JP5841571B2

JP5841571B2 - 二次電池

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Publication number: JP5841571B2
Application number: JP2013159245A
Authority: JP
Inventors: 和昭浦野
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2032-01-23
Also published as: JP2013219061A

Description

本発明は車載用途等に使用される二次電池に関する。

近年、電気自動車等の動力源として、エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池の開発が進められている。車載用途の二次電池では、電池缶に収納された電極群に対して、様々な衝撃や荷重等の外力が作用することがあるため、二次電池内でのショートの防止が必要である。

これに対して、電極群と電池缶との間に、折りたたみ式の絶縁シートを配置する技術が開示されている(特許文献１)。また、集電板を覆うように絶縁体が配置されている技術も開示されている(特許文献２)。そして、電極群の最外周を絶縁テープで絶縁し、正極リードと正極集電タブにおける外装缶の内面と対向する部分を第１の絶縁カバーで覆い、負極リードと負極集電タブにおける外装缶の内面と対向する部分を第２の絶縁カバーで覆う技術も開示されている（特許文献３）。

特開２０１０-２８７４５６号公報特開２００７-２２６９８９号公報特開２０１１-４９０６６号公報

特許文献１に記載された技術の場合、外力の作用を考えると絶縁シートの厚さは厚い方が望ましいが、電池缶は予め設定された大きさを有しているので、絶縁シートの厚さを厚くするとその分だけ電極群の大きさを小さくする必要があり、電池容量が低下するおそれがある。特許文献２に記載された技術の場合、電極群の活物質が塗工されている領域はセパレータで電池缶と絶縁されているが、セパレータは微小孔を有しているため、外力に対して絶縁が十分ではない恐れがある。特許文献３に記載された技術の場合、絶縁テープと第１及び第２の絶縁カバーとの厚みの関係については規定されていない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池容量を低下させることなく、外力に対する電極群と電池缶との間の絶縁性を向上させることができる二次電池を提供することである。

上記課題を解決する本発明の二次電池は、金属箔に合剤層が形成された電極を捲回した捲回電極群と、捲回電極群を収容する電池缶と、捲回電極群と前記電池缶との間に介在される絶縁体とを有する二次電池であって、絶縁体は、捲回電極群の捲回軸方向中央に形成された合剤層積層領域と電池缶との間に介在される部位よりも、捲回電極群の捲回軸方向両側に形成された一対の金属箔露出部と電池缶との間に介在される部位の方が厚さが厚いことを特徴としている。

本発明によれば、電池容量を低下させることなく、外力に対する捲回電極群と電池缶との間の絶縁性を高めることができる。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。

第１実施形態に係わる二次電池の外観斜視図。二次電池の分解斜視図。電池蓋組立体と捲回電極群の分解斜視図。捲回電極群の巻き終り側を展開した状態を示す外観斜視図。第２実施形態に係わる絶縁シートの構成を説明する斜視図。図５の分解斜視図。図５の分解斜視図。第３実施形態の構成を説明する分解斜視図。第４実施形態における絶縁シートの構成を説明する斜視図。第５実施形態における絶縁シートの構成を説明する斜視図。

＜第１実施形態＞
［全体構造］
本発明の二次電池を、角形のリチウムイオン二次電池に適用した場合について、図面と共に説明する。

図１は、本実施形態における二次電池の外観斜視図、図２は、その分解斜視図、図３は、電池蓋組立体と捲回電極群の分解斜視図である。

二次電池１は、電池蓋３および電池缶４とから構成される薄型のほぼ直方体形状の電池容器２内に、捲回電極群（発電要素）４０が収容され、図示はしないが非水電解液が注入されて構成されている。電池蓋３および電池缶４は、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス等の導電性を有する金属材料により形成される。

電池蓋３には、正極集電板２１、負極集電板３１等が一体的に組み付けられ、電池蓋ユニット１０として構成される。電池蓋ユニット１０の正極集電板２１および負極集電板３１は、それぞれ、電極群４０の正極金属箔または負極金属箔に、例えば、超音波溶接により接合されることにより、電池蓋・発電要素５０とされ、電池缶４の上端部の開口部から収容される。

捲回電極群４０は、図２に示すように、絶縁シート５によって、その周囲を覆われることで電池缶４に直接触れないように絶縁されて、電池缶４内に収容される構造になっている。なお、絶縁シート５の構成については、後で詳細に説明する。

電池蓋３には、非水電解液を注入するための注液口３ａと、過充電等により内部圧力が基準値を超えて上昇した際に、圧力を抜くための安全弁１３が設けられている。注液口３ａは、電解液注入後に、注液栓１１が嵌合されたうえ、レーザ溶接によって塞がれる。電池蓋３は、レーザ溶接により電池缶４と接合され、密閉される。

非水電解液には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で１：２の割合で混合した混合溶液中へ六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を１モル／リットルの濃度で溶解したものを用いることができる。

