JP6092108B2 - 角形密閉二次電池及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は角形密閉二次電池に関し、特に絶縁性部材に収容された電極体と、金属製の角形外装体と、を備えた角形密閉二次電池及びその製造方法に関する。
今日の携帯電話機、携帯型パーソナルコンピューター、携帯型音楽プレイヤー等の携帯型電子機器の駆動電源、または、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ、ＰＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）用の電源として、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池が広く利用されている。
これらの二次電池は、特にスペース効率が要求される場合においては円筒形のものよりも角形の電池に対するニーズが高い。更に、物理的強度が必要とされる場合、電池の外装体として金属製のケースが一般的に採用されている。
角形密閉二次電池、例えば角形非水電解質二次電池は、以下のようにして作製される。すなわち、細長いシート状の銅箔等からなる負極芯体（集電体）の両面に負極活物質を含有する負極活物質合剤を塗布して負極極板を作製する。また、細長いシート状のアルミニウム箔等からなる正極芯体の両面に正極活物質を含有する正極活物質合剤を塗布した正極極板を作製する。
次いで、負極極板と正極極板とを、微多孔性ポリエチレンフィルム等からなるセパレータを間に配置して重ね合わせ、負極極板及び正極極板をセパレータにより互いに絶縁した状態で円柱状の巻き芯に渦巻状に巻回して、円筒状の巻回電極体を作製する。
次いで、この円筒状巻回電極体をプレス機で押し潰し、角形の電池外装体に挿入できるような偏平状巻回電極体に成形した後、これを角形外装体に収容し、電解液の注液孔を除いて電池外装体の開口部を封口し、電解液を注液して最後に電解液の注液孔を閉じることで角形非水電解質二次電池としている。
また、外装体として金属製のケースを採用した場合は上記に加えて更に、外装体である金属ケース（以下、「外装缶」という）と電極体との間の絶縁のために、絶縁性を有する部材で上記偏平状巻回電極体を予め包んでから外装缶内に収容することで、外装缶を有する角形非水電解質二次電池が作製される。
偏平状巻回電極体が、絶縁性を有する部材で包まれた状態で外装缶に収容されている角形二次電池の例として、下記特許文献１には、製造時における電極体を角形金属製の電池外装缶内に収容する工程の際に、偏平状の電極体の表面にキズが付き難く、しかも、正極極板及び負極極板が角形金属製の電池外装缶と電気的に絶縁されておりながら、大電流で充放電を行うことができるＥＶ用ないしＨＥＶ用として最適な角形電池の発明が開示されている。
下記特許文献１に開示されているような従来の角形二次電池においては、絶縁シートは所定形状に切り出された後、折り曲げられて、角形外装缶の形状に納まる所定形状（以下、所定形状に成形された絶縁シートを「箱状絶縁シート」という）、一般的には直方体形状に成形されて箱状絶縁シートとして用いられている。
特開２００９−１７０１３７号公報 特開２００９−２７７４４３号公報
しかしながら、上述のような従来の箱状絶縁シートには、挿入する際にその角部が外装缶と干渉しやすく、外装缶へ挿入し難いという問題点がある。場合によっては、挿入時に絶縁シートの角部が外装缶に引っかかり、絶縁シートがズレたり破損したりすることで絶縁不良が生じる虞がある。電極体と外装缶との内部短絡のリスクを低減するためには、上述のような製造工程における絶縁シートと外装缶との干渉を低減させる必要がある。
上述のような絶縁シートと外装缶との干渉を低減させることを目的とし、箱状絶縁シートの形状を工夫することで、絶縁シートで被覆された電極体の外装缶への挿入性を向上させるための技術の例として、上記特許文献２に開示される角形電池の発明が挙げられる。
上記特許文献２に記載される角形電池は、偏平な形状の電極体と、該電極体が収容される箱状の電池ケースとを備える角形電池であって、前記電極体における幅広面からみて所定の方向の中央部分は正極活物質層が付与された部分と負極活物質層が付与された部分とが積層されている活物質層付与部を形成しており、前記幅広面からみて該活物質層付与部の両端のうちの一方の端部は正極活物質層が付与されずに正極集電体の露出した部分が積層されている正極集電部を形成しており、他方の端部は負極活物質層が付与されずに負極集電体の露出した部分が積層されている負極集電部を形成しており、前記電極体と前記電池ケースとの間には、該電極体と電池ケースとを隔離する絶縁性の外装体であって該電極体の形状に対応した外装体が備えられており、前記電極体は、前記電池ケースの上端部に形成される開口部から、前記正極集電部と前記負極集電部がそれぞれ該電池ケースの幅広面の両端において上端部から底部に亘って配置される横方向に該電池ケース内に収容されるとともに、該電池ケース内においては前記外装体の内部に配置されて該外装体とともに偏平な箱状の電極挿入体を構成しており、前記電極挿入体において、前記横方向の両端部における厚みは前記電池ケースの上端部から底部に向けて漸減していることを特徴とする。
上記特許文献２に開示されている技術によれば、一応、電極挿入体の外装缶への挿入性の向上が図られてはいる。しかしながら、上記特許文献２に開示されている絶縁シートは形状が複雑であるため、絶縁シートの成形に手間がかかる。
