WO2011048769A1 - 扁平形二次電池用電極群及びその製造方法並びに扁平形二次電池用電極群を備えた扁平形二次電池 - Google Patents

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金田真由美
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    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery represented by a lithium ion secondary battery, and in particular, an electrode group for a flat secondary battery (hereinafter referred to as a “flat electrode group”), a manufacturing method thereof, and a flat electrode.
  • the present invention relates to a flat secondary battery having a group.
  • lithium-ion secondary batteries which are widely used as power sources for portable electronic devices, use a carbon-based material that can occlude and release lithium as a negative electrode active material, and a composite of transition metal and lithium as a positive electrode active material.
  • An oxide for example, LiCoO 2 or the like
  • a lithium ion secondary battery having a high potential and a high discharge capacity is realized.
  • the lithium ion secondary battery is manufactured according to the following method. First, a positive electrode plate and a negative electrode plate are wound in a spiral shape via a separator (porous insulator). The electrode group thus produced is housed in a battery case made of stainless steel, nickel-plated iron, aluminum, or the like together with a non-aqueous electrolyte. Subsequently, the opening end of the battery case is sealed with a sealing plate.
  • the electrode plate (positive plate or negative plate) is produced according to the following method. Apply a paint mixture containing the constituent materials (active material, binder, and conductive agent if necessary) on the current collector, and then dry it (preparation of the electrode plate substrate). The electrode plate substrate is compressed to a thickness. If the amount of the active material applied to the current collector is increased, the active material density in the electrode plate is increased, so that the capacity of the lithium ion secondary battery can be increased.
  • Patent Document 1 proposes a method for producing a flat electrode group.
  • 6 (a) to 6 (b) are schematic cross-sectional views showing a part of the manufacturing method of the flat electrode group in Patent Document 1 in the order of steps.
  • a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a porous insulator are wound around a cylindrical core (not shown) to produce a cylindrical electrode group 91.
  • cylindrical jigs 93 and 94 are inserted into the hollow portion 92 of the electrode group 91, and the jigs 93 and 94 are moved outward in the radial direction of the electrode group 91.
  • transforms from a substantially circular shape to an oval shape.
  • a flat electrode group (not shown) is produced.
  • the electrode mixture layer may be cracked or lifted up to cause the electrode mixture layer to fall off the current collector (this is simply referred to as “electrode mixture layer removal”).
  • electrode mixture layer removal When the dropped electrode mixture layer breaks through the porous insulator, an internal short circuit occurs.
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a flat secondary battery excellent in safety that can be manufactured without causing cracking or lifting of the electrode mixture layer. It is to provide.
  • the flat electrode group according to the present invention is formed into a flat shape by winding a positive electrode plate and a negative electrode plate through a porous insulator and then applying pressure.
  • a bent portion is provided at each end in the major axis direction of the electrode group, and a portion located in the innermost periphery of the flat electrode group in the bent portion (hereinafter referred to as “the innermost peripheral portion in the bent portion”) are located opposite to each other with respect to the center line extending in the major axis direction through the middle point in the thickness direction of the flat electrode group, and may be point-symmetric with respect to one point on the center line. good.
  • the “center line” is, for example, the long axis of the flat electrode group.
  • One point on the center line is, for example, the intersection of the major axis and the minor axis of the flat electrode group (the minor axis is a straight line extending in the minor axis direction of the flat electrode group). Is the center in the cross section of the flat electrode group.
  • the flat electrode group according to the present invention is manufactured according to the following method. First, a positive electrode plate and a negative electrode plate are wound through a porous insulator to produce an electrode group intermediate body having a parallelogram shape in cross section. Next, the electrode group intermediate is pressurized to produce a flat electrode group. At this time, a bent portion is formed at each end in the major axis direction of the flat electrode group, and the innermost peripheral portions in the bent portion are located on opposite sides of the center line.
  • the electrode group intermediate may be pressurized in a state where a spacer having an R portion at the end in the longitudinal direction is inserted into the hollow portion of the electrode group intermediate.
  • size of a hollow part is securable. Therefore, since the volume increase of the electrode group during charge / discharge is easily absorbed by the hollow portion, it is possible to suppress the battery bulge accompanying the expansion of the electrode plate, and thus to prevent the occurrence of an internal short circuit due to the battery bulge.
  • parallelogram includes a shape slightly deviated from a parallelogram in a strict sense
  • point symmetry is a position slightly deviated from a point symmetry in a strict sense.
  • midpoint includes a position slightly deviated from the midpoint in a strict sense.
  • two parts are positioned point-symmetrically with respect to a specific point that the two parts are on a long axis such as a flat electrode group, an electrode group intermediate, or a core. It means that it does not exist and is positioned symmetrically with respect to a specific point.
  • a flat electrode group can be produced without causing the electrode mixture layer to crack or lift, a flat secondary battery excellent in safety can be provided.
  • FIGS. 1A to 1C are schematic cross-sectional views of a flat electrode group according to the present invention.
  • 2A to 2D are schematic cross-sectional views showing a method of manufacturing a flat electrode group according to the present invention in the order of steps.
  • 3A to 3B are schematic cross-sectional views showing a part of another manufacturing method of the flat electrode group according to the present invention in the order of steps.
  • FIG. 4 is a partially cutaway perspective view of a flat secondary battery according to the present invention.
  • 5A to 5C are schematic cross-sectional views showing a method of manufacturing a flat electrode group in a comparative example in the order of steps.
  • 6A to 6B are schematic cross-sectional views showing a part of a conventional method for manufacturing a flat electrode group in the order of steps.
  • FIGS. 1A to 1C are schematic cross-sectional views of a flat electrode group 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the flat electrode group 1 according to the present embodiment is formed into a flat shape by winding the negative electrode plate 2 and the positive electrode plate 3 through a porous insulator 4 and then pressurizing the hollow electrode 7. have.
  • the negative electrode plate 2, the positive electrode plate 3, and the porous insulator 4 are bent at both ends in the longitudinal direction (major diameter direction) in the cross section of the flat electrode group 1 (bent portions 8 and 9).
  • the innermost peripheral portions 8A and 9A in the bent portion do not exist on the major axis 6 of the flat electrode group 1 and are located on the opposite sides with respect to the major axis 6.
  • the innermost peripheral portions 8A and 9A in the bent portion are the intersection X (flat shape) of the short axis 5 and the long axis 6 of the flat electrode group 1. Are substantially symmetrical with respect to the horizontal cross section of the electrode group 1).
  • the amount of deviation H 1 of the innermost peripheral portion in the bent portion from the long axis 6 is substantially the same as the amount of deviation H 2 of the innermost peripheral portion in the bent portion from the long axis 6.
  • the deviation amount H 1 of the innermost peripheral portion in the bent portion from the long axis 6 is larger than the deviation amount H 2 of the innermost peripheral portion in the bent portion from the long axis 6. large.
  • the deviation amount H 1 of the innermost peripheral portion in the bent portion from the long axis 6 is larger than the deviation amount H 2 of the innermost peripheral portion in the bent portion from the long axis 6. small.
  • FIGS. 2A to 2D are schematic cross-sectional views showing a method of manufacturing the flat electrode group 1 according to this embodiment in the order of steps.
  • FIG. 2A shows a winding step in the method of manufacturing the flat electrode group 1, which is formed by sandwiching the porous insulator 4 between the negative electrode plate 2 and the positive electrode plate 3 (laminated body). ) Is shown in an initial state.
  • a winding core 33 for winding the laminated body includes an upper winding core 32 and a lower winding core 30.
  • the shape of the cross section of the upper winding core 32 and the lower winding core 30 is a parallelogram, the upper winding core 32 is provided with a corner portion 36, and the lower winding core 30 is provided with a corner portion 35.
  • the upper winding core 32 includes a center shaft 34 for sandwiching and holding the laminate at the start of winding.
  • the winding core 33 includes a push cylinder 31 for pressing a wound body (one around which the laminated body is wound).
  • a push cylinder 31 for pressing a wound body (one around which the laminated body is wound).
  • the core 33 is rotated in the direction A shown in FIG. 2A, the laminate is wound, and the electrode group intermediate 1a shown in FIG. 2B is produced.
  • This electrode group intermediate 1a has corner portions 8a and 9a at positions corresponding to the corner portions 35 and 36 of the core 33, and also has a hollow portion 7a.
  • FIG. 2 (c) shows a state in which the electrode group intermediate 1a is pressed from the short axis direction
  • FIG. 2 (d) shows a flat electrode group 1 produced by pressure molding. A cross section is shown.
  • the corners 8a and 9a are in relation to the major axis 6 of the electrode group intermediate 1a. Located on opposite sides of each other.
  • the electrode assembly intermediate 1a is pressurized from the short axis direction, so that only the corners 8a and 9a are not bent and include the corners 8a and 9a and the corners 8a and 9a.
  • the bent portions 8b and 9b are formed in a wider area.
  • the bent portions 8b and 9b become part of the bent portions 8 and 9 of the flat electrode group 1 after pressurization, and the innermost peripheral portions 8A and 9A in the bent portions are located on the opposite sides with respect to the long axis 6. Will be. Since the bent portions 8 and 9 are formed in this way, even when a new bending stress is applied to the bent portions 8 and 9 during pressurization, the bent folds or corners of the corner portions 8a and 9a at the time of winding are provided. Residual stress associated with is relaxed. Therefore, the crack width of the electrode mixture layer in the negative electrode plate 2 and the positive electrode plate 3 can be reduced, and lifting of the electrode mixture layer can be suppressed.
  • the electrode mixture layer is prevented from falling off due to cracking or lifting of the electrode mixture layer, so internal short circuit caused by the electrode mixture layer dropping off is prevented. Occurrence is prevented. Therefore, a flat secondary battery excellent in safety can be provided.