図４は、電極群４０の巻き終り側を展開した状態の外観斜視図である。

捲回電極群４０は、正極電極４１と負極電極４２とを、第１、第２のセパレータ４３、４４を介在して図示しない軸芯の周りに扁平状に捲回して形成されたものである。符号４０ａは、捲回電極群４０の軸芯の厚み分の幅を有する空洞部である。捲回電極群４０は、平面部４０ｂと、平面部４０ｂの両側にそれぞれ連続して形成された一対の湾曲部４０ｃとを有している。

正極電極４１は、例えば、アルミニウム箔等からなる正極金属箔４１ａの表裏両面に正極合剤層４１ｂが形成されたものである。正極合剤層４１ｂは、一側縁に正極金属箔４１ａが露出された正極金属箔露出部（正極合剤未処理部）４１ｃが形成されるように正極金属箔４１ａに正極合剤が塗工されて形成される。

負極電極４２は、例えば、銅箔等からなる負極金属箔４２ａの表裏両面に負極合剤層４２ｂが塗工されたものである。負極合剤層４２ｂは、正極金属箔露出部４１ｃが配置された側縁と対向する側縁である他側縁に、負極金属箔４２ａが露出された負極金属箔露出部（負極合剤未処理部）４２ｃが形成されるように負極金属箔４２ａに正極合剤が塗工されて形成される。

正極合剤層４１ｂは、正極活物質としてマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）１００重量部に対し、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛と結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）とを添加し、これに分散溶媒としてＮ−メチルビロリドン（以下、ＮＭＰという。）を添加、混練して作製する。この正極合剤を厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に正極金属箔露出部４１ｃを残して塗布する。その後、乾燥、プレス、裁断してアルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部の厚さ（表裏両面の合計）９０μｍの正極電極４１を得る。

負極合剤層４２ｂは、負極活物質として非晶質炭素粉末１００重量部に対して、結着剤として１０重量部のＰＶＤＦを添加し、これに分散溶媒としてＮＭＰを添加、混練して作製する。この負極合剤を厚さ１０μｍの銅箔の両面に負極金属箔露出部４２ｃを残して塗布する。その後、乾燥、プレス、裁断して銅箔を含まない負極活物質塗布部の厚さ（表裏両面の合計）７０μｍの負極電極４２を得る。

電極群４０を形成するには、図示しない軸芯に第１、第２のセパレータ４３、４４の各先端部を溶着させ、第１、第２のセパレータ４３、４４の間に、それぞれ、負極電極４２の巻始め側端部を、正極電極４１の巻始め側端部よりも内側に位置するように配置して捲回する。この場合、正極金属箔露出部４１ｃと負極金属箔露出部４２ｃとは、幅方向（捲回軸方向）の反対側の側縁に位置するように配置する。負極合剤層４２ｂの幅、換言すれば、捲回軸方向の長さは、正極合剤層４１ｂの幅よりも広く形成されている。また、第１のセパレータ４３の幅は、正極電極４１の正極金属箔露出部４１ｃを一側縁側において外部に露出する寸法とされている。第２のセパレータ４４の幅は、負極電極４２の負極金属箔露出部４２ｃを他側縁側において外部に露出する寸法とされている。

電極群４０の巻始め側、換言すれば、軸芯側には空洞部４０ａ（図３、４参照）が形成されている。また、捲回電極群４０の巻終り側は、最外周が第２のセパレータ４４であり、その内側が負極電極４２である。従って、正極合剤層４１ｂは、巻始め側から巻終り側までの全長に亘り、幅方向においても、すべての部分が、負極合剤層４２ｂにより覆われている。

このように、捲回電極群４０は、捲回軸方向中央位置に、正極電極４１の正極合剤層４１ｂと負極電極４２の負極合剤層４２ｂとが重なり合って積層された合剤層積層領域４０ｄが形成されている。そして、正極金属箔４１ａの正極金属箔露出部４１ｃが捲回軸方向一方側に配置されて外部に露出しており、負極金属箔４２ａの負極金属箔露出部４２ｃが捲回軸方向他方側に配置されて外部に露出している。

電池蓋組立体１０は、図３に示されるように、電池蓋３と、正極側端子構成部６０と、負極側端子構成部７０を備える。正極側端子構成部６０は、外部正極端子６１、正極接続端子６２、正極端子板６３、絶縁板６４および正極集電板２１から構成される。外部正極端子６１、正極端子板６３、正極接続端子６２および正極集電板２１は、一体的に固定され、電池蓋３に取り付けられている。

正極側端子構成部６０を作製するには次のようにする。予め、正極集電板２１を正極接続端子６２にかしめておく。そして、電池蓋３の貫通孔に絶縁板６４を、電池蓋３の貫通孔と絶縁板６４の貫通孔とを位置合わせして配置する。次に、外部正極端子６１を正極端子板６３に設けられた貫通孔に嵌入し、絶縁板６４上で正極端子板６３に固定する。外部正極端子６１と正極端子板６３にかしめてもよい。

