JP7494948B2 - 二次電池、電子機器及び電動工具 - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池、電子機器及び電動工具に関する。
リチウムイオン電池は、電動工具や自動車といった高出力を要する用途に向けても開発されるようになってきている。例えば、下記の特許文献１には、円筒型のリチウムイオン電池が記載されている。
特開２０１２－９２４９号公報
二次電池の構造によっては、正極集電体（箔）から脱落した金属粉が負極と接触することで内部ショートが発生する虞がある。また、金属粉を除去する工程において、二次電池の構造が変形してしまうことは好ましくない。上述した特許文献１に記載の技術では、係る観点が欠如しており、二次電池の安全性等を確保する技術としては不十分であった。
従って、本発明は、正極集電体（箔）から脱落した金属粉が負極と接触することを極力抑制する二次電池を提供することを目的の一つとする。また、金属粉を吸引する工程でのセパレータの変形を極力抑制するようにした二次電池を提供することを目的の一つとする。また、これらの二次電池を用いた電子機器及び電動工具を提供することを目的の一つとする。
本発明は、
セパレータを介して帯状の正極と帯状の負極とが積層された電極巻回体と、正極集電板及び負極集電板とが、電池缶に収容された二次電池であって、
正極は、帯状の正極箔上に、正極活物質層が被覆された正極活物質被覆部と、正極活物質非被覆部とを有し、
負極は、帯状の負極箔上に、負極活物質層が被覆された負極活物質被覆部と、少なくとも負極箔の長手方向に延在する負極活物質非被覆部とを有し、
正極活物質非被覆部は、電極巻回体の端部の一方において、正極集電板と接合され、
負極活物質非被覆部は、電極巻回体の端部の他方において、負極集電板と接合され、
電極巻回体は、正極活物質非被覆部及び負極活物質非被覆部の何れか一方又は両方が、巻回された構造の中心軸に向かって曲折し、重なり合うことによって形成された平坦面と、平坦面に形成された溝とを有し、
電極巻回体の少なくとも正極側を、中心軸を含む平面で切断した断面を断面視した場合に、負極のうち最内周側に位置する最内周側負極の少なくとも両側に位置するセパレータの端部同士が、互いに接合している
二次電池である。
本発明の少なくとも実施形態によれば、正極集電体（箔）から脱落した金属粉が負極と接触することを極力抑制できる。また、金属粉を吸引する工程で、セパレータが変形してしまうことを極力抑制できる。なお、本明細書で例示された効果により本発明の内容が限定して解釈されるものではない。
図１は、実施形態に係るリチウムイオン電池の断面図である。 図２Ａ及び図２Ｂは、実施形態に係る正極を説明するための図である。 図３Ａ及び図３Ｂは、実施形態に係る負極を説明するための図である。 図４は、巻回前の正極、負極、及び、セパレータを示す図である。 図５Ａは実施形態に係る正極集電板の平面図であり、図５Ｂは実施形態に係る負極集電板の平面図である。 図６Ａから図６Ｆは、実施形態に係るリチウムイオン電池の組み立て工程を説明する図である。 図７は、実施形態に係る正極側の平坦面を説明するための図である。 図８は、実施形態に係るリチウムイオン電池の正極側の断面を示す図である。 図９は、実施形態に係る端部接合工程を説明するための図である。 図１０は、第２の実施形態を説明するための図である。 図１１は、実施例１、２を説明するための図である。 図１２は、比較例１を説明するための図である。 図１３は、本発明の応用例としての電池パックの説明に使用する接続図である。 図１４は、本発明の応用例としての電動工具の説明に使用する接続図である。 図１５は、本発明の応用例としての電動車両の説明に使用する接続図である。
以下、本発明の実施形態等について図面を参照しながら説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
＜第１の実施形態＞
＜第２の実施形態＞
＜変形例＞
＜応用例＞
以下に説明する実施形態等は本発明の好適な具体例であり、本発明の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。なお、説明の理解を容易とするために、各図における一部の構成を拡大、強調したり、若しくは縮小したり、一部の図示を簡略化する場合もある。
＜第１の実施形態＞
［リチウムイオン電池の構成例］
本発明の実施形態では、二次電池として、円筒形状のリチウムイオン電池を例にして説明する。図１～図５を参照しつつ、第１の実施形態に係るリチウムイオン電池（リチウムイオン電池１）の構成例に関して説明する。図１は、リチウムイオン電池１の概略断面図である。リチウムイオン電池１は、例えば、図１に示すように、電池缶１１の内部に電極巻回体２０が収納されている円筒型のリチウムイオン電池１である。なお、以下の説明において、特に断らない限り、図１の紙面に向かって水平方向をＸ軸方向、奥行方向をＹ軸方向、垂直方向（リチウムイオン電池１の中心軸（巻回軸とも適宜、称し、図１において一点鎖線で示される軸））の延在方向）をＺ軸方向と適宜、称する。
リチウムイオン電池１は、概略的には円筒状の電池缶１１を有し、電池缶１１の内部に、一対の絶縁板１２，１３と、電極巻回体２０とを備えている。なお、リチウムイオン電池１は、電池缶１１の内部に、例えば、熱感抵抗（ＰＴＣ）素子及び補強部材などのうちのいずれか１種類又は２種類以上をさらに備えていてもよい。
（電池缶）
電池缶１１は、主に、電極巻回体２０を収納する部材である。この電池缶１１は、例えば、一端面が開放されると共に他端面が閉塞された円筒状の容器である。すなわち、電池缶１１は、開放された一端面（開放端面１１Ｎ）を有している。この電池缶１１は、例えば、鉄、アルミニウム及びそれらの合金などの金属材料のうちのいずれか１種類又は２種類以上を含んでいる。電池缶１１の表面に、例えば、ニッケルなどの金属材料のうちのいずれか１種類又は２種類以上が鍍金されていてもよい。
（絶縁板）
絶縁板１２，１３は、電極巻回体２０の中心軸（電極巻回体２０の端面の略中心を通り図１のＺ軸と平行な方向）に対して略垂直な面を有する円板状の板である。また、絶縁板１２，１３は、例えば、互いに電極巻回体２０を挟むように配置されている。
（かしめ構造）
電池缶１１の開放端面１１Ｎには、電池蓋１４及び安全弁機構３０がガスケット１５を介してかしめられており、かしめ構造１１Ｒ（クリンプ構造）が形成されている。これにより、電池缶１１の内部に電極巻回体２０などが収納された状態において、その電池缶１１は密閉されている。
（電池蓋）
電池蓋１４は、主に、電池缶１１の内部に電極巻回体２０などが収納された状態において、その電池缶１１の開放端面１１Ｎを閉塞する部材である。この電池蓋１４は、例えば、電池缶１１の形成材料と同様の材料を含んでいる。電池蓋１４のうちの中央領域は、例えば、＋Ｚ方向に突出している。これにより、電池蓋１４のうちの中央領域以外の領域（周辺領域）は、例えば、安全弁機構３０に接触している。
