JP5568512B2 - 角形電池 - Google Patents

Description

本発明は、板状の巻芯に帯状の電極が捲回された扁平状の捲回電極体を備える角形電池に関する。

従来から、円筒形電池に比してより高い体積密度が得られる電池として角形電池が知られている。角形電池は、角形の電池筐体内に、帯状の正極と負極の間にセパレータを介して渦巻状に捲回して構成された断面が長円形状となる扁平状の捲回電極体が収納されるとともに、電解液が注入される。

角形電池は、捲回電極体の捲回軸方向の両端部に、それぞれ正極と負極の金属箔露出部を突出させ、金属箔露出部に電極端子又は集電体を接続することによって、通電経路の最短化による接続抵抗を低減し、出力を高めている。また、このような構成は、コンパクト化にも効果がある。

捲回体と集電体との接続形態に関して、例えば特許文献１の蓄電素子が提案されている。特許文献１記載の蓄電素子では、電極を捲回して捲回電極体を形成した後、その捲回電極体の軸方向端部にて積み重ねられている電極の金属箔露出部を変形させて、電極体の巻回中心部を境にして厚み方向に二つに分けて、それぞれを厚み方向に寄せ集めて集合させた形状とし、その二つに分けて寄せ集められた互いに対向する一対の集合部の間に集電端子のシート接続部を挿入して、集合部と超音波接合している。

また、従来より、板状の巻芯に電極を捲回して扁平状の捲回電極体を製造する方法が提案されている（特許文献２）。

特開２００３−２４９４２３号公報 特開２０１１−７１０５２号公報

しかしながら、板状の巻芯を有する捲回電極体において、特許文献１に示すような一対の集合部を形成すべく、金属箔露出部を変形させると、金属箔露出部のうち、巻芯の捲回幅方向両端部で湾曲して形成されている湾曲部が巻芯に接近する方向に引っ張られて、巻芯と干渉する。したがって、金属箔露出部と巻芯との間に不要な張力が発生し、かかる張力によって金属箔露出部が損傷するおそれがある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、巻芯に電極が捲回された捲回電極体の金属箔露出部を変形させた場合に、金属箔露出部が巻芯に干渉するのを防いで品質の安定化を図ることができる捲回電極体を有する角形電池を提供することである。

前記目的を達成すべく、本発明に係る角形電池は、板状の巻芯に帯状の電極が捲回された扁平状の捲回電極体を備える角形電池であって、巻芯は、巻芯の捲回軸方向中央部よりも捲回軸方向端部の方が、巻芯の捲回軸方向に直交する方向の板幅が狭い形状を有することを特徴としている。巻芯は矩形状に形成され、その四隅にテーパー部や段差部を形成して板幅を狭くしている。

本発明の角形電池によれば、捲回電極体の金属箔露出部を変形させた場合に、金属箔露出部が巻芯に干渉するのを防ぐことができる。したがって、巻芯仕様で金属箔露出部を分割溶接するときの品質を向上させることができる。したがって、電極の破損や、内部短絡あるいは電極の緊迫度の不均一から生じる電池性能劣化などを防止でき、扁平形状の捲回電極体を備える角形電池の性能を向上させることができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る角形電池の第１実施形態の外観を示す斜視図。 図１の角形電池の分解斜視図。 （ａ）は図１の角形電池の蓋組立体の斜視図、（ｂ）は集電板の形状を示すｂ−ｂ線に沿う断面図。 図１の角形電池における捲回電極体の分解斜視図。 （ａ）は図１の角形電池における巻芯の正面図、（ｂ）は巻芯を含む捲回電極体を示す斜視図。 捲回電極体積層部と巻芯幅変更位置を示す要部拡大図。 集電板と捲回電極体の接続工程を説明する図であり、（ａ）は集電板に電極箔積層部を挿入した状態の断面図、（ｂ）は電極箔積層部を広げた状態の断面図。 拡開部材で押し広げられた捲回電極体端面を示す斜視図。 捲回電極体を集電板と超音波溶接する状況を説明する図であり、（ａ）は集電箔と接続板とを超音波溶接機で挟んだ状態の説明図、（ｂ）は溶接後の要部断面図。 捲回電極体に負極集電板を固定して負極端面から見た斜視図。 本発明による角形電池の第２実施形態を示し、（ａ）は巻芯の正面図、（ｂ）は巻芯を含む捲回電極体の斜視図。

本発明による角形電池をリチウムイオン二次電池に適用した実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、各図面の縮尺、縦横比が一致してないのは作図の都合上であり、各部品の形状、寸法は各図で同一とする。