本発明は、上述のような従来の角形二次電池の問題点を解決すべく開発されたものである。すなわち、本発明は、金属製の電池外装缶を備えた角形密閉二次電池であっても、製造時における電極挿入体の電池外装缶への挿入性に優れ、挿入時に生じる絶縁性部材のズレや破損が抑制された、角形密閉二次電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の角形密閉二次電池は、箱状に成形された絶縁性部材と、前記絶縁性部材に収容された電極体と、金属製の角形外装体と、を備えた角形密閉二次電池であって、前記絶縁性部材は、略直方体形状を有する六面体の面から、上面が除かれた形状である有底箱形形状であり、前記絶縁性部材における少なくとも対向する一対の側面の幅が、前記一対の側面が対向する電極体の幅よりも小さい、ことを特徴とする。
本発明の角形密閉二次電池においては、角形外装缶のＲ形状をした内側角部（以下「Ｒ部」という）と、絶縁性部材の折り目によって形成される角部との間のクリアランスが大きくなり、角形外装缶のＲ部と絶縁性部材の角部との干渉が抑制される。そのため、本発明の角形二次電池によれば、絶縁性部材で被覆された電極体を外装缶内に挿入する際の挿入性が向上するため、挿入時に生じる絶縁性部材のズレや破損による絶縁不良のリスクが抑制された角形密閉二次電池となる。
加えて、本発明の角形密閉二次電池は、角形外装缶の幅方向（角形外装体の底面における長手方向）に対して、従来より大きな幅を有する電極体を備えることが可能となり、電池体積当りの容量を向上させることが可能となる。なお、本発明の角形密閉二次電池においては、絶縁性シートとしては、一枚のシートからなるものであっても、複数枚のシートからなるものであってもよい。
また、本発明の角形密閉二次電池においては、前記絶縁性部材における小面積側の側面の幅を前記小面積側の側面と対向する前記電極体の幅よりも小さい構成としてもよく、前記絶縁性部材における大面積側の側面の幅を前記大面積側の側面と対向する前記電極体の幅よりも小さい構成としてもよい。前者の構成であれば、角形外装缶の厚み方向（角形外装缶の底面における短辺方向）に対して、従来より大きな厚みを有する電極体を備えることが可能となり、後者の構成であれば、角形外装缶の幅方向（角形外装缶の底面における長辺方向）に対して、従来より大きな幅を有する電極体を備えることが可能となるため、いずれの構成であっても電池体積当りの容量を向上させることが可能となる。
さらに、両者の構成を同時に採用することも当然可能であり、容易に角形外装缶のＲ部と絶縁性部材の角部との干渉を抑制できるようにすることができるとともに、電池体積当りの容量が向上するという上記効果が良好に奏されるようになる。
また、本発明の角形密閉二次電池においては、前記絶縁性部材は、前記絶縁性部材の底面と平行な平面上の断面形状が略八角形形状であり、前記略八角形形状を構成する８つの角部のうち４つの角部は、有底箱形形状の内部に電極体を配置させることにより新たに生じた角部とすることができる。また、前記絶縁性部材は、前記絶縁性部材の底面と平行な平面上の断面形状が略十二角形形状であり、前記略十二角形形状を構成する１２個の角部のうち、８つの角部は、有底箱形形状の内部に電極体を配置させることにより新たに生じた角部としてもよい。なお、本発明における「略八角形」、「略十二角形」という構成は、必ずしも正確に八角形ないし十二角形となっておらず、部分的に歪んでいたり湾曲しているものを含む意味で用いられている。例えば、集電体に設けられたリブが絶縁性部材と接触することにより、絶縁性部材が歪んだ状態となる場合がある。
本発明の角形密閉二次電池において、前記絶縁性部材の底面と平行な平面上の断面形状は、略八角形形状及び略十二角形形状に限定されない。例えば、集電体に設けられたリブが絶縁性部材と接触することにより、絶縁性部材の底面と平行な平面上の断面形状が、略八角形形状及び略十二角形形状以外の形状になる場合があるためである。
本発明の角形密閉二次電池における絶縁性部材は、電極体を被覆した状態では、本来の形状である絶縁性部材のみで成形した場合の形状と比較して若干変形する。絶縁性部材の小面積側の側面の幅又は大面積側の側面の幅が電極体の対応する幅よりも小さい場合には、電極体の底面と平行な平面上における断面形状が、本来の形状である長方形から、新たな４つの角部が生じて略八角形形状となり、同じく絶縁性部材の小面積側の側面の幅及び大面積側の側面の幅が電極体の対応する幅よりも小さい場合には略十二角形形状となる。これらの何れの構成を採用した場合であっても、容易に角形外装缶のＲ部と絶縁性部材の角部との干渉を抑制できるようにすることができ、上記本発明の効果が良好に奏されるようになる。
また、本発明の角形密閉二次電池においては、前記絶縁性部材は、柔軟性を有する絶縁性シートが前記六面体の辺に相当する箇所において折り曲げて成形されているものを使用することができる。
また、その場合は、前記絶縁性シートを折り曲げやすくするため、折り曲げ部分には予めミシン目ないしは薄肉部を設けておくことが好ましい。この場合、絶縁性部材における底面と平行な平面上における略八角形形状ないし略十二角形状の断面形状において、絶縁性部材の変形により新たに生じた４つないし８つの角部に対応する部分にはミシン目ないしは薄肉部を設けず、絶縁性部材の変形前から存在する４つの角部に対応する部分に予めミシン目ないしは薄肉部を設けておくようにすることができる。
また、本発明の角形密閉二次電池においては、前記絶縁性部材は、前記絶縁性シートの重なり部分が接着されていることが好ましい。
絶縁シートの重なり部分が接着されていると、絶縁シートの形状が安定化するため、容易に角形外装缶のＲ部と絶縁性部材の角部との干渉を抑制できるようにすることができ、上記本発明の効果が良好に奏されるようになる。なお、絶縁シートの重なり部分の接着方法としては、短時間に接着できると共に大量生産に適していることから、熱溶着法が好ましい。
また、本発明においては、前記絶縁性部材の前記底面の短辺の長さをＥとし、前記小面積側の側面の幅をＢとした場合、
Ｅ≧Ｂ