（ガスケット）
ガスケット１５は、主に、電池缶１１（折り曲げ部１１Ｐ）と電池蓋１４との間に介在することにより、その折り曲げ部１１Ｐと電池蓋１４との間の隙間を封止する部材である。ガスケット１５の表面に、例えば、アスファルトなどが塗布されていてもよい。
ガスケット１５は、例えば、絶縁性材料のうちのいずれか１種類又は２種類以上を含んでいる。絶縁性材料の種類は、特に限定されないが、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）及びポリプロピレン（ＰＰ）などの高分子材料を用いることができる。中でも、絶縁性材料としては、ポリブチレンテレフタレートであることが好ましい。電池缶１１と電池蓋１４とを互いに電気的に分離しながら、折り曲げ部１１Ｐと電池蓋１４との間の隙間を十分に封止することができるからである。
（安全弁機構）
安全弁機構３０は、主に、電池缶１１の内部の圧力（内圧）が上昇した際に、必要に応じて電池缶１１の密閉状態を解除することにより、その内圧を開放する。電池缶１１の内圧が上昇する原因は、例えば、充放電時において電解液の分解反応に起因して発生するガスなどである。
（電極巻回体）
円筒形状のリチウムイオン電池１では、帯状の正極２１と帯状の負極２２とがセパレータ２３を挟んで積層され、且つ、渦巻き状に巻回されて電解液に含浸された状態で、電池缶１１に収まっている。正極２１は正極箔２１Ａの片面又は両面に正極活物質層２１Ｂを形成したものであり、正極箔２１Ａの材料は例えば、アルミニウムやアルミニウム合金でできた金属箔である。負極２２は負極箔２２Ａの片面又は両面に負極活物質層２２Ｂを形成したものであり、負極箔２２Ａの材料は例えば、ニッケル、ニッケル合金、銅や銅合金でできた金属箔である。セパレータ２３は多孔質で絶縁性のあるフィルムであり、正極２１と負極２２とを電気的に絶縁しながら、イオンや電解液等の物質の移動を可能にしている。
図２Ａは巻回前の正極２１を正面から視た図であり、図２Ｂは図２Ａの正極２１を側面から視た図である。正極２１は、正極箔２１Ａの一方の主面及び他方の主面に正極活物質層２１Ｂで被覆した部分（ドットを付した部分）を有するとともに、正極活物質層２１Ｂで被覆していない部分である正極活物質非被覆部２１Ｃを有する。なお、以下の説明において、正極活物質層２１Ｂで被覆した部分を正極活物質被覆部２１Ｂと適宜、称する。また、正極箔２１Ａの一方の主面に、正極活物質被覆部２１Ｂが設けられる構成でもよい。
図３Ａは巻回前の負極２２を正面から視た図であり、図３Ｂは図３Ａの負極２２を側面から視た図である。負極２２は、負極箔２２Ａの一方の主面及び他方の主面に負極活物質層２２Ｂで被覆した部分（ドットを付した部分）を有するとともに、負極活物質層２２Ｂで被覆していない部分である負極活物質非被覆部２２Ｃを有する。なお、以下の説明において、負極活物質層２２Ｂで被覆した部分を負極活物質被覆部２２Ｂと適宜、称する。また、負極箔２２Ａの一方の主面に、負極活物質被覆部２２Ｂが設けられる構成でもよい。
図３Ａに示すように、負極活物質非被覆部２２Ｃは、例えば、負極２２の長手方向（図３におけるＸ軸方向）に延在している第１の負極活物質非被覆部２２１Ａと、負極２２の巻回開始側において負極２２の短手方向（図３におけるＹ軸方向。幅方向とも適宜、称する）に延在している第２の負極活物質非被覆部２２１Ｂと、負極２２の巻回終止側において負極２２の短手方向（図３におけるＹ軸方向）に延在している第３の負極活物質非被覆部２２１Ｃとを有している。なお、図３Ａにおいて、第１の負極活物質非被覆部２２１Ａと第２の負極活物質非被覆部２２１Ｂとの境界、及び、第１の負極活物質非被覆部２２１Ａと第３の負極活物質非被覆部２２１Ｃとの境界のそれぞれには点線を付している。
本実施形態に係る円筒形状のリチウムイオン電池１では、電極巻回体２０は正極活物質非被覆部２１Ｃと第１の負極活物質非被覆部２２１Ａとが互いに逆方向を向くようにしてセパレータ２３を介して重ねられて巻回されている。
電極巻回体２０の中心には貫通孔２６が設けられている。具体的には、貫通孔２６は、正極２１、負極２２及びセパレータ２３が積層した積層物の略中心にできる孔部である。貫通孔２６はリチウムイオン電池１の組み立て工程で、棒状の溶接器具（以下、溶接棒と適宜、称する）等を挿入する孔として使用される。
電極巻回体２０の詳細について説明する。図４に正極２１、負極２２とセパレータ２３を積層した巻回前の構造の一例を示す。正極２１は、正極活物質被覆部２１Ｂ（図４においてドットが疎に付された部分）と正極活物質非被覆部２１Ｃとの境界を被覆する絶縁層１０１（図４における灰色の領域部分）とを更に有している。絶縁層１０１の幅方向の長さは、例えば、３ｍｍ程度である。セパレータ２３を介して負極活物質被覆部２２Ｂに対向する正極活物質非被覆部２１Ｃの全ての領域が絶縁層１０１で覆われている。絶縁層１０１は、負極活物質被覆部２２Ｂと正極活物質非被覆部２１Ｃとの間に異物が侵入したときのリチウムイオン電池１の内部短絡を確実に防ぐ効果がある。また、絶縁層１０１は、リチウムイオン電池１に衝撃が加わったときに衝撃を吸収し、正極活物質非被覆部２１Ｃが折れ曲がりや、負極２２との短絡を確実に防ぐ効果がある。
ここで、図４に示すように、正極活物質非被覆部２１Ｃの幅方向の長さをＤ５とし、第１の負極活物質非被覆部２２１Ａの幅方向の長さをＤ６とする。一実施形態ではＤ５＞Ｄ６であることが好ましく、例えばＤ５＝７（ｍｍ）、Ｄ６＝４（ｍｍ）である。正極活物質非被覆部２１Ｃがセパレータ２３の幅方向の一端から突出した部分の長さをＤ７とし、第１の負極活物質非被覆部２２１Ａがセパレータ２３の幅方向の他端から突出した部分の長さをＤ８とした場合に、一実施形態ではＤ７＞Ｄ８であることが好ましく、例えば、Ｄ７＝４．５（ｍｍ）、Ｄ８＝３（ｍｍ）である。
正極箔２１Ａと正極活物質非被覆部２１Ｃとは例えばアルミニウムなどからなり、負極箔２２Ａと負極活物質非被覆部２２Ｃとは例えば銅などからなる。このように、一般的に正極活物質非被覆部２１Ｃの方が負極活物質非被覆部２２Ｃよりも柔らかい（ヤング率が低い）。このため、一実施形態では、Ｄ５＞Ｄ６且つＤ７＞Ｄ８であることがより好ましく、この場合、両極側から同時に同じ圧力で正極活物質非被覆部２１Ｃと負極活物質非被覆部２２Ｃとが折り曲げられるとき、折り曲げられた部分のセパレータ２３の先端から測った高さは正極２１と負極２２とで同じくらいになることがある。このとき、正極活物質非被覆部２１Ｃが折り曲げられて適度に重なり合うので、リチウムイオン電池１の作製工程（詳細は後述）において、正極活物質非被覆部２１Ｃと正極集電板２４とのレーザ溶接による接合を容易に行うことができる。また、負極活物質非被覆部２２Ｃが折り曲げられて適度に重なり合うので、リチウムイオン電池１の作製工程において、負極活物質非被覆部２２Ｃと負極集電板２５とのレーザ溶接による接合を容易に行うことができる。
（集電板）