そして、正極集電板２１がかしめられた正極接続端子６２を電池蓋３の裏側から絶縁板６４の貫通孔に挿通する。正極接続端子６２の先端側は、正極端子板６３の貫通孔よりも僅かに小さい円筒形状を有しており、この正極接続端子６２の先端部分をかしめることにより、正極側端子構成部６０が電池蓋３に一体的に組み付けられる。

この状態において、正極集電板２１、正極接続端子６２、正極端子板６３および外部正極端子６１は、電気的に接続されている。また、正極集電板２１、正極接続端子６２、正極端子板６３および外部正極端子６１は、絶縁板６４により電池蓋３から絶縁されている。

負極側端子構成部７０は、外部負極端子７１、負極接続端子７２、負極端子板７３、絶縁板７４および負極集電板３１から構成される。負極側端子構成部７０は、正極側端子構成部６０と同様な構造であり、外部負極端子７１、負極端子板７３、負極接続端子７２および負極集電板３１は、一体的に固定され、電池蓋３に取り付けられている。

この状態において、負極集電板３１、負極接続端子７２、負極端子板７３および外部負極端子７１は、電気的に接続されている。また、負極集電板３１、負極接続端子７２、負極端子板７３および外部負極端子７１は、絶縁板７４により電池蓋３から絶縁されている。

二次電池１は、正極・負極の集電板２１、３１を捲回電極群４０に接合することにより、外部正極端子６１および外部負極端子７１に接続された外部電子機器に対して、充放電が可能となる。

正極集電板２１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金により形成されている。正極集電板２１は、電池蓋３の下面に沿って取り付けられる平板状の本体部２２と、本体部２２の幅方向両端部でそれぞれ下方にほぼ９０°に折曲された一対の支持部２２ａを有する。これら一対の支持部２２ａの先端には、それぞれ平坦状の接合片２３が形成されている。各接合片２３は、捲回電極群４０に超音波溶接により接合される。接合片２３は、それぞれ、支持部２２ａに対して傾斜した角度に折曲されている。一対の接合片２３は、電池蓋３の長辺方向中央側から外側に向かって移行するにしたがって電池蓋３の短辺方向に互いに離反するように傾斜しており、傾斜方向は相互に逆方向であるが中心面に対して同一の角度であり、線対称となっている。一対の接合片２３は、その間に電極群４０の正極金属箔露出部４１ｃが挿入され、電極群４０の正極金属箔露出部４１ｃをハの字状に開いた状態で、正極金属箔露出部４１ｃに超音波溶接により接合される。

負極集電板３１は、銅または銅合金により形成されているが、正極集電板２１と同じ構造を有している。負極集電板３１は、電池蓋３の下面に沿って取り付けられる平板状の本体部３２と、本体部３２の幅方向両端部でそれぞれ下方にほぼ９０°に折曲された一対の支持部３２ａを有する。これら一対の支持部３２ａの先端には、それぞれ平坦状の接合片３３が形成されている。各接合片３３は、捲回電極群４０に超音波溶接により接合される。接合片３３は、それぞれ、支持部３２ａに対して傾斜した角度に折曲されている。一対の接合片３３は、電池蓋３の長辺方向中央側から外側に向かって移行するにしたがって電池蓋３の短辺方向に互いに離反するように傾斜しており、傾斜方向は相互に逆方向であるが中心面に対して同一の角度であり、線対称となっている。一対の接合片３３は、その間に電極群４０の負極金属箔露出部４２ｃが挿入され、電極群４０の負極金属箔露出部４２ｃをハの字状に開いた状態で、負極金属箔露出部４２ｃに超音波溶接により接合される。

［絶縁シート］
次に、絶縁シート５の構成について図２を参照して説明する。

図２は、図１の二次電池を電池缶４から取り出した状態を示す分解斜視図である。

絶縁シート５は、捲回電極群４０の周囲を覆った状態で電池缶４内に収納され、捲回電極群４０と電池缶４の内壁との間に介在されて、捲回電極群４０と電池缶４とを電気的に隔離する構成を有している。

絶縁シート５は、捲回電極群４０の合剤層積層領域４０ｄと電池缶４との間、及び、集電板２１、３１と電池缶４との間の一部に介在される部位を有する第１の絶縁シート１４と、捲回電極群４０の金属箔露出部４１ｃ、４２ｃと電池缶４との間、及び、集電板２１、３１と電池缶４との間に介在される部位を有する第２の絶縁シート１５、１６を有している。第２の絶縁シート１５、１６は、第１の絶縁シート１４よりもシート厚みが厚い。

