第２の電極集電部材とを有する蓄電ユニットと、前記蓄電ユニットが収容された電池容器と、を備え、
前記第１の電極集電部材が直接または他の部材を介して前記電池容器に溶接にて電気的に接続されており、
前記軸芯の中空部は、前記電池容器の前記溶接されている側の前記軸を横切る断面に対して、前記溶接されている側の反対側の前記軸を横切る断面が大きい形状を成していることを特徴とする二次電池。
請求項１または２のいずれかに記載の二次電池において、
前記軸芯の中空部の前記軸を横切る断面は、前記軸方向の一方側が他方側より大きい形状を成し、
前記中空部の一方側と他方側がそのつながり部分で連続した状態でつながっていることを特徴とする二次電池。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二次電池において、
前記軸芯の一方側の中空部は、軸方向に直交する断面が、少なくとも一部に直線部分を含む形状を成していることを特徴とする二次電池。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の二次電池において、
前記電池容器は一方側が開口する有底円筒形状を成し、
前記蓄電ユニットは円筒形状をなし、
前記蓄電ユニットは前記電池容器の開口側に設けられた正極リードと、前記電池容器の底側に設けられた負極リードとを有しており、
前記軸芯の開口側の中空部の軸をよぎる断面積が、前記軸芯の底側の中空部の軸をよぎる断面積より大きい形状を成し、
前記軸芯の開口側と底側とにそれぞれ前記集電部材が設けられ、
前記開口側の集電部材は固定部を有し、前記固定部が前記軸芯の開口側の中空部内部に挿入されて前記開口側の集電部材が固定されている、ことを特徴とする二次電池。
請求項５に記載の二次電池において、
前記底側に設けられた集電部材は固定部を有し、前記固定部が前記軸芯における前記電池容器の底部側の端部外周に嵌合することにより前記底部側の集電部材が固定されていることを特徴とする二次電池。