JP5358380B2 - 扁平捲回式二次電池 - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池に係り、特に帯状の正極と負極とがセパレータを介して扁平な軸芯の周りに捲回された扁平捲回式二次電池に関する。
リチウムイオン二次電池などの二次電池は、正極合剤（正極活物質＋バインダー）が塗工された正極集電体シートと、負極合剤（負極活物質＋バインダー）が塗工された負極集電体シートとが、高分子多孔質フィルム等のセパレータシートを介して軸芯の周りに渦巻状に捲回されて電極捲回群が形成され、該電極捲回群が電池缶内に装着される構成が一般的である。近年、ハイブリット自動車や電気自動車の電源用として、二次電池の大容量化・高出力化とともに小型化・軽量化が求められている。
特許文献１には、正極シートと負極シートとセパレータシートとを捲回する軸芯が、正極端子と一体的に設けられる正極端子軸と、負極端子と一体的に設けられる負極端子軸とが互いに対峙するように分割形成され、前記正極端子軸には前記正極シートの巻初め端縁の正極活物質未塗工部が接合され、前記負極端子軸には前記負極シートの巻初め端縁の負極活物質未塗工部が接合されて前記軸芯の周りに捲回されている電極捲回型二次電池が開示されている。特許文献１によると、電極シートの幅方向端縁に沿って活物質未塗工部を設ける必要がなく、そのために電極発電体の幅方向の略全領域に亘って電池出力を生じさせることができ、電池内部のデッドスペースを減らして電池としての体積実装効率が大幅に向上するとされている。
特許文献２には、金属箔集電体とその表面に形成された電極合材層とからなる帯状の正極シートおよび負極シートをロール状に捲回して形成された電極体と、前記正極または負極シートから集電する集電端子とが筒型電池缶に挿設された筒型電池であって、前記集電端子に集電される前記一方の電極シートは、幅方向の一端部に全長に亘る電極合材層未形成部を有し、前記電極体は、前記一方の電極シートの前記電極合材層未形成部を他方の電極シートから突出させるように前記２つの電極シートを捲回し、前記一方の電極シートの前記電極合材層未形成部は、その少なくとも一部が前記集電端子の外側面に重ね合わさるように接合され、前記他方の電極シートの前記電極合材層未形成部は、その少なくとも一部がもう１つの集電端子の外側面に重ね合わさるように接合されている筒型電池が開示されている。特許文献２によると、一方の電極の集電処理方式として、電極合材層未形成部に何ら特別な加工をせず、重ね合わせるように電極体の捲回中心部に位置する集電端子に接合する方式を採用したことにより、集電処理のためのコストが安く、高性能低価格な筒型電池が得られるとされている。
捲回式二次電池において大容量化を進めていこうとすると、電極シートを長くすることになり電極シートの捲回数が必然的に多くなる。その場合、特許文献１に記載の二次電池では、集電される電流が電極シートの長さ方向に流れることから、電池の内部ロスが大きくなる不具合がある。また、特許文献２に記載の二次電池では、電極合材層未形成部に何ら特別な加工をせず、重ね合わせるように電極体の捲回中心部に位置する集電端子に接合すること自体が困難になることが懸念される。
したがって本発明の目的は、二次電池における大容量化に好適であり、かつ生産性高く製造することができる扁平捲回式二次電池を提供することにある。
本発明は上記目的を達成するため、正極の合剤が塗工された帯状の正極集電体シートと負極の合剤が塗工された帯状の負極集電体シートとが帯状のセパレータシートを介して軸芯の周りに渦巻状に捲回されて電極捲回群が形成され、前記電極捲回群が電池缶内に挿入設置された捲回式二次電池であって、
前記軸芯は軸方向から見た断面形状がレーストラック形状であり、かつ前記軸芯は軸芯胴部材と該軸芯胴部材の前記軸方向の一方端部に係合する軸芯正極集電部材と他方端部に係合する軸芯負極集電部材とから構成され、
前記軸芯胴部材が絶縁材料から成り、
前記軸芯正極集電部材と前記正極集電体シートとが同一の金属材料から成り、
