JP6431089B2 - 角形二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、帯状の正極電極および負極電極を間にセパレータを挟み込んで捲回して扁平状に形成された電極群を有する角形二次電池に関する。

特許文献１の角形二次電池は、それぞれ電極活物質層が形成された帯状の正極板および負極板を、間に帯状のセパレータを挟み込んで捲回した扁平状の捲回群と、正極端子および負極端子が設けられて捲回群および電解液が内部に収納されたケースと、を備えている。正極板および負極板は、セパレータに当接する電極活物質層が形成された帯状の電極部と、捲回軸方向一方側にセパレータから突出しているとともに電極活物質層が形成されていない側縁部を有している。側縁部は、正極板および負極板の長手方向に沿って間隔をおいて並んだ複数の金属箔露出部の凸部を有し、各金属箔露出部の凸部の中央部で折り返して、正極板および負極板を重ねて捲回することにより、正極板の複数の凸部が互いに積層され正極電極の金属箔露出部を形成し、負極板の複数の凸部が互いに積層されて負極電極の金属箔露出部を形成している。

特開２００８−２２６６２５号公報

上述した特許文献１の技術では、捲回群に形成される正極電極および負極電極の金属箔露出部よりなる凸部は折り返して曲線部分に形成されているため、凸部を束ねて電池外部端子と接合するのが困難であり、電池の大型化を図る上で、凸部を束ねて捲回群の重量を支えるのが困難である。

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、捲回群の重量を支えることに優れた角形二次電池を供給することである。

上記課題を解決する本発明の角形二次電池は、正極電極と負極電極を間にセパレータを介して捲回した扁平状の捲回群と、該捲回群が収容される電池容器とを有する角形二次電池であって、前記正極電極は、正極合剤層を有する正極金属箔の一方の長辺端部に金属箔露出部よりなる複数の凸部を有し、前記負極電極は、負極合剤層を有する負極金属箔の一方の長辺端部に金属箔露出部よりなる複数の凸部を有し、前記正極電極の複数の凸部と前記負極電極の複数の凸部は、前記捲回群の捲回軸方向一方側の端面において互いに前記捲回群の厚さ方向一方側と他方側に分かれた位置で且つ、前記捲回群の一方の湾曲部側と他方の湾曲部側に偏った位置に配置されており、前記捲回群の厚さ方向中心側よりも厚さ方向外側の方が幅広に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、捲回群の正極電極の凸部と負極電極の凸部は、電極群の捲回軸方向一方側の端面において対角の位置、すなわち、互いに捲回群の厚さ方向一方側と他方側に分かれた位置で且つ、捲回群の一方の湾曲部側と他方の湾曲部側に偏った位置に配置されており、捲回群の厚さ方向には対向していない。したがって、正極電極の凸部と負極電極の凸部との間には所定の距離が確保されており、例えば衝突の衝撃により電池容器が変形した場合に、正極電極の凸部と負極電極の凸部とが接触する可能性が低く、短絡のリスクを小さくすることができる。

そして、正極電極の凸部と負極電極の凸部は、捲回群の最内周に位置する凸部よりも捲回群の厚さ方向外側に位置する凸部の方が、幅広に形成されている。したがって、束ねた凸部を正極集電板または負極集電板に接合するための溶接面積が広くなり、捲回群の重量を支える面積が広くなり、捲回群を電池蓋に吊り下げる支持強度に優れる。

角形二次電池の外観斜視図。 角形二次電池の分解斜視図。 捲回群の分解斜視図。 実施例にかかる捲回群の上面図。 凸部を集電板に接合する方法の一例を示す図。 正極電極の平面図。 捲回群の変形例を示す上面図。 捲回群の変形例を示す上面図。

次に本実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態では、角形二次電池がリチウムイオン二次電池の場合を例に説明するが、本発明は、リチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、他の角形二次電池に適用可能である。

図１は、角形二次電池の外観斜視図、図２は、角形二次電池の分解斜視図である。
角形二次電池１００は、扁平状の捲回群３を不図示の電解液と共に電池容器に封入した構造を有している。電池容器は、電池缶１および電池蓋６を備えている。電池缶１は、相対的に面積の大きい一対の対向する幅広側面１ｂと相対的に面積の小さい一対の対向する幅狭側面１ｃと底面１ｄを有しており、上部は開口部１ａによって開放されている。