  • the winding process shown in FIG. 2A includes a main winding process and a remaining winding process.
  • the laminate is sandwiched between the upper core 32 and the lower core 30 and held by the middle shaft 34 and the lower core 30. Then, a predetermined tension is applied to each of the negative electrode plate 2, the positive electrode plate 3, and the porous insulator 4, and the core 33 is rotated a predetermined number of times in the direction A shown in FIG. Thereby, a laminated body is wound.
  • the remaining part of the laminate is wound up. Due to equipment limitations, it is difficult to wind the laminate while applying the same tension to the laminate as in the main winding step. Therefore, there is a possibility that a tensionless state may occur when the longitudinal end of the laminate is wound up, which may cause loosening of the laminate. In order to suppress the occurrence of this loosening, the laminate is pushed between the cylinder 31 and the core 33, and the laminate 33 is rotated at least once in a state where the laminate is pressurized, and the laminate is wound up.
  • a pressure-sensitive adhesive tape made of polypropylene (this tape is attached to the winding end of the laminated body) is applied to the outer peripheral surface of the wound body while the wound body is pressurized by the push cylinder 31.
  • an electrode group intermediate body 1a having a parallelogram shape in cross section as shown in FIG. 2B is manufactured. Thereafter, in the pressurization step shown in FIG. 2C, the electrode group intermediate 1a is pressurized from the short axis direction, and the flat electrode group 1 shown in FIG.
  • FIG. 3A schematically shows a state in which the electrode group intermediate body 1a is pressed from the short axis direction with the spacer 37 inserted in the hollow portion 7a of the electrode group intermediate body 1a.
  • R portions 37A are formed at both ends of the spacer 37 in the longitudinal direction, and the spacer 37 is formed in the hollow portion 7a so that the R portion 37A is positioned at the end in the long axis direction of the hollow portion 7a of the electrode assembly intermediate 1a. insert.
  • the hollow part 7 becomes large (refer FIG.3 (b)).
  • expansion of the negative electrode plate 2 and the positive electrode plate 3 (hereinafter simply referred to as “expansion of the negative electrode plate 2 and the positive electrode plate 3”) due to charge / discharge is easily absorbed by the hollow portion 7, and the negative electrode accompanying charge / discharge The bending of the plate 2 and the positive electrode plate 3 is suppressed.
  • the cross-sectional shape of the electrode assembly intermediate 1a is not limited to the shapes shown in FIGS. 1 (a) to 1 (c). It is only necessary that the two corners located diagonally of the electrode group intermediate 1a do not exist on the same straight line perpendicular to the pressing direction of the electrode group intermediate 1a. Even in this case, the same effect as that obtained in the present embodiment can be obtained. However, if the two corners are present on the same straight line orthogonal to the pressing direction of the electrode group intermediate 1a, the electrode mixture layer will be cracked or lifted during pressurization, thus causing an internal short circuit. There is a risk of inviting.
  • the direction in which the electrode group intermediate body 1a is pressed is not limited to the short axis direction of the electrode group intermediate body 1a, but the line connecting the corners located at the opposite corners of the electrode group intermediate body 1a. Any direction other than the orthogonal direction may be used. Even in this case, the same effect as that obtained in the present embodiment can be obtained. However, when the electrode group intermediate 1a is pressed in a direction orthogonal to the line connecting the two corners, the electrode mixture layer may be cracked or lifted during pressurization, thereby causing an internal short circuit. There is.
  • the electrode group 1 is formed by using the core 33 in which the corners 35 and 36 are positioned symmetrically with respect to the center point of the core 33. It is preferable to produce it. Therefore, the electrode group 1 is preferably the electrode group 1 shown in FIG. However, it is not easy to manufacture the electrode group 1 shown in FIG. Therefore, although the electrode group 1 is manufactured using the winding core (the winding core 33 in which the corner portions 35 and 36 are positioned symmetrically with respect to the center point of the winding core 33), FIG. The electrode group 1 shown in FIG.1 (c) may be produced. However, even in the electrode group 1 shown in FIG. 1B or FIG. 1C, the innermost peripheral portions 8A and 9A in the bent portion are located on the opposite sides with respect to the long axis 6, The same effect as that produced by the electrode group 1 shown in FIG.
  • the cross-sectional shape of the hollow portion 7a of the electrode group intermediate 1a may be a parallelogram, and the cross-sectional shape of the electrode group intermediate 1a may not be a parallelogram.
  • the positive electrode plate 3 is produced by applying a paste-like positive electrode mixture to one or both surfaces of a positive electrode current collector, drying the material, and then rolling to a predetermined thickness.
  • the positive electrode current collector is made of, for example, an aluminum or aluminum alloy foil or non-woven fabric and has a thickness of 5 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • the paste-like positive electrode mixture is obtained by mixing and dispersing a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder in a dispersion medium using a dispersing machine such as a planetary mixer.
  • the positive electrode active material may be lithium cobaltate or a modified product thereof (for example, lithium cobaltate in which aluminum or magnesium is dissolved) or lithium nickelate or a modified product thereof (for example, one of nickel). And the like may be substituted with cobalt, etc., or may be lithium manganate or a modified product thereof.
  • the conductive agent may be carbon black such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black and thermal black, or various graphites may be used alone or in combination.
  • the binder for the positive electrode is, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF, poly (vinylidene) fluoride)), a modified polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene (PTFE, polytetrafluoroethylene), or a rubber particle binder having an acrylate unit. Any material may be used.
  • PVdF polyvinylidene fluoride
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • rubber particle binder having an acrylate unit Any material may be used.
  • the negative electrode plate 2 is produced by applying a paste-like negative electrode mixture on one or both sides of a negative electrode current collector, drying it, and then rolling it to a predetermined thickness.
  • the negative electrode current collector is, for example, a rolled copper foil, an electrolytic copper foil, or a copper fiber nonwoven fabric, and has a thickness of 5 ⁇ m to 25 ⁇ m.
  • the pasty negative electrode mixture is obtained by mixing and dispersing a negative electrode active material and a binder (if necessary, a conductive agent and a thickener) in a dispersion medium by a dispersing machine such as a planetary mixer.
  • the negative electrode active material may be, for example, various kinds of natural graphite, artificial graphite, silicon-based composite materials such as silicide, or various alloy composition materials.
  • binder for the negative electrode various binders such as polyvinylidene fluoride (PVdF) and modified products thereof can be used. From the viewpoint of improving the lithium ion acceptability, it is preferable to use styrene-butadiene-copolymer rubber particles (SBR, styrene-butadiene-rubber) or modified products thereof as the negative electrode binder.
  • PVdF polyvinylidene fluoride
  • SBR styrene-butadiene-copolymer rubber particles
  • the thickener may be a solution having viscosity such as polyethylene oxide (PEO, poly (ethylene oxide)) or polyvinyl alcohol (PVA, poly (vinyl alcohol)). From the viewpoint of dispersibility and thickening of the mixture paint, it is preferable to use a cellulose resin such as carboxymethylcellulose (CMC) or a modified product thereof as a thickener.
  • PEO polyethylene oxide
  • PVA polyvinyl alcohol
  • CMC carboxymethylcellulose
  • the porous insulator 4 may be of any composition that can withstand the use of a flat secondary battery, but in particular it may be a single or laminated microporous film made of polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene. preferable. Further, a porous insulating layer may be formed on the surface of the film, and the thickness of the porous insulator 4 is preferably 10 to 25 ⁇ m.
  • FIG. 4 is a partially cutaway perspective view of a flat secondary battery 25 including the flat electrode group 1 according to the present embodiment.
  • the flat secondary battery 25 is manufactured according to the following method.
  • the flat electrode group 1 is housed in the bottomed flat battery case 21 together with the insulating frame 27.
  • the negative electrode lead 23 drawn from the upper part of the flat electrode group 1 was connected to the terminal 20 (an insulating gasket 29 was attached to the periphery of the terminal 20), and was drawn from the upper part of the flat electrode group 1
  • the positive electrode lead 22 is connected to the sealing plate 26.
  • the sealing plate 26 is inserted into the opening of the battery case 21, and the sealing plate 26 and the battery case 21 are welded along the outer periphery of the opening of the battery case 21. Thereby, the battery case 21 is sealed. A predetermined amount of non-aqueous electrolyte (not shown) is supplied into the battery case 21 from the plug opening of the sealing plate 26, and the plug opening is closed with the plug 24. Thereby, the flat secondary battery 25 is produced.
  • This manufacturing method is only an example, and the manufacturing method of the flat secondary battery 25 is not limited thereto.
  • the electrolyte salt of the nonaqueous electrolytic solution various lithium compounds such as LiPF 6 and LiBF 4 can be used.
  • ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), or methyl ethyl carbonate (MEC) is used alone. These may be used in combination, or may be used in combination.
  • vinylene carbonate (VC), cyclohexylbenzene (CHB), and cyclohexylbenzene are used as solvents for non-aqueous electrolytes.
  • VC vinylene carbonate
  • CHB cyclohexylbenzene
  • cyclohexylbenzene it is preferable to use a modified product of cyclohexylbenzene.
  • the safety of the flat secondary battery was evaluated by taking as an example the case where the shape of the cross section of the electrode group is the shape shown in FIG.
  • this positive electrode mixture paste is applied to both sides of an aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 15 ⁇ m and dried, and the thickness of the positive electrode mixture layer on one side of the aluminum foil (of each positive electrode mixture layer) A positive electrode plate substrate having a thickness of 100 ⁇ m was produced.