第１の絶縁シート１４は、柔軟性を有する絶縁性の合成樹脂製材によって構成されている。第１の絶縁シート１４は、図２に示すように、１枚の矩形のシート部材を二つに折り畳むようにして、電池蓋・発電要素５０の下方から捲回電極群４０に被せることにより、捲回電極群６を捲回軸方向の両側の端部間に亘って覆うように構成されている。第１の絶縁シート１４は、捲回電極群４０の捲回軸方向両端部間に亘って延在する横幅を有している。そして、電池蓋３の下面近傍から下方に向かって延在して捲回電極群４０の平面部４０ｂの一方面に対向し、捲回電極群４０の下側の湾曲部４０ｃに沿ってＵターンされ、平面部４０ｂの他方面に対向し、電池蓋３の下面近傍まで延在する長さを有している。

第１の絶縁シート１４は、第２の絶縁シート１５、１６を捲回電極群４０に取り付けることによって、捲回電極群４０に固定される。第１の絶縁シート１４は、捲回電極群４０に固定された状態で捲回電極群４０を電池缶４に収容することによって、捲回電極群４０の合剤層積層領域４０ｄと電池缶４との間に介在される。

第１の絶縁シート１４は、シート厚みを厚くすればするほど捲回電極群４０の合剤層積層領域４０ｄの総厚(巻き数)を減少しなければならなくなる。したがって、第１の絶縁シート１４のシート厚みをできるだけ薄くしたほうが電池容量の拡大に繋がる。また、捲回電極群４０の活物質層は、電池の充放電によって膨張収縮し、膨張により電池缶４の膨らみにも繋がる。したがって、この点においてもシート厚みをできるだけ薄くしたほうが電池膨らみの防止になる。

しかしながら、セパレータ４４を捲回電極群４０の最外周に巻くことによって電池缶４との間の絶縁を行うこととし、絶縁シート１４を設置しなかった場合、セパレータ４４は多孔質で薄くて柔らかい樹脂フィルムであることから、捲回電極群４０を電池缶４に挿入する際に最外周セパレータ４４が破れたり、キズが付いたりして内部短絡などの不具合に繋がる可能性がある。さらに、挿入する際に最外周のセパレータ４４と電池缶４の間の滑り摩擦が大きいことも、セパレータ４４の破れの原因となり、生産性の低下を招くことになる。

したがって、捲回電極群４０の合剤層積層領域４０ｄと電池缶４との間には、絶縁シート１４が必要であり、さらに、電池容量の低下にならないように、シート厚みをできるだけ薄くすることが好ましい。かかる絶縁シート１４の厚みとしては２０μｍ〜８０μｍのものが好適に使用することができるが、電池の構成条件等により変更され得る。

第２の絶縁シート１５、１６は、金属箔露出部４１ｃ、４２ｃを覆う断面コ字状の立体形状を有している。第２の絶縁シート１５、１６は、第１の絶縁シート１４よりもシート厚みが厚い合成樹脂により構成されており、シート部材を折り曲げて形成してもよく、また、射出成形や真空成形などにより形成してもよい。

第２の絶縁シート１５は、第２の絶縁シート１５を捲回電極群４０の正極側（捲回軸方向一方側）の端部に取り付けた状態で、捲回電極群４０の端面に対向する対向面部１５ａと、捲回電極群４０を間に介して対峙する一対の側面部１５ｂ、１５ｂを有しており、断面がコ字状になっている。そして、一対の側面部１５ｂ、１５ｂの下端部間には、捲回電極群４０の底部側の湾曲部４０ｃに対向する底面部１５ｃが設けられている。なお、電池蓋３側は、正極集電板２１の本体部２２及び一対の支持部２２ａとの干渉を避けるべく、開放されている。

対向面部１５ａは、電池蓋３側の湾曲部４０ｃから底部側の湾曲部４０ｃの間に亘って一定幅で延在する矩形の平板形状を有している。一対の側面部１５ｂ、１５ｂは、対向面部１５ａの幅方向両側でそれぞれ折曲されて形成されている。そして、捲回電極群４０の平面部４０ｂの端部、すなわち正極金属箔露出部４１ｃが平面状に積層された部分、もしくは、正極金属箔露出部４１ｃに接合された支持部２２ａとその両側に配置された第１の絶縁シート１４を間に挟持する。各側面部１５ｂ、１５ｂは、正極金属箔露出部４１ｃとほぼ同一の幅寸法を有しており、第２の絶縁シート１５を捲回電極群４０に取り付けた状態で、正極金属箔露出部４１ｃの最外周を覆う。

第２の絶縁シート１６は、第２の絶縁シート１６を捲回電極群４０の負極側（捲回軸方向他方側）の端部に取り付けた状態で、捲回電極群４０の端面に対向する対向面部１６ａと、捲回電極群４０を間に介して対峙する一対の側面部１６ｂ、１６ｂを有しており、断面がコ字状になっている。そして、一対の側面部１６ｂ、１６ｂの下端部間には、捲回電極群４０の底部側の湾曲部４０ｃに対向する底面部１６ｃが設けられている。なお、電池蓋３側は、負極集電板３１の本体部３２及び一対の支持部３２ａとの干渉を避けるべく、開放されている。