電池缶１内には、捲回群３が収納され、電池缶１の開口部１ａが電池蓋６によって封止される。電池蓋６は，略矩形平板状であって、電池缶１の開口部１ａを塞ぐように溶接されて電池缶１を封止している。角形二次電池１００は、電池缶１内に電解液を注入した後、電池蓋６に注液栓１１をレーザ溶接により接合して注液口９を封止することにより密閉される。

電池蓋６には、正極外部端子１４と、負極外部端子１２が設けられている。正極外部端子１４と負極外部端子１２は、それぞれ電池蓋６から電気的に絶縁するために、ガスケット５および絶縁板７を間に介して設けられている。電池蓋６には、ガス排出弁１０が一体的に設けられ、電池容器内の圧力が上昇すると、ガス排出弁１０が開いて内部からガスが排出され、電池容器内の圧力が低減される。これによって、角形二次電池１００の安全性が確保される。

電池缶１内には、絶縁保護フィルム２を介して捲回群３が収容されている。絶縁保護フィルム２は、捲回群３を包むように折り畳まれて、捲回群３と共に電池缶１に挿入される。

捲回群３は、扁平形状に捲回されているため、断面半円形状の互いに対向する一対の湾曲部と、これら一対の湾曲部の間に連続して形成される平坦部を有している。そして、捲回群３の捲回軸方向一方側の端面には、正極電極３４の正極金属箔露出部よりなる複数の凸部３４ｃと負極電極３２の負極金属箔露出部よりなる複数の凸部３２ｃとが突出して設けられている。

捲回群３は、捲回軸方向が電池缶１の縦幅方向（高さ方向）に沿うように捲回軸方向一方側から電池缶１内に挿入され、凸部３４ｃ、３２ｃが突出していない捲回軸方向他方側の端面が電池缶１の底面１ｄに対向して配置され、凸部３４ｃ、３２ｃが突出している捲回軸方向一方側の端面が電池缶１の開口部１ａ側に配置される。

本実施例における捲回群３は、捲回軸方向一方側に正極電極３４の凸部３４ｃと負極電極３２の凸部３２ｃの両方が配置された構成を有しているので、正極電極３４の正極金属箔露出部と負極電極３２の負極金属箔露出部とが捲回軸方向一方側と他方側に分かれて配置されている従来公知の捲回群と比較して、電池缶１の大きさが同じ場合に電極合剤層の幅をより広くすることができる。すなわち、電池缶１内のデッドスペースを削減して電池缶１内における電極合剤層の占有体積を増やすことができ、電池の高容量化を図ることができる。

捲回群３の正極電極３４の凸部３４ｃは、捲回群３の厚さ方向に複数枚が重ねて束ねられ、正極集電板（集電端子）４４に接合されており、正極集電板４４を介して電池蓋６に設けられた正極外部端子１４と電気的に接続されている。同様に、捲回群３の負極電極３２の凸部３２ｃは、捲回群３の厚さ方向に複数枚が重ねて束ねられ、負極集電板（集電端子）２４に接合されており、負極集電板２４を介して電池蓋６に設けられた負極外部端子１２と電気的に接続されている。これにより、捲回群３は、電池缶１内で電池蓋６に吊り下げ支持される。そして、正極集電板４４および負極集電板２４を介して捲回群３から外部負荷へ電力が供給され、正極集電板４４および負極集電板２４を介して捲回群３へ外部発電電力が供給され充電される。

正極外部端子１４および正極集電板４４の形成素材としては、例えばアルミニウム合金が挙げられ、負極外部端子１２および負極集電板２４の形成素材としては、例えば銅合金が挙げられる。また、絶縁板７およびガスケット５の形成素材としては、例えばポリブチレンテレフタレートやポリフェニレンサルファイド、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂等の絶縁性を有する樹脂材が挙げられる。

電池蓋６には、電池容器内に電解液を注入するための注液口９が開口しており、この注液口９は、電解液を電池容器内に注入した後に注液栓１１によって封止される。ここで、電池容器内に注入される電解液としては、例えばエチレンカーボネート等の炭酸エステル系の有機溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）等のリチウム塩が溶解された非水電解液を適用することができる。