  • the positive electrode substrate was pressed so that the total thickness was 165 ⁇ m. Thereby, the thickness of each positive mix layer became 75 micrometers. Thereafter, the pressed positive plate base was cut into a predetermined width to produce a positive plate 3.
  • this negative electrode mixture paste was applied to both sides of a copper foil (negative electrode current collector) having a thickness of 10 ⁇ m and then dried, and the thickness of the negative electrode mixture layer on one side of the copper foil (of each negative electrode mixture layer) A negative electrode plate substrate having a thickness of 100 ⁇ m was produced.
  • the negative electrode substrate was pressed so that the total thickness was 170 ⁇ m. Thereby, the thickness of each negative mix layer became 80 micrometers. Thereafter, the pressed negative electrode plate substrate was cut into a predetermined width to produce a negative electrode plate 2.
  • a laminate formed by sandwiching the porous insulator 4 between the negative electrode plate 2 and the positive electrode plate 3 is interposed between the upper winding core 32 and the lower winding core 30.
  • the intermediate shaft 34 and the lower winding core 30 were held.
  • the electrode assembly intermediate 1a was pressed from the short axis direction to be formed into a flat shape.
  • the flat electrode group 1 shown in FIG. 2D was obtained.
  • the innermost peripheral portions 8A and 9A in the bent portion were positioned point-symmetrically with the intersection point X as the center.
  • a flat secondary battery of Example 2 was produced according to the method of Example 1 except for the magnitude of tension when winding the laminate in Example 1 above.
  • Example 1 Specifically, after the laminated body in Example 1 is held on the core 33, a tension of 800 gf is applied to the negative electrode plate 2 and the positive electrode plate 3, and a tension of 200 gf is applied to the porous insulator 4.
  • the core 33 was rotated in the A direction shown in FIG. Even in the flat electrode group 1 obtained in this way, the innermost peripheral portions 8A and 9A in the bent portion are located point-symmetrically with the intersection point X as the center.
  • a flat secondary battery of Example 3 was produced according to the method of Example 1 except that the electrode group intermediate 1a was pressurized according to the method shown in FIGS. 3 (a) to 3 (b).
  • a spacer 37 having a thickness of 0.5 mm was inserted into the hollow portion 7a of the electrode assembly intermediate 1a.
  • R portions 37A are formed at both ends in the longitudinal direction of the spacer 37, and the spacer 37 is hollow in the electrode group intermediate 1a so that the R portions 37A are positioned at both ends in the long axis direction of the hollow portion 7a of the electrode group intermediate 1a. Inserted into part 7a.
  • the electrode group intermediate body 1a was pressurized from the short axis direction in a state where the spacer 37 was inserted into the hollow portion 7a of the electrode group intermediate body 1a.
  • the flat electrode group 1 shown in FIG. 3B was obtained. Even in the flat electrode group 1 obtained in this way, the innermost peripheral portions 8A and 9A in the bent portion are located point-symmetrically with the intersection point X as the center.
  • Comparative Example 1 A flat secondary battery of Comparative Example 1 was produced according to the method of Example 1 except that the laminate of Example 1 was wound according to the method shown in FIGS. 5 (a) to 5 (c).
  • FIG. 5A is a schematic cross-sectional view showing an initial state in the step of winding the laminated body in Example 1 described above.
  • a winding core 47 for winding the laminated body includes a left winding core 43 and a right winding core 45.
  • the left-hand core 43 and the right-hand core 45 have a rhombus shape, and the left-hand core 43 includes a corner 44 and the right-hand core 45 includes a corner 48.
  • the right winding core 45 includes a center shaft 46 for sandwiching and holding the laminate at the start of winding.
  • the winding core 47 includes a push cylinder 31 for pressing the wound body. When the core 47 is rotated in the direction A shown in FIG.
  • FIG. 5A schematically shows a cross section of a flat electrode group 49 formed by pressing the electrode group intermediate body 49a shown in FIG. 5B to form a flat shape.
  • the innermost peripheral portions 58 ⁇ / b> A and 59 ⁇ / b> A in the bent portion exist on the long axis 56.
  • Example 1 Production of Flat Electrode Group 49 As shown in FIG. 5A, the laminate in Example 1 is sandwiched between the left-handed core 43 and the right-handed core 45, and the middle shaft 46 and the right-handed The core 45 was held.
  • the electrode group intermediate body 49 a was pressed from the short axis direction to obtain a flat electrode group 49.
  • the bent portions 58 and 59 are formed at both ends in the long axis direction, and the innermost peripheral portions 58A and 59A in the bent portion exist on the long axis 56.
  • thermosetting resin was used to fix the state in which the flat electrode group was housed in the battery case. Thereafter, the flat electrode group was cut from a direction perpendicular to the axial direction. This cut surface (cross section of the flat electrode group) was observed with a measuring microscope, and the crack width of the electrode mixture layer was measured. When the crack width is less than 0.1 mm, it is determined that the electrode mixture layer is not cracked ("No"), and when the crack width is 0.1 mm or more, the electrode mixture layer is cracked ("Yes” )). Moreover, this cut surface was observed with the microscope, and the presence or absence of the lift of an electrode mixture layer was confirmed.
  • the corners 8a and 9a are positioned point-symmetrically with respect to the intersection of the short axis 5 and the long axis 6 of the electrode group intermediate 1a. Therefore, when the electrode group intermediate 1a is pressed from the short axis direction, the stress generated is dispersed, so that the bent portions 8 and 9 are considered to be gently formed in the flat electrode group 1. Therefore, when the flat electrode group 1 is inserted into the battery case 21, the flat electrode group 1 is deformed so as to approach the inner surface of the battery case 21 in order to return to the shape before pressurization. Thereby, the hollow part 7 is formed in the flat electrode group 1. When charging and discharging are repeated, the negative electrode plate 2 and the positive electrode plate 3 expand.
  • the hollow electrode 7 having a sufficiently large size is formed in the flat electrode group 1, the negative electrode plate 2 and the positive electrode plate 3 expand. It is absorbed by the hollow part 7. As a result, the occurrence of bending in the negative electrode plate 2 and the positive electrode plate 3 is suppressed, and an increase in battery thickness is suppressed.
  • the amount of increase in battery thickness was smaller in Examples 2 and 3 than in Example 1.
  • the reason why the increase in battery thickness was small in Example 2 is that the tension during winding was reduced.
  • the tension at the time of winding is small, the stress generated at the time of winding can be reduced, so that the residual stress of the electrode plate at the bent portions 8 and 9 is reduced. Therefore, when the volume of the flat electrode group 1 increases due to the expansion of the negative electrode plate 2 and the positive electrode plate 3 during charge and discharge, the current collector extends to follow the increase in volume of the flat electrode group 1. Thereby, generation
  • Example 3 The reason why the increase in battery thickness was small in Example 3 is that the electrode group intermediate 1a was pressurized using the spacer 37.
  • the electrode group intermediate 1a When the electrode group intermediate 1a is pressed with the spacer 37 inserted in the hollow portion 7a, the bent portions 8 and 9 are flattened compared to the case where the electrode group intermediate 1a is pressed without using the spacer 37.
  • the electrode group 1 is gently formed. Thereby, since the restoration amount of the flat electrode group 1 after insertion into the battery case 21 is increased, the hollow portion 7 is increased. Therefore, since the expansion of the negative electrode plate 2 and the positive electrode plate 3 is easily absorbed by the hollow portion 7, the occurrence of bending in the negative electrode plate 2 and the positive electrode plate 3 is further suppressed, and the increase in battery thickness is further suppressed.
  • the corner portions 35 and 36 are positioned point-symmetrically with respect to the center of the winding core 33 in the cross section, and in the electrode group intermediate 1a, the corner portions 8a and 9a are short axes of the electrode group intermediate 1a. 5 and the point of symmetry with respect to the long axis 6.
  • the bent portion 8b includes the corner portions 8a and 9a and is wider than the corner portions 8a and 9a. 9b is formed. Therefore, as shown in FIG. 2D, the innermost peripheral portions 8A and 9A in the bent portion are positioned point-symmetrically with respect to the intersection point X.
  • the corner portions 8a and 9A in the bent portion are formed in this way, even when a new bending stress is applied to the bent portions 8 and 9 during pressurization, the corner portions 8a and 9a have a winding time. Bending wrinkles and residual stress associated with the wrinkles are reduced. Therefore, it is considered that the crack width of the electrode mixture layer is small, and the lifting of the electrode mixture layer can be suppressed.
  • Comparative Example 1 On the other hand, in Comparative Example 1, bending occurred in the negative electrode plate 2 and the positive electrode plate 3, and the thickness of the battery increased. Specifically, the battery thickness increased by 0.6 mm. This increase in thickness has a great influence on the product, and for example, a problem such as a flat secondary battery being detached from the device can be considered.
  • the laminate was wound without partially relaxing the tension. Therefore, in the flat electrode group 49, it is difficult to deform the innermost peripheral portions 58A and 59A in the bent portion. Therefore, the flat electrode group 49 was hardly restored after being inserted into the battery case 21, and the size of the hollow portion 57 was smaller than those of Examples 1 to 3. Therefore, it is difficult to absorb the expansion of the negative electrode plate 2 and the positive electrode plate 3 by the hollow portion 57, and the negative electrode plate 2 and the positive electrode plate 3 are bent. Due to the occurrence of bending, the flat electrode group 1 swelled greatly outward in the radial direction, and as a result, the battery thickness increased greatly.
  • Comparative Example 1 causes an internal short circuit and is likely to overheat.
  • the lifting of the electrode mixture layer not only causes a reduction in quality due to a reduction in capacity, but also causes the current collector to be exposed due to the dropping of the floating mixture, and thus easily causes an internal short circuit.