の関係を満たしておくことが好ましく、さらに、前記小面積側の側面と対向する電極体の厚みをＦとした場合に、
０．８ ≦ Ｅ／Ｆ ＜１．０、及び、０．８ ≦ Ｂ／Ｆ ＜１．０
の関係を満たしておくことが好ましい。
このような関係を満たすようにすると、箱状の絶縁性部材の作製が容易となると共に、電極体を成形された絶縁性部材の内部に挿入し易くなり、容易に角形外装缶のＲ部と絶縁性部材の角部との干渉を抑制できるようにすることができ、上記本発明の効果が良好に奏されるようになる。
また、本発明の角形密閉二次電池においては、前記電極体は、正極極板と負極極板とがセパレータを介して積層又は巻回されている偏平状電極体であり、一方の端部には正極芯体露出部が形成され、他方の端部には負極芯体露出部が形成されており、前記絶縁性部材の底面の長手方向における一方の端部側に前記正極芯体露出が位置し、他方の端部側に前記負極芯体露出部が位置するように、前記絶縁性部材に収容されているものとすることができる。
本発明の角形密閉二次電池によれば、大容量、高出力を有しながらも上記本発明の効果良好に奏することができるようになる。
また、上記目的を達成するため、本発明の角形密閉二次電池の製造方法は、
箱状に成形された絶縁性部材で電極体を被覆する工程（Ａ）と、
前記絶縁性部材で被覆されている前記電極体を金属製の角形外装体に挿入する工程（Ｂ）と、
を有する角形密閉二次電池の製造方法において、
前記絶縁性部材は、柔軟性を有する素材で形成され、
前記電極体が挿入されていない状態、あるいは前記電極体を内部に配置しないで組み立てた状態では、前記絶縁性部材の底面と平行な平面上の断面が略長方形となるものであり、
前記絶縁性部材に前記電極体を挿入することにより、あるいは前記絶縁性部材を前記電極体を内部に配置して組み立てることにより、前記絶縁性部材における底面と平行な平面上の断面の形状が変形するように、前記絶縁性部材の形状を変形させることを特徴とする。
本発明の角形密閉二次電池の製造方法によれば、絶縁性部材で被覆された電極体を角形外装缶内に挿入する際に生じる絶縁性部材のズレや破損による絶縁不良のリスクが低減され、信頼性の向上した角形密閉二次電池を容易に製造することが可能となる。
また、本発明の角形密閉二次電池の製造方法においては、前記絶縁性部材として、前記電極体が挿入されていない状態、あるいは前記電極体を内部に配置しないで組み立てた状態で、前記絶縁性部材における少なくとも対向する一対の側面の幅が、前記一対の側面が対向する前記電極体の幅よりも小さいものを用いることができる。その際、用いる前記絶縁性部材としては、前記電極体が挿入されていない状態、あるいは前記電極体を内部に配置しないで組み立てた状態で、前記絶縁性部材における小面積側の側面の幅が前記小面積側の側面が対向する前記電極体の幅よりも小さいものを用いることができ、さらには、前記絶縁性部材における大面積側の側面の幅が、前記大面積側の側面が対向する前記電極体の幅よりも小さいものを用いることができる。
これらの角形密閉二次電池の製造方法においては、前記絶縁性部材の底面と平行な平面上の断面形状を略長方形から、略八角形形状又は略十二角形形状に変形させることが好ましい。
本発明の角形密閉二次電池の製造方法においては、絶縁性部材は、電極体を被覆した状態では、本来の形状である絶縁性部材のみで成形した場合の形状と比較して若干変形する。絶縁性部材の小面積側の側面の幅又は大面積側の側面の幅が電極体の対応する幅よりも小さい場合には、電極体の底面と平行な平面上における断面形状が、本来の形状である長方形から、新たな４つの角部が生じて略八角形形状となり、同じく絶縁性部材の小面積側の側面の幅及び大面積側の側面の幅が電極体の対応する幅よりも小さい場合には略十二角形形状となる。これらの何れの製造方法を採用した場合であっても、容易に角形外装缶のＲ部と絶縁性部材の角部との干渉を抑制した状態で角形密閉電池を製造することができるようになる。
また、本発明の角形密閉二次電池の製造方法においては、前記工程（Ａ）において、柔軟性を有する絶縁性シートから前記絶縁性部材を成形する工程（Ｃ）を経ることが好ましい。この場合において、前記工程（Ｃ）において、前記絶縁性シートを所定形状に切り出す工程（Ｄ）、及び、前記絶縁性シートを前記六面体の辺に相当する部分において折り曲げる工程（Ｅ）を経ることが好ましい。また、前記工程（Ｅ）の前に、前記絶縁性シートの折り曲げられる箇所に、予めミシン目ないしは薄肉部を設ける工程（Ｆ）を経ることが好ましい。さらには、前記工程（Ｅ）の後に、折り曲げられた前記絶縁シートによって形成される空間内に前記電極体を挿入する工程（Ｇ）を経た後、折り曲げられた前記絶縁シートを、重なり部分において接着する工程（Ｈ）を経ることが好ましい。
これらの工程を経るようにすれば、上記効果を奏することができる本発明の角形密閉二次電池を容易に製造することができる。
図１Ａは本実施形態の角形密閉二次電池を電池外装缶及び絶縁性部材を透視して表した正面図であり、図１Ｂは図１ＡのＩＢ−ＩＢ線に沿った断面図である。 本実施形態の角形密閉二次電池で使用した絶縁性部材の展開図である。 本実施形態の角形密閉二次電池における、偏平状電極体と絶縁性部材との組合せ構造を説明するための斜視図である。 図４Ａは図１ＡのIV−IV線に沿った断面に相当する本実施形態の絶縁性部材の形状を外装缶と共に示した断面模式図であり、図４Ｂは同じく第１変形例の断面模式図であり、図４Ｃは同じく従来例の断面模式図である。 本発明における絶縁性部材の第２の変形例を示す展開図である。 本発明における絶縁性部材の第３の変形例を示す展開図である。
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための角形密閉二次電池として、偏平状巻回電極体を備えた角形非水電解質二次電池を例示するものであって、本発明をこの角形非水電解質二次電池に限定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。