前記軸芯負極集電部材と前記負極集電体シートとが同一の金属材料から成り、
前記正極集電体シートおよび前記負極集電体シートはそれぞれ前記合剤が塗工されていない部分から該シートの幅方向に伸びる複数の正極集電タブおよび複数の負極集電タブを有し、
前記軸芯正極集電部材の前記レーストラック形状の直線領域に前記複数の正極集電タブが電気的に接合され、
前記軸芯負極集電部材の前記レーストラック形状の直線領域に前記複数の負極集電タブが電気的に接合され、
前記電極捲回群と前記電池缶との間は電気的に絶縁されており、
正極外部端子が前記軸芯正極集電部材と一体となって形成されており、
負極外部端子が前記軸芯負極集電部材と一体となって形成されていることを特徴とする扁平捲回式二次電池を提供する。
前記軸芯は軸方向から見た断面形状がレーストラック形状であり、かつ前記軸芯は軸芯胴部材と該軸芯胴部材の前記軸方向の一方端部に係合する軸芯正極集電部材と他方端部に係合する軸芯負極集電部材とから構成され、
前記軸芯胴部材が絶縁材料から成り、
前記軸芯正極集電部材と前記正極集電体シートとが同一の金属材料から成り、
前記軸芯負極集電部材と前記負極集電体シートとが同一の金属材料から成り、
前記正極集電体シートおよび前記負極集電体シートはそれぞれ前記合剤が塗工されていない部分から該シートの幅方向に伸びる複数の正極集電タブおよび複数の負極集電タブを有し、
前記軸芯正極集電部材の前記レーストラック形状の直線領域に前記複数の正極集電タブが電気的に接合され、
前記軸芯負極集電部材の前記レーストラック形状の直線領域に前記複数の負極集電タブが電気的に接合され、
前記電極捲回群と前記電池缶との間は電気的に絶縁されており、
正極外部端子が前記軸芯正極集電部材と一体となって形成されており、
負極外部端子が前記軸芯負極集電部材と一体となって形成されていることを特徴とする扁平捲回式二次電池を提供する。
また、本発明は上記目的を達成するため、上記の本発明に係る扁平捲回式二次電池において、以下のような改良や変更を加えることができる。
（１）前記軸芯正極集電部材および前記軸芯負極集電部材は前記レーストラック形状の短軸方向の断面形状が前記軸芯胴部材の側を底とする凹形状になっており、
前記軸芯正極集電部材の前記凹形状の内側で前記複数の正極集電タブとの電気的接合が行われ、
前記軸芯負極集電部材の前記凹形状の内側で前記複数の負極集電タブとの電気的接合が行われている。
（２）前記電気的接合は溶接またははんだ接合によって為されている。
（３）前記軸芯正極集電部材は前記凹形状に嵌合する軸芯正極集電嵌合部材を更に有し、前記複数の正極集電タブとの電気的接合が前記凹形状の内側壁面と前記軸芯正極集電嵌合部材との間のかしめ接合によって為され、
前記軸芯負極集電部材は前記凹形状に嵌合する軸芯負極集電嵌合部材を更に有し、前記複数の負極集電タブとの電気的接合が前記凹形状の内側壁面と前記軸芯負極集電嵌合部材との間のかしめ接合によって為されている。
（４）前記軸芯胴部材に対する前記軸芯正極集電部材と前記軸芯負極集電部材との係合が嵌合である。
（１）前記軸芯正極集電部材および前記軸芯負極集電部材は前記レーストラック形状の短軸方向の断面形状が前記軸芯胴部材の側を底とする凹形状になっており、
前記軸芯正極集電部材の前記凹形状の内側で前記複数の正極集電タブとの電気的接合が行われ、
前記軸芯負極集電部材の前記凹形状の内側で前記複数の負極集電タブとの電気的接合が行われている。
（２）前記電気的接合は溶接またははんだ接合によって為されている。
（３）前記軸芯正極集電部材は前記凹形状に嵌合する軸芯正極集電嵌合部材を更に有し、前記複数の正極集電タブとの電気的接合が前記凹形状の内側壁面と前記軸芯正極集電嵌合部材との間のかしめ接合によって為され、
前記軸芯負極集電部材は前記凹形状に嵌合する軸芯負極集電嵌合部材を更に有し、前記複数の負極集電タブとの電気的接合が前記凹形状の内側壁面と前記軸芯負極集電嵌合部材との間のかしめ接合によって為されている。