  • Evaluation method (2) 30 batteries were taken out from the flat secondary battery that had been charged and discharged for 500 cycles, and a drop test, a crush test using a round bar, and a heating test at 150 degrees were performed using 10 batteries each.
  • Comparative Example 1 when the charge and discharge were decomposed and observed after 500 cycles, defects such as lithium deposition, electrode plate breakage, electrode plate buckling, and electrode mixture layer falling off were recognized. It was. Further, the exothermic temperature was high in any of the drop test, the crush test using the round bar, and the heating test at 150 ° C. The reason may be that an internal short circuit has occurred due to the dropping of the electrode mixture layer, the breakage of the electrode plate, or the buckling of the electrode plate during winding.
  • the corners 35 and 36 of the core 33 are provided at positions that are point-symmetric with respect to the center point in the cross section of the core 33. Then, the corners 8a and 9a are positioned point-symmetrically with respect to the intersection of the short axis 5 and the long axis 6 of the electrode group intermediate 1a.
  • the electrode group intermediate 1a is pressurized from the short axis direction, so that only the corners 8a and 9a are not bent and include the corners 8a and 9a and the corners 8a.
  • 9a are formed to be bent portions 8b, 9b. Therefore, in the flat electrode group 1, the innermost peripheral portions 8A and 9A in the bent portion are positioned point-symmetrically with respect to the intersection point X.
  • the corner portions 8a and 9A in the bent portion are formed in this way, even when a new bending stress is applied to the bent portions 8 and 9 during pressurization, the corner portions 8a and 9a have a bending at the time of winding. Residual stress associated with wrinkles or wrinkles is reduced. Therefore, it is thought that the crack of the electrode mixture layer in the negative electrode plate 2 and the positive electrode plate is small, and the lifting of the electrode mixture layer can be suppressed.
  • a winding core 47 having a rhombus shape that is laterally symmetric with respect to the short axis 55 and is vertically symmetric with respect to the long axis 56 has a transverse cross section.
  • the innermost peripheral portions 58A and 59A in the bent portion are formed with the location brazed by the corner portions 44 and 48 of the core 47 as a base point. Therefore, it is estimated that residual stress or distortion at the time of winding exists in the innermost peripheral portions 58A and 59A in the bent portion. By pressurizing this portion, it is considered that the electrode mixture layer in the negative electrode plate 2 and the positive electrode plate 3 is easily cracked or lifted.
  • the innermost peripheral portions 8A and 9A in the bent portion are described as being point-symmetric with respect to the intersection X.
  • the positional relationship between the innermost peripheral portions 8A and 9A in the bent portion is as follows.
  • the present invention is not limited to Examples 1 to 3 above.
  • the innermost peripheral portions 8A and 9A in the bent portion are located on the opposite sides with respect to the long axis 6 as shown in FIG. The same effect as 1 to 3 can be obtained.
  • FIGS. 1 (a) to (c), FIGS. 2 (b) to (d), FIGS. 3 (a) to (b) and FIGS. 5 (b) to (c) the drawings are complicated. In order to prevent this, a cross section of a flat electrode group is schematically shown.
  • the present invention since the innermost peripheral portion of the bent portion is located on the opposite side with respect to the long axis of the flat electrode group, the electrode mixture layer is prevented from rising or falling off during pressurization. Therefore, a highly safe flat secondary battery is provided. Therefore, the present invention is useful as a battery mounted on a device (for example, a portable terminal or a vehicle) that requires safety.
  • a device for example, a portable terminal or a vehicle

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Abstract

　電極群(1)では、折れ曲がり部における最内周部位(8A,9A)は、中心線(6)に対して互いに反対側に位置している。

Description

扁平形二次電池用電極群及びその製造方法並びに扁平形二次電池用電極群を備えた扁平形二次電池
　本発明は、リチウムイオン二次電池に代表される二次電池に関し、特に扁平形二次電池用電極群（以下では「扁平形状の電極群」と記す。）及びその製造方法並びに扁平形状の電極群を備えた扁平形二次電池に関するものである。
　近年、携帯用電子機器の電源として利用が広がっているリチウムイオン二次電池では、負極活物質としてリチウムを吸蔵及び放出可能な炭素系材料等を用い、正極活物質として遷移金属とリチウムとの複合酸化物（例えばＬｉＣｏＯ２等）を用いている。これによって、高電位で高放電容量のリチウムイオン二次電池を実現している。
　リチウムイオン二次電池は、次に示す方法に従って作製される。まず、正極板と負極板とをセパレータ（多孔質絶縁体）を介して渦巻状に巻回する。このように作製された電極群を非水電解液とともにステンレス製、ニッケルメッキを施した鉄製、又は、アルミニウム製等の電池ケースに収納する。続いて、電池ケースの開口端部を封口板で密閉する。