通常のリチウムイオン電池では例えば、正極と負極との一か所ずつに電流取出し用のリードが溶接されているが、これでは電池の内部抵抗が大きく、放電時にリチウムイオン電池が発熱し高温になるため、ハイレート放電には適さない。そこで、本実施形態のリチウムイオン電池１では、電極巻回体２０の一方の端面である端面４１に正極集電板２４を配置し、電極巻回体２０の他方の端面である端面４２に負極集電板２５を配置する。そして、正極集電板２４と端面４１に存在する正極活物質非被覆部２１Ｃとを多点で溶接し、また、負極集電板２５と端面４２に存在する負極活物質非被覆部２２Ｃ（具体的には第１の負極活物質非被覆部２２１Ａ）とを多点で溶接することで、リチウムイオン電池１の内部抵抗を低く抑え、ハイレート放電を可能としている。
図５Ａ及び図５Ｂに、集電板の一例を示す。図５Ａが正極集電板２４であり、図５Ｂが負極集電板２５である。正極集電板２４及び負極集電板２５は電池缶１１に収容される（図１参照）。正極集電板２４の材料は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金の単体若しくは複合材でできた金属板であり、負極集電板２５の材料は、例えば、ニッケル、ニッケル合金、銅や銅合金の単体若しくは複合材でできた金属板である。図５Ａに示すように、正極集電板２４の形状は平坦な扇形をした扇状部３１に、矩形の帯状部３２が付いた形状になっている。扇状部３１の中央付近に孔３５があいていて、孔３５の位置は貫通孔２６に対応する位置である。
図５Ａのドットで示す部分は帯状部３２に絶縁テープが貼付されているか絶縁材料が塗布された絶縁部３２Ａであり、図面のドット部より下側の部分は外部端子を兼ねた封口板への接続部３２Ｂである。なお、貫通孔２６に金属製のセンターピン（図示せず）を備えていない電池構造の場合には帯状部３２が負極電位の部位と接触する可能性が低いため、絶縁部３２Ａが無くても良い。その場合には、正極２１と負極２２との幅を絶縁部３２Ａの厚さに相当する分だけ大きくして充放電容量を大きくすることができる。
負極集電板２５の形状は正極集電板２４と殆ど同じ形状だが、帯状部の形状が異なっている。図５Ｂの負極集電板の帯状部３４は、正極集電板２４の帯状部３２より短く、絶縁部３２Ａに相当する部分がない。帯状部３４には、複数の丸印で示される丸型の突起部（プロジェクション）３７が設けられている。抵抗溶接時には、電流が突起部３７に集中し、突起部３７が溶けて帯状部３４が電池缶１１の底に溶接される。正極集電板２４と同様に、負極集電板２５には扇状部３３の中央付近に孔３６があいていて、孔３６の位置は貫通孔２６に対応する位置である。正極集電板２４の扇状部３１と負極集電板２５の扇状部３３は扇形の形状をしているため、端面４１，４２の一部を覆うようになっている。全部を覆わないことにより、リチウムイオン電池１を組み立てる際に電極巻回体２０へ電解液を円滑に浸透させることができ、且つ、リチウムイオン電池１が異常な高温状態や過充電状態になったときに発生したガスをリチウムイオン電池１外へ放出しやすくすることができる。
（正極）
正極活物質層２１Ｂは、リチウムを吸蔵及び放出することが可能である正極材料（正極活物質）を少なくとも含み、さらに、正極結着剤及び正極導電剤などを含んでいてもよい。正極材料は、リチウム含有複合酸化物又はリチウム含有リン酸化合物が好ましい。リチウム含有複合酸化物は、例えば、層状岩塩型又はスピネル型の結晶構造を有している。リチウム含有リン酸化合物は、例えば、オリビン型の結晶構造を有している。
正極結着剤は、合成ゴム又は高分子化合物を含んでいる。合成ゴムは、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴム及びエチレンプロピレンジエンなどである。高分子化合物は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）及びポリイミドなどである。
正極導電剤は、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック又はケッチェンブラックなどの炭素材料である。ただし、正極導電剤は、金属材料及び導電性高分子でもよい。
（負極）
負極２２を構成する負極箔２２Ａの表面は、負極活物質層２２Ｂとの密着性向上のために粗面化されていることが好ましい。負極活物質層２２Ｂは、リチウムを吸蔵及び放出することが可能である負極材料（負極活物質）を少なくとも含み、さらに、負極結着剤及び負極導電剤などを含んでいてもよい。
負極材料は、例えば、炭素材料を含む。炭素材料は、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、黒鉛、低結晶性炭素、又は非晶質炭素である。炭素材料の形状は、繊維状、球状、粒状又は鱗片状を有している。
また、負極材料は、例えば金属系材料を含む。金属系材料の例としては、Ｌｉ（リチウム）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｓｎ（スズ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｚｒ（亜鉛）、Ｔｉ（チタン）が挙げられる。金属系元素は、他の元素と化合物、混合物又は合金を形成しており、その例としては、酸化ケイ素（ＳｉＯx（０＜ｘ≦２））、炭化ケイ素（ＳｉＣ）又は炭素とケイ素の合金、チタン酸リチウム（ＬＴＯ）が挙げられる。
（セパレータ）
セパレータ２３は、樹脂を含む多孔質膜であり、２種類以上の多孔質膜の積層膜でもよい。樹脂は、ポリプロピレン及びポリエチレンなどである。セパレータ２３は、多孔質膜を基材層として、その片面又は両面に樹脂層を含んでいてもよい。正極２１及び負極２２のそれぞれに対するセパレータ２３の密着性が向上するため、電極巻回体２０の歪みが抑制されるからである。
樹脂層は、ＰＶｄＦなどの樹脂を含んでいる。この樹脂層を形成する場合には、有機溶剤に樹脂が溶解された溶液を基材層に塗布したのち、その基材層を乾燥させる。なお、溶液中に基材層を浸漬させたのち、その基材層を乾燥させてもよい。樹脂層には、無機粒子又は有機粒子を含んでいることが、耐熱性、電池の安全性向上の観点で好ましい。無機粒子の種類は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ベーマイト、タルク、シリカ、雲母などである。また、樹脂層に代えて、スパッタ法、ＡＬＤ（原子層堆積）法などで形成された、無機粒子を主成分とする表面層を用いてもよい。
（電解液）
電解液は、溶媒及び電解質塩を含み、必要に応じてさらに添加剤などを含んでいてもよい。溶媒は、有機溶媒などの非水溶媒、又は水である。非水溶媒を含む電解液を非水電解液という。非水溶媒は、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、ラクトン、鎖状カルボン酸エステル又はニトリル（モノニトリル）などである。