［角形電池の構成］
リチウムイオン二次電池ＢＣは、図１及び図２に示すように、一端部に開口を有する容器１０と、容器１０内に収容される蓄電要素組立体１１とを含んで構成されている。容器１０の開口部は蓋１１１により封口される。蓋１１１には正極外部端子１１３及び負極外部端子１１４が配設されている。

［蓄電要素組立体］
蓄電要素組立体１１は、図２に示すように、蓋組立体１１０と捲回電極体１２０とを備えている。蓋組立体１１０の正極集電板１１５、負極集電板１１６には、捲回電極体１２０の正極金属露出部及び負極金属露出部が超音波溶接等で溶接されて一体化されている。

［蓋組立体］
蓋組立体１１０は、図３に示すように、容器１０の開口を塞ぐ蓋１１１と、絶縁シール部材１１２を介して蓋１１１から突出する正極外部端子１１３及び負極外部端子１１４と、これらの外部端子１１３，１１４にそれぞれ接続された正極集電板１１５及び負極集電板１１６とを備えている。正極及び負極の外部端子１１３，１１４は、絶縁シール部材１１２により蓋１１１と電気的に絶縁された状態で蓋１１１に固定されている。また、蓋１１１にはガス排出口１１１Ｂと電解液の注入口である注液口１１１Ｃが設けられている。注液口１１１Ｃは、注液後に注液栓１１１Ａにより封止される。

正極集電板１１５は、捲回電極体１２０の正極側端面に沿って蓋１１１から容器底部方向に延びる基部１１５Ａと、基部１１５Ａの下端両側面から二股に分岐しつつ、さらに容器底部方向に延びる一対の正極接続片１１５Ｂとを備える。一対の接続片１１５Ｂは、図３（ｂ）に示すように、容器１０の上方からみて、先端に近づくほど接続片同士の間隔が狭くなるように傾斜している。一対の接続片１１５Ｂの一対の内面１１５Ｃは、後述するように捲回電極体１２０の正極金属箔露出部１２２Ａ（図４参照）の外表面と溶接接合される。

同様に、負極集電板１１６は、捲回電極体１２０の負極側端面に沿って蓋１１１から容器底部方向に延びる基部１１６Ａと、基部１１６Ａの下端両側面から二股に分岐しつつ、さらに容器底部方向に延びる一対の負極接続片１１６Ｂを備える。一対の接続片１１６Ｂも接続片１１５Ｂと同様に、容器１０の上方からみて、先端に近づくほど接続片同士の間隔が狭くなるように傾斜している。一対の接続片１１６Ｂの一対の内面１１６Ｃは、後述するように、捲回電極体１２０の負極金属箔露出部１２４Ａ（図４参照）の外表面と溶接接合される。

一対の正極接続片１１５Ｂは、捲回電極体１２０の一端側で正極金属箔露出部１２２Ａに接続され、一対の負極接続片１１６Ｂは、捲回電極体１２０の他端側で負極金属箔露出部１２４Ａに接続されて、捲回軸方向両側から捲回電極体１２０を挟み込む。

［捲回電極体］
捲回電極体１２０は、図４に示すように、セパレータ１２１を挟んで正極１２２と負極１２４とを図５に示す巻芯１２６の周りに扁平形状に捲回して構成されている。正極１２２は、アルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔からなる帯状の正極金属箔を有し、負極１２４は銅箔もしくは銅合金箔からなる帯状の負極金属箔を有している。また、セパレータ１２１は多孔質のポリエチレン樹脂である。

正極１２２の正極金属箔の両面には、正極活物質合剤が塗工されて正極合剤層（正極合剤塗工部）１２３が形成されている。そして、負極１２４の負極金属箔の両面には、負極活物質合剤が塗工されて負極合剤層（負極合剤塗工部）１２５が形成されている。正極１２２には、正極金属箔の一方の長辺に沿って正極活物質合剤が塗工されておらず、正極金属箔が露出している未塗工の正極金属箔露出部（未塗工部とも呼ぶ）１２２Ａが設けられている。負極１２４には、正極金属箔と反対側の他方の長辺に沿って負極活物質合剤が塗工されておらず、負極金属箔が露出している未塗工の負極金属箔露出部（未塗工部とも呼ぶ）１２４Ａが設けられている。