　電極板（正極板又は負極板）は、次に示す方法に従って作製される。構成材料（活物質、結着剤、必要ならば導電剤）が塗料化された合剤塗料を集電体の上に塗布してから乾燥させ（電極板基体の作製）、プレス等により規定の厚みまで電極板基体を圧縮させる。集電体への活物質の塗布量を増加させれば、電極板における活物質密度が高まり、よって、リチウムイオン二次電池の高容量化を図ることができる。
　ところで、近年の電子機器及び通信機器の多機能化並びに小型化に伴って、リチウムイオン二次電池の更なる小型化且つ高容量化が望まれている。特に薄形な電子機器及び通信機器には、電池を収容するスペースの無駄を省くため、又は、二次電池を搭載する機器の形状等から、発電要素（電極群等）が電池ケースに収容された扁平形リチウムイオン二次電池が使用されることが多い。
　例えば特許文献１には、扁平形状の電極群の作製方法が提案されている。図６（ａ）～（ｂ）は、特許文献１における扁平形状の電極群の作製方法の一部分を工程順に示す模式断面図である。
　まず、円柱形の巻芯（不図示）に正極板、負極板及び多孔質絶縁体を巻回させて、円筒状の電極群９１を作製する。次に、図６（ａ）に示すように、円柱状の冶具９３，９４を電極群９１の中空部９２に挿入して、治具９３，９４を電極群９１の径方向外側へ移動させる。これにより、図６（ｂ）に示すように、電極群９１の横断面の形状が略円形から長円形に変形する。その後、電極群９１を加圧すれば扁平形状の電極群（不図示）が作製される。
特開２００６－２７８１８４号公報
　しかしながら、上記特許文献１に開示された方法では、図６（ｂ）に示す電極群９１では、治具９３，９４に接触している部位は電極群９１の長軸上に位置している。そのため、この電極群９１を加圧した時には、治具９３，９４に接触している部位では、電極合剤層の割れ、又は、集電体からの電極合剤層の浮き上がり（これを単に「電極合剤層の浮き上がり」と記す）が生じることがある。これにより、二次電池の容量低下を招く。
　また、電極合剤層の割れ又は浮き上がりがきっかけとなって、集電体からの電極合剤層の脱落（これを単に「電極合剤層の脱落」と記す）を引き起こすことがある。脱落した電極合剤層が多孔質絶縁体を突き破ると、内部短絡の発生を招く。
　本発明は、上記従来の課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電極合剤層の割れ又は浮き上がりを引き起こすことなく製造可能な安全性に優れた扁平形二次電池を提供することにある。
　本発明に係る扁平形状の電極群は、多孔質絶縁体を介して正極板及び負極板を巻回してから加圧することにより扁平形状に成形されたものである。この電極群の長径方向における各端部には折れ曲がり部が設けられており、折れ曲がり部のうち扁平形状の電極群の最内周に位置する部位（以下では「折れ曲がり部における最内周部位」と記す）は、扁平形状の電極群の厚み方向における中点を通り長径方向に延びる中心線に対して互いに反対側に位置しており、中心線上の一点に対して点対称に位置していても良い。ここで、「中心線」は、例えば、扁平形状の電極群の長軸である。「中心線上の一点」は、例えば、扁平形状の電極群の長軸と短軸（短軸は、扁平形状の電極群の短径方向に延びる直線である）との交点であり、別の言い方をすると、扁平形状の電極群の横断面における中心である。
　このような扁平形状の電極群は、電極合剤層の割れ又は浮き上がりを引き起こすことなく製造されるため、安全性に優れた扁平形二次電池を提供できる。
　本発明に係る扁平形状の電極群は、次に示す方法に従って作製される。まず、多孔質絶縁体を介して正極板及び負極板を巻回し、横断面の形状が平行四辺形である電極群中間体を作製する。次に、電極群中間体を加圧して扁平形状の電極群を作製する。このとき、扁平形状の電極群の長径方向における各端部には折れ曲がり部が形成され、折れ曲がり部における最内周部位は中心線に対して互いに反対側に位置する。
　長手方向端部にＲ部を有するスペーサを電極群中間体の中空部に挿入した状態でその電極群中間体を加圧しても良い。これにより、中空部の大きさを確保できる。よって、充放電時における電極群の体積増加が中空部で吸収され易くなるので、電極板の膨張に伴う電池膨れを抑制でき、従って、電池膨れに起因する内部短絡の発生等を防止できる。
　本明細書では、「平行四辺形」には、厳密な意味での平行四辺形から若干ずれた形状も含まれており、「点対称」には厳密な意味での点対称から若干ずれた位置関係も含まれており、「中点」には厳密な意味での中点から若干ずれた位置も含まれている。本発明が奏する効果を逸脱しない範囲内において、扁平形状の電極群、電極群中間体、電極群中間体の中空部若しくは巻芯等の形状、又は、折れ曲がり部における最内周部位の位置等を変更することは可能である。
　また、本明細書では、２つの部位が特定の点に対して点対称に位置しているとは、２つの部位が扁平形状の電極群、電極群中間体又は巻芯等の長軸上に存在しておらず、且つ、特定の点に対して点対称に位置していることを意味する。
　本発明によれば、電極合剤層の割れ又は浮き上がりを引き起こすことなく扁平形状の電極群を製造できるので、安全性に優れた扁平形二次電池を提供できる。
図１（ａ）～（ｃ）は、本発明に係る扁平形状の電極群の模式断面図である。 図２（ａ）～（ｄ）は、本発明に係る扁平形状の電極群の製造方法を工程順に示す模式断面図である。 図３（ａ）～（ｂ）は、本発明に係る扁平形状の電極群の別の製造方法の一部分を工程順に示す模式断面図である。 図４は、本発明に係る扁平形二次電池の一部切欠斜視図である。 図５（ａ）～（ｃ）は、比較例における扁平形状の電極群の製造方法を工程順に示す模式断面図である。 図６（ａ）～（ｂ）は、従来における扁平形状の電極群の製造方法の一部分を工程順に示す模式断面図である。
　以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されない。
　図１（ａ）～（ｃ）は、本発明の実施形態に係る扁平形状の電極群１の模式断面図である。本実施形態に係る扁平形状の電極群１は、多孔質絶縁体４を介して負極板２及び正極板３を巻回してから加圧することにより扁平形状に成形されたものであり、中空部７を有している。扁平形状の電極群１の横断面における長手方向（長径方向）の両端では、負極板２、正極板３及び多孔質絶縁体４が折れ曲がっている（折れ曲がり部８，９）。折れ曲がり部における最内周部位８Ａ，９Ａは、扁平形状の電極群１の長軸６上に存在しておらず、長軸６に対して互いに反対側に位置している。
　具体的には、図１（ａ）に示す電極群１では、折れ曲がり部における最内周部位８Ａ，９Ａは、扁平形状の電極群１の短軸５と長軸６との交点Ｘ（扁平形状の電極群１の横断面における略中心点）に対して点対称に位置している。長軸６からの折れ曲がり部における最内周部位のズレ量Ｈ１は長軸６からの折れ曲がり部における最内周部位のズレ量Ｈ２と略同一である。
　図１（ｂ）に示す電極群１では、長軸６からの折れ曲がり部における最内周部位のズレ量Ｈ１は、長軸６からの折れ曲がり部における最内周部位のズレ量Ｈ２よりも大きい。
　図１（ｃ）に示す電極群１では、長軸６からの折れ曲がり部における最内周部位のズレ量Ｈ１は、長軸６からの折れ曲がり部における最内周部位のズレ量Ｈ2よりも小さい。
　そして、図１（ａ）～図１（ｃ）に示す何れの電極群１であっても、本実施形態における効果（後述）を得ることができる。
　図２（ａ）～（ｄ）は、本実施形態に係る扁平形状の電極群１の製造方法を工程順に示す模式断面図である。
　図２（ａ）には、扁平形状の電極群１の製造方法における巻回工程を示しており、多孔質絶縁体４を負極板２と正極板３とで挟んで形成されたもの（積層体）を巻回する初期状態を示している。積層体を巻回する巻芯３３は、上巻芯３２と下巻芯３０とで構成されている。上巻芯３２及び下巻芯３０の横断面の形状は平行四辺形であり、上巻芯３２は角部３６を備え、下巻芯３０は角部３５を備えている。上巻芯３２は、巻回開始時に積層体を挟み込んで保持するための中軸３４を備えている。さらに、巻芯３３は、巻回体（積層体が巻回されたもの）を押さえるための押しシリンダ３１を備えている。図２（ａ）に示すＡ方向に巻芯３３を回転させると積層体が巻回され、図２（ｂ）に示す電極群中間体１ａが作製される。この電極群中間体１ａは、巻芯３３の角部３５，３６に対応する位置に角部８ａ，９ａを有しており、また、中空部７ａを有している。図２（ｃ）には、電極群中間体１ａをその短軸方向から加圧する状態を示しており、図２（ｄ）には、加圧成形を経て作製された扁平形状の電極群１の横断面を示している。
　詳しくは、巻芯３３の角部３５，３６が巻芯３３の長軸Ｌに対して反対側に設けられているので、角部８ａ，９ａは電極群中間体１ａの長軸６に対して互いに反対側に位置する。図２（ｃ）に示す工程では、電極群中間体１ａをその短軸方向から加圧するので、角部８ａ，９ａのみが折れ曲がることは無く、角部８ａ，９ａを含み且つ角部８ａ，９ａよりも広い領域に折れ曲がり部８ｂ，９ｂが形成される。この折れ曲がり部８ｂ，９ｂは加圧後には扁平形状の電極群１の折れ曲がり部８，９の一部となり、折れ曲がり部における最内周部位８Ａ，９Ａは長軸６に対して互いに反対側に位置することとなる。このようにして折れ曲がり部８，９が形成されるので、加圧時に新たな曲げ応力が折れ曲がり部８，９に加えられても、角部８ａ，９ａが持つ巻回時の折り曲げ癖又はその癖に伴う残留応力が緩和される。そのため、負極板２及び正極板３における電極合剤層の割れ幅を小さくでき、また、電極合剤層の浮き上がりを抑制できる。
　このようにして作製された扁平形状の電極群１では、電極合剤層の割れ又は浮き上がりに起因する電極合剤層の脱落が防止されるので、電極合剤層の脱落に起因する内部短絡の発生が防止される。よって、安全性に優れた扁平形二次電池を提供できる。
　扁平形状の電極群１の製造方法を具体的に説明する。図２（ａ）に示す巻回工程は、本巻き工程と残巻き工程とからなる。本巻き工程では、積層体を、上巻芯３２と下巻芯３０との間に挟み込んで、中軸３４と下巻芯３０とで保持する。そして、負極板２と正極板３と多孔質絶縁体４とにそれぞれ所定の張力をかけて、図２（ａ）に示すＡ方向に巻芯３３を所定の回数、回転させる。これにより、積層体が巻回される。