正極外部端子１４、負極外部端子１２は、バスバー等に溶接接合される溶接接合部を有している。溶接接合部は、電池蓋６から上方に突出する直方体のブロック形状を有しており、下面が電池蓋６の表面に対向し、上面が所定高さ位置で電池蓋６と平行になる構成を有している。

正極接続部１４ａ、負極接続部１２ａは、正極外部端子１４、負極外部端子１２の下面からそれぞれ突出して先端が電池蓋６の正極側貫通孔４６、負極側貫通孔２６に挿入可能な円柱形状を有している。正極接続部１４ａ、負極接続部１２ａは、電池蓋６を貫通して正極集電板４４、負極集電板２４の集電板基部４１、２１よりも電池缶１の内部側に突出しており、先端がかしめられて、正極外部端子１４、負極外部端子１２と、正極集電板４４、負極集電板２４を電池蓋６に一体に固定している。正極外部端子１４、負極外部端子１２と電池蓋６との間には、ガスケット５が介在され、正極集電板４４、負極集電板２４と電池蓋６との間には、絶縁板７が介在される。

正極集電板４４、負極集電板２４は、電池蓋６の下面に対向して配置される矩形板状の集電板基部４１、２１と、集電板基部４１、２１の側端でそれぞれ折曲されて、電池缶１の幅広側面１ｂに沿って底面１ｄ側に向かって突出し、捲回群３の正極電極３４の凸部３４ｃ及び負極電極３２の凸部３２ｃに対向し、重ね合わされた状態で接合される接続端部４２、２２を有している。集電板基部４１、２１には、正極接続部１４ａ及び負極接続部１２ａが挿通される開口穴４３、２３がそれぞれ形成されている。

捲回群３の平坦部に沿う方向でかつ捲回群３の捲回軸方向に直交する方向を中心軸方向として前記捲回群３の周囲には絶縁保護フィルム２が巻き付けられている。絶縁保護フィルム２は、例えばＰＰ（ポリプロピレン）などの合成樹脂製の一枚のシートまたは複数のフィルム部材からなり、捲回群３の扁平面と平行な方向でかつ捲回軸方向に直交する方向を巻き付け中心として巻き付けて捲回群３を包み込むことができる。

図３は、捲回電極群の一部を展開した状態を示す分解斜視図である。
捲回群３は、負極電極３２と正極電極３４を間にセパレータ３３、３５を挟み込んで扁平状に捲回することによって構成されている。捲回群３は、最外周の電極が負極電極３２であり、さらにその外側にセパレータ３３、３５が捲回される。セパレータ３３、３５は、正極電極３４と負極電極３２との間を絶縁する役割を有している。

正極電極３４は、正極集電体である正極金属箔の両面に正極活物質合剤を塗布した正極合剤層を有し、正極金属箔の幅方向一方側の長辺端部に、正極活物質合剤を塗布しない正極金属箔露出部が設けられ、正極金属箔露出部に複数の凸部３４ｃが形成されている。負極電極３２は、負極集電体である負極金属箔の両面に負極活物質合剤を塗布した負極合剤層を有し、負極金属箔の幅方向一方側の長辺端部に、負極活物質合剤を塗布しない負極金属箔露出部が設けられ、負極金属箔露出部に複数の凸部３２ｃが形成されている。

負極電極３２の負極合剤層は、正極電極３４の正極合剤層よりも捲回幅方向に大きくなっており、セパレータ３３、３５を重ね合わせて捲回した場合に正極合剤層が必ず負極合剤層に挟まれるように構成されている。

正極電極３４および負極電極３２は、金属箔露出部がそれぞれ捲回軸方向一方側に配置されるように互いに重ね合わされて捲回される。正極電極３４および負極電極３２は、各金属箔露出部の一部がそれぞれ捲回幅方向一方側に突出して形成された凸部３４ｃ、３２ｃを有している。凸部３４ｃ、３２ｃは、正極電極３４及び負極電極３２の長手方向にそれぞれ所定間隔を有して複数設けられており、正極電極３４および負極電極３２を捲回した状態でそれぞれ捲回群３の平坦部で捲回群３の厚さ方向に重なり合う位置に配置されている。