正極１２２と負極１２４は、負極合剤層１２５の捲回軸方向長さが、正極合剤層１２３の捲回軸方向長さよりも長く形成されている。正極１２２は、正極合剤層１２３の捲回軸方向両側端位置が、後述する巻芯１２６の捲回軸方向中央部１２６Ａと捲回軸方向端部１２６Ｂとの境界位置よりも捲回軸方向中央寄り位置に配置されるように巻芯１２６に捲回される。また、負極１２４は、負極合剤層１２５の捲回軸方向両側端位置が、正極合剤層１２３の捲回方向両側端位置よりも捲回軸方向外側位置に配置されるように巻芯１２６に捲回される。

正極１２２及び負極１２４は、捲回軸方向一方側に正極金属箔露出部１２２Ａが配置され、捲回軸方向他方側に負極金属箔露出部１２４Ａが配置されるように巻芯１２６に捲回される。そして、正極金属箔露出部１２２Ａ及び負極金属箔露出部１２４Ａにおいて、正極集電板１１５及び負極集電板１１６にそれぞれ接続される。

［巻芯］
次に、巻芯１２６の構成について、図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。なお、説明内容の理解を容易にするために、図５に示すように、巻芯１２６の捲回軸方向をＸ方向、巻芯１２６の平面に垂直な方向をＺ方向、巻芯１２６のＸ方向とＺ方向に直交する方向をＹ方向として説明する。

巻芯１２６は、ポリプロピレン樹脂を素材として、捲回電極体１２０の平面形状に対応した矩形状の板状部材であり、正極合剤層１２３及び負極合剤層１２５を塗工した部位に対応する中央部１２６Ａと、中央部１２６Ａの両側に位置し、活物質を塗布していない金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａに対応する端部１２６Ｂとを備えている。

巻芯１２６は、中央部１２６Ａよりも端部１２６Ｂの方が、Ｙ方向の板幅が狭い形状を有しており、例えば、矩形状の板状部材の四隅にテーパー部１２６ｂを形成して板幅を狭くしている。

巻芯１２６の中央部１２６Ａは、Ｘ方向に沿って延在する一対の平行な外縁部１２６ａ，１２６ａを有している。巻芯１２６の端部１２６Ｂは、外縁部１２６ａ，１２６ａの板幅Ｖ１より狭い板幅Ｖ２の側端面を有している。巻芯１２６は、中央部１２６Ａに正極１２２及び負極１２４の正極合剤層１２３と負極合剤層１２５が配置され、端部１２６Ｂ、１２６Ｂに金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａが配置されている。そして、巻芯１２６には、正極合剤層１２３と負極合剤層１２５が間にセパレータ１２１を介在した状態で配置され、巻芯１２６のＸ方向一方側の端部１２６Ｂに正極金属箔露出部１２２Ａが配置され、他方側の端部１２６Ｂに負極金属箔露出部１２４Ａが配置された状態で捲回されている。

巻芯１２６の端部１２６Ｂは、Ｘ方向に沿って中央部１２６Ａから離れる方向に移行するにしたがってＹ方向の板幅が狭くなるように形成されている。また、巻芯１２６のＸ方向の負極側端面には、負極拡開操作板（負極拡開部材）９０Ｎが装着されており、正極側端面には、正極拡開操作板（正極拡開部材）９０Ｐが装着されている。そして、巻芯１２６の両端部には、捲回電極体両端部よりも一部が突出した突片９３が設けられている。

すなわち、巻芯１２６は、図６に詳細に示されるように、矩形状の巻芯１２６の四隅にテーパー部１２６ｂが形成され、巻芯１２６の板幅が、中央部１２６Ａの板幅よりも狭くなっている。また、巻芯１２６はテーパー部１２６ｂを四隅に形成することにより、中央部１２６ＡのＸ方向に沿う横幅（捲回軸方向長さ）Ｈ１が、正極電極１２２の正極合剤層１２３の横幅（捲回軸方向長さ）Ｈ２より大きく設定されている。そして、中央部１２６Ａの横幅Ｈ１と負極電極１２４の負極合剤層１２５の横幅は一致するように設定されている。この構成により、正極箔１２２と負極箔１２４との充放電時のイオンの移動が効率よく行われる。

巻芯１２６の捲回軸方向の両端部には、正極及び負極の拡開操作板９０Ｐ，９０Ｎが装着される凹部１２６ｃが切り欠き形成されており、凹部１２６ｃの巻芯端面にはスリット１２６ｄが設けられている。凹部１２６ｃは、拡開操作板９０Ｐ，９０Ｎが収容される大きさの矩形状を有している。凹部１２６ｃのＸ方向の大きさは、側部１２６Ｂの大きさと略一致しており、凹部１２６ｃのＹ方向の大きさは、拡開操作板９０Ｐ，９０Ｎよりも若干大きく設定されている。