電解質塩の代表例はリチウム塩であるが、リチウム塩以外の塩を含んでいてもよい。リチウム塩は、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、メタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＨ3ＳＯ3）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）、六フッ化ケイ酸二リチウム（Ｌｉ2ＳＦ6）などである。これらの塩を混合して用いることもでき、中でも、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4を混合して用いることが、電池特性向上の観点で好ましい。電解質塩の含有量は特に限定されないが、溶媒に対して０.３ｍｏｌ/ｋｇから３ｍｏｌ/ｋｇであることが好ましい。
［リチウムイオン電池の作製方法］
次に、図６Ａから図６Ｆを参照して、本実施形態に係るリチウムイオン電池１の作製方法について説明する。まず、正極活物質を、帯状の正極箔２１Ａの表面に塗着させ、これを正極活物質被覆部２１Ｂとし、負極活物質を、帯状の負極箔２２Ａの表面に塗着させ、これを負極活物質被覆部２２Ｂとした。このとき、正極箔２１Ａの幅方向の一端側に正極活物質が塗着されていない正極活物質非被覆部２１Ｃを設け、負極箔２２Ａに、負極活物質が塗着されていない負極活物質非被覆部２２Ｃ（第１の負極活物質非被覆部２２１Ａ、第２の負極活物質非被覆部２２１Ｂ及び第３の負極活物質非被覆部２２１Ｃ）を設けた。次に、正極２１と負極２２とに対して乾燥等の工程を行った。そして、正極活物質非被覆部２１Ｃと負極活物質非被覆部２２Ｃとが逆方向となるようにセパレータ２３を介して重ね、中心軸に貫通孔２６ができるように渦巻き状に巻回して、図６Ａのような電極巻回体２０を作製した。
次に、端面に平板等が設けられた溝形成用治具（不図示）を用いて、図６Ｂに示すように、溝４３を形成（作製）した（溝形成工程）。具体的には、溝形成用治具の平板等を端面４１，４２に対して垂直に押し付けることで、端面４１の一部と端面４２の一部とに溝４３を作製した。この方法により、貫通孔２６から放射状に延びる溝４３を作製した。溝４３は、例えば、端面４１，４２のそれぞれの外縁部２７，２８から貫通孔２６まで延在している。なお、図６Ｂに示される、溝４３の数や配置はあくまでも一例であって図示した例に限定されるものではない。
そして、平坦面形成用治具（不図示）を用いて、図６Ｃのように、平坦面を形成した（平坦面形成工程）。具体的には、平坦面形成用治具の平坦な端面を両極側から同時に同じ圧力で端面４１，４２に対して略垂直方向に押しつけ荷重を印加した。これにより、正極活物質非被覆部２１Ｃ及び負極活物質非被覆部２２Ｃ（より具体的には、第１の負極活物質非被覆部２２１Ａ）のそれぞれを巻回構造の中心軸に向かって重なり合うように折り曲げることで、端面４１，４２が平坦面となるようにした。例えば、図７に示すように、折り曲げられた正極活物質非被覆部２１Ｃが重なった折り曲げ部７１が形成され、折り曲げ部７１の外側の面が平坦面７２となっている。同様に、第１の負極活物質非被覆部２２１Ａが折り曲げられることによっても折り曲げ部（後述する折り曲げ部８１）及び平坦面（後述する平坦面８２）が形成される。
次に、所定のセパレータの端部同士を、例えばシーズヒーターを使用した熱溶着により接合した（端部接合工程）。なお、端部接合工程の詳細については後述する。
次に、吸引装置（不図示）を用いて、溝形成工程や平坦面形成工程で発生し得る、正極活物質非被覆部２１Ｃや第１の負極活物質非被覆部２２１Ａから脱落した金属粉を吸引した（吸引工程）。例えば、電極巻回体２０の一方の端面側に吸引装置を近接または接触させた状態（貫通孔２６を介して他方の端面側から空気が流入可能な状態）で吸引を行う。続いて、他方の端面側に吸引装置を移動させて同様に吸引を行う。これにより金属粉を除去した。その後、端面４１に正極集電板２４の扇状部３１をレーザ溶接し、端面４２に負極集電板２５の扇状部３３をレーザ溶接し、接合した。
続いて、図６Ｄ示すように、正極集電板２４の帯状部３２及び負極集電板２５の帯状部３４を折り曲げ、正極集電板２４に絶縁板１２、負極集電板２５に絶縁板１３を貼り付け、図６Ｅに示される電池缶１１内に上記のように組立てを行った電極巻回体２０を挿入した。そして、溶接棒（不図示）を押し当てることにより、負極集電板２５を電池缶１１の缶底に溶接した。電解液を電池缶１１内に注入後、図６Ｆに示すように、ガスケット１５及び電池蓋１４にて封止を行った。以上のようにして、リチウムイオン電池１を作製した。
なお、絶縁板１２及び絶縁板１３は、絶縁テープであってもよい。また、接合方法は、レーザ溶接以外の他の方法であってもよい。また、溝４３は、正極活物質非被覆部２１Ｃ及び第１の負極活物質非被覆部２２１Ａを曲折した後も平坦面内に残っており、溝４３の無い部分が、正極集電板２４又は負極集電板２５と接合されるが、溝４３が正極集電板２４や負極集電板２５の一部と接合されていてもよい。
なお、本明細書における「平坦面」とは、完全に平坦な面のみならず、正極活物質非被覆部２１Ｃと正極集電板２４、及び、第１の負極活物質非被覆部２２１Ａと負極集電板２５とが接合可能な程度において、多少の凹凸や表面粗さを有する表面も含む意味である。
［電極巻回体の詳細な構成について］
ところで、リチウムイオン電池１を効率よく放電を行わせるにはセル抵抗を下げる必要がある。抵抗を下げるためには活物質非被覆部で構成する面に直接集電板を溶接する構造が重要であるものの、薄い箔に溶接を行うと溶接不良が多発する虞がある。そこで、実施形態に係るリチウムイオン電池１では、正極活物質非被覆部２１Ｃや第１の負極活物質非被覆部２２１Ａを中心に向かって折り曲げる。これにより、正極活物質非被覆部２１Ｃや第１の負極活物質非被覆部２２１Ａが重なった平坦面を形成することで、正極集電板２４や負極集電板２５との密着性を向上させ、穴あきのない安定した溶接を行うことが可能となる。
一方で、負極集電板２５を電池缶１１の缶底に溶接する際に溶接棒を挿入するため、貫通孔２６の径は溶接棒を挿入するために必要な大きさを確保しておかなければならない。貫通孔２６にピン等を挿入しながら溝形成工程や平坦面形成工程を行うことにより、貫通孔２６の径として必要な大きさを確保することができる。この際、例えば平坦面の形成時に内側に寄せられた正極活物質非被覆部２１Ｃの行き場がなくなり正極活物質非被覆部２１Ｃが部分的に破断することで金属粉が発生する虞が高くなる。金属粉は、溝形成工程においても発生し得る。発生した金属粉が、電極巻回体２０が有する負極のうち最内周側に位置する負極（以下、最内周側負極と適宜、称する）と接触することにより内部ショートを引き起こす虞がある。そこで、本実施形態に係るリチウムイオン電池１では、正極活物質非被覆部２１Ｃから発生した金属粉が負極２２と接触しない構成を採用した。
図８は、本実施形態に係る電極巻回体２０の少なくとも正極側を、電極巻回体２０の中心軸を含む平面で切断した断面を断面視した場合の一部を示した図である。断面観察は、例えば、以下のようにして行われる。