正極電極３４及び負極電極３２は、複数の凸部３４ｃ、３２ｃがセパレータ３３、３５から捲回軸方向一方側に突出して対角の位置、すなわち、捲回群３の捲回軸方向一方側の端面において互いに捲回群３の厚さ方向一方側と他方側に分かれた位置で且つ、捲回群３の一方の湾曲部側と他方の湾曲部側に偏った位置に配置されており、かかる位置でそれぞれ重なって配置されるように、正極電極３４と負極電極３２との長手方向の相対位置が決定されて捲回される。具体的には、負極電極３２の互いに隣り合う凸部３２ｃの中間位置に正極電極３４の凸部３４ｃが配置されるように、正極電極３４と負極電極３２とが重ね合わされて捲回される。

凸部３４ｃ、凸部３２ｃは、捲回群３の平坦部で捲回群３の厚さ方向にそれぞれ束ねられ、正極集電板４４の接続端部４２及び負極集電板２４の接続端部２２に溶接等により接続される。これにより、捲回群３は、正極集電板４４と負極集電板２４によって電池蓋６に吊り下げられた状態で支持される。なお、セパレータ３３、３５は、負極合剤層が塗布された部分よりも捲回幅方向に広いが、正極箔露出部、負極箔露出部で端部の金属箔面が露出する位置に捲回されるため、束ねて溶接する場合の支障にはならない。

負極電極３２に関しては、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重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）を添加し、これに分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰという。）を添加、混練した負極合剤を作製した。この負極合剤を厚さ１０μｍの銅箔（負極電極箔）の両面に溶接部（負極未塗工部）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、銅箔を含まない負極活物質塗布部厚さ７０μｍの負極電極３２を得た。

尚、本実施形態では、負極活物質に非晶質炭素を用いる場合について例示したが、これに限定されるものではなく、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料やＳｉやＳｎなどの化合物（例えば、ＳｉＯ、ＴｉＳｉ_２等）、またはそれの複合材料でもよく、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されるものではない。

正極電極３４に関しては、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ＰＶＤＦとを添加し、これに分散溶媒としてＮＭＰを添加、混練した正極合剤を作製した。この正極合剤を厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極金属箔）の両面に溶接部（正極未塗工部）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、アルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部厚さ９０μｍの正極電極３４を得た。

また、本実施形態では、正極活物質にマンガン酸リチウムを用いる場合について例示したが、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウムや一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムマンガン複合酸化物や層状結晶構造を有すコバルト酸リチウムやチタン酸リチウムやこれらの一部を金属元素で置換またはドープしたリチウム-金属複合酸化物を用いるようにしてもよい。

また、本実施形態では、正極電極、負極電極における塗工部の結着材としてＰＶＤＦを用いる場合について例示したが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン、アクリル系樹脂などの重合体およびこれらの混合体などを用いることができる。

捲回群３には、軸芯を有しているタイプと、軸芯を有していないタイプのいずれを用いてもよいが、本実施形態では、軸芯を有しているタイプのものを用いている。軸芯には、例えば、正極金属箔、負極金属箔、セパレータ３３、３５のいずれよりも曲げ剛性の高い樹脂シートを捲回して構成したものを用いることができる。

図４は、本実施例１にかかる捲回群の上面図であり、図４（ａ）は、凸部を束ねる前の状態を示し、図４（ｂ）は、凸部を束ねて集電板に溶接した状態を示している。図５は、凸部を集電板に接合する方法の一例を示す図である。

各凸部３４ｃ、３２ｃは、図４（ａ）に示すように、捲回群３の捲回軸方向一方側の端面において対角となる位置、すなわち、捲回群３の捲回軸方向一方側の端面において互いに捲回群３の厚さ方向一方側と他方側に分かれた位置で且つ、捲回群３の一方の湾曲部側と他方の湾曲部側に偏った位置でそれぞれ重なって配置されている。そして、凸部３４ｃ、３２ｃは、捲回群３の厚さ方向中心側に位置する凸部よりも捲回群３の厚さ方向外側に位置する凸部の方が、正極電極３４及び負極電極３２の長手方向の長さである幅が広くなるように幅広に形成されている。

本実施例では、各凸部３４ｃ、３２ｃは、捲回群３の厚さ方向中心から厚さ方向外側に移行するにしたがって凸部幅が漸次広くなっており、特に、捲回群３の厚さ方向中心から外側に移行するにしたがって幅方向両端部が互いに離間する方向に段階的に広がるように構成されている。