正極側の拡開操作板９０Ｐは、一対の羽根９１が拡開されるように、基部がスリット１２６ｄに挿入されて固定されている。一対の金属薄板（羽根）９１には、図５に示すように、操作突片９１Ａ、９１Ｂが設けられている。操作突片９１Ａ，９１Ｂは、捲回電極体１２０の一端の扁平端面から突出している。負極側の拡開操作板９０Ｎも同様の構成であり、凹部１２６ｃに形成されたスリット１２６ｄに、一対の羽根９２が拡開できるように挿入されて固定されており、操作突片９２Ａ，９２Ｂが捲回電極体１２０の一端の扁平端面から突出している。巻芯１２６は絶縁性の材料より形成され、特に、ＰＰ（ポリプロピレン）樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂の少なくとも一つの樹脂材料を用いて形成されている。

負極側の拡開操作板９０Ｎは、図７に示すように、操作突片９２Ａ，９２Ｂを掴んで金属製薄板９２，９２を拡げることによって、捲回電極体１２０の扁平端面において、金属箔露出部１２４Ａ（１２２Ａ）の箔積層部が捲回電極体１２０の厚さ方向に外側に押し拡げられ、捲回電極体１２０の最内周に連続したＶ字状の開口１２０Ｖが形成されるように構成されている。

正極拡開操作板９０Ｐ及び負極拡開操作板９０Ｎを構成する金属薄板９１、９２は、捲回電極体１２０の金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａに溶接されて電気的に接続される（分割溶接）。したがって、金属薄板９１，９２を正極１２２、負極１２４と同一極性の材料で製作することが好ましい。具体的には、正極の金属薄板９１をアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔で形成し、負極の金属薄板９２を銅箔もしくは銅合金箔で形成している。このように、リチウムイオン二次電池ＢＣは、板状の巻芯１２６に帯状の電極として正極１２２と負極１２４が捲回された扁平状の捲回電極体１２０を備えて構成されている。
以上のような角形電池ＢＣの製造工程について説明する。

［角形二次電池の組立］
蓋組立体１１０と捲回電極体１２０を一体化して図２に示す蓄電要素組立体１１を製作し、この蓄電要素組立体１１を容器１０に挿入する。蓋１１１を容器１０にレーザ溶接して容器１０の開口を封止し、その後に、注液口１１１Ｃから容器１０内に電解液（図示省略）を注入する。電解液注入後、注液口１１１Ｃを注液栓１１１Ａで封止し、レーザ溶接する。正極外部端子１１３及び負極外部端子１１４には、絶縁樹脂よりなるガスケット１１２が装着され、蓋１１１に対して電気的に絶縁され、同時に、正極外部端子１１３及び負極外部端子１１４と蓋１１１の間の封水がなされている。ガス排出口１１１Ｂには、開裂弁（図示せず）が設けられており、容器１０の内圧が上昇したとき破断して内部ガスを容器１０の外部に放出するようになっている。

［蓄電要素組立体の組立］
蓄電要素組立体１１の組立手順を説明する。
まず、図４に示した捲回電極体１２０を作成する。すなわち、図５，６に示す巻芯１２６の周りに、セパレータ１２１を１周以上捲回し、正極１２２および負極１２４をセパレータ１２１で絶縁しつつ積層して捲回する。その際、図６に示すように正極１２２に対する巻芯１２６は、中央部１２６ＡのＸ方向端部が、少なくとも正極合剤層１２３の側端部よりもＸ方向外側に位置している。図６では、正極合剤層１２３よりも負極合剤層１２５の方が幅広に形成されており、負極合剤層１２５の横幅位置と、中央部１２６Ａの横幅位置とが、積層厚さ方向に一致するように捲回されている。

捲回電極体１２０の最外表面のセパレータ１２１は、図示しないテープで係止される。捲回は、図４に示したように、捲回電極体１２０の両端面から突き出している突片９３を利用して行われる。したがって、捲回時に捲回機のスピンドルを捲回電極体１２０の幅方向内側にセットする必要がなく、スピンドルと巻芯の厚み方向段差が捲回に悪影響を及ぼしたり、捲回後にスピンドルから取り外す際に金属箔露出部にスピンドルを接触させて損傷させることも無く、容易に生産性を向上することができる。