　残巻き工程では、積層体の残りの部分を巻き取る。設備上の制約から、積層体に本巻き工程と同様の張力をかけながら当該積層体を巻回することは困難である。そのため、積層体の長手方向端部を巻き取る際に無張力状態となる恐れがあり、これにより、積層体の巻き緩みが生じることがある。この巻き緩みの発生を抑制するために、積層体を押しシリンダ３１と巻芯３３とで挟み込み、積層体を加圧した状態で巻芯３３を少なくとも１回以上回転させて積層体を巻き取り、さらに、押しシリンダ３１によって巻回体を加圧しながらポリプロピレン製の粘着テープ（このテープは積層体の巻き終端に貼着されている）を巻回体の外周面に貼り付ける。このようにして作製された巻回体を巻芯３３から抜き取ると、図２（ｂ）に示すように横断面の形状が平行四辺形である電極群中間体１ａが作製される。その後、図２（ｃ）に示す加圧工程において電極群中間体１ａを短軸方向から加圧して、図２（ｄ）に示す扁平形状の電極群１が作製される。
　図３（ａ）には、電極群中間体１ａの中空部７ａにスペーサ３７を挿入した状態で電極群中間体１ａを短軸方向から加圧する状態を模式的に示している。スペーサ３７の長手方向両端にはＲ部３７Ａが形成されており、このＲ部３７Ａが電極群中間体１ａの中空部７ａの長軸方向における端部に位置するようにスペーサ３７を中空部７ａに挿入する。これにより、スペーサ３７を中空部７ａに挿入することなく加圧した場合に比べて、中空部７が広くなる（図３（ｂ）参照）。よって、充放電に起因する負極板２及び正極板３の膨張（以下では単に「負極板２及び正極板３の膨張」と記す。）が中空部７で吸収され易くなり、充放電に伴う負極板２及び正極板３の撓みが抑制される。
　本実施形態では、電極群中間体１ａの横断面形状は図１（ａ）～図１（ｃ）に示す形状に限定されない。電極群中間体１ａの対角に位置する２つの角部が電極群中間体１ａの押圧方向に直交する同一直線上に存在していなければ良い。この場合であっても、本実施形態で得られる効果と同様の効果が得られる。しかし、上記２つの角部が電極群中間体１ａの押圧方向に直交する同一直線上に存在していれば、加圧時に電極合剤層の割れ又は浮き上がりを引き起こし、よって、内部短絡の発生を招く恐れがある。
　別の言い方をすると、電極群中間体１ａを押圧する方向は、電極群中間体１ａの短軸方向に限定されず、電極群中間体１ａの対角に位置する角部を結んだ線に対して直交する方向以外の方向であれば良い。この場合であっても、本実施形態で得られる効果と同様の効果が得られる。しかし、上記２つの角部を結んだ線に対して直交する方向に電極群中間体１ａを押圧すると、加圧時に電極合剤層の割れ又は浮き上がりを引き起こし、よって、内部短絡の発生を招く恐れがある。
　巻芯３３の設計の容易性又は巻回の容易性等を考慮すれば、角部３５，３６が巻芯３３の中心点に対して点対称に位置する巻芯３３を用いて電極群１を作製することが好ましい。よって、電極群１は図１（ａ）に示す電極群１であることが好ましい。しかし、図１（ａ）に示す電極群１を歩留まり良く作製することは容易ではない。そのため、上記巻芯（角部３５，３６が巻芯３３の中心点に対して点対称に位置する巻芯３３）を用いて電極群１を作製したにもかかわらず、図１（ｂ）又は図１（ｃ）に示す電極群１が作製される場合がある。しかし、図１（ｂ）又は図１（ｃ）に示す電極群１であっても、折れ曲がり部における最内周部位８Ａ，９Ａは長軸６に対して互いに反対側に位置しているので、図１（ａ）に示す電極群１が奏する効果と略同一の効果を発揮する。
　電極群中間体１ａの対角に位置する２つの角部が電極群中間体１ａの長軸６に対して互いに反対側に位置していれば、上記効果を得ることができる。よって、電極群中間体１ａの中空部７ａの横断面形状が平行四辺形であれば良く、電極群中間体１ａの横断面形状は平行四辺形でなくても良い。
　以下では、扁平形二次電池を構成する材料について説明する。
　正極板３は、ペースト状の正極合剤を正極集電体の片面又は両面に塗布してから乾燥させ、その後、所定の厚みとなるように圧延することにより作製されたものである。正極集電体は、例えば、アルミニウム製若しくはアルミニウム合金製の箔又は不織布からなり、５μｍ～３０μｍの厚みを有する。ペースト状の正極合剤は、プラネタリーミキサー等の分散機により、正極活物質、導電剤及び結着剤を分散媒中に混合分散させたものである。
　正極活物質は、コバルト酸リチウム又はその変性体（例えば、コバルト酸リチウムにアルミニウム又はマグネシウムを固溶させたもの等）であっても良いし、ニッケル酸リチウム又はその変性体（例えば、ニッケルの一部をコバルトで置換させたもの等）であっても良いし、マンガン酸リチウム又はその変性体等であっても良い。
　導電剤は、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック及びサーマルブラック等のカーボンブラックであっても良いし、各種のグラファイトを単独又は組み合わせて用いても良い。
　正極用の結着剤は、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ，poly(vinylidene fluoride)）、ポリフッ化ビニリデンの変性体、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ，polytetrafluoroethylene）、又は、アクリレート単位を有するゴム粒子結着材等であれば良い。
　負極板２は、ペースト状の負極合剤を負極集電体の片面又は両面に塗布してから乾燥させ、その後、所定の厚みとなるように圧延することにより作製されたものである。負極集電体は、例えば、圧延銅箔、電解銅箔、又は、銅繊維の不織布であり、５μｍ～２５μｍの厚みを有する。ペースト状の負極合剤は、プラネタリーミキサー等の分散機により、負極活物質及び結着剤（必要に応じて導電剤及び増粘剤）を分散媒中に混合分散させたものである。
　負極活物質は、例えば、各種天然黒鉛、人造黒鉛、シリサイド等のシリコン系複合剤料又は各種合金組成材料であれば良い。
　負極用結着材は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）及びその変性体をはじめ、各種バインダーを用いることができる。リチウムイオンの受入れ性の向上という観点からは、負極用結着材としてスチレン－ブタジエン共重合体ゴム粒子（ＳＢＲ，styrene-butadiene-rubber）又はその変性体等を用いることが好ましい。
　増粘剤は、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ，poly(ethylene oxide)）又はポリビニルアルコール（ＰＶＡ，poly(vinyl alcohol)）等の粘性を有する溶液であれば良い。合剤塗料の分散性及び増粘性の観点から、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ，carboxymethylcellulose）をはじめとするセルロース系樹脂又はその変性体を用いることが好ましい。
　多孔質絶縁体４は、扁平形二次電池の使用に耐えうる組成であれば良いが、特にポリエチレン若しくはポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂からなる微多孔フィルムが単一又は積層されたものであることが好ましい。また、フィルムの表面に多孔質絶縁層を形成しても良く、多孔質絶縁体４の厚みは１０～２５μｍとするのが良い。
　では、本実施形態に係る扁平形二次電池を説明する。図４は、本実施形態に係る扁平形状の電極群１を備えた扁平形二次電池２５の一部切欠斜視図である。扁平形二次電池２５は次に示す方法に従って作製される。絶縁枠体２７と共に扁平形状の電極群１を有底扁平形の電池ケース２１の内部に収容する。扁平形状の電極群１の上部から引き出された負極リード２３を端子２０（端子２０の周縁には絶縁ガスケット２９が取り付けられている）に接続し、扁平形状の電極群１の上部から引き出された正極リード２２を封口板２６に接続する。電池ケース２１の開口部に封口板２６を挿入して、電池ケース２１の開口部の外周に沿って封口板２６と電池ケース２１とを溶接する。これにより、電池ケース２１が封口される。封口板２６における封栓口から所定量の非水電解液（図示せず）を電池ケース２１内に供給し、封栓口を封栓２４で塞ぐ。これにより、扁平形二次電池２５が作製される。この製造方法は一例に過ぎず、扁平形二次電池２５の製造方法はこれに限定されない。
　ここで、非水電解液の電解質塩としては、ＬｉＰＦ６及びＬｉＢＦ４等の各種リチウム化合物を用いることができる。また、非水電解液の溶媒としては、エチレンカーボネート（ＥＣ，ethylene carbonate）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ，dimethyl carbonate）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ，diethyl carbonate）又はメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ，ethyl methyl carbonate）を単独で用いても良いし、これらを組み合わせて用いても良い。また、正負極板上に良好な皮膜を成形させる又は過充電時の安定性を保証するために、非水電解液の溶媒として、ビニレンカーボネート（ＶＣ，vinylene carbonate）、シクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ，cyclohexylbenzene）又はシクロヘキシルベンゼンの変性体を用いることが好ましい。
　本実施例では、電極群の横断面の形状が図１（ａ）に示す形状である場合を例に挙げて、扁平形二次電池の安全性を評価した。
　１．扁平形二次電池の作製方法
　（ａ）正極板３の作製
　まず、コバルト酸リチウム（正極活物質）を１００重量部と、アセチレンブラック（導電剤）を２重量部と、ポリフッ化ビニリデン（結着剤）を２重量部とを、適量のＮ－メチル－２－ピロリドンと共に双腕式練合機にて攪拌した。これにより、正極合剤ペーストを作製した。
　次に、この正極合剤ペーストを厚みが１５μｍであるアルミニウム箔（正極集電体）の両面に塗布してから乾燥させ、アルミニウム箔の片面における正極合剤層の厚み（各正極合剤層の厚み）が１００μｍである正極板基体を作製した。
　その後、総厚が１６５μｍとなるように正極板基体をプレスした。これにより、各正極合剤層の厚みが７５μｍとなった。その後、プレスされた正極板基体を所定の幅に裁断し、正極板３を作製した。
　（ｂ）負極板２の作製
　まず、人造黒鉛（負極活物質）を１００重量部と、スチレン－ブタジエン共重合体ゴム粒子分散体（固形分４０重量％，結着剤）を２．５重量部（結着剤の固形分換算で１重量部）と、カルボキシメチルセルロース（増粘剤）を１重量部とを、適量の水とともに双腕式練合機にて攪拌した。これにより、負極合剤ペーストを作製した。