（４）前記軸芯胴部材に対する前記軸芯正極集電部材と前記軸芯負極集電部材との係合が嵌合である。
本発明によれば、二次電池における大容量化に好適であり、かつ生産性高く製造することができる扁平捲回式二次電池を提供することができる。
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明はここで取り上げた実施形態に限定されるものではない。また、同義の部材・部位には同じ符号を付すことにより重複する説明を省略する。
［本発明の第１の実施形態］
（電極捲回群の構造）
はじめに、二次電池における充放電の主要部品である電極捲回群の構造について説明する。図１は、本発明に係る扁平捲回式二次電池の電極捲回群の１例を示す一部展開斜視図である。図１に示すように、本発明に係る扁平捲回式二次電池の電極捲回群80は、正極合剤11が塗工された帯状の正極集電体シート10と負極合剤21が塗工された帯状の負極集電体シート20とが帯状のセパレータシート30を介して軸芯70（図１中では隠れている、後述する図２参照）の周りに渦巻状（ロール状）に捲回されている。
（電極捲回群の構造）
はじめに、二次電池における充放電の主要部品である電極捲回群の構造について説明する。図１は、本発明に係る扁平捲回式二次電池の電極捲回群の１例を示す一部展開斜視図である。図１に示すように、本発明に係る扁平捲回式二次電池の電極捲回群80は、正極合剤11が塗工された帯状の正極集電体シート10と負極合剤21が塗工された帯状の負極集電体シート20とが帯状のセパレータシート30を介して軸芯70（図１中では隠れている、後述する図２参照）の周りに渦巻状（ロール状）に捲回されている。
正極集電体シート10および負極集電体シート20は、それぞれ正極合剤11、負極合剤21が塗工されていない部分から該シートの幅方向に伸びる複数の正極集電タブ12および複数の負極集電タブ22を有し、正極集電タブ12および負極集電タブ22が軸芯60の軸方向における反対方向にそれぞれ突出するように配設されている。なお、正極集電タブ12および負極集電タブ22の形成方法に特段の限定は無いが、製造作業性の観点から集電体シートの幅方向端部（電極合剤が塗工されていない部分）をプレス等による打ち抜きによって加工する方法が好ましい。
リチウムイオン二次電池の場合、正極集電体シート10としてはアルミニウム箔（厚さ5〜20μm程度）が通常用いられる。正極合剤11は、例えば、リチウム複合酸化物等の正極活物質に黒鉛等の導電材およびポリフッ化ビニリデン（PVDF）等のバインダ（結着剤）が配合され、N-メチルピロリドン（NMP）等の分散溶媒で粘度調製される。調合された正極合剤11は、アルミニウム箔の両面に塗工され、乾燥した後にロールプレス等で密度が調整される。正極合剤11の密度は使用される活物質、導電材によって最適値が異なるが、概ね2.0〜3.5 g/cm3とされる。
負極集電体シート20としては銅箔（厚さ5〜15μm程度）が通常用いられる。銅箔の両面には、負極合剤21は、例えば、黒鉛等の負極活物質にアセチレンブラック等の炭素系導電材およびPVDF等のバインダが配合され、NMP等の分散溶媒で粘度調製される。調合された負極合剤21は、銅箔の両面に塗工され、乾燥した後にロールプレス等で密度が調整される。負極合剤21の密度は使用される活物質、導電材によって最適値が異なるが、概ね1.0〜2.0 g/cm3とされる。なお、負極合剤21はその幅方向長さが正極合剤11の幅方向長さよりも若干広くなるように形成される。
セパレータシート30としてはポリエチレン等の高分子多孔質フィルム（厚さ15〜50μm程度）が通常用いられる。セパレータシート30の幅は、捲回する正極集電体シート10と負極集電体シート20とが短絡しないようにそれら集電体シートの幅よりも若干広くなるように設定される。また、セパレータシート30の長さも、電極合剤が軸芯70と直接接触したり電極捲回群80の表面に露出したりしないように十分な長さで設定される。