凸部３４ｃの凸部群と凸部３２ｃの凸部群は、上面視で略等脚台形をなす凸部群を形成している。凸部３４ｃの凸部群と凸部３２ｃの凸部群は、捲回群３の厚さ方向中心に最も近い位置に配置される最内周の凸部３４ｃと凸部３２ｃとが互いに捲回群３の厚さ方向に対向しておらず、捲回群３の平坦部に沿って一方の湾曲部側と他方の湾曲部側に離れた非対向位置に配置されている。したがって、凸部３４ｃと凸部３２ｃとの間に所定の離間距離を確保することができる。したがって、例えば自動車に搭載した角形二次電池が衝突事故等により変形した場合に、最内周の凸部３４ｃと凸部３２ｃとが互いに接触する可能性が低く、短絡のリスクを小さくすることができる。

なお、本実施例では、最内周の凸部３４ｃと凸部３２ｃだけでなく、凸部３４ｃの凸部群全体と凸部３２ｃの凸部群全体が、捲回群３の平坦部に沿った方向に離間する位置に配置されており、互いに厚さ方向に対向していない。すなわち、捲回群３の捲回中心から最も遠い位置に配置される凸部３４ｃと凸部３２ｃとが捲回群３の一方の湾曲部側と他方の湾曲部側に離れた非対向位置に配置されている。したがって、変形による短絡のリスクをさらに小さくすることができる。なお、捲回群３の捲回中心から最も遠い位置に配置される凸部３４ｃと凸部３２ｃは、捲回群３の厚さ方向に対向する位置に配置されていてもよい。

また、本実施例では、最内周の凸部３４ｃと凸部３２ｃが対角の位置にあると表現したが、ここでいう対角の位置とは、捲回群３の捲回中心を基準とした厳密な位置をいうものではなく、捲回群３の平坦部に沿って一方の湾曲部側と他方の湾曲部側に離れた位置であればよい。

凸部３４ｃの凸部群は、図４（ｂ）に示すように、捲回群３の厚さ方向に束ねられて、厚さ方向一方側（図中では下側）に正極集電板４４の接続端部４２が接面した状態で配置されて溶接接合される。同様に、凸部３２ｃの凸部群は、捲回群３の厚さ方向に束ねられて、厚さ方向一方側（図中では下側）に負極集電板２４の接続端部２２が接面した状態で配置されて溶接接合される。

凸部３４ｃ、３２ｃは、捲回群３の厚さ方向中心側に位置する凸部よりも厚さ方向外側に位置する凸部の方が幅広に形成されているので、正極集電板４４と負極集電板２４に接合するための溶接面積が広くなる。したがって、捲回群３の重量を支える面積が広くなり、捲回群３を電池蓋６に吊り下げる支持強度に優れる。したがって、変形時における凸部３４ｃと凸部３２ｃとの短絡の可能性を低く抑えつつ、捲回群３の支持強度を高くすることができる。

例えばハイブリッド自動車の走行モータの駆動源として用いられる角形二次電池は、携帯電話などの民生品と比較して捲回群３が大きく、重量も重い。したがって、従来のように凸部が一定幅のものを用いたのでは、走行時における振動などが作用して耐久性に影響を与えることが懸念される。これに対して、本実施例では、捲回群３の厚さ方向中心側に位置する凸部よりも厚さ方向外側に位置する凸部の方が幅広に形成されているので、支持強度に優れ、ハイブリッド自動車用などの用途に耐え得る、高い耐久性を有する。また、凸部を幅広にすることで、電流の抵抗値が減少し、導電性を向上させることができる。

本実施例では、凸部３４ｃの凸部群と凸部３２ｃの凸部群は、いずれも厚さ方向一方側に正極集電板４４と負極集電板２４が配置されて溶接接合される。したがって、例えば図５に示すように、凸部３４ｃの凸部群と凸部３２ｃの凸部群を正極集電板４４と負極集電板２４にそれぞれ超音波溶接する場合に、図５（ａ）に示すように、正極集電板４４と負極集電板２４とが取り付けられた電池蓋６（図示省略）を横向きに配置し、図５（ｂ）に示すように、正極集電板４４と負極集電板２４の上に凸部３４ｃの凸部群と凸部３２ｃの凸部群がそれぞれ位置するように捲回群３を配置し、図５（ｃ）に示すように、これらをホーンＨとアンビルＡで上下方向から挟み込むことによって、超音波溶接することができる。したがって、接合作業を容易にでき、生産性を向上させることができる。