対向面部１６ａは、電池蓋３側の湾曲部４０ｃから底部側の湾曲部４０ｃの間に亘って一定幅で延在する矩形の平板形状を有している。一対の側面部１６ｂ、１６ｂは、対向面部１６ａの幅方向両側でそれぞれ折曲されて形成されている。そして、捲回電極群４０の平面部４０ｂの端部、すなわち、負極金属箔露出部４２ｃが平面状に積層された部分、もしくは、負極金属箔露出部４２ｃに接合された支持部３２ａとその両側に配置された第１の絶縁シート１４を間に挟持する。各側面部１６ｂ、１６ｂは、負極金属箔露出部４２ｃとほぼ同一の幅寸法を有しており、第２の絶縁シート１６を捲回電極群４０に取り付けた状態で、負極金属箔露出部４２ｃの最外周を覆う。

第２の絶縁シート１５、１６は、捲回電極群４０に固定された状態で捲回電極群４０を電池缶４に収容することによって、捲回電極群４０の金属箔露出部４１ｃ、４２ｃと電池缶４との間、及び、集電板２１、３１と電池缶４との間に介在される。

第２の絶縁シート１５、１６は、金属箔露出部４１ｃ、４２ｃと電池缶４との間に介在されているので、電池本体もしくは端子部に外力が加わった場合に集電板２１、３１が変形して、集電板２１、３１と電池缶４との間に挟まれて、強く押し当る可能性がある。また、捲回電極群４０を絶縁シート１５、１６と共に電池缶４に挿入する際に集電板２１、３１が電池缶４に絶縁シート１５、１６を介して接触して擦れる可能性がある。さらに、集電板２１、３１には大電流が流れた時に高温になる可能性がある。したがって、第２の絶縁シート１５、１６は、上記のような外力や高温に耐えられることが必要であり、そのためには、絶縁シート１５、１６のシート厚みはできるだけ厚いほうが好ましい。かかる絶縁シート１５、１６の厚みとしては１００〜３００μｍのものが好適に使用することができるが、電池の構成条件等により変更され得る。

絶縁シート５は、シート状の絶縁性材料が用いられ、折り畳まれて形成されている。かかる絶縁シート５に使用される好適なシート状絶縁材料としては、絶縁性が良好でシワ等ができ難く、耐熱性が高い合成樹脂材料であることが好ましく、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂材料、またポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド等を好適に使用することができる。また、捲回電極群４０の活物質層領域と電池缶４との間に介在される第１の絶縁シート１４と、金属箔の露出部と電池缶との間の第２の絶縁シート１５、１６は同じ材料である必要はなく、前記した異なる材料の組み合わせも可能である。

上記した絶縁シート５を有する二次電池１の組み立ては、まず、第１の絶縁シート１４を二つに折り畳むようにして、電池蓋・発電要素５０の下方から捲回電極群４０に被せる。これにより、捲回電極群６は、第１の絶縁シート１４によって、捲回軸方向の両側の端部間に亘って覆われる。

次に、第２の絶縁シート１５、１６を捲回電極群４０の捲回軸方向両側から接近させて、一対の側面部１５ｂ、１５ｂ、１６ｂ、１６ｂの間に捲回電極群４０の金属箔露出部４１ｃ、４２ｃと第１の絶縁シート１４の端部を挟持させて、第１の絶縁シート１４及び第２の絶縁シート１５、１６を、捲回電極群４０に固定する。これにより、捲回電極群４０は、その外側を絶縁シート５によって覆われた状態とされる。

それから、電池缶４の上方から電池缶４内に捲回電極群４０を挿入して、電池缶４の開口部を電池蓋３で閉塞し、電池缶４と電池蓋３との間をレーザ溶接により溶接して封止する。そして、注液口３ａから電池缶４内に電解液を注入した後、注液栓１１で注液口３ａを閉塞し、レーザ溶接によって溶接して封止する。

以上説明した本実施形態による二次電池１によれば、捲回電極群４０の合剤層積層領域４０ｄと電池缶４との間に第１の絶縁シート１４が介在され、捲回電極群４０の金属箔露出部４１ｃ、４２ｃと電池缶４との間、及び、集電板２１、３１と電池缶４との間に第２の絶縁シート１５、１６が介在されており、第１の絶縁シート１４よりも第２の絶縁シート１５、１６の方が、シート厚さが厚い構成を有している。

第１の絶縁シート１４は、そのシート厚さをできるだけ薄くすることによって、捲回電極群４０の合剤層積層領域４０ｄの総厚(巻き数)を大きくすることができる。したがって、電池容量の拡大に繋がり、体積エネルギー密度を高くすることができる。