図２は、本発明に係る扁平捲回式二次電池の軸芯の１例を示す斜視図である。図２に示すように、本発明に係る扁平捲回式二次電池の軸芯70は、軸芯胴部材40と、該軸芯胴部材40の軸方向の一方端部に係合する軸芯正極集電部材50と他方端部に係合する軸芯負極集電部材60とから構成されている。軸芯70（軸芯胴部材40、軸芯正極集電部材50、軸芯負極集電部材60）は、軸方向から見た断面形状がレーストラック形状であり、直線領域（例えば、軸芯正極集電部材50の直線領域51や軸芯負極集電部材60の直線領域61）とカーブ領域とがある。軸芯胴部材40は絶縁材料（例えば、合成樹脂やFRP）から成り、軸芯正極集電部材50は正極集電体シート10と同一の金属材料（例えば、アルミニウム）から成り、軸芯負極集電部材60は負極集電体シート20と同一の金属材料（例えば、銅）から成る。
また、軸芯正極集電部材50には正極外部端子57が一体に形成されており、軸芯負極集電部材60には負極外部端子67が一体に形成されている。なお、図中では、正極外部端子57および負極外部端子67がレーストラック長軸方向の同じ側の端部に形成されているが、これに限定されるものでなく、例えば、互いに異なる側の端部でもよいし、レーストラック中央部でもよい。正極外部端子57および負極外部端子67の材料も特に限定されないが、電気化学的な観点や製造容易性の観点から、それぞれ軸芯正極集電部材50および軸芯負極集電部材60と同一の金属材料から成ることが好ましい。
（軸芯正極集電部材の構造）
図３は、本発明の第１の実施形態に係る扁平捲回式二次電池の軸芯正極集電部材の１例を示す模式図であり、(ａ)は全体斜視図、(ｂ)は(ａ)中のＡ−Ａ線に沿ったレーストラック短軸方向の断面図、(ｃ)は電極捲回群において軸芯正極集電部材と軸芯胴部材との係合の様子および正極集電タブと軸芯正極集電部材との電気的接合の様子を示した部分断面図である。なお、図３(ｃ)において、図が煩雑になるのを避けるために正極集電体シート10および負極集電体シート20の図示を省略した。また、第１の実施形態に係る軸芯正極集電部材50と軸芯負極集電部材60とは材質を除いて同様であることから、以下、代表として軸芯正極集電部材50について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る扁平捲回式二次電池の軸芯正極集電部材の１例を示す模式図であり、(ａ)は全体斜視図、(ｂ)は(ａ)中のＡ−Ａ線に沿ったレーストラック短軸方向の断面図、(ｃ)は電極捲回群において軸芯正極集電部材と軸芯胴部材との係合の様子および正極集電タブと軸芯正極集電部材との電気的接合の様子を示した部分断面図である。なお、図３(ｃ)において、図が煩雑になるのを避けるために正極集電体シート10および負極集電体シート20の図示を省略した。また、第１の実施形態に係る軸芯正極集電部材50と軸芯負極集電部材60とは材質を除いて同様であることから、以下、代表として軸芯正極集電部材50について説明する。
図３に示すように、第１の実施形態に係る軸芯正極集電部材50は、レーストラック形状の短軸方向の断面形状が軸芯胴部材40の側を底とする凹形状になっており、凹形状底部の外側（軸芯胴部材側）に軸芯胴部材40と係合（嵌合）するための挿入部52を具備している。挿入部52は、嵌合時の安定性を向上させるためのツメ53を有していることが好ましいが、ツメ53が無くても構わない。なお、軸芯胴部材40は、挿入部52を受け入れられるような中空構造または溝を有している。
また、図３(ｃ)に示したように、軸芯70の周りに捲回され正極合剤11が塗工された正極集電体シート10から出ている正極集電タブ12は、軸芯正極集電部材50のレーストラック形状の直線領域51において軸芯正極集電部材50の凹形状の内側に導かれ、そこで軸芯正極集電部材50との電気的接合が行われる。図３(ｃ)では、溶接で接合されている場合を示した。溶接方法に特段の限定はなく、従前の方法（例えば、超音波溶接やレーザー溶接など）を利用できる。また、本発明は、セパレータシート30の幅方向長さと軸芯70の軸方向長さとを略同じにすることにより、電極捲回群80において電池出力に寄与しないデッドスペースを最小限にすることができ、捲回式二次電池の小型化（体積実装効率の向上）に貢献できる利点がある。