捲回電極体１２０と集電板１１５，１１６を一体化するに先立って、捲回電極体１２０の金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａを厚さ方向（Ｚ方向）に押しつぶして変形させておく。すなわち、金属箔露出部の厚さを圧縮して薄くする。捲回電極体１２０の正極金属箔露出部（接続部）１２２Ａの外表面に、正極集電板１１５の一対の二股状接続片１１５Ｂの内表面１１５Ｃが対向するようにし、かつ、負極金属箔露出部（接続部）１２４Ａの外表面に負極集電板１１６の一対の二股状負極接続片１１６Ｂの内表面１１６Ｃが対向するように、正極集電板１１５の一対の接続片１１５Ｂの間と、負極集電板１１６の一対の接続片１１６Ｂとの間に捲回電極体１２０を挿入する。この状態を、角形二次電池ＢＣの負極端部の横断面図である図７（ａ）に示す。

正極集電板１１５はアルミニウムで製作されている。また、正極１２２を構成する金属箔はアルミニウム箔であり、捲回電極体１２０において何重にも重ねられて正極金属箔露出部の箔積層体１２２Ｃが形成されている。負極集電板１１６は銅で製作されている。また、負極１２４を構成する金属箔は銅箔であり、捲回電極体１２０において何重にも重ねられて負極金属箔露出部の箔積層体１２４Ｃが形成されている。

集電板１１５，１１６の間に捲回電極体１２０を挿入した後、図７（ｂ）に示すように、拡開操作板９０Ｎ（９０Ｐ）の一対の羽根９２をその操作突片９２Ａと９２Ｂを掴んで開くことにより、捲回電極体１２０の端面において負極接続部１２４Ａの箔積層体１２４Ｃをその内周側から外側に押し開き、図８にも示すように、捲回電極体１２０の端面の箔積層体１２４ＣをＶ字状に拡げてＶ型の開口１２０Ｖを形成する。

箔積層体をＶ字状に拡げる際、金属箔露出部１２４Ａ（１２２Ａ）の箔積層体１２４Ｃ（１２２Ｃ）が捲回電極体１２０の厚さ方向に外側に押し拡げられて（Ｄ１方向）、２つに分割されたことにより、捲回電極体１２０の厚さ垂直方向の金属箔露出部１２４Ａ（１２２Ａ）の端面曲部は、内側（Ｄ２方向）に変位することになる。

ここで、本実施の形態における巻芯１２６は、テーパー部１２６ｂによって端部１２６Ｂの板幅が中央部１２６Ａよりも狭くなっているために、金属箔露出部１２４Ａ（１２２Ａ）が内側（Ｄ２方向）に変位しても当接することがない。したがって、金属箔露出部１２４Ａ（１２２Ａ）が巻芯１２６と干渉して張力が発生することもなく、箔積層体の破断等を防止でき、容易に金属箔露出部１２４Ａ（１２２Ａ）の箔積層体１２４Ｃを捲回電極体１２０の厚さ方向外側に押し拡げて２つに分割することができる。正極接続部１２２Ａの端面も同様である。

捲回電極体１２０の両端面に位置する金属箔露出部の箔積層体１２２Ｃ，１２４Ｃを拡開操作板９０Ｐ，９０Ｎで外側に押し開いて、それぞれ２つの箔積層体に分割した後、図９に示すように、超音波接合の振動子ＷＨ（ホーン）と固定子ＷＡ（アンビル）とにより、二股状の負極接続板１１６Ｂと金属薄板９２との間に、負極集電部（金属箔露出部）１２４Ａの箔積層体１２４Ｃを挟み込む。図示は省略するが、同様に、二股状の正極接続板１１５Ｂと金属薄板９１との間に、負極集電部（金属箔露出部）１２２Ａの箔積層体１２２Ｃを挟み込む。負極接続片１１６Ｂの接合面１１６Ｃと負極羽根９２との間に金属箔露出部積層体１２４Ｃを挟んで超音波接合する。正極側についても同様に接合する。これによって、捲回電極体１２０は、正極集電板１１５と負極集電板１１６に電気的に接続される。

正極の金属箔露出部１２２Ａと負極の金属箔露出部１２４Ａは、例えば、周方向２箇所で正極の接続片１１５Ｂと負極の接続片１１６Ｂに直接溶接され、正極１２２、負極１２４から集電板１１５，１１６に至る通電経路を短縮し得るとともに、接続抵抗を小さくでき、電池の出力を高めることができる。