リチウムイオン電池１を高さ１／２付近で輪切りにし、樹脂に埋め込む。次に、リチウムイオン電池１の中心軸を含む面で切断する。そして、マイクロスコープで観察することにより断面観察を行うことができる。電極巻回体２０の負極側についても同様にして断面観察を行うことができる。なお、電極巻回体２０の正極側とは略円筒状を有する電極巻回体２０の両端面のうち端面４１を含む領域を意味する。また、電極巻回体２０の負極側とは略円筒状を有する電極巻回体２０の両端面のうち端面４２を含む領域を意味する。
図８に示すように、折り曲げられた正極活物質非被覆部２１Ｃによって、折り曲げ部７１及び平坦面７２が形成されている。平坦面７２が、正極集電板２４に溶接されている。本実施形態に係るリチウムイオン電池１では、貫通孔２６の周面が、例えば、セパレータ２３Ａにより構成されている。換言すれば、電極巻回体２０の最内周側にセパレータ２３Ａが位置している。セパレータ２３Ａに対しては、外側（図８におけるＸ軸方向）に向かってセパレータ２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄが積層している。セパレータ２３Ｄの外側には、最内周側負極２２Ｄが位置しており、最内周側負極２２Ｄの外側にはセパレータ２３Ｅが位置している。
図８の太線の円で囲む箇所で示されるように、リチウムイオン電池１では、最内周側負極２２Ｄの少なくとも両側に位置するセパレータ（本例におけるセパレータ２３Ｄ、２３Ｅ）の端部（正極側の端部）同士が、接合している。接合は、例えば、ヒーターを用いた熱融着による接合である。これによって、最内周側負極２２Ｄが、互いに接合されたセパレータ２３Ｄ、２３Ｅによって覆われる。
上述したように、折り曲げ部７１の内側付近で正極活物質非被覆部２１Ｃから脱落した金属粉が発生し易い。本実施形態では最内周側負極２２Ｄがセパレータ２３Ｄおよびセパレータ２３Ｅで覆われているので、金属粉と最内周側負極２２Ｄとが接触することがなくなり、両者が接触することによる内部ショートの発生を防止することができる。
端部接合方法の一例について説明する。図９に示すように、棒状のヒーター（例えば、シーズヒーター）１１０が電極巻回体２０の貫通孔２６に挿入される。例えば、平坦面７２から１．５～３．０ｍｍ下方まで、ヒーター１１０が挿入される。そして、ヒーター１１０が通電され、１２０～２００℃までヒーター１１０の温度が上昇する。通電後のヒーター１１０が、セパレータ２３Ａ～２３Ｅを加熱して溶融させる。加熱時間は、１～１０秒程度に設定される。そして、ヒーター１１０を貫通孔２６から取り出し、溶融したセパレータ２３Ａ～２３Ｅを冷却、硬化させることで、セパレータ２３Ｄとセパレータ２３Ｅとが熱融着される。なお、本方法によれば、セパレータ２３Ｄより内側に位置するセパレータ２３Ａ～２３Ｃも溶融することから、図８及び図９に示すように、セパレータ２３Ａ～２３Ｅの端部同士が熱融着されることで接合される。
なお、セパレータ２３Ｅより外側に位置するセパレータについては、熱融着する必要がない。これは、正極活物質非被覆部２１Ｃを中心側に折り曲げる際に、折り曲げる力がセパレータ２３（セパレータ２３Ｅより外側に位置するセパレータ）にも加わり、これに応じてセパレータ２３の端部が内側に傾斜する。傾斜したセパレータ２３の端部が負極２２を覆うことにより金属粉の侵入を防止する。しかしながら、セパレータ２３Ａ～２３Ｄ（特に、セパレータ２３Ｄ）は、両側に正極２１や負極２２が存在しないため、位置が安定しづらく比較的フリーな状態となる。このため、最内周側負極２２Ｄと正極活物質非被覆部２１Ｃとの間がセパレータ２３Ｅ等によって覆われづらくなり、金属粉が最内周側負極２２Ｄに侵入する虞がより高くなる。本実施形態では、上述したように、少なくともセパレータ２３Ｄ及びセパレータ２３Ｅを熱融着することで、金属粉の侵入の虞が高くなる箇所を閉塞することができる。更に、必要最小限の箇所のみを熱融着しているので、リチウムイオン電池１の作製工程が複雑化してしまうことを防止できる。
［本実施形態により得られる効果］
本実施形態によれば、例えば、下記の効果を得ることができる。
少なくとも最内周側負極２２Ｄの両側に位置するセパレータ（セパレータ２３Ｄ、２３Ｅ）を熱融着し、最内周側負極２２Ｄを覆うようにすることで、最内周側負極２２Ｄに金属粉が侵入することを防止できる。従って、最内周側負極２２Ｄと金属粉との接触による内部ショートの発生を防止できる。
リチウムイオン電池の作製時において、薄い平板（例えば厚さ０．５ｍｍ）などの端を端面４１，４２に対して垂直に押し付ける際に（図６Ｂに示す工程を行う際に）、電極巻回体２０の巻回開始側（電極巻回体２０の最内周にある正極又は負極の長手方向の端側）において、負極活物質被覆部２２Ｂから負極活物質が剥離することがある。この剥離は端面４２に対して押し付ける際に発生するストレスが原因と考えられる。剥離した負極活物質が電極巻回体２０内部に侵入し、これにより内部ショートが発生する虞がある。本実施形態では、第２の負極活物質非被覆部２２１Ｂ及び第３の負極活物質非被覆部２２１Ｃを設けているので負極活物質の剥離を防ぐことができ、内部ショートの発生を防止できる。係る効果は、第２の負極活物質非被覆部２２１Ｂ及び第３の負極活物質非被覆部２２１Ｃの一方のみを設ける構成によっても得られるが、両方設けることがより好ましい。
電極巻回体２０の巻回終止側において、負極２２は、正極活物質被覆部２１Ｂに対向しない側の主面で、負極活物質非被覆部２２Ｃの領域を有することができる。正極活物質被覆部２１Ｂに対向しない主面に負極活物質被覆部２２Ｂを有したとしても、それは充放電への寄与が低いと考えられるからである。負極活物質非被覆部２２Ｃの領域は、電極巻回体２０の３／４周以上５／４周以下であることが好ましい。このとき、充放電への寄与が低い負極活物質被覆部２２Ｂを設けていないため、同じ電極巻回体２０の容積に対して、初期容量を高くすることができる。
本実施形態では、電極巻回体２０は、正極活物質非被覆部２１Ｃと第１の負極活物質非被覆部２２１Ａとが逆方向を向くように重ねて巻回してあるので、端面４１には、正極活物質非被覆部２１Ｃが集まり、電極巻回体２０の端面４２には、第１の負極活物質非被覆部２２１Ａが集まる。係る正極活物質非被覆部２１Ｃ及び第１の負極活物質非被覆部２２１Ａが曲折されて、端面４１，４２が平坦面となっている。曲折する方向は端面４１，４２の外縁部２７，２８から貫通孔２６に向かう方向であり、巻回された状態で隣接する周の活物質非被覆部同士が重なって曲折している。端面４１が平坦面となることで、正極活物質非被覆部２１Ｃと正極集電板２４との接触を良好とすることができ、且つ、第１の負極活物質非被覆部２２１Ａと負極集電板２５との接触を良好とすることができる。また、端面４１，４２が曲折して平坦面となっていることで、リチウムイオン電池１の低抵抗化を実現することができる。