（扁平捲回式二次電池の構造）
図４は、本発明に係る扁平捲回式二次電池の１例を示す部分断面斜視図である。図４に示すように、本発明に係る扁平捲回式二次電池100は、図１〜図３で説明した電極捲回群80が金属製（例えば、アルミニウム製やSUS製）の扁平筒型電池缶90に収容され、電池蓋91によって封じられている。なお、電極捲回群80の最外周部には、電極捲回群80と扁平筒型電池缶90、電池蓋91との電気的絶縁を確保するための絶縁被覆（図示せず）が施されている。
図４は、本発明に係る扁平捲回式二次電池の１例を示す部分断面斜視図である。図４に示すように、本発明に係る扁平捲回式二次電池100は、図１〜図３で説明した電極捲回群80が金属製（例えば、アルミニウム製やSUS製）の扁平筒型電池缶90に収容され、電池蓋91によって封じられている。なお、電極捲回群80の最外周部には、電極捲回群80と扁平筒型電池缶90、電池蓋91との電気的絶縁を確保するための絶縁被覆（図示せず）が施されている。
電池蓋91には、正極外部端子57と負極外部端子67をそれぞれ電池外側に取り出すための開口部が設けられており、ガスケット92を介してナット93により各外部端子の固定（すなわち、電極捲回群80の固定）と扁平筒型電池缶90の密閉が為される。また、正極側か負極側のいずれか一方の電池蓋91に電解液の注液口94が設けられており、電解液が注液された後に合成樹脂製のスリーブ96を介してブラインドリベット95により密閉が為される。リチウムイオン電池の場合には、電解液として、例えば、エチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の混合溶媒中に６フッ化リン酸リチウムを1 mol/Lの濃度で溶解した非水電解液が用いられる。
［本発明の第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る扁平捲回式二次電池は、軸芯を構成する部材（軸芯胴部材、軸芯正極集電部材、軸芯負極集電部材）の構造においてのみ第１の実施形態と異なることから、該部材を中心に説明する。
本発明の第２の実施形態に係る扁平捲回式二次電池は、軸芯を構成する部材（軸芯胴部材、軸芯正極集電部材、軸芯負極集電部材）の構造においてのみ第１の実施形態と異なることから、該部材を中心に説明する。
（軸芯正極集電部材の構造）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る扁平捲回式二次電池の軸芯正極集電部材の１例を示す模式図であり、(ａ)は全体斜視図、(ｂ)は(ａ)中のＢ−Ｂ線に沿ったレーストラック短軸方向の断面図、(ｃ)は電極捲回群において軸芯正極集電部材と軸芯胴部材との係合の様子および正極集電タブと軸芯正極集電部材との電気的接合の様子を示した部分断面図である。なお、図５(ｃ)において、図が煩雑になるのを避けるために正極集電体シート10および負極集電体シート20の図示を省略した。また、第２の実施形態に係る軸芯正極集電部材50’と軸芯負極集電部材とは材質を除いて同様であることから、以下、代表として軸芯正極集電部材50’について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態に係る扁平捲回式二次電池の軸芯正極集電部材の１例を示す模式図であり、(ａ)は全体斜視図、(ｂ)は(ａ)中のＢ−Ｂ線に沿ったレーストラック短軸方向の断面図、(ｃ)は電極捲回群において軸芯正極集電部材と軸芯胴部材との係合の様子および正極集電タブと軸芯正極集電部材との電気的接合の様子を示した部分断面図である。なお、図５(ｃ)において、図が煩雑になるのを避けるために正極集電体シート10および負極集電体シート20の図示を省略した。また、第２の実施形態に係る軸芯正極集電部材50’と軸芯負極集電部材とは材質を除いて同様であることから、以下、代表として軸芯正極集電部材50’について説明する。