最初に本実施形態に係る角形非水電解質二次電池を、図面を参照しながら説明する。この角形非水電解質二次電池１０は、正極極板と負極極板とがセパレータ（何れも図示省略）を介して巻回された偏平状巻回電極体１１を、絶縁性部材３０１で被覆した後、角形の電池外装缶１２の内部に収容し、封口板１３によって電池外装缶１２を密閉したものである。なお、図１Ａ及び図１Ｂにおいては、絶縁性部材３０１の図示は省略してある。
正極極板は、正極芯体としてのアルミニウム箔の両面に、帯状のアルミニウム箔が露出している正極芯体露出部１４が形成されるように、正極活物質合剤を塗布し、乾燥後に圧延することにより作製されている。また、負極極板は、負極芯体としての銅箔の両面に、帯状の銅箔が露出している負極芯体露出部１５が形成されるように、負極活物質合剤を塗布し、乾燥後に圧延することによって作製されている。そして、偏平状巻回電極体１１は、正極極板及び負極極板を、正極芯体露出部１４及び負極芯体露出部１５とが、それぞれ対向する電極の活物質合剤塗布部分と重ならないようにずらした状態で、かつ、巻回軸方向の一方の端部には正極芯体露出部１４が、もう一方の端部には負極芯体露出部１５がそれぞれ位置するように、例えばポリエチレン製の多孔質セパレータ（図示省略）を介して偏平状に巻回することにより作製されている。
このうち、正極芯体露出部１４は正極集電体１６を介して正極端子１７に接続され、負極芯体露出部１５は負極集電体１８１を介して負極端子１９に接続されている。なお、正極集電体１６は本体部１６ａ及びこの本体部１６ａから略垂直に折り曲げられたリブ１６ｂを有しており、本体部１６ａが正極集電受け部材（図示省略）と正極芯体露出部１４を挟んで抵抗溶接されている。同じく負極集電体１８１は本体部１８１ａ及びこの本体部１８１ａから略垂直に折り曲げられたリブ１８１ｂを有しており、負極集電受け部材１８２は本体部１８２ａ及びこの本体部１８２ａから略垂直に折り曲げられたリブ１８２ｂを有しており、負極集電体１８１の本体部１８１ａが負極集電受け部材１８２の本体部１８２ａと負極芯体露出部１５を挟んで抵抗溶接されている。なお、図１Ａにおける破線丸印部分が抵抗溶接箇所である。
また、正極端子１７、負極端子１９はそれぞれ絶縁部材２０、２１を介して封口板１３に固定されている。この角形非水電解質二次電池１０は、偏平状巻回電極体１１を金属製の角形電池外装缶１２内に挿入した後、封口板１３を電池外装缶１２の開口部にレーザ溶接し、その後電解液注液孔（図示省略）から非水電解液を注液して、この電解液注液孔を密閉することにより作製されている。
ここで、本実施形態の角形非水電解質二次電池１０における、偏平状巻回電極体１１及び絶縁性部材３０１の具体的構成と、偏平状巻回電極体１１を絶縁性部材３０１で被覆する方法について説明する。
［正極極板の作製］
正極極板は次のようにして作製した。まず、正極活物質としてのコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）粉末９４質量％と、導電剤としてのアセチレンブラックあるいはグラファイト等の炭素系粉末３質量％と、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）よりなる結着剤３質量％とを混合し、得られた混合物にＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）からなる有機溶剤を加えて混練して正極活物質合剤スラリーを調製した。次いで、アルミニウム箔（例えば、厚さが２０μｍのもの）からなる正極芯体を用意し、上述のようにして作製した正極活物質合剤スラリーを正極芯体の両面に、均一に塗布して正極活物質合剤層を塗布した。この際、正極活物質合剤層の一方側には、正極活物質合剤スラリーの塗布されていない所定幅（ここでは１２ｍｍとした）の非塗布部（正極芯体露出部１４）が正極芯体の端縁に沿って形成されるように塗布した。この後、正極活物質合剤層を形成した正極芯体を乾燥機中を通過させて、スラリー作製時に必要であったＮＭＰを除去して乾燥させた。乾燥後に、ロールプレス機により厚さが０．０６ｍｍとなるまで圧延して正極極板を作製した。このようにして作製した正極極板を幅が９５ｍｍとなる短冊状に切り出し、幅が１０ｍｍの帯状のアルミニウムからなる正極芯体露出部１４を設けた正極極板を得た。
［負極極板の作製］
負極極板は次のようにして作製した。まず、負極活物質としての天然黒鉛粉末９８質量％と、結着剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）及びスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）をそれぞれ１質量％ずつ混合し、水を加えて混練して負極活物質合剤スラリーを調製した。次いで、銅箔（例えば、厚さが１２μｍのもの）からなる負極芯体を用意し、上述のようにして作製した負極活物質合剤スラリーを負極芯体の両面に均一に塗布して、負極活物質合剤層を形成した。この場合、負極活物質合剤層の一方の側には、負極活物質合剤スラリーの塗布されていない所定幅（ここでは１０ｍｍとした）の非塗布部（負極芯体露出部１５）が負極芯体の端縁に沿って形成されるように塗布した。この後、負極活物質合剤層を形成した負極芯体を乾燥機中を通過させて乾燥させた。乾燥後に、ロールプレス機により厚さが０．０５ｍｍとなるまで圧延して負極極板を作製した。このようにして作製した負極極板を幅が１００ｍｍとなる短冊状に切り出し、幅が８ｍｍの帯状の負極芯体露出部１５を設けた負極極板を得た。
［偏平状巻回電極体の作製］