図６は、本実施例にかかる捲回群を構成する正極電極の平面図である。
捲回された捲回群３の捲回方向の平坦部の長さをL0、最内周に位置する巻き始め一周目の凸部３４ｃの長さ幅をLx1、正極電極３４、負極電極３２、セパレータ３３、３５の合計の厚みをRxとした場合、互いに隣り合う凸部３４ｃと凸部３４ｃとの間に形成される切り欠きの長手方向の長さは（L0 - Lx1 + πRx）として形成される。

例えば、二周目に位置する凸部３４ｃの長手方向の長さ幅は、（Lx1 + 2πRx）として形成される。また、ｎ周目に位置する凸部の長手方向の長さ幅は（Lx1 + 2πRx ×（n-1））として形成されている。負極電極３２に形成される凸部３２ｃも同様の式で表される。

凸部３４ｃ、３２ｃは、一定幅を有する正極金属箔露出部及び負極金属箔露出部を切り欠くことによって形成される。本実施例では、一定の長さ（L0 - Lx1 + πRx）で切り欠き、巻き始め側から巻き終わり側に移行するにしたがって凸部３４ｃ、３２ｃの長手方向の長さである幅を漸次大きくなるように調整して凸部３４ｃ、３２ｃの位置を決定している。

なお、切り欠きの長手方向の長さを調整して、例えば切り欠き長さが漸次短くなるように予め設定された長さに亘って切り欠くことによって凸部３４ｃ、３２ｃを形成してもよい。また、本実施例では、凸部３４ｃ、３２ｃがそれぞれ一周ごとに設けられている場合を例に説明したが、例えば二周ごとに一個というように隔周に設けてもよい。凸部３４ｃ、３２ｃを一周毎に設けた場合、各凸部３４ｃ、３２ｃの枚数は、捲回群３の捲回数と同じになる。しかし、例えば二周毎に一個というように隔周に設けた場合には、各凸部３４ｃ、３２ｃの枚数は、捲回群３の捲回数よりも少なくなる。したがって、複数の凸部３４ｃ、３２ｃの枚数は、捲回群３の捲回数以下であればよい。

上述の角形二次電池１００によれば、捲回群３の凸部３４ｃ、３２ｃは、捲回群３の捲回軸方向一方側の端面において対角の位置、すなわち、互いに捲回群３の厚さ方向一方側と他方側に分かれた位置で且つ、捲回群３の一方の湾曲部側と他方の湾曲部側に偏った位置に配置されており、捲回群３の厚さ方向には対向していない。したがって、凸部３４ｃと凸部３２ｃとの間には所定の離間距離が確保されており、例えば衝突の衝撃により電池缶１が変形した場合に、正極電極３４の凸部３４ｃと負極電極３２の凸部３２ｃとが接触する可能性が低く、短絡のリスクを小さくすることができる。

そして、凸部３４ｃ、３２ｃは、捲回群３の最内周に位置する凸部よりも捲回群３の厚さ方向外側に位置する凸部の方が、幅広に形成されており、特に本実施例では、各凸部３４ｃ、３２ｃは、捲回群３の捲回中心から厚さ方向外側に移行するにしたがって幅が漸次広くなり、両端部が互いに離間する方向に広がるようになっており、上面視で略等脚台形をなす凸部群を形成している。したがって、束ねた凸部３４ｃ、３２ｃを正極集電板４４と負極集電板２４に接合するための溶接面積が広くなり、捲回群３の重量を支える面積が広くなり、捲回群３を電池蓋６に吊り下げる支持強度に優れる。

図７と図８は、捲回群の変形例を示す上面図である。
図７および図８に示す変形例の特徴は、凸部３４ｃ、３２ｃの凸部群のうち、内周側の凸部３４ｃ、３２ｃは、捲回群３の厚さ方向に対向していないが外周側の凸部３４ｃ、３２ｃは、その一部が捲回群３の厚さ方向に部分的に対向していることである。

図７および図８に示す捲回群３では、各凸部３４ｃ、３２ｃは、捲回群３の捲回軸方向一方側の端面において対角となる位置、すなわち、互いに捲回群３の厚さ方向一方側と他方側に分かれた位置で且つ、捲回群の一方の湾曲部側と他方の湾曲部側に偏った位置に配置されている。そして、凸部３４ｃ、３２ｃは、捲回群３の厚さ方向中心に位置する凸部よりも厚さ方向外側に位置する凸部の方が、正極電極３４及び負極電極３２の長手方向の長さである幅が広くなるように幅広に形成されている。