図５に示すように、第２の実施形態に係る軸芯正極集電部材50’は、レーストラック形状の短軸方向の断面形状が軸芯胴部材40’の側を底とする凹形状になっており、凹形状底部の外側（軸芯胴部材側）に軸芯胴部材40’と係合（嵌合）するための溝部54が形成されている。溝部54は、嵌合時の安定性を向上させるためのツメ止め55を有していることが好ましい。なお、軸芯胴部材40’は、溝部54に挿入するための挿入部41を具備している。挿入部41にはツメ止め55と嵌り合うツメが形成されていることが好ましいが、ツメが無くても構わない。
また、図５(ｃ)に示したように、軸芯の周りに捲回され正極合剤11が塗工された正極集電体シート10から出ている正極集電タブ12は、軸芯正極集電部材50’のレーストラック形状の直線領域51において軸芯正極集電部材50’の凹形状の内側に導かれ、そこで軸芯正極集電部材50’との電気的接合が行われる。図５(ｃ)では、はんだ接合されている場合を示した。もちろん、はんだ接合に限定されるものではなく、第１の実施形態と同様の溶接でもよい。本発明は、軸芯集電部材の凹形状の内側で集電タブと軸芯集電部材との電気的接合を行っていることから、接合方法としてはんだ接合を利用することができ（溶融はんだが流出しないため）、製造作業性の向上（すなわち、生産性の向上とそれに伴うコスト低減）に寄与できる利点がある。
［本発明の第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る扁平捲回式二次電池は、軸芯を構成する部材（軸芯胴部材、軸芯正極集電部材、軸芯負極集電部材）の構造においてのみ第１の実施形態と異なることから、該部材を中心に説明する。
本発明の第３の実施形態に係る扁平捲回式二次電池は、軸芯を構成する部材（軸芯胴部材、軸芯正極集電部材、軸芯負極集電部材）の構造においてのみ第１の実施形態と異なることから、該部材を中心に説明する。
（軸芯正極集電部材の構造）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る扁平捲回式二次電池の軸芯正極集電部材の１例を示す模式図であり、(ａ)は全体斜視図、(ｂ)は(ａ)中のＣ−Ｃ線に沿ったレーストラック短軸方向の断面図、(ｃ)は電極捲回群において軸芯正極集電部材と軸芯胴部材との係合の様子および正極集電タブと軸芯正極集電部材との電気的接合の様子を示した部分断面図である。なお、図６(ｃ)において、図が煩雑になるのを避けるために正極集電体シート10および負極集電体シート20の図示を省略した。また、第３の実施形態に係る軸芯正極集電部材50”と軸芯負極集電部材とは材質を除いて同様であることから、以下、代表として軸芯正極集電部材50”について説明する。
図６は、本発明の第３の実施形態に係る扁平捲回式二次電池の軸芯正極集電部材の１例を示す模式図であり、(ａ)は全体斜視図、(ｂ)は(ａ)中のＣ−Ｃ線に沿ったレーストラック短軸方向の断面図、(ｃ)は電極捲回群において軸芯正極集電部材と軸芯胴部材との係合の様子および正極集電タブと軸芯正極集電部材との電気的接合の様子を示した部分断面図である。なお、図６(ｃ)において、図が煩雑になるのを避けるために正極集電体シート10および負極集電体シート20の図示を省略した。また、第３の実施形態に係る軸芯正極集電部材50”と軸芯負極集電部材とは材質を除いて同様であることから、以下、代表として軸芯正極集電部材50”について説明する。
図６に示すように、第３の実施形態に係る軸芯正極集電部材50”は、レーストラック形状の短軸方向の断面形状が軸芯胴部材40の側を底とする凹形状になっており、加えて、該凹形状に嵌合する軸芯正極集電嵌合部材56を有している。また、凹形状底部の外側（軸芯胴部材側）に軸芯胴部材40と係合（嵌合）するための挿入部52を具備している。挿入部52は、軸芯胴部材40への嵌合安定性を向上させるためのツメ53を有していることが好ましいが、ツメ53が無くても構わない。なお、軸芯正極集電部材50”と軸芯胴部材40との嵌合構造は、前述した第２の実施形態での嵌合構造であってもよい。