また、正極活物質非被覆部２１Ｃ及び第１の負極活物質非被覆部２２１Ａを曲折することで、一見、端面４１，４２を平坦面にすることが可能に思われるが、曲折する前に何らの加工もないと、曲折するときに端面４１，４２にシワやボイド（空隙、空間）が発生して、端面４１，４２が平坦面とならない虞がある。ここで、「シワ」や「ボイド」とは曲折した正極活物質非被覆部２１Ｃや第１の負極活物質非被覆部２２１Ａに偏りが生じ、端面４１，４２が平坦面とはならない部分を意味する。本実施形態では、端面４１及び端面４２側のそれぞれに貫通孔２６から放射方向に予め溝４３が形成されるようにしている。溝４３が形成されていることで、このシワやボイドの発生を抑制することができ、端面４１，４２をより平坦とすることができる。なお、正極活物質非被覆部２１Ｃ及び第１の負極活物質非被覆部２２１Ａの何れか一方を曲折してもよいが、好ましくは、両方が曲折される。
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。なお、特に断らない限り、第１の実施形態で説明した事項は、第２の実施形態に対しても適用することができる。第１の実施形態で説明した構成と同一、同質の構成については同一の参照符号を付し、重複した説明を適宜、省略する。
第２の実施形態に係るリチウムイオン電池（リチウムイオン電池１Ａ）は、リチウムイオン電池１と同様に電極巻回体２０を有する。電極巻回体２０は、最内周側負極２２Ｄの内側に、セパレータ２３Ｅと接合されるセパレータ２３Ｄを含む複数層のセパレータ、即ち、セパレータ２３Ａ～２３Ｄを有する。
図１０は、リチウムイオン電池１Ａの電極巻回体２０の負極側を、第１の実施形態と同様の断面で断面視した図である。図１０に示すように、第１の負極活物質非被覆部２２１Ａが折り曲げられることで折り曲げ部８１が形成されている。また、折り曲げ部８１の外側の面が平坦面８２となっている。負極側では、最内周側負極２２Ｄの内側に位置する複数層のセパレータ（セパレータ２３Ａ～２３Ｄ）の端部同士が、互いに接合している。負極側では、最内周側負極２２Ｄの外側に位置するセパレータ２３Ｅとセパレータ２３Ａ～２３Ｄとは接合されていない。熱融着の方法としては、第１の実施形態と同様の方法を適用することができる。この場合、セパレータ２３Ｅも溶融し得るが、セパレータ２３Ｄとセパレータ２３Ｅとの間に、最内周側負極２２Ｄの第１の負極活物質非被覆部２２１Ａが介在しているため、セパレータ２３Ｄとセパレータ２３Ｅとが熱融着することはない。
第２の実施形態に係るリチウムイオン電池１Ａでは、正極側において、セパレータ２３Ａ～２３Ｅの端部同士が熱融着している。また、負極側において、セパレータ２３Ａ～２３Ｄの端部同士が熱融着している。正負極側において、複数層のセパレータ２３の端部同士が熱融着していることで、１層のセパレータ２３に比べて強度が向上する。これにより、吸引工程が行われる際に、セパレータ２３が変形することがなくなり、電極巻回体２０が変形してしまうことを極力抑制できる。また、セパレータ２３が吸引装置に吸い込まれてしまうことを極力抑制できる。
以下、上記のようにして作製したリチウムイオン電池を用い、工程不良率及び開回路電圧不良率のそれぞれについて評価した実施例及び比較例を用いて、本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。
以下の全ての実施例及び比較例において、電池サイズを２１７００（直径２１ｍｍ，高さ７０ｍｍ）とし、負極活物質被覆部２２Ｂの幅方向の長さを６２ｍｍとし、セパレータ２３の幅方向の長さを６４ｍｍとし、正極活物質被覆部２１Ｂと負極活物質被覆部２２Ｂとの間のクリアランスを１．５ｍｍ、負極活物質被覆部２２Ｂとセパレータ２３との間のクリアランスを１．５ｍｍとして電極巻回体２０を作製した。セパレータ２３を正極活物質被覆部２１Ｂと負極活物質被覆部２２Ｂの全範囲を覆うように重ね、正極活物質非被覆部２１Ｃの幅方向の長さを５ｍｍとした。また、溝４３の数を８とし略等角間隔となるように配置した。
図１１は実施例１に対応する図であり、図１０及び図１１は実施例２に対応する図であり、図１２は比較例１に対応する図である。
［実施例１］
リチウムイオン電池１を上述した工程により作製した。この際、端部接合工程では、正極側において、シーズヒーターを貫通孔２６に対して２ｍｍとなる深さまで挿入し１５０℃で３秒加温することで、最内周側負極２２Ｄを挟んで両側に位置するセパレータを含むセパレータ（セパレータ２３Ａ～２３Ｅ）の端部同士を熱融着により接合した（図１１参照）。
［実施例２］
実施例２の端部接合工程では、負極側において、シーズヒーターを貫通孔２６に対して２ｍｍとなる深さまで挿入し１５０℃で３秒加温することで、セパレータ２３Ａ～２３Ｄの端部同士を熱融着により接合した。その他は、実施例１と同様にリチウムイオン電池１を作製した（図１０及び図１１参照）。
［比較例１］
比較例１では、端部接合工程を行わず、正負極側ともセパレータ２３の端部同士を接合しなかった（図１２参照）。その他は、実施例１と同様にリチウムイオン電池１を作製した。
［評価］
実施例１、２及び比較例１に対して工程不良率及び開回路電圧不良率を用いた評価を行った。
（工程不良率の測定方法）
工程不良率は、以下のようにして評価した。
金属粉吸引を目的に、成型後の電極巻回体２０に対し負極側端面に吸引装置が完全に接触する状態で６０Ｌ／ｍｉｎの流量で５秒間吸引を行った。
内周側のセパレータ２３によって貫通孔２６が完全に閉塞したものを外観検査で不良と判断した。貫通孔２６が閉塞した本数を試験本数で割ることで工程不良率を算出した。
（開回路電圧不良の測定方法）
作製したリチウムイオン電池に対し２５℃環境において５００ｍＡで定電流定電圧充電を上限４．２Ｖまで行う。
その後、１時間以内に測定した電圧の値を基準として、２週間後に再測定を行ったときに５０ｍＶ以上電圧が低下しているものを不良と判断した。
開回路電圧不良率は（開回路電圧不良本数／試験本数）×１００で算出した。
（セパレータの端部同士の接合の確認方法）
完全に放電したリチウムイオン電池から電極巻回体２０を取り出して解体する。正極側において、少なくともセパレータ２３Ｄとセパレータ２３Ｅとが最内周側負極２２Ｄを包むように接合しているかどうかを確認した。負極側において、最内周側負極２２Ｄよりも中心軸側にある複数層のセパレータが、一部で接合しているかどうかを確認した。
実施例１、２及び、比較例１の構成のリチウムイオン電池１を１００本（試験本数）ずつ作製し評価を実施した。結果を表１に示す。
Figure 0007494948000001
実施例１では、工程不良率が３％であり、端部同士の接合がなされていない比較例１の工程不良率（８％）より改善した。これは、セパレータ２３Ａ～２３Ｅの端部同士が接合されたことで強度が高まり、金属粉を吸引した際に内周側に位置するセパレータ２３が変形して貫通孔２６を閉塞してしまうことが少なくなったからと考えられる。