以上の組立手順により、図１０に示すように、捲回電極体１２０の側端面に露出した負極金属箔露出部（接続部）１２４Ａは、金属薄板９２、負極集電板１１６の接続片１１６Ｂと溶接により接続され、一体化される。また、図示は省略するが、捲回電極体１２０の他側の側端面に露出した正極金属箔露出部（接続部）１２２Ａは、金属薄板９１、正極集電板１１５の接続片１１５Ｂと溶接により接続され、一体化される。

以上説明した製造工程は、板状の巻芯１２６に正極１２２と負極１２４をセパレータ１２１を介して捲回した扁平状の捲回電極体１２０を形成する工程と、捲回電極体１２０の捲回軸方向両端面に位置する、正極シートおよび負極シートの活物質が塗布されていない正極金属箔露出部（接続部）１２２Ａおよび負極金属箔露出部（接続部）１２４Ａの箔積層体１２２Ｃ、１２４Ｃの内側に、箔積層体を内側から外側に押し広げる拡開部材９０Ｎ，９０Ｐを設ける工程と、拡開部材を拡開して、捲回電極体１２０の正極金属箔露出部および負極金属箔露出部の箔積層体を内側から外側に押し広げて２つの箔積層体に分割する工程と、分割された２つの箔積層体を正極集電板１１５と負極集電板１１６に接続する工程とを備える。

以上説明した第１実施形態による角形のリチウムイオン二次電池ＢＣは次のような作用効果を奏することができる。

（１）捲回電極体１２０の捲回軸方向両端に位置する金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａの箔積層体１２２Ｃ，１２４Ｃの捲回中心部に拡開操作板９０Ｐ，９０Ｎを設け、拡開操作板９０Ｐ，９０Ｎの開き操作により箔積層体１２２Ｃ，１２４Ｃを内側から押し開く際、金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａの箔積層体１２２Ｃ，１２４Ｃが捲回電極体１２０の厚さ方向に外側に押し拡げられたことにより、捲回電極体１２０の厚さ垂直方向の金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａの端面曲部は内側に変位することになる。

しかしながら、本実施の形態における巻芯１２６は、金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａに接する端部１２６Ｂにテーパー部１２６ｂが設けられており、捲回軸方向と直交する方向の板幅（Ｖ２）が狭い形状であるために、金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａが内側に変位、すなわち板面方向に中心に向けて変形させても当接することがない。したがって、金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａが突っ張ることや破断することもなく、容易に金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａの箔積層体１２２Ｃ，１２４Ｃを捲回電極体１２０の厚さ方向に外側に押し拡げることができる。したがって、変形や損傷が生じやすい箔積層体１２２Ｃ，１２４Ｃを容易に拡開でき、正極１２２及び負極１２４に損傷を与えることなく、正極金属箔露出部１２２Ａ及び負極金属箔露出部１２４Ａを正極集電板１１５及び負極集電板１１６に接続することができる。

（２）また、捲回電極体１２０の両端で多重長円形に捲回されている箔積層体１２２Ｃ，１２４Ｃの捲回中心部において、最内周またはその内側に設けられた拡開操作板９０Ｐ，９０Ｎを押し開く際、前記のように、巻芯１２６では、テーパー部１２６ｂを設けて、金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａに接する部分から逃げているために、金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａが内側に変位しても干渉することがない。よって、金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａは破断することもなく、容易に金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａの箔積層部を捲回電極体１２０の厚さ方向に外側に押し拡げることができるため、折れ曲ったり変形しやすい金属箔露出部の電極箔を容易に、また確実に集電板１１５，１１６の接合面１１５Ｃ，１１６Ｃとの間に束ねて接合することができる。これによって、集電板の接合面に金属箔露出部を高い作業能率で接合することができ、生産性を高め、コストを低下することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明による角形二次電池をリチウムイオン電池に適用した第２実施形態について、図１１を参照して説明する。なお、図中、第１実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し説明を省略する。

第２実施形態の角形二次電池で使用する巻芯１２６Ｈは、巻芯の金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａに接する部分の形状をテーパー部１２６ｂではなく段付きで逃げるように段差部１２６ｅを設けたものである。すなわち、巻芯１２６Ｈは矩形状の板材で形成され、その四隅に段差部１２６ｅが形成され、捲回軸方向中心部１２６Ａよりも捲回軸方向端部１２６Ｂの方が巻芯の捲回軸方向に直交する方向の板幅が狭い形状（Ｖ１＞Ｖ２）となっている。したがって、金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａが内側に変位しても、巻芯１２６Ｈと当接せず干渉することがない。以下、巻芯１２６Ｈについて説明する。