そして、第１の絶縁シート１４を薄くすることによって、電池缶４との間のクリアランスを大きくすることができ、電池の充放電に伴う活物質層の膨張収縮により、電池缶４の膨らみを防ぐことができる。

また、捲回電極群４０の合剤層積層領域４０ｄと電池缶４との間に薄い絶縁シート１４を配置することで、捲回電極群４０を電池缶４に挿入する際にセパレータ４４を傷つけることなくスムーズに挿入することができる。

第２の絶縁シート１５、１６は、そのシート厚さを厚くすることによって、強度を向上させることができる。したがって、例えば、電池本体もしくは端子部に外力が加わって集電板２１、３１が変形して電池缶４との間に絶縁シート１５、１６を介して強く押し当った場合においても、第２の絶縁シート１５、１６は破れることなく、捲回電極群４０の金属箔露出部４１ｃ、４２ｃと電池缶４との間、或いは、集電板２１、３１と電池缶４との間の絶縁を維持することができる。

絶縁シート１５、１６の厚みはできるだけ厚くするほうが好ましい。例えば、捲回電極群４０を絶縁シート１５、１６と共に電池缶４に挿入する際に、集電板２１、３１が電池缶４に絶縁シート１５、１６を介して接触して擦れたり、さらに、集電板２１、３１に大電流が流れて高温になることがあっても、絶縁シート１５、１６の厚みが厚いために、上記のような外力や高温に耐えることができる。

上記構成を有する二次電池１によれば、電池容量を低下させることなく、外力に対する捲回電極群４０と電池缶４との間の絶縁性を高めることができる。

なお、上述の実施の形態では、第１の絶縁シート１４が捲回電極群４０の金属箔露出部４１ｃ、４２ｃまで延在する大きさを有しており、捲回電極群４０の金属箔露出部４１ｃ、４２ｃにおいて、第１の絶縁シート１４の端部に第２の絶縁シート１５、１６の一対の側面部１５ｂ、１５ｂ、１６ｂ、１６ｂが重なる場合を例に説明したが、第１の絶縁シート１４の大きさを合剤層積層領域４０ｄの大きさと同一としてもよい。これにより、第１の絶縁シート１４の大きさを小さくすることができ、その分だけコストを下げることができる。なお、かかる場合に、第１の絶縁シート１４は、テープ等により捲回電極群４０又は第２の絶縁シート１５、１６に固定する。

また、上述の実施の形態では、捲回電極群４０の最外周はセパレータ４４である場合を例に説明したが、捲回電極群４０は、その最外周が第１の絶縁シート１４によって覆われているので、最外周をセパレータではなく、正極電極４１又は負極電極４２とすることもできる。これにより、捲回電極群４０におけるセパレータの捲回長さを短くすることができ、コストを下げることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の二次電池が適用される第２実施形態について以下に説明する。なお、第１実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

図５は、第２実施形態に係る絶縁シートの構成を説明する分解斜視図、図６は、図５の分解斜視図、図７は、図５の分解斜視図であって、図６とは傾斜角度が異なる斜視図である。本実施の形態において特徴的なことは、第２の絶縁シート１５、１６が捲回電極群４０と集電板２１、３１の間に介在される第１絶縁部１５ｄ、１６ｄと、集電板２１、３１と電池蓋３との間に介在される第２絶縁部１５ｅ、１６ｅを有することである。

第２の絶縁シート１５、１６は、対向面部１５ａの上端部で折曲されて一対の側面部１５ｂ、１６ｂと同方向に突出する第１絶縁部１５ｄ、１６ｄと、一対の側面部１５ｂ、１６ｂの上端部で互いに接近する方向に折曲されて重なり合う第２絶縁部１５ｅ、１６ｅを有している。

第２の絶縁シート１５を捲回電極群４０の正極側の端部に取り付けることにより、第１絶縁部１５ｄが捲回電極群４０の湾曲部４０ｃと集電板２１の本体部２２との間に介在され、第２絶縁部１５ｅが集電板２１の本体部２２と電池蓋３の裏面との間に介在される。

同様に、第２の絶縁シート１６を捲回電極群４０の負極側の端部に取り付けることにより、第１絶縁部１６ｄが捲回電極群４０の湾曲部４０ｃと集電板３１の本体部３２との間に介在され、第２絶縁部１６ｅが集電板３１の本体部３２と電池蓋３の裏面との間に介在される。

したがって、例えば二次電池１に対して外力が作用して電池缶４内で捲回電極群４０が上下方向に移動した場合に、第１絶縁部１５ｄ、１６ｄによって捲回電極群４０と集電板２１、３１との間の短絡を防止でき、また、第２絶縁部１５ｅ、１６ｅによって集電板２１、３１と電池蓋３との間の短絡を防止できる。