また、実施例１では、開回路電圧不良率が２％であり、端部同士の接合がなされていない比較例１の開回路電圧不良率（６％）より改善した。これは、最内周側負極２２Ｄが保護されていることにより、電極巻回体２０の成型時に正極活物質非被覆部２１Ｃから発生した金属粉が、最内周側負極２２Ｄと接触することを抑制できたので開回路電圧不良率が低下したからと考えられる。
実施例２では、工程不良率が０％であり、端部同士の接合がなされていない比較例１の工程不良率（８％）より改善し、実施例１の工程不良率（３％）よりも更に改善した。これは、正負極側ともセパレータの端部同士が接合されたことで両極側とも強度が高まり、金属粉を吸引した際に内周側に位置するセパレータ２３が変形して貫通孔２６を閉塞してしまうことが更に少なくなったからと考えられる。
また、実施例２では、開回路電圧不良率が２％であり、端部同士の接合がなされていない比較例１の開回路電圧不良率（６％）より改善した。これは、実施例１と同様に、最内周側負極２２Ｄが保護されていることにより、電極巻回体２０の成型時に正極活物質非被覆部２１Ｃから発生した金属粉が、最内周側負極２２Ｄと接触することを抑制できたので開回路電圧不良率が低下したからと考えられる。
比較例１では、工程不良率が８％と高くなった。これは、正負極側ともセパレータの端部同士が接合されていないので、金属粉を吸引した際に内周側に位置するセパレータ２３が変形して貫通孔２６を閉塞してしまうことが多くなったからと考えられる。
また、比較例１では、開回路電圧不良率が６％と高かった。これは、最内周側負極２２Ｄが覆われていないため、電極巻回体２０の成型時に正極活物質非被覆部２１Ｃから発生した金属粉と最内周側負極２２Ｄと接触し内部ショートが発生することが多くなったからと考えられる。
以上から、実施例１、２に示す構成が、リチウムイオン電池１の好ましい構成と言える。
＜変形例＞
以上、本発明の複数の実施形態について具体的に説明したが、本発明の内容は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
上述した実施形態では、内周側のセパレータが４層のセパレータ（セパレータ２３Ａ～２３Ｄ）が積層している構成であったが、１層でもよいし、４層以外の複数層であってもよい。
上述した実施形態において、第２の負極活物質非被覆部２２１Ｂ及び第３の負極活物質非被覆部２２１Ｃが設けられる構成が好ましいが、これらが無いリチウムイオン電池に対しても本発明を適用することができる。
上述した実施形態では、接合方法の一例として熱融着による方法を用いたが、これとは異なる溶着方法でもよいし、接着剤等による接着による接合であってもよい。
上述した実施例及び比較例では、溝４３の数を８としていたが、これ以外の数であってもよい。電池サイズを２１７００（直径２１ｍｍ，高さ７０ｍｍ）としていたが、１８６５０（直径１８ｍｍ，高さ６５ｍｍ）やこれら以外のサイズであってもよい。
実施形態に係る扇状部３１，３３の形状は、扇形の形状以外の形状であってもよい。
本発明の趣旨を逸脱しない限り、本発明は、リチウムイオン電池以外の他の電池や、円筒形状以外の電池（例えば、ラミネート型電池、角型電池、コイン型電池、ボタン型電池）に適用することも可能である。この場合において、「電極巻回体の端面」の形状は、円筒形状のみならず、矩形、楕円形状や扁平形状なども採り得る。また、本発明は、電池の製造方法としても実現することができる。
＜応用例＞
（１）電池パック
図１３は、本発明の実施形態又は実施例に係る二次電池を電池パック３００に適用した場合の回路構成例を示すブロック図である。電池パック３００は、組電池３０１、充電制御スイッチ３０２ａと、放電制御スイッチ３０３ａ、を備えるスイッチ部３０４、電流検出抵抗３０７、温度検出素子３０８、制御部３１０を備えている。制御部３１０は各デバイスの制御を行い、さらに異常発熱時に充放電制御を行ったり、電池パック３００の残容量の算出や補正を行ったりすることが可能である。電池パック３００の正極端子３２１及び負極端子３２２は、充電器や電子機器に接続され、充放電が行われる。
組電池３０１は、複数の二次電池３０１ａを直列及び／又は並列に接続してなる。図１３では、６つの二次電池３０１ａが、２並列３直列（２Ｐ３Ｓ）に接続された場合が例として示されている。二次電池３０１ａに対して本発明の二次電池を適用可能である。
温度検出部３１８は、温度検出素子３０８（例えばサーミスタ）と接続されており、組電池３０１又は電池パック３００の温度を測定して、測定温度を制御部３１０に供給する。電圧検出部３１１は、組電池３０１及びそれを構成する各二次電池３０１ａの電圧を測定し、この測定電圧をＡ／Ｄ変換して、制御部３１０に供給する。電流測定部３１３は、電流検出抵抗３０７を用いて電流を測定し、この測定電流を制御部３１０に供給する。
スイッチ制御部３１４は、電圧検出部３１１及び電流測定部３１３から入力された電圧及び電流をもとに、スイッチ部３０４の充電制御スイッチ３０２ａ及び放電制御スイッチ３０３ａを制御する。スイッチ制御部３１４は、二次電池３０１ａが過充電検出電圧（例えば４．２０Ｖ±０．０５Ｖ）以上若しくは過放電検出電圧（２．４Ｖ±０．１Ｖ）以下になったときに、スイッチ部３０４にＯＦＦの制御信号を送ることにより、過充電又は過放電を防止する。
充電制御スイッチ３０２ａ又は放電制御スイッチ３０３ａがＯＦＦした後は、ダイオード３０２ｂ又はダイオード３０３ｂを介することによってのみ、充電又は放電が可能となる。これらの充放電スイッチは、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチを使用することができる。なお、図１３では＋側にスイッチ部３０４を設けているが、－側に設けても良い。
メモリ３１７は、ＲＡＭやＲＯＭからなり、制御部３１０で演算された電池特性の値や、満充電容量、残容量などが記憶され、書き換えられる。
（２）電子機器
上述した本発明の実施形態又は実施例に係る二次電池は、電子機器や電動輸送機器、蓄電装置などの機器に搭載され、電力を供給するために使用することができる。
電子機器としては、例えばノート型パソコン、スマートフォン、タブレット端末、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話、ウェアラブル端末、デジタルスチルカメラ、電子書籍、音楽プレイヤー、ゲーム機、補聴器、電動工具、テレビ、照明機器、玩具、医療機器、ロボットが挙げられる。また、後述する電動輸送機器、蓄電装置、電動工具、電動式無人航空機等も、広義では電子機器に含まれ得る。
電動輸送機器としては電気自動車（ハイブリッド自動車を含む。）、電動バイク、電動アシスト自転車、電動バス、電動カート、無人搬送車（ＡＧＶ）、鉄道車両などが挙げられる。また、電動旅客航空機や輸送用の電動式無人航空機も含まれる。本発明に係る二次電池は、これらの駆動用電源のみならず、補助用電源、エネルギー回生用電源などとしても用いられる。
蓄電装置としては、商業用又は家庭用の蓄電モジュールや、住宅、ビル、オフィスなどの建築物用又は発電設備用の電力貯蔵用電源などが挙げられる。