図１１に示すように、巻芯１２６Ｈは、金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａに接する部分の形状が段差部１２６ｅで逃げるものである。巻芯１２６Ｈには、捲回電極体１２０の両端で多重長円形に捲回されている金属箔露出部積層体１２２Ｃ，１２４Ｃの捲回中心部において、最内周またはその内側に拡開操作板９０Ｐ，９０Ｎが設けられている。そして、拡開操作板９０Ｐ，９０Ｎを押し開いて、金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａの箔積層体を捲回電極体１２０の厚さ方向に外側に押し拡げることにより、金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａの湾曲部は内側に変位する。しかしながら、巻芯１２６Ｈは、端部１２６Ｂに段差部１２６ｅを設けているので、金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａに接する部分を段差部１２６ｅで逃げることができ、金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａが内側に変位しても当接せず干渉することがない。このため、拡開操作板９０Ｐ，９０Ｎによって金属箔露出部を巻芯１２６Ｈの外周側へ広げても、金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａには張力が作用することもなく、箔積層体１２２Ｃ，１２４Ｃの破断等を防止できる。なお、第２実施形態のその他の構成、製造方法は第１実施形態と同様である。

以上説明したリチウムイオン二次電池ＢＣの製造方法は、蓋１１１の正極外部端子１１３及び負極外部端子１１４と正極集電板１１５及び負極集電板１１６をそれぞれ接続して蓋組立体を製作する工程と、正極１２２と負極１２４をセパレータ１２１を介して捲回して扁平形状に捲回電極体１２０を形成する工程と、蓋組立体１１０を捲回電極体１２０と一体化する工程と、捲回電極体１２０の捲回軸方向両端面において、正極１２２および負極１２４の活物質が塗布されていない正極金属箔露出部１２２Ａおよび負極金属箔露出部１２４Ａの箔積層体１２２Ｃ，１２４Ｃを内側から外側に押し広げて２つの箔積層体に分割する工程と、分割された２つの箔積層体を正極集電板１１５及び負極集電板１１６の二股接続片１１５Ｂ，１１６Ｂに接続する工程とを備える。

そして、分割された２つの箔積層体を正極集電板１１５及び負極集電板１１６の二股接続片１１５Ｂ，１１６Ｂに接続する工程は、二股接続片１１５Ｂ，１１６Ｂの一方の接続片の接合面１１５Ｃ，１１６Ｃの法線に沿って超音波振動子（ホーン）ＷＨと固定子ＷＡ（アンビル）とを配置する工程と、固定子ＷＡおよび超音波振動子ＷＨのいずれか一方を２つに分割された一方の箔積層体の内周面に、固定子および超音波振動子のいずれか他方を二股接続片１１５Ｂ，１１６Ｂの一方の接続片１１５Ｂ，１１６Ｂの外周面に当接させ、超音波振動子と固定子により、２つに分割された箔積層体と接合面とを挟圧し、超音波振動子に溶接エネルギを印加して箔積層体と接合面とを溶接する工程とを含む。

なお、超音波振動子ＷＨと固定子ＷＡの位置関係は問わない。すなわち、超音波振動子ＷＨを二股接続片１１５Ｂの外表面に当接し、固定子ＷＡをシート積層体１２２Ｃに当接するようにしてもよい。

以上の説明は実施形態であり、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、種々の構造の角形蓄電池に本発明を適用することができ、リチウムイオン二次電池に限らず、キャパシタへも適用が可能である。

したがって、帯状の金属箔の両面に、金属箔の一方の長辺に沿って金属箔の露出部を設けて活物質を塗布した正極電極と負極電極と、板状の巻芯に正極電極と負極電極をセパレータを介して捲回した扁平形状の捲回電極体と、巻芯の面の両面で各電極箔の露出部をそれぞれ束ねて集電板に溶接する角形電池であって、板状巻芯は捲回軸方向に直交する方向の幅寸法に関して、電極箔の露出部(金属箔露出部)が捲回されている巻芯の幅を、活物質が塗工されている電極箔を捲回する巻芯の幅よりも狭くし、さらに巻芯の最も幅寸法が広い部分が少なくとも正極の塗工部よりも金属箔露出部よりに位置している形状を備える各種の角形電池に本発明を適用することができる。