なお、第１絶縁部１５ｄ、１６ｄの先端には、中央部分が凹状に切り欠かれた切り欠き部１５ｆ、１６ｆが設けられている。切り欠き部１５ｆ、１６ｆは、第１絶縁部１５ｄ、１６ｄの先端を、捲回電極群４０の湾曲部４０ｃと集電板２１、３１の本体部２２、３２との間に挿入する作業を容易にするためのものである。

特に図７に示されるように、捲回電極群４０の湾曲部４０ｃと集電板２１、３１の本体部２２、３２との間の隙間は、中央部が最も狭くなっており、中央部から離れるほど隙間は大きくなる。したがって、第１絶縁部１５ｄ、１６ｄを捲回電極群４０の湾曲部４０ｃと集電板２１、３１の本体部２２、３２との間に挿入しようとしたときに、第１絶縁部１５ｄ、１６ｄの先端が、単純な直線形状であると、隙間の狭い中央部に接触して挿入しづらくなる可能性がある。

そこで、第１絶縁部１５ｄ、１６ｄの先端に切り欠き部１５ｆ、１６ｆを設けて、幅方向両端部が中央部よりも突出する二山形状とすることにより、最初に、捲回電極群４０と集電板２１、３１の本体部２２、３２との間の隙間が広い所に、第１絶縁部１５ｄ、１６ｄの先端を挿入することができる。そして、第１絶縁部１５ｄ、１６ｄの先端を挿入することができれば、その後は、そのまま押し進めることにより自動的に案内されて、隙間の狭い中央部にも第１絶縁部１５ｄ、１６ｄを円滑に挿入することができる。

第２の絶縁シート１５、１６は、第１実施形態と同様に、第１の絶縁シート１４よりもシート厚みは厚くなっている。したがって、例えば電池容器２に外圧が加わることにより、捲回電極群４０と集電板２１、３１の間、また集電板２１、３１と電池蓋３との間が接近して接触に繋がるような潰れの変形が発生しても、十分な絶縁を確保することができる。さらに、（１）捲回電極群４０の金属箔露出部４１ｃ、４２ｃと電池缶４との間、及び、集電板２１、３１と電池缶４との間、（２）捲回電極群４０の湾曲部４０ｃと集電板２１、３１の本体部２２、３２との間、（３）集電板３１の本体部３２と電池蓋３の裏面との間の合計３か所の絶縁を１枚の絶縁シートで対応でき、部品コストを上げることなく、生産性に優れ、安全性の向上を図ることができる。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について以下に説明する。なお、上述の第１、第２実施形態と同様の構成要素には、同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

図８は、第３実施形態に係る絶縁シートの構成を説明する分解斜視図である。本実施形態において特徴的なことは、左右一対の第２の絶縁シート１５、１６を、接続部１１１で互いに繋げて一体に構成したことである。

第２の絶縁シート１５、１６は、第１実施形態と同様に、第１の絶縁シート１４よりもシート厚みは厚くなっている。そして、接続部１１１には、開口部１１１ａが設けられている。開口部１１１ａは、接続部１１１の幅方向中央部を左右方向に亘って一定幅で延在するように開口形成されている。接続部１１１に開口部１１１ａを設けることで、捲回電極群４０の下側の湾曲部４０ｃと電池缶４の底面との間の隙間が接続部１１１によって狭められるのを防ぐことができる。したがって、捲回電極群４０の合剤層積層領域４０ｄの総厚(巻き数)が制限されて電池容量が低下するのを防ぐことができる。

また、上述の第１実施形態では、捲回電極群４０を合計３点の絶縁シートで覆っているが、第３実施形態では、合計２点の絶縁シートで覆っている。このように、絶縁シートの部品点数が減ったことで、組立時の絶縁シートの搬送や位置指定がより容易になり、組立作業を容易なものとすることができる。

＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について以下に説明する。なお、第１〜第３実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

図９は、第４実施形態に係る絶縁シートの構成を説明する斜視図であり、絶縁シートの一部を展開した状態を示している。

本実施形態において特徴的なことは、予め設定された一定厚さを有する１枚の絶縁シート１７を折り曲げることによって、第１の絶縁シート１４と第２の絶縁シート１５、１６を構成し、捲回電極群４０の合剤層積層領域４０ｄと電池缶４との間には、絶縁シート１７を１枚分だけ介在させてシート厚さをなるべく薄くする一方、金属箔露出部４１ｃ、４２ｃと電池缶４との間、及び、集電板２１、３１と電池缶４との間には、絶縁シート１７を部分的に折り曲げて重ね合わせることで厚みを増し、必要な強度を確保したことである。

絶縁シート１７は、上述の第１〜第３実施形態の第１の絶縁シート１４とほぼ同じ厚さを有している。絶縁シート１７は、１枚のシートを折り曲げて捲回電極群４０を収容可能な扁平箱状に形成されており、捲回電極群４０の合剤層積層領域４０ｄと対向する一対の幅広面部１７ａ、１７ａと底面部１７ｂを有している。そして、各幅広面部１７ａの両端には、第１側壁面部１７ｃが設けられている。第１側壁面部１７ｃは、捲回電極群４０の捲回軸方向外側の端面に対向するように、各幅広面部１７ａの両端で折曲されて形成されている。