（３）電動工具
図１４を参照して、本発明が適用可能な電動工具として電動ドライバの例について概略的に説明する。電動ドライバ４３１には、シャフト４３４に回転動力を伝達するモータ４３３と、ユーザが操作するトリガースイッチ４３２が設けられている。電動ドライバ４３１の把手の下部筐体内に、電池パック４３０及びモータ制御部４３５が収納されている。電池パック４３０は、電動ドライバ４３１に対して内蔵されているか、又は着脱自在とされている。電池パック４３０を構成する電池に対して、本発明の二次電池を適用可能である。
電池パック４３０及びモータ制御部４３５のそれぞれには、マイクロコンピュータ（図示せず）が備えられており、電池パック４３０の充放電情報が相互に通信できるようにしてもよい。モータ制御部４３５は、モータ４３３の動作を制御すると共に、過放電などの異常時にモータ４３３への電源供給を遮断することができる。
（４）電動車両用蓄電システム
本発明を電動車両用の蓄電システムに適用した例として、図１５に、シリーズハイブリッドシステムを採用したハイブリッド車両（ＨＶ）の構成例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンを動力とする発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
このハイブリッド車両６００には、エンジン６０１、発電機６０２、電力駆動力変換装置（直流モータ又は交流モータ。以下単に「モータ６０３」という。）、駆動輪６０４ａ、駆動輪６０４ｂ、車輪６０５ａ、車輪６０５ｂ、バッテリ６０８、車両制御装置６０９、各種センサ６１０、充電口６１１が搭載されている。バッテリ６０８としては、本発明の二次電池、又は、本発明の二次電池を複数搭載した蓄電モジュールが適用され得る。
バッテリ６０８の電力によってモータ６０３が作動し、モータ６０３の回転力が駆動輪６０４ａ、６０４ｂに伝達される。エンジン６０１によって産み出された回転力によって、発電機６０２で生成された電力をバッテリ６０８に蓄積することが可能である。各種センサ６１０は、車両制御装置６０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度を制御したりする。
図示しない制動機構によりハイブリッド車両６００が減速すると、その減速時の抵抗力がモータ６０３に回転力として加わり、この回転力によって生成された回生電力がバッテリ６０８に蓄積される。また、バッテリ６０８は、ハイブリッド車両６００の充電口６１１を介して外部の電源に接続されることで充電することが可能である。このようなＨＶ車両を、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ又はＰＨＥＶ）という。
なお、本発明に係る二次電池を小型化された一次電池に応用して、車輪６０４、６０５に内蔵された空気圧センサシステム（TPMS: Tire Pressure Monitoring system）の電源として用いることも可能である。
以上では、シリーズハイブリッド車を例として説明したが、エンジンとモータを併用するパラレル方式、又は、シリーズ方式とパラレル方式を組み合わせたハイブリッド車に対しても本発明は適用可能である。さらに、エンジンを用いない駆動モータのみで走行する電気自動車（ＥＶ又はＢＥＶ）や、燃料電池車（ＦＣＶ）に対しても本発明は適用可能である。
１，１Ａ・・・リチウムイオン電池、１２・・・絶縁板、２１・・・正極、２１Ａ・・・正極箔、２１Ｂ・・・正極活物質層、２１Ｃ・・・正極活物質非被覆部、２２・・・負極、２２Ａ・・・負極箔、２２Ｂ・・・負極活物質層、２２Ｃ・・・負極活物質非被覆部、２２Ｄ・・・最内周側負極、２３，２３Ａ～２３Ｅ・・・セパレータ、２４・・・正極集電板、２５・・・負極集電板、２６・・・貫通孔、４１、４２・・・端面、４３・・・溝、２２１Ａ・・・第１の負極活物質非被覆部、２２１Ｂ・・・第２の負極活物質非被覆部、２２１Ｃ・・・第３の負極活物質非被覆部

Claims (8)

  1. セパレータを介して帯状の正極と帯状の負極とが積層された電極巻回体と、正極集電板及び負極集電板とが、電池缶に収容された二次電池であって、
    前記正極は、帯状の正極箔上に、正極活物質層が被覆された正極活物質被覆部と、正極活物質非被覆部とを有し、
    前記負極は、帯状の負極箔上に、負極活物質層が被覆された負極活物質被覆部と、少なくとも前記負極箔の長手方向に延在する負極活物質非被覆部とを有し、
    前記正極活物質非被覆部は、前記電極巻回体の端部の一方において、前記正極集電板と接合され、
    前記負極活物質非被覆部は、前記電極巻回体の端部の他方において、前記負極集電板と接合され、
    前記電極巻回体は、前記正極活物質非被覆部及び前記負極活物質非被覆部の何れか一方又は両方が、前記巻回された構造の中心軸に向かって曲折し、重なり合うことによって形成された平坦面と、前記平坦面に形成された溝とを有し、
    前記電極巻回体の少なくとも正極側を、前記中心軸を含む平面で切断した断面を断面視した場合に、前記負極のうち最内周側に位置する最内周側負極の少なくとも両側に位置する前記セパレータの端部同士が、互いに接合している
    二次電池。
  2. 前記電極巻回体は、前記最内周側負極の内側に、前記接合されるセパレータを含む複数層のセパレータを有し、
    前記最内周側負極の外側に位置するセパレータの端部と、前記複数層のセパレータの端部とが接合されている
    請求項１に記載の二次電池。
  3. 前記電極巻回体の負極側を前記断面で断面視した場合に、
    前記最内周側負極の内側に位置する前記複数層のセパレータの端部同士が、互いに接合している
    請求項２に記載の二次電池。
  4. 前記最内周側負極の外側に位置するセパレータと前記複数層のセパレータとが接合されていない
    請求項３に記載の二次電池。
  5. 前記接合は、溶着による接合または接着による接合である
    請求項１から４までの何れかに記載の二次電池。
  6. 前記負極は、更に、長手方向の巻回開始側及び巻回終止側のそれぞれの端部に、負極活物質非被覆部を有する
    請求項１から５までの何れかに記載の二次電池。
  7. 請求項１から６までの何れかに記載の二次電池を有する電子機器。
  8. 請求項１から６までの何れかに記載の二次電池を有する電動工具。
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007335156A (ja) 2006-06-13 2007-12-27 Honda Motor Co Ltd 蓄電素子
JP2012009249A (ja) 2010-06-24 2012-01-12 Toyota Motor Corp 電池
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