上述のようにして得られた正極極板の正極芯体露出部と負極極板の負極芯体露出部とがそれぞれ対向する電極の活物質合剤層と重ならないようにずらして、ポリエチレン製の多孔質セパレータ（厚さが０．０２２ｍｍで、幅が１００ｍｍのもの）を介して巻回することで、巻回電極体を作製した。その際、巻回電極体の最外周側が多孔質セパレータで覆われる状態とした。
次いで、巻回電極体をプレスして偏平状となした後、正極芯体露出部１４にはアルミニウム製の正極集電体１６及び正極集電体受け部品（図示せず）を、負極芯体露出部１５には銅製の負極集電体１８１及び負極集電体受け部品１８２を、それぞれ抵抗溶接によって取り付けることで、実施形態の偏平状巻回電極体１１を作製した。なお、偏平状巻回電極体１１の寸法は、幅（正極芯体露出部側の端部から負極芯体露出部側の端部までの長さ）を１０７ｍｍとし、厚み（正極極板の正極活物質合材層が形成された部分と、負極極板の負極活物質合材層が形成された部分がセパレータを介して積層されている部分の厚み）を１１．６ｍｍとした。
ここで、偏平状巻回電極体１１の幅（正極芯体露出部側の端部から負極芯体露出部側の端部までの長さ）が、絶縁性部材における大面積側の側面と対向する電極体の幅に相当する。また、偏平状巻回電極体１１の厚み（正極極板の正極活物質合材層が形成された部分と、負極極板の負極活物質合材層が形成された部分がセパレータを介して積層されている部分の厚み）が、絶縁性部材における小面積側の側面と対向する電極体の幅に相当する。
［絶縁性部材の作製］
本実施形態の角形非水電解質二次電池１０で使用する絶縁性部材３０１の素材としては、厚さが１５０μｍのポリプロピレン製シートを用いた。このシートを、図２に示すように、正面部分３０ａ、背面部分３０ｂ、底面部分３０ｃ、一対の側面部分３０ｄと、一対の第一の折り返し部３０ｅ、及び、一対の小舌片状の第二の折り返し部３０ｆを備えた形状に切り出した後、破線で示す部分にミシン目を形成することで絶縁性部材３０１を作製した。
絶縁性部材３０１の成形前すなわちシート状の状態での寸法は、正面部分３０ａ及び背面部分３０ｂの幅をＡ、側面部分３０ｄの幅をＢ、第一の折り返し部３０ｅの幅をＣ、高さ（底面から開口部までの長さ）をＤ、底面部分３０ｃの短辺側の長さをＥとし、Ａ＝１０６．７ｍｍ、Ｂ＝１０．６ｍｍ、Ｃ＝８ｍｍ、Ｄ＝８６ｍｍ、Ｅ＝１０．６ｍｍである。
［偏平状巻回電極体の被覆］
絶縁性部材３０１をミシン目に沿って全て山折りで折り目を付けた後、図３に示すように、絶縁性部材３０１で形成される空間内に偏平状巻回電極体１１を、偏平状巻回電極体１１の巻回軸方向を横向きとし、正極集電体１６及び負極集電体１８１がそれぞれ絶縁性部材３０１の側面部分３０ｄに対向するように挿入する。その後、第一の折り返し部３０ｅと正面部分３０ａとの重なり部分を熱溶着によって接着することで、偏平状巻回電極体１１を箱形形状に形成された絶縁性部材３０１で被覆した。
ここで、偏平状巻回電極体１１の寸法と、箱形形状の絶縁性部材３０１の寸法について着目してみると、まず、箱形形状の絶縁性部材３０１を単独で箱形形状に成形した場合は、従来の角形密閉二次電池で用いられている絶縁性部材と同様に、その形状は直方体である六面体から一つの面（底面部分３０ｃと対向する面）を除いた有底箱形形状となる。すなわち、厚み（正面部分３０ａから背面部分３０ｂまでの距離）は、底面部分３０ｃの短辺側の長さ及び側面部分３０ｄの幅と一致して、１０．６ｍｍ（＝Ｂ、Ｅ）であり、幅は正面部分３０ａ及び背面部分３０ｂと一致して、１０６．７ｍｍ（＝Ａ）であり、高さは、８６ｍｍ（＝Ｄ）となり、これが本来の箱形形状の絶縁性部材３０１の寸法である。また、有底箱形形状において、開口部の短辺の長さと底面の短辺の長さが等しくなっている。
一方、偏平状巻回電極体１１の寸法は、上述のとおり幅が１０７ｍｍで、厚みが１１．６ｍｍである。したがって、本来の箱形形状の絶縁性部材３０１の寸法と比較すると、偏平状巻回電極体１１は、幅及び厚み共に大きいことになる。したがって、絶縁性部材３０１は柔軟性を備えたポリプロピレン製シートで形成されているため、撓むことにより偏平状巻回電極体１１を被覆することは可能であるが、偏平状巻回電極体１１を被覆することにより、本来の箱形形状（直方体である六面体から、一つの面が除かれた形状）から若干変化し、底面に平行な平面における断面は、図４Ｃに示した従来例に相当する本来の箱形形状の際の長方形から変形することになる。
すなわち、絶縁部材３０１の小面積側の側面３０ｄの幅Ｂを偏平状巻回電極体１１の厚みよりも小さい状態とし、かつ、絶縁部材３０１の大面積側の側面３０ａ、３０ｂの幅Ａを偏平状巻回電極体１１の幅よりも小さい状態とすると、底面に平行な平面における断面は、図４Ａに示したように、新たな８つの角部が生じて略十二角形形状となる。
また、絶縁部材３０１の小面積側の側面３０ｄの幅Ｂ及び大面積側の側面３０ａ、３０ｂの幅Ａのいずれか一方のみを、偏平状巻回電極体１１の厚み（幅Ｂの場合）ないし幅（幅Ａの場合）より小さい状態とすると、底面に平行な平面における断面は略八角形形状となる。図４Ｂには、第１の変形例として、幅Ａについては偏平状巻回電極体１１の幅よりも小さくせず、幅Ｂのみ偏平状巻回電極体１１の厚みより小さくした場合の断面を示した。
ただし、新たに生ずる４つの角部ないし８つの角部は、内部に存在する偏平状巻回電極体１１の形状に応じて絶縁性部材３０１が撓んで生じるものであるから、予め折り目を付けられている本来の箱形形状での断面である長方形の４隅に相当する角部のように明確な折り目が存在するものではない。また、偏平状巻回電極体１１を絶縁性部材３０１で被覆した状態から、偏平状巻回電極体１１を引き抜くことにより、消失する程度のものである。そのため、本発明における略八角形ないし略十二角形という形状は、正確に直線状になっていると言うことを意味するものではなく、歪な形状となっていてもよいものである。