そして、底面部１７ｂの両端には、第２側壁面部１７ｄが設けられている。第２側壁面部１７ｄは、第１側壁面部１７ｃの外側を覆う断面コ字形を有しており、底面部１７ｂの両端で折曲されて形成されている。第２側壁面部１７ｄは、捲回電極群４０の金属箔露出部４１ｃ、４２ｃと電池缶４との間、及び、集電板２１、３１と電池缶４との間に介在される大きさを有している。

上記した絶縁シート１７の構成によれば、捲回電極群４０の合剤層積層領域４０ｄと電池缶との間に介在される絶縁シート１７のシート厚みを、絶縁シート１７の１枚分の厚さとし、捲回電極群４０の金属箔露出部４１ｃ、４２ｃと電池缶４との間、及び、集電板２１、３１と電池缶４との間に介在される絶縁シート１７のシート厚みを、絶縁シート１７の２枚分、或いは、３枚分の厚さとすることができる。

したがって、捲回電極群４０の合剤層積層領域４０ｄの総厚(巻き数)が制限されて電池容量が低下するのを防ぐと共に、十分な絶縁を確保することができる。

また、上記した絶縁シート１７の構成によれば、薄い１枚の絶縁シート１７のみで捲回電極群４０と電池缶４との間の絶縁を形成できる。したがって、部品コストを抑えることができ、組立性の向上が図れる。

＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態について以下に説明する。上述の第１〜第４実施形態と同様の構成要素には、同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

図１０は、第５実施形態における絶縁シートの構成を説明する斜視図であり、絶縁シートの展開状態を示している。

本実施形態において特徴的なことは、予め設定された一定の厚さを有する１枚の絶縁シート１８に対して、予め金属箔露出部４１ｃ、４２ｃと電池缶４との間、及び、集電板２１、３１と電池缶４との間に介在される部分に、さらに他の絶縁シート１９を貼り合わせることで厚みを増し、必要な強度を確保する構成としたことである。

捲回電極群４０の合剤層積層領域４０ｄに対向する部位には、絶縁シート１９を貼り合せずに薄い状態で絶縁を行うので、電池容量の拡大に繋がり、体積エネルギー密度を高くすることができ、また、電池膨れを防止できる。絶縁シート１９は、１枚でも複数枚でもよい。事前に貼り合せておくことで絶縁シートの形状を簡易的にすることができ、組立性の向上が図れる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１二次電池
２電池容器
３電池蓋
４電池缶
５絶縁シート
１１注液栓
１３安全弁
１４第１の絶縁シート
１５、１６第２の絶縁シート
２１正極側集電板
３１負極側集電板
４０捲回電極群
４１正極電極
４１ｂ正極合剤層
４１ｃ正極金属箔露出部（正極合剤未処理部）
４２負極電極
４２ｂ負極合剤層
４２ｃ負極金属箔露出部（負極合剤未処理部）

Claims

金属箔に合剤層が形成された電極を捲回した捲回電極群と、前記捲回電極群を収容する電池缶と、該電池缶の開口部を閉塞する電池蓋と、該電池蓋に取り付けられる集電板と、前記捲回電極群と前記電池缶との間に介在される絶縁体とを有する二次電池であって、
前記捲回電極群は、捲回軸方向中央に形成された合剤層積層領域と、捲回軸方向端部に形成された金属箔露出部を有し、該金属箔露出部に前記集電板が接続されており、
前記集電板は、前記電池蓋と前記捲回電極群との間に介在される本体部を有し、
前記絶縁体は、前記合剤層積層領域を覆う第１の絶縁シートと、前記金属箔露出部及び前記集電板を覆う第２の絶縁シートと、を有し、
前記第２の絶縁シートは、前記捲回電極群の捲回軸方向に沿って突出して前記捲回電極群と前記本体部との間に介在される第１絶縁部を有しており、前記第１絶縁部の先端に切り欠き部が設けられていることを特徴とする二次電池。
前記捲回電極群は、前記本体部に対向して配置される湾曲部を有しており、
前記切り欠き部は、幅方向両端部が中央部よりも突出する二山形状を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記第２の絶縁シートは、前記本体部と前記電池蓋との間に介在される第２絶縁部を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記第２の絶縁シートは、前記第１の絶縁シートよりもシート厚みが厚いことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記第１の絶縁シートは、前記捲回電極群の金属箔露出部まで延在し、
前記第２の絶縁シートは、前記捲回電極群の金属箔露出部において、前記第１の絶縁シートの端部に重ねられることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記第２の絶縁シートは、前記捲回電極群の金属箔露出部との間、もしくは、前記集電板との間に前記第１の絶縁シートを挟持することを特徴とする請求項５に記載の二次電池。