　次に、この負極合剤ペーストを厚みが１０μｍである銅箔（負極集電体）の両面に塗布してから乾燥させ、銅箔の片面における負極合剤層の厚み（各負極合剤層の厚み）が１００μｍである負極板基体を作製した。
　その後、総厚が１７０μｍとなるように負極板基体をプレスした。これにより、各負極合剤層の厚みが８０μｍとなった。その後、プレスされた負極板基体を所定の幅に裁断し、負極板２を作製した。
　（ｃ）扁平形状の電極群１の作製
　図２（ａ）～（ｄ）に示す方法に従って、扁平形状の電極群１を作製した。
　具体的には、図２（ａ）に示すように、多孔質絶縁体４を負極板２と正極板３とで挟んで形成された積層体を、上巻芯３２と下巻芯３０との間に挟み込み、中軸３４と下巻芯３０とで保持した。
　次に、負極板２と正極板３とに１０００ｇｆの張力をかけ、多孔質絶縁体４に５００ｇｆの張力をかけて、図２（ａ）に示すＡ方向に巻芯３３を回転させた。本巻き工程で７回巻き取り、その後、残巻き工程で押し圧を０．０６ＭＰａとして押しシリンダ３１で巻回体を押さえながら、３回転巻き取った。その後、巻回体の外周面にポリプロピレン製の粘着テープを貼り付けて積層体の長手方向端部をその外周面に固定し、巻回体を巻芯３３から抜き取った。これにより、図２（ｂ）に示す電極群中間体１ａが得られた。
　続いて、図２（ｃ）に示すように、電極群中間体１ａをその短軸方向から加圧して扁平形状に成形した。これにより、図２（ｄ）に示す扁平形状の電極群１が得られた。得られた扁平形状の電極群１では、折れ曲がり部における最内周部位８Ａ，９Ａは交点Ｘを中心として点対称に位置していた。
　（ｄ）扁平形二次電池２５の作製
　得られた扁平形状の電極群１を絶縁枠体２７と共に有底扁平形の電池ケース２１の内部に収容した。負極リード２３を端子２０に接続し、正極リード２２を封口板２６に接続した。電池ケース２１の開口部に封口板２６を挿入して、電池ケース２１の開口部の外周に沿って封口板２６と電池ケース２１とを溶接した。その後、封栓口から所定量の非水電解液を電池ケース２１内に供給し、封栓口を封栓２４で塞いだ。このようにして扁平形二次電池２５が作製された。
　上記実施例１における積層体を巻回する際の張力の大きさ以外は上記実施例１における方法に従って、実施例２の扁平形二次電池を作製した。
　具体的には、上記実施例１における積層体を巻芯３３に保持させてから、負極板２と正極板３とに８００ｇｆの張力をかけ、多孔質絶縁体４に２００ｇｆの張力をかけて、巻芯３３を図２（ａ）に示すＡ方向に回転させた。このようにして得られた扁平形状の電極群１でも、折れ曲がり部における最内周部位８Ａ，９Ａは、交点Ｘを中心として点対称に位置していた。
　図３（ａ）～（ｂ）に示す方法に従って電極群中間体１ａを加圧したこと以外は上記実施例１における方法に従って、実施例３の扁平形二次電池を作製した。
　具体的には、図３（ａ）に示すように、０．５ｍｍの厚みを有するスペーサ３７を電極群中間体１ａの中空部７ａに挿入した。スペーサ３７の長手方向両端にはＲ部３７Ａが形成されており、Ｒ部３７Ａが電極群中間体１ａの中空部７ａの長軸方向両端に位置するようにスペーサ３７を電極群中間体１ａの中空部７ａに挿入した。その後、スペーサ３７を電極群中間体１ａの中空部７ａに挿入した状態で、電極群中間体１ａを短軸方向から加圧した。これにより、図３（ｂ）に示す扁平形状の電極群１が得られた。このようにして得られた扁平形状の電極群１でも、折れ曲がり部における最内周部位８Ａ，９Ａは、交点Ｘを中心として点対称に位置していた。
　（比較例１）
　図５（ａ）～（ｃ）に示す方法に従って上記実施例１における積層体を巻回したこと以外は上記実施例１における方法に従って、比較例１の扁平形二次電池を作製した。
　図５（ａ）は、上記実施例１における積層体を巻回する工程における初期状態を示す模式断面図である。この積層体を巻回する巻芯４７は、左巻芯４３と右巻芯４５とで構成されいる。左巻芯４３及び右巻芯４５の横断面の形状は菱形であり、左巻芯４３は角部４４を備え、右巻芯４５は角部４８を備えている。また、右巻芯４５は、巻回開始時に上記積層体を挟み込んで保持するための中軸４６を備えている。さらに、巻芯４７は、巻回体を押さえるための押しシリンダ３１を備えている。図５（ａ）に示すＡ方向に巻芯４７を回転させて積層体を巻回させると、図５（ｂ）に示すように角部４４，４８に対応する位置に角部５８ａ，５９ａが形成された電極群中間体４９ａが作製される。つまり、電極群中間体４９ａの横断面形状は菱形である。図５（ｃ）には、図５（ｂ）に示す電極群中間体４９ａを加圧して扁平形状に成形した扁平形状の電極群４９の横断面を模式的に示している。この扁平形状の電極群４９では、折れ曲がり部における最内周部位５８Ａ，５９Ａは長軸５６上に存在している。
　（ｃ）扁平形状の電極群４９の作製
　図５（ａ）に示すように、上記実施例１における積層体を、左巻芯４３と右巻芯４５との間に挟み込み、中軸４６と右巻芯４５とで保持した。
　次に、負極板２と正極板３とには１０００ｇｆの張力をかけ、多孔質絶縁体４には５００ｇｆの張力をかけて、図５（ａ）に示すＡ方向に巻芯４７を回転させた。本巻き工程で７回巻き取り、さらに残巻き工程で押し圧を０．０６ＭＰａとして押しシリンダ３１で巻回体を押さえながら、３回転巻き取った。その後、巻回体の外周面にポリプロピレン製の粘着テープを貼り付けて積層体の長手方向端部をその外周面に固定し、巻回体を巻芯４７から抜き取った。これにより、図５（ｂ）に示す電極群中間体４９ａが得られた。
　続いて、図５（ｃ）に示すように、電極群中間体４９ａを短軸方向から加圧して扁平形状の電極群４９を得た。得られた扁平形状の電極群４９では、折れ曲がり部５８，５９が長軸方向における両端に形成されており、折れ曲がり部における最内周部位５８Ａ，５９Ａは長軸５６上に存在していた。
　ここで、実施例１～３及び比較例１の所要内容を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　２．評価方法（その１）
　実施例１～３及び比較例１では、それぞれ、扁平形状の電極群を１００個作製し、そのうち、６０個の扁平形状の電極群を用いて扁平形二次電池を作製し（作製された扁平形二次電池の個数は６０個）、４０個の扁平形状の電極群は電池ケースに入れた状態でとどめた。そして、以下に示す評価を行った。
　（ａ）電池厚みの増加の有無
　作製直後と充放電を５００サイクルした後とにおいて扁平形二次電池の厚みを測定し、これらの平均値を求めた。そして、５００サイクル後の厚みが作製直後の厚みに対して２０％以上増加した場合を電池の厚みが増加している（「有」）と判定した。
　（ｂ）電極板の撓みの有無
　作製直後と充放電を５００サイクルした後とにおいて、扁平形二次電池の高さ方向における中心部の断面写真をＸ線によるコンピュータ断層撮影（以下ＣＴ（computerized tomography）と略す）で撮影した。撮影された写真を目視して、撓みの有無を確認した。
　（ｃ）電極合剤層の割れ及び浮き上がりの有無
　熱硬化樹脂を用いて、扁平形状の電極群が電池ケースに収容された状態を固着させた。その後、この扁平形状の電極群を軸方向に対して垂直な方向から切断した。この切断面（扁平形状の電極群の横断面）を測定顕微鏡で観察し、電極合剤層の割れ幅を測定した。割れ幅が０．１ｍｍ未満である場合を電極合剤層が割れていない（「無」）と判定し、割れ幅が０．１ｍｍ以上である場合を電極合剤層が割れている（「有」）と判定した。また、この切断面を顕微鏡で観察し、電極合剤層の浮き上がりの有無を確認した。
　上記（ａ）～（ｃ）の結果を表２にまとめる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　３．評価方法（その１）に対する考察
　表２の結果より、実施例１～３の何れにおいても、負極板２及び正極板３には撓みが発生せず、充放電を５００サイクルした後の電池の厚みの増加は非常に小さく、製品（扁平形二次電池を搭載する製品）に対する影響はほとんど無かった。
　この理由としては、次に示すことが考えられる。電極群中間体１ａでは、角部８ａ，９ａは、電極群中間体１ａの短軸５と長軸６との交点に対して点対称に位置している。そのため、電極群中間体１ａをその短軸方向から加圧した際には、生じる応力が分散されるため、折れ曲がり部８，９が扁平形状の電極群１に緩やかに形成されると考えられる。よって、扁平形状の電極群１は、電池ケース２１に挿入されると、加圧前の形状に戻ろうとして電池ケース２１の内側面に近づくように変形する。これにより、扁平形状の電極群１には中空部７が形成される。充放電を繰り返し行うと負極板２及び正極板３が膨張するが、扁平形状の電極群１には十分な大きさの中空部７が形成されているので負極板２及び正極板３の膨張が中空部７に吸収される。その結果、負極板２及び正極板３における撓みの発生が抑制され、また、電池の厚みの増加が抑制される。
　表２には示していないが、電池厚みの増加量は、実施例１に比べて実施例２及び３の方が小さかった。電池厚みの増加量が実施例２で小さかった理由としては、巻回時の張力を小さくしたことが考えられる。巻回時の張力が小さいと、巻回時に生じる応力を低減できるので、折れ曲がり部８，９における電極板の残留応力が軽減される。従って、充放電時に負極板２及び正極板３が膨張したために扁平形状の電極群１の体積が増加すると、集電体は扁平形状の電極群１の体積増加に追従するように伸びる。これにより、負極板２及び正極板３において撓みの発生が抑制され、電池の厚みの増加が抑制される。
　電池厚みの増加量が実施例３で小さかった理由としては、スペーサ３７を用いて電極群中間体１ａを加圧したことが考えられる。スペーサ３７を中空部７ａに挿入した状態で電極群中間体１ａを加圧すると、スペーサ３７を用いることなく電極群中間体１ａを加圧した場合に比べて、折れ曲がり部８，９が扁平形状の電極群１に緩やかに形成される。これにより、電池ケース２１への挿入後における扁平形状の電極群１の復元量が大きくなるので、中空部７が大きくなる。よって、負極板２及び正極板３の膨張が中空部７で吸収され易くなるため、負極板２及び正極板３における撓みの発生がさらに抑制され、電池厚みの増加がさらに抑制される。
　また、表２に示すように、実施例１～３の何れにおいても、折れ曲がり部における最内周部位８Ａ，９Ａでの電極合剤層の割れの幅は非常に小さく、折れ曲がり部における最内周部位８Ａ，９Ａでの電極合剤層の浮き上がりはほとんど観察されず、製品に対する影響はほとんど無かった。