図７および図８に示す変形例では、外周側の凸部３４ｃ、３２ｃは、互いに捲回群３の厚さ方向一方側と他方側に離れた位置で一方の湾曲部側と他方の湾曲部側に分かれて配置されており、一部が互いに捲回群３の厚さ方向に対向している。

図７に示す捲回群３では、各凸部３４ｃ、３２ｃは、幅方向両端部のうち、湾曲部側の端部である幅方向外側の端部が捲回群３の平坦面に対して直交する位置に配置されている。一方、各凸部３４ｃ、３２ｃの幅方向内側の端部は、捲回群３の厚さ方向外側に移行するにしたがって幅方向外側の端部から離間する方向に移行して上面視で捲回群３の平坦面に対して傾斜する一直線状の斜面を形成する位置に配置されている。

捲回された捲回群３の捲回方向の平坦部の長さをL0、最内周に位置する凸部の長さをLx1、正極電極３４、負極電極３２、セパレータ３３、３５の合計の厚みをRxとした場合、凸部と隣り合う次の凸部との間に形成される、切り欠きの長手方向の長さは（L0 - Lx1 + 2πRx）として形成され、凸部と次の凸部との間の切り欠きの長さは全て同一の長さに形成されている。

このとき、凸部となる一周目の凸部の長さをLx1とした場合、二周目に位置する凸部の長手方向の長さは、（Lx1 + 2πRx）として形成される。また、ｎ周目に位置する凸部の長手方向の長さは（Lx1 + 2πRx ×（n-1））として形成されている。

図８に示す捲回群３では、各凸部３４ｃ、３２ｃは、幅方向両端部のうち、湾曲部側の端部である幅方向外側の端部が捲回群３の平坦面に対して直交する位置に配置されている。一方、各凸部３４ｃ、３２ｃの幅方向内側の端部は、捲回群３の厚さ方向外側に移行するにしたがって幅方向外側の端部から離間する方向に移行して上面視で二次曲線の凹斜面を形成する位置に配置されている。このとき、凸部３４ｃと隣り合う次の凸部３４ｃとの間に形成される切り欠きの長さは全て異なる長さであり、同様に、凸部３２ｃと隣り合う次の凸部３２ｃとの間に形成される切り欠きの長さは全て異なる長さである。

図７及び図８に示す変形例では、捲回群３は、正極電極３４の凸部３４ｃおよび負極電極３２の凸部３２ｃが捲回群３の捲回軸方向の一方側で且、平坦部の対角に配置され、捲回群３の最内周に位置する正極電極３４の凸部３４ｃと負極電極３２の凸部３２ｃが対向しない位置に配置され、二周目以降に形成される正極電極３４の凸部３４ｃおよび負極電極３２の凸部３２ｃの一部が対向する位置に形成されている。

最内周に位置する正極電極３４の凸部３４ｃと負極電極３２の凸部３２ｃが対向しない位置に配置するためには、捲回された捲回群３の捲回方向の平坦部の長さをL0とした場合、最内周に形成される凸部の長手方向の長さは、（L0÷2）未満であり、最外周に位置する凸部の長手方向の長さは、L0以下である。正極電極３４の凸部３４ｃおよび負極電極３２の凸部３２ｃは、厚さ方向に重ねて束ねられ、正極集電板４４の接続端部４２及び負極集電板２４の接続端部２２に接合されている。

したがって、図４に示す実施例と同様に、凸部３４ｃと凸部３２ｃとの間には所定の距離が確保されており、例えば衝突の衝撃により電池缶１が変形した場合に、正極電極３４の凸部３４ｃと負極電極３２の凸部３２ｃとが接触する可能性が低く、短絡のリスクを小さくすることができる。