絶縁性部材に新たに生ずる角部は、幅Ｂを偏平状巻回電極体１１の厚みより小さくした場合には大面積側の側面３０ａ、３０ｂに各面ごとに２つずつの計４つ生じ、幅Ａを偏平状巻回電極体１１の幅より小さくした場合には小面積側の側面３０ｄに各面ごとに２つずつの計４つ生ずる。
すなわち、絶縁性部材の底面と平行な平面上の断面の形状が略八角形の場合、新たに生ずる４つの角部は、幅Ｂを偏平状巻回電極体１１の厚みより小さくした場合には、偏平状巻回電極体１１における最大の厚みを有する領域と厚みが減少する領域との４つの境界部分と、それぞれ対向する状態となる。また、幅Ａを偏平状巻回電極体１１の幅より小さくした場合には、新たに生ずる４つの角部は、偏平状巻回電極体１１の幅方向における両端部に存在する４つの角部とそれぞれ対向する状態となる。
絶縁性部材の底面と平行な平面上の断面の形状が略十二角形の場合、新たに生ずる８つの角部のうち４つは、偏平状巻回電極体１１における最大の厚みを有する領域と厚みが減少する領域との４つの境界部分と、それぞれ対向する状態となる。また、残りの４つの角部は、偏平状巻回電極体１１の幅方向における両端部に存在する４つの角部とそれぞれ対向する状態となる。
また、本来の箱形形状の絶縁性部材３０１の寸法と偏平状巻回電極体１１を被覆することによって変形した寸法の差が大き過ぎたり、上記新たに生ずる４つないし８つの角部の角度が小さ過ぎたりすることは好ましくない。したがって、側面部分３０ｄの幅Ｂと、底面部分３０ｃの短辺側の長さＥは、偏平電極体１１の厚みをＦとした場合、
０．８≦ Ｅ/Ｆ ＜１．０ 、及び、 ０．８≦ Ｂ/Ｆ ＜１．０
を満たすことが好ましく、また、新たに生ずる角部から側面までの距離をＬとした場合、
ｔａｎ（０．１°） ≦ （Ｆ−Ｂ）／Ｌ ≦ ｔａｎ（５°）
を満たすことが好ましいと考えられる。なお、本実施形態におけるＬの好ましい長さは１０〜１５ｍｍである。
このうち、０．８≦ Ｂ/Ｆ ＜１．０の条件は、絶縁部材３０１の小面積側の側面３０ｄの幅Ｂが対応する偏平状巻回電極体１１の小面積側の側面の幅Ｆよりも小さいことを意味するものであり、この場合の底面の断面の形状を従来例に相当する図４Ｃと比較することにより、本発明の効果を端的に示すことができる。すなわち、従来例の角形密閉二次電池であれば、絶縁性部材３１は、直方体形状の六面体から一つの面を除いた形状であるため、図４Ｃに示したように、絶縁性部材３１の折り目によって形成される角部の角度はそれぞれ９０°であり、断面は長方形である。そのため、角形外装缶１２の内側角部がＲ形状（以下、Ｒ形状をした内側角部を「Ｒ部」という）をしている場合は、角形外装缶１２のＲ部と絶縁性部材３１の角部が直接干渉することになる。
一方、本実施形態ないし第１変形例に係る角形密閉二次電池の場合は、上述したように断面が略八角形形状ないし十二角形形状であるため、絶縁性部材３０１の折り目によって形成される角部と角形外装缶１２のＲ部とのクリアランスが大きくなり、角形外装缶１２のＲ部と絶縁性部材の角部との干渉が抑制される。
また、本実施形態ないし第１変形例に係る角形密閉二次電池は、偏平状巻回電極体１１を被覆した状態でも、絶縁性部材３０１の側面部分３０ｄの幅Ｂが、偏平状巻回電極体１１の厚みＦよりも小さいため、被覆された偏平状電極体１１を外装缶１２に挿入する工程における挿入性に優れ、挿入時に生じる絶縁性部材のズレや破損による絶縁不良のリスクが抑制されるという優れた効果を備えたものとなる。
加えて、本実施形態ないし第１変形例に係る角形密閉二次電池は、角形外装缶１２のＲ部と絶縁性部材の角部との干渉が抑制されることから、角形外装缶１２の幅方向に対して、従来例よりもより幅広な電極体を収容することが可能となるため、電池体積当りの電池容量を向上させることも可能となる。
また、上記の０．８≦ Ｅ/Ｆ ＜１．０という条件は、絶縁性部材３０１の底面部分３０ｃの短辺側の長さＥが偏平状巻回電極体１１の厚みＦよりも小さいことを示しているものである。このような構成を備えていると、絶縁性部材３０１で被覆された偏平状電極体１１を外装缶１２内に極めて挿入し易くなる。
なお、本発明の角形密閉二次電池は、上記本実施形態ないし第１変形例において示したように、絶縁性部材で電極体を被覆する際に特定の寸法を有する部材を用いる点を除いて、従来の角形密閉二次電池と製造方法において本質的な相違点はない。そのため、本発明は、絶縁性部材が、略直方体形状を有する六面体の面から一つの面が除かれた形状である有底箱形形状であるという形状の条件と、単独で箱形形状に成形した場合の厚み方向ないし幅方向のサイズについて、少なくともそのどちらか一方が電極体よりも小さいという寸法の条件を共に満たしていれば、任意の金属製の外装缶を備えた角形密閉二次電池において実施可能である。
したがって、上記実施形態においては、絶縁性部材３０１として、１５０μｍの厚みを有する１枚のポリプロピレン製シートを特定の寸法に切り出し成形して用いたが、本発明においては、絶縁性部材として、柔軟性及び絶縁性を有する任意の素材を使用することができ、任意の成形方法を採用することが可能である。例えば、樹脂を箱形に成形したものも使用することができ、また、ポリプロピレン製のものだけでなく、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテル・エーテル・ケトン、ナイロン等によって作製されたものも使用し得る。
また、本発明においては、一枚の絶縁性シートから絶縁性部材を成形する場合には、上記実施形態ないし第１変形例のように、折り目に予めミシン目を設ける等して折り目で折り曲げやすくすることが好ましいが、本発明の実施に際しては必ずしも必要ではない。また、ミシン目に代えて薄肉部を設ける方法等も可能である。