また、前記の実施形態では、角形電池として角形のリチウムイオン二次電池の例を示したので蓄電要素組立体１１としたが、二次電池でなく一次電池の場合は、発電要素組立体となることは勿論である。さらに、板幅が狭い形状を有する巻芯としてテーパー部及び段差部を形成した例を示したが、矩形状の四隅に階段状の段差部や、円弧部を設けて幅を狭くするように構成してもよい。

ＢＣ：リチウムイオン二次電池（角形電池）
１０：容器
１１：蓄電要素組立体
１１０：蓋組立体
１１１：蓋
１１３：正極外部端子
１１４：負極外部端子
１１５：正極集電板
１１６：負極集電板
１２０：捲回電極体
１２１：セパレータ
１２２：正極（正極電極）
１２２Ａ：正極金属箔露出部
１２２Ｃ：箔積層体
１２３：正極合剤層（正極合剤塗工部）
１２４：負極（負極電極）
１２４Ａ：負極金属箔露出部
１２４Ｃ：箔積層体
１２５：負極合剤層（負極合剤塗工部）
１２６，１２６Ｈ：巻芯
１２６Ａ：中央部（捲回軸方向中央部）
１２６Ｂ：端部（捲回軸方向端部）
１２６ｂ：テーパー部
１２６ｅ：段差部
９０Ｎ，９０Ｐ：拡開操作板（拡開部材）
９１，９２：羽根（金属薄板）
ＷＡ：アンビル（固定子）
ＷＨ：ホーン（超音波振動子）
Ｖ１：巻芯の中央部の板幅
Ｖ２：巻芯の端部の板幅

Claims (8)

1. 板状の巻芯に帯状の電極が捲回された扁平状の捲回電極体を備える角形電池であって、
   前記電極は、帯状の金属箔と、該金属箔に活物質合剤が塗工された塗工部と、前記金属箔の一方の長辺に沿って前記活物質合剤が未塗工の金属箔露出部とを有し、
   前記巻芯は、該巻芯の捲回軸方向中央部よりも捲回軸方向端部の方が、該巻芯の捲回軸方向に直交する方向の板幅が狭い形状を有し、
   前記捲回電極体は、前記捲回軸方向中央部に前記塗工部が配置され、前記捲回軸方向端部に前記金属箔露出部が配置されており、
   前記捲回電極体は、前記金属箔露出部を前記巻芯側から外周側に広げる拡開部材を備えていることを特徴とする角形電池。
2. 前記電極は、正極金属箔と、該正極金属箔の両面に正極活物質合剤が塗工された正極合剤塗工部と、前記正極金属箔の一方の長辺に沿って前記正極活物質合剤が未塗工の正極金属箔露出部とを有する正極電極と、負極金属箔と、該負極金属箔の両面に負極活物質合剤が塗工された負極合剤塗工部と、前記負極金属箔の一方の長辺に沿って前記負極活物質合剤が未塗工の負極金属箔露出部とを有する負極電極と、を備え、
   前記捲回電極体は、前記捲回軸方向中央部に前記正極電極の前記正極合剤塗工部及び前記負極電極の前記負極合剤塗工部が間にセパレータを介在して積層された状態で配置され、前記巻芯の捲回軸方向一方側の端部に前記正極金属箔露出部が配置され、前記巻芯の捲回軸方向他方側の端部に前記負極金属箔露出部が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の角形電池。
3. 前記電極は、前記負極合剤塗工部の捲回軸方向長さが、前記正極合剤塗工部の捲回軸方向長さよりも長く、
   前記巻芯は、前記捲回軸方向中央部の捲回軸方向長さが、前記正極合剤塗工部の捲回軸方向長さよりも長いことを特徴とする請求項２に記載の角形電池。
4. 前記正極合剤塗工部の捲回軸方向両側端位置が、前記巻芯の捲回軸方向中央部と捲回軸方向端部との境界位置よりも捲回軸方向中央寄り位置に配置され、
   前記負極合剤塗工部の捲回軸方向両側端位置が、前記正極合剤塗工部の捲回軸方向両側端位置よりも捲回軸方向外側位置に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の角形電池。
5. 前記巻芯は、矩形状の板材で形成され、その四隅に前記板幅を狭くするテーパー部を形成したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の角形電池。
6. 前記巻芯は、矩形状の板材で形成され、その四隅に前記板幅を狭くする段差部を形成したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の角形電池。
7. 前記巻芯は、ＰＰ樹脂、ＰＢＴ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂の少なくとも一つの樹脂材料を用いて形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の角形電池。
8. 前記拡開部材は、金属製の薄板からなることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の角形電池。

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