また、図６(ｃ)に示したように、軸芯の周りに捲回され正極合剤11が塗工された正極集電体シート10から出ている正極集電タブ12は、軸芯正極集電部材50”のレーストラック形状の直線領域51において軸芯正極集電部材50”の凹形状の内側に導かれ、そこで軸芯正極集電部材50”との電気的接合が行われる。ここにおいて、該電気的接合は、軸芯正極集電部材50”と軸芯正極集電嵌合部材56とを嵌合させるときに生じる剪断応力によるかしめ接合によって為される。また、かしめ接合の後に溶接を行ってもよい。本実施形態は、確実な電気的接合をかしめ接合という極めて簡便な方法により実現できるため、製造作業性の向上（すなわち、生産性の向上とそれに伴うコスト低減）に寄与できる利点がある。
以上説明してきたように、本発明に係る扁平捲回式二次電池は、軸芯集電部材（軸芯正極集電部材と軸芯負極集電部材の総称）の断面形状が軸芯胴部材の側を底とする凹形状になっており、該凹形状の内側で集電タブ（正極集電タブと負極集電タブの総称）との電気的接合が行われるという特徴的な構成から、次のような作用効果がある。
（１）セパレータシートの幅方向長さと軸芯の軸方向長さとを略同じにすることにより、電極捲回群において電池出力に寄与しないデッドスペースを最小限にすることができ、捲回式二次電池の小型化（体積実装効率の向上）に貢献できる。
（２）凹形状が液溜として機能し溶融はんだが流出しないことから、接合方法としてはんだ接合を利用することができ、製造作業性の向上（すなわち、生産性の向上とそれに伴うコスト低減）に寄与できる。
（３）確実な電気的接合をかしめ接合という極めて簡便な方法により実現できるため、製造作業性の向上（すなわち、生産性の向上とそれに伴うコスト低減）に寄与できる。
（４）集電タブを用いていることから、二次電池の大容量化においても電池内部ロスの増大を抑制できる。
（５）捲回軸方向から見た断面形状がレーストラック形状であることから大きな直線領域が存在するため、集電タブと軸芯集電部材との電気的接合に関する製造作業性が良好であり、高い生産性とそれに伴うコスト低減に寄与できる。
（１）セパレータシートの幅方向長さと軸芯の軸方向長さとを略同じにすることにより、電極捲回群において電池出力に寄与しないデッドスペースを最小限にすることができ、捲回式二次電池の小型化（体積実装効率の向上）に貢献できる。
（２）凹形状が液溜として機能し溶融はんだが流出しないことから、接合方法としてはんだ接合を利用することができ、製造作業性の向上（すなわち、生産性の向上とそれに伴うコスト低減）に寄与できる。
（３）確実な電気的接合をかしめ接合という極めて簡便な方法により実現できるため、製造作業性の向上（すなわち、生産性の向上とそれに伴うコスト低減）に寄与できる。
（４）集電タブを用いていることから、二次電池の大容量化においても電池内部ロスの増大を抑制できる。
（５）捲回軸方向から見た断面形状がレーストラック形状であることから大きな直線領域が存在するため、集電タブと軸芯集電部材との電気的接合に関する製造作業性が良好であり、高い生産性とそれに伴うコスト低減に寄与できる。
すなわち、本発明は大容量、高出力特性、高い信頼性および高い生産性を兼ね備えた扁平捲回式二次電池を提供することができる。
前述した実施形態ではリチウムイオン二次電池を例として説明したが、本発明はそれに限定されることはなく、ニッケル水素二次電池や電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等の電極捲回式電気部品にすべて適用することができる。
10…正極集電体シート、11…正極合剤、12…正極集電タブ、
20…負極集電体シート、21…負極合剤、22…負極集電タブ、
30…セパレータシート、40，40’…軸芯胴部材、
50，50’，50”…軸芯正極集電部材、51…直線領域、52…挿入部、53…ツメ、