加えて、絶縁性シートの切り出し形状についても、上記の条件を満たす任意の形状で良いため、実施形態で用いた図２に示される形状に限らない。例えば、図５及び図６に示した、絶縁部材３０２、３０３のような形状がそれぞれ第２変形例及び第３変形例として挙げられる。
なお、上記実施形態においては、絶縁性部材３０１として側面部分３０ｄの幅Ｂと底面部分３０ｃの短辺側の長さＥが等しい絶縁性シートを用いたが、箱状に成形可能な寸法であれば、必ずしも側面部分３０ｄの幅Ｂと底面部分３０ｃの短辺側の長さＥを等しくする必要はない。しかしながら、底面部分３０ｃの短辺側の長さＥが側面部分３０ｄの幅Ｂよりも小さい場合は、正面部分３０ａもしくは背面部分３０ｂの底面側が歪み外側に膨らんでしまうことにより、挿入しずらくなる虞があるため、本発明において、絶縁性シートを切り出して箱状に成形した絶縁性部材を用いる場合は、Ｅ≧Ｂを満たすような寸法に切り出すことが好ましく、特に好ましいのは上記実施形態に示したＥ＝Ｂとなる形状である。
また、絶縁性部材としては、確実に絶縁でき、かつ、箱形形状を維持できる程度の剛性を備えていることが好ましいため、上記実施形態のように一枚のポリプロピレン製シートから絶縁性部材を成形する際には、絶縁性シートとしてのポリプロピレン製シートの厚みは、８０μｍ以上あることが好ましく、１００μｍ以上であることがより好ましい。
一方、絶縁性シートの厚みが過大の場合、体積当りの電池容量に影響がでるため好ましくない。絶縁性シートとしてポリプロピレン製シートを採用する場合は、厚みが５００μｍ以下のものが好ましく、より好ましくは３００μｍ以下である。
また、上記実施形態では電極体として偏平状巻回電極体１１を用いたが、上述したように本発明は、絶縁性部材の形状、及び、電極体と比較した場合の絶縁性部材の寸法についての条件を満たせば実施可能であるため、それ以外の電極体の構成については限定されない。したがって、本発明は、正極極板及び負極極板をセパレータを介して積層した積層型電極体を採用した角形密閉二次電池などのように、電極体として偏平状巻回電極体を採用していない角形密閉二次電池にも当然適用可能である。
なお、本発明における、絶縁性部材に対向する電極体の幅(電極体の幅、及び厚み)は、電極体を絶縁性部材の内部に配置する時点での値である。
１０：角形電池
１１：偏平状巻回電極体
１２：電池外装缶
１３：封口板
１４：正極芯体露出部
１５：負極芯体露出部
１６：正極集電体
１６ａ：本体部
１６ｂ：リブ
１７：正極端子
１８１：負極集電体
１８１ａ：本体部
１８１ｂ：リブ
１８２：負極集電体受け部品
１８２ａ：本体部
１８２ｂ：リブ
１９：負極端子
２０、２１：絶縁部材
３０１〜３０３、３１：絶縁性部材

Claims (20)

  1. 箱状に成形された絶縁性部材と、前記絶縁性部材に収容された電極体と、金属製の角形外装体と、を備えた角形密閉二次電池であって、
    前記絶縁性部材は、
    略直方体形状を有する六面体の面から、上面が除かれた形状である有底箱形形状であり、前記絶縁性部材における少なくとも対向する一対の側面の幅が、前記一対の側面が対向する電極体の幅よりも小さく、
    前記絶縁性部材における小面積側の側面の幅が、前記小面積側の側面と対向する前記電極体の幅よりも小さく、
    前記絶縁性部材は、前記絶縁性部材の底面の短辺の長さをＥとし、前記小面積側の側面の幅をＢとし、前記小面積側の側面と対向する電極体の幅をＦとした場合、
    ０．８ ≦ Ｅ／Ｆ ＜１．０、及び、０．８ ≦ Ｂ／Ｆ ＜１．０の関係を満たす角形密閉二次電池。
  2. 前記絶縁性部材は、前記絶縁性部材の底面と平行な平面上の断面形状が略八角形形状であり、前記略八角形形状を構成する８つの角部のうち４つの角部は、有底箱形形状の内部に電極体を配置させることにより新たに生じた角部であり、
    前記４つの角部は、それぞれ前記電極体と接している請求項１に記載の角形密閉二次電池。
  3. 前記絶縁性部材は、柔軟性を有する絶縁性シートからなり、前記六面体の辺に相当する箇所に折り曲げ部が形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の角形密閉二次電池。
  4. 前記絶縁性部材は、前記絶縁性シートの前記折り曲げ部にミシン目ないしは薄肉部を有することを特徴とする、請求項３に記載の角形密閉二次電池。
  5. 前記絶縁性部材は、前記絶縁性シートの重なり部分が接着されていることを特徴とする、請求項３又は４に記載の角形密閉二次電池。
  6. 前記電極体は、正極極板と負極極板とがセパレータを介して積層又は巻回されている偏平状電極体であり、
    一方の端部には正極芯体露出部が形成され、他方の端部には負極芯体露出部が形成されており、
    前記絶縁性部材の底面の長手方向における一方の端部側に前記正極芯体露出が位置し、他方の端部側に前記負極芯体露出部が位置するように、前記絶縁性部材に収容されている、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の角形密閉二次電池。
  7. 箱状に成形された絶縁性部材と、前記絶縁性部材に収容された電極体と、金属製の角形外装体と、を備えた角形密閉二次電池であって、
    前記絶縁性部材は、
    略直方体形状を有する六面体の面から、上面が除かれた形状である有底箱形形状であり、前記絶縁性部材における少なくとも対向する一対の側面の幅が、前記一対の側面が対向する電極体の幅よりも小さく、
    前記絶縁性部材は、前記絶縁性部材の底面と平行な平面上の断面形状が略十二角形形状であり、前記略十二角形形状を構成する１２個の角部のうち、８つの角部は、有底箱形形状の内部に電極体を配置させることにより新たに生じた角部である角形密閉二次電池。