そして、凸部３４ｃ、３２ｃは、捲回群３の最内周に位置する凸部よりも捲回群３の厚さ方向外側に位置する凸部の方が、幅広に形成されており、特に、各凸部３４ｃ、３２ｃは、捲回群３の捲回中心から厚さ方向外側に移行するにしたがって幅が漸次広くなり、幅方向両端部のうち、幅方向外側の端部が捲回群３の平坦面に対して直交する位置に配置されており、幅方向内側の端部が幅方向外側の端部から離れる方向に移行して上面視で一直線状の斜面もしくは二次曲線の凹斜面を形成する位置に配置されている。したがって、束ねた凸部３４ｃ、３２ｃを正極集電板４４と負極集電板２４に接合するための溶接面積が広くなり、捲回群３の重量を支える面積が広くなり、捲回群３を電池蓋６に吊り下げる支持強度に優れる。

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 電池缶
１ａ 開口部
１ｂ 幅広側面
１ｃ 幅狭側面
１ｄ 底面
２ 絶縁保護フィルム
３ 捲回群
６ 電池蓋
１２ 負極外部端子
１４ 正極外部端子
２４ 負極集電板
３２ 負極電極
３２ｃ 凸部
３３ セパレータ
３４ 正極電極
３４ｃ 凸部
３５ セパレータ
４４ 正極集電板
１００ 角形二次電池

Claims (7)

1. 正極電極と負極電極を間にセパレータを介して捲回した扁平状の捲回群と、該捲回群が収容される電池容器とを有する角形二次電池であって、
   前記正極電極は、正極合剤層を有する正極金属箔の一方の長辺端部に金属箔露出部よりなる複数の凸部を有し、
   前記負極電極は、負極合剤層を有する負極金属箔の一方の長辺端部に金属箔露出部よりなる複数の凸部を有し、
   前記正極電極の複数の凸部と前記負極電極の複数の凸部は、前記捲回群の捲回軸方向一方側の端面において互いに前記捲回群の厚さ方向一方側と他方側に分かれた位置で且つ、前記捲回群の一方の湾曲部側と他方の湾曲部側に偏った位置に配置されており、前記捲回群の厚さ方向中心側よりも厚さ方向外側の方が幅広に形成されており、
   前記電池容器は、正極集電板及び負極集電板が取り付けられた電池蓋を有し、
   前記正極電極の複数の凸部と前記負極電極の複数の凸部は、前記捲回群の厚さ方向に重ねて束ねられ、前記正極集電板と前記負極集電板にそれぞれ接合されており、
   前記捲回群は、該捲回群の厚さ方向中心に最も近い位置に配置される前記正極電極の凸部と前記負極電極の凸部とが互いに前記捲回群の一方の湾曲部側と他方の湾曲部側に離れた非対向位置に配置されており、
   前記捲回群は、該捲回群の厚さ方向中心から最も遠い位置に配置される前記正極電極の凸部と前記負極電極の凸部とが部分的に前記捲回群の厚さ方向に対向する位置に配置されている
   ことを特徴とする角形二次電池。
2. 前記正極電極の複数の凸部と前記負極電極の複数の凸部の枚数は、前記捲回群の捲回数以下であることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
3. 前記正極電極の複数の凸部と前記負極電極の複数の凸部の少なくとも一方は、前記正極電極もしくは前記負極電極の一定幅で延在する金属箔露出部を一定の長さで切り欠くことにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
4. 前記正極電極の複数の凸部と前記負極電極の複数の凸部の少なくとも一方は、前記正極電極もしくは前記負極電極の一定幅で延在する金属箔露出部を予め設定された長さに亘って切り欠くことにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
5. 前記正極電極の複数の凸部と前記負極電極の複数の凸部の少なくとも一方は、前記捲回群の厚さ方向中心から厚さ方向外側に移行するにしたがって幅方向両端部が互いに段階的に離れるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
6. 前記正極電極の複数の凸部と前記負極電極の複数の凸部の少なくとも一方は、前記捲回群の厚さ方向中心から厚さ方向外側に移行するにしたがって幅方向外側の端部が前記捲回群の平坦面に対して直交する位置に配置されており、幅方向内側の端部が幅方向外側の端部から離れる方向に移行して一直線状の斜面を形成する位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
7. 前記正極電極の複数の凸部と前記負極電極の複数の凸部の少なくとも一方は、前記捲回群の厚さ方向中心から厚さ方向外側に移行するにしたがって幅方向外側の端部が前記捲回群の平坦面に対して直交する位置に配置されており、幅方向内側の端部が幅方向外側の端部から離れる方向に移行して二次曲線の凹斜面を形成する位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。

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