54…溝部、55…ツメ止め、56…軸芯正極集電嵌合部材、57…正極外部端子、
60…軸芯負極集電部材、61…直線領域、67…負極外部端子、70…軸芯、
80…電極捲回群、
90…扁平筒型電池缶、91…電池蓋、92…ガスケット、93…ナット、
94…注液口、95…ブラインドリベット、96…スリーブ、
100…扁平捲回式二次電池。
20…負極集電体シート、21…負極合剤、22…負極集電タブ、
30…セパレータシート、40，40’…軸芯胴部材、
50，50’，50”…軸芯正極集電部材、51…直線領域、52…挿入部、53…ツメ、
54…溝部、55…ツメ止め、56…軸芯正極集電嵌合部材、57…正極外部端子、
60…軸芯負極集電部材、61…直線領域、67…負極外部端子、70…軸芯、
80…電極捲回群、
90…扁平筒型電池缶、91…電池蓋、92…ガスケット、93…ナット、
94…注液口、95…ブラインドリベット、96…スリーブ、
100…扁平捲回式二次電池。
Claims (4)
- 正極の合剤が塗工された帯状の正極集電体シートと負極の合剤が塗工された帯状の負極集電体シートとが帯状のセパレータシートを介して軸芯の周りに渦巻状に捲回されて電極捲回群が形成され、前記電極捲回群が電池缶内に挿入設置された捲回式二次電池であって、
前記軸芯は軸方向から見た断面形状が一対の直線領域と当該一対の直線領域の両端を閉じるカーブ領域とを有するレーストラック形状であり、かつ前記軸芯は軸芯胴部材と該軸芯胴部材の前記軸方向の一方端部に係合する軸芯正極集電部材と他方端部に係合する軸芯負極集電部材とから構成され、
前記軸芯胴部材が絶縁材料から成り、
前記軸芯正極集電部材と前記正極集電体シートとが同一の金属材料から成り、
前記軸芯負極集電部材と前記負極集電体シートとが同一の金属材料から成り、
前記正極集電体シートおよび前記負極集電体シートはそれぞれ前記合剤が塗工されていない部分から該シートの幅方向に伸びる複数の正極集電タブおよび複数の負極集電タブを有し、
前記軸芯正極集電部材の前記レーストラック形状の直線領域に前記複数の正極集電タブが電気的に接合され、
前記軸芯負極集電部材の前記レーストラック形状の直線領域に前記複数の負極集電タブが電気的に接合され、
前記電極捲回群と前記電池缶との間は電気的に絶縁されており、
正極外部端子が前記軸芯正極集電部材と一体となって形成されており、
負極外部端子が前記軸芯負極集電部材と一体となって形成されており、
前記軸芯正極集電部材および前記軸芯負極集電部材は前記レーストラック形状の短軸方向の断面形状が前記軸芯胴部材の側を底とする凹形状になっており、
前記軸芯正極集電部材の前記凹形状の内側で前記複数の正極集電タブとの電気的接合が行われ、
前記軸芯負極集電部材の前記凹形状の内側で前記複数の負極集電タブとの電気的接合が行われていることを特徴とする扁平捲回式二次電池。 - 請求項１に記載の扁平捲回式二次電池において、
前記電気的接合は溶接またははんだ接合によって為されていることを特徴とする扁平捲回式二次電池。 - 請求項１に記載の扁平捲回式二次電池において、
前記軸芯正極集電部材は前記凹形状に嵌合する軸芯正極集電嵌合部材を更に有し、前記複数の正極集電タブとの電気的接合が前記凹形状の内側壁面と前記軸芯正極集電嵌合部材との間のかしめ接合によって為され、
前記軸芯負極集電部材は前記凹形状に嵌合する軸芯負極集電嵌合部材を更に有し、前記複数の負極集電タブとの電気的接合が前記凹形状の内側壁面と前記軸芯負極集電嵌合部材との間のかしめ接合によって為されていることを特徴とする扁平捲回式二次電池。 - 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の扁平捲回式二次電池において、
前記軸芯胴部材に対する前記軸芯正極集電部材と前記軸芯負極集電部材との係合が嵌合であることを特徴とする扁平捲回式二次電池。
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