  8. 箱状に成形された絶縁性部材と、前記絶縁性部材に収容された電極体と、金属製の角形外装体と、を備えた角形密閉二次電池であって、
    前記絶縁性部材は、
    略直方体形状を有する六面体の面から、上面が除かれた形状である有底箱形形状であり、前記絶縁性部材における少なくとも対向する一対の側面の幅が、前記一対の側面が対向する電極体の幅よりも小さく、
    前記絶縁性部材は、前記絶縁性部材の底面と平行な平面上の断面形状が略八角形形状であり、前記略八角形形状を構成する８つの角部のうち４つの角部は、有底箱形形状の内部に電極体を配置させることにより新たに生じた角部であり、
    前記４つの角部はそれぞれ前記電極体と接している角形密閉二次電池。
  9. 前記絶縁性部材は、柔軟性を有する絶縁性シートからなり、前記六面体の辺に相当する箇所に折り曲げ部が形成されていることを特徴とする、請求項８に記載の角形密閉二次電池。
  10. 前記絶縁性部材は、前記絶縁性シートの重なり部分が接着されていることを特徴とする、請求項９に記載の角形密閉二次電池。
  11. 前記絶縁性部材は、前記底面の短辺の長さをＥとし、前記絶縁性部材における小面積側の側面の幅をＢとした場合、
    Ｅ≧Ｂ
    の関係を満たすことを特徴とする、請求項８〜１０のいずれかに記載の角形密閉二次電池。
  12. 箱状に成形された絶縁性部材と、前記絶縁性部材に収容された電極体と、金属製の角形外装体と、を備えた角形密閉二次電池であって、
    前記絶縁性部材は、
    略直方体形状を有する六面体の面から、上面が除かれた形状である有底箱形形状であり、前記絶縁性部材における少なくとも対向する一対の側面の幅が、前記一対の側面が対向する電極体の幅よりも小さく、
    前記絶縁性部材は、底部と、前記底部の短手方向における一方端から上方に延びる正面部分と、前記底部の短手方向における他方端から上方に延びる背面部分を有し、
    前記底部と前記正面部分の間、及び前記底部と前記背面部分の間にはそれぞれ折り曲げ部が形成され、
    前記底部の短辺側の長さは、前記底部の短辺が延びる方向における前記電極体の厚みよりも小さい角形密閉二次電池。
  13. 前記絶縁性部材は、柔軟性を有する絶縁性シートからなり、前記六面体の辺に相当する箇所に折り曲げ部が形成され、
    前記絶縁性部材は、前記絶縁性シートの重なり部分が接着されている請求項１２に記載の角形密閉二次電池。
  14. 箱状に成形された絶縁性部材で電極体を被覆する工程（Ａ）と、
    前記絶縁性部材で被覆されている前記電極体を金属製の角形外装体に挿入する工程（Ｂ）と、
    を有する角形密閉二次電池の製造方法において、
    前記絶縁性部材は、柔軟性を有する素材で形成され、
    前記電極体が挿入されていない状態、あるいは前記電極体を内部に配置しないで組み立てた状態では、前記絶縁性部材の底面と平行な平面上の断面が略長方形となるものであり、
    前記絶縁性部材に前記電極体を挿入することにより、あるいは前記絶縁性部材を前記電極体を内部に配置して組み立てることにより、前記絶縁性部材における底面と平行な平面上の断面の形状が変形するように、前記絶縁性部材の形状を変形させる角形密閉二次電池の製造方法であって、
    前記絶縁性部材として、前記電極体が挿入されていない状態、あるいは前記電極体を内部に配置しないで組み立てた状態で、前記絶縁性部材における少なくとも対向する一対の側面の幅が、前記一対の側面が対向する前記電極体の幅よりも小さいものを用い、
    前記一対の側面が、前記絶縁性部材における小面積側の側面である角形密閉二次電池
    の製造方法。
  15. 前記絶縁性部材は、前記電極体が挿入されていない状態、あるいは前記電極体を内部に配置しないで組み立てた状態で、前記絶縁性部材における大面積側の側面の幅が、前記大面積側の側面が対向する前記電極体の幅よりも小さいものを用いることを特徴とする請求項１４に記載の角形密閉二次電池の製造方法。
  16. 前記絶縁性部材の底面と平行な平面上の断面形状を、略長方形から略八角形形状又は略十二角形形状に変形させることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の角形密閉二次電池の製造方法。
  17. 前記工程（Ａ）において、柔軟性を有する絶縁性シートから前記絶縁性部材を成形する工程（Ｃ）を経ることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれかに記載の角形密閉二次電池の製造方法。
  18. 前記絶縁性部材は、前記電極体を内部に配置しないで組み立てた場合、直方体形状を有する六面体の面から上面が除かれた形状である有底箱形形状であり、
    前記工程（Ｃ）において、前記絶縁性シートを所定形状に切り出す工程（Ｄ）、及び、
    前記絶縁性シートを前記六面体の辺に相当する部分において折り曲げる工程（Ｅ）、を経ることを特徴とする請求項１７に記載の角形密閉二次電池の製造方法。
  19. 前記工程（Ｅ）の前に、前記絶縁性シートの折り曲げられる箇所に、予めミシン目ないしは薄肉部を設ける工程（Ｆ）を経ることを特徴とする、請求項１８に記載の角形密閉二次電池の製造方法。
  20. 前記工程（Ｅ）の後に、
    折り曲げられた前記絶縁性シートによって形成される空間内に前記電極体を挿入する工程（Ｇ）を経た後、
    折り曲げられた前記絶縁性シートを、重なり部分において接着する工程（Ｈ）を経ることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の角形密閉二次電池の製造方法。
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