　この理由としては次に示すことが考えられる。巻芯３３では角部３５，３６が巻芯３３の横断面における中心に対して点対称に位置しているので、電極群中間体１ａでは角部８ａ，９ａが電極群中間体１ａの短軸５と長軸６との交点に対して点対称に位置することとなる。このような電極群中間体１ａをその短軸方向から加圧すると、角部８ａ，９ａのみが折れ曲がることは無く、角部８ａ，９ａを含み且つ角部８ａ，９ａよりも広い折れ曲がり部８ｂ，９ｂが形成される。従って、図２（ｄ）に示すように、折れ曲がり部における最内周部位８Ａ，９Ａは交点Ｘに対して点対称に位置する。
　また、このように折れ曲がり部における最内周部位８Ａ，９Ａを形成すれば、加圧時に新たな曲げ応力が折れ曲がり部８，９に加えられても、角部８ａ，９ａが持つ巻回時の折り曲げ癖及びその癖に伴う残留応力が軽減される。そのため、電極合剤層の割れ幅が小さく、また、電極合剤層の浮き上がりを抑制できると考えられる。
　一方、比較例１では、負極板２及び正極板３において撓みが発生し、電池の厚みが増加した。具体的には、電池の厚みが０．６ｍｍ増加した。この厚み増加は製品に対して大きな影響を与え、例えば扁平形二次電池が機器から外れる等の不具合の発生が考えられる。
　この理由としては次に示すことが考えられる。図５（ａ）に示す工程では、張力を部分的に緩めることなく積層体を巻回した。そのため、扁平形状の電極群４９では、折れ曲がり部における最内周部位５８Ａ，５９Ａの形状変形が困難となった。よって、電池ケース２１への挿入後に扁平形状の電極群４９はほとんど復元せず、中空部５７の大きさは実施例１～３に比べて小さかった。従って、負極板２及び正極板３の膨張を中空部５７で吸収させることが難しく、負極板２及び正極板３において撓みが発生した。撓みの発生により、扁平形状の電極群１が径方向外側へ向かって大きく膨れ、その結果、電池厚みは大きく増加した。
　また、折れ曲がり部における最内周部位５８Ａ，５９Ａにおいて電極合剤層の割れが発生し、その割れ幅は１．１ｍｍであった。この割れ幅は、微小な異物が混入可能な幅である。よって、比較例１では、実施例１～３に比べて、内部短絡の発生を招き、過熱に至り易い。また、電極合剤層の浮き上がりは、容量低下による品質低下を引き起こすだけでなく、浮遊した合剤の脱落により集電体の露出を招き、よって、内部短絡を引き起こし易い。
　これらの理由としては次に示すことが考えられる。比較例１では、巻芯４７の角部４４，４８を基点として電極群中間体４９ａの角部５８ａ，５９ａが形成されている。そのため、この角部５８ａ，５９ａの近傍には巻回中の残留応力又はひずみが強く存在する。このような電極群中間体４９ａを加圧するため、電極合剤層の割れ又は浮き上がりが発生したものと考えられる。
　４．評価方法（その２）
　充放電を５００サイクル行った扁平形二次電池から３０個取り出し、そのうち１０個ずつを用いて落下試験、丸棒による圧壊試験及び１５０度での加熱試験を行った。
　（ｄ）落下試験
　扁平形二次電池に対して、上限電圧を４．２Ｖとし電流を２Ａとして、２時間、充電を行った。その後、１．５ｍの高さからコンクリート面上に扁平形二次電池を落下させた。この落下試験を、扁平形二次電池の６面に対し各１０回行った。その後、室温２５℃にて発熱温度を測定し、その平均値を求めた。
　（ｅ）丸棒による圧壊試験
　扁平形二次電池に対して、上限電圧を４．２Ｖとし電流を２Ａとして、２時間、充電を行った。その後、電池を寝かせ、電池の長さ方向に対して垂直に丸棒（直径が１０ｍｍ）を配置し、所定の高さから丸棒を落下させて電池を圧壊させた。室温２５℃にて発熱温度を測定し、その平均値を求めた。
　（ｆ）１５０度での加熱試験
　扁平形二次電池に対して、上限電圧を４．２Ｖとし電流を２Ａとして、２時間、充電を行った。その後、電池を恒温層に挿入し、常温から５℃／分の条件で恒温層の温度を１５０℃まで昇温させた。そのときの電池の発熱温度を測定し、その平均値を求めた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　５．評価方法（その２）に対する考察
　表３の結果より、実施例１～３では、上記落下試験、上記丸棒による圧壊試験、及び、上記１５０℃での加熱試験については、不具合は認められなかった。その理由としては、正極板３及び負極板２における撓みが抑制されているので、電極板の撓みに起因する内部短絡の発生を抑制できたからであると考えている。
　一方、比較例１では、充放電を５００サイクル行ったときに分解して観察すると、リチウムの析出、電極板の破断、電極板の座屈、及び、電極合剤層の脱落等の不具合が認められた。また、上記落下試験、上記丸棒による圧壊試験、及び、上記１５０℃での加熱試験の何れの試験においても、発熱温度が高かった。その理由として、巻回時における電極合剤層の脱落、電極板の破断、又は、電極板の座屈に起因して、内部短絡が発生していることが考えられる。
　以上の結果から、積層体を巻回して横断面が平行四辺形である電極群中間体１ａを作製することにより、その電極群中間体１ａを加圧したときには折れ曲がり部における最内周部位８Ａ，９Ａにおいて電極合剤層の割れ及び浮き上がりが抑制できることが判明した。
　図２（ａ）に示す巻回工程において巻芯３３の角部３５，３６が巻芯３３の横断面における中心点に対して点対称となる位置に設けられているので、図２（ｂ）では角部８ａ，９ａが電極群中間体１ａの短軸５と長軸６との交点に対して点対称に位置する。図２（ｃ）に示す加圧工程では、電極群中間体１ａをその短軸方向から加圧するので、角部８ａ，９ａのみが折れ曲がることは無く、角部８ａ，９ａを含み且つ角部８ａ，９ａよりも広い折れ曲がり部８ｂ，９ｂが形成される。よって、扁平形状の電極群１では、折れ曲がり部における最内周部位８Ａ，９Ａは交点Ｘに対して点対称に位置することとなる。
　折れ曲がり部における最内周部位８Ａ，９Ａがこのようにして形成されるので、加圧時に新たな曲げ応力が折れ曲がり部８，９に加えられても角部８ａ，９ａが持つ巻回時の折り曲げ癖又はその癖に伴う残留応力が軽減される。よって、負極板２及び正極板における電極合剤層の割れが小さく、また、電極合剤層の浮き上がりを抑制できると考えられる。
　一方、図５（ａ）～（ｃ）に示すように、短軸５５に対して左右対称であり、且つ、長軸５６に対して上下対称である菱形形状を横断面とする巻芯４７を用いた場合は、巻芯４７の角部４４，４８で癖付けられた箇所を基点として折れ曲がり部における最内周部位５８Ａ，５９Ａが成形される。そのため、折れ曲がり部における最内周部位５８Ａ，５９Ａには、巻回時の残留応力又は歪みが存在していると推測される。この箇所を加圧することにより、負極板２及び正極板３における電極合剤層の割れ又は浮き上がりが発生し易いと考えられる。
　なお、上記実施例１～３では折れ曲がり部における最内周部位８Ａ，９Ａが交点Ｘに対して点対称に位置する場合について述べたが、折れ曲がり部における最内周部位８Ａ，９Ａの位置関係は上記実施例１～３に限定されない。例えば図１（ｂ）又は図１（ｃ）で示すように折れ曲がり部における最内周部位８Ａ，９Ａが長軸６に対して互いに反対側に位置している場合であっても、上記実施例１～３と同様の効果が得られる。
　また、図１（ａ）～（ｃ）、図２（ｂ）～（ｄ）、図３（ａ）～（ｂ）及び図５（ｂ）～（ｃ）では、図面が煩雑になるのを防ぐために扁平形状の電極群の横断面を模式的に図示している。
　本発明によれば、折れ曲がり部における最内周部位が扁平形状の電極群の長軸に対して互いに反対側に位置しているので、加圧時における電極合剤層の浮き上がり又は脱落が抑制され、よって、安全性の高い扁平形二次電池が提供される。従って、本発明は、安全性が要求される機器（例えば、携帯用端末又は車両）に搭載される電池として有用である。
　1　　　　 電極群
　1a　　　　電極群中間体
　2　　　　 負極板
　3　　　　 正極板
　4　　　　 多孔質絶縁体
　5　　　　 短軸
　6　　　　 長軸
　7　　　　 中空部
　8,9　　　 折れ曲がり部
　8A,9A　　 折れ曲がり部における最内周部位
　8a,9a 　　角部
　8b,9b　 　折れ曲がり部
　25　　　　扁平形二次電池
　30　　　　下巻芯
　31　　　　シリンダ
　32　　　　上巻芯
　33　　　　巻芯
　34　　　　中軸
　35　　　　角部
　36　　　　角部
　37　　　　スペーサ

Claims (5)

  1. 　多孔質絶縁体を介して正極板及び負極板を巻回してから加圧することにより扁平形状に成形された扁平形二次電池用電極群であって、
    　前記電極群の長径方向における各端部には、折れ曲がり部が設けられており、
    　前記折れ曲がり部のうち前記電極群の最内周に位置する部位は、前記電極群の厚み方向における中点を通り前記長径方向に延びる中心線に対して互いに反対側に位置している扁平形二次電池用電極群。
  2. 　前記折れ曲がり部のうち前記電極群の最内周に位置する部位は、前記中心線上の一点に対して点対称に位置している請求項１に記載の扁平形二次電池用電極群。
  3. 　多孔質絶縁体を介して正極板及び負極板を巻回し、横断面の形状が平行四辺形である電極群中間体を作製する工程と、
    　前記電極群中間体を加圧して扁平形状の電極群を作製する工程とを備え、
    　前記電極群中間体の加圧により、
    　　前記電極群の長径方向における各端部に、折れ曲がり部が形成され、
    　　前記折れ曲がり部のうち前記電極群の最内周に位置する部位が、前記電極群の厚み方向における中点を通り前記長径方向に延びる中心線に対して互いに反対側に位置する扁平形二次電池用電極群の製造方法。
  4. 　長手方向端部にＲ部を有するスペーサを前記電極群中間体の中空部に挿入した状態で当該電極群中間体を加圧する請求項３に記載の扁平形二次電池用電極群の製造方法。
  5. 　請求項１に記載の扁平形二次電池用電極群が電解液とともに電池ケース内に収容されて構成された扁平形二次電池。
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JP2011537120A JPWO2011048769A1 (ja) 2009-10-22 2010-10-08 扁平形二次電池用電極群及びその製造方法並びに扁平形二次電池用電極群を備えた扁平形二次電池

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020516009A (ja) * 2016-12-30 2020-05-28 マイクロソフト テクノロジー ライセンシング，エルエルシー 中空コア・ロール式電極の電池セル

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101842032B1 (ko) * 2013-09-09 2018-05-14 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체 및 이를 구비한 배터리 팩
WO2016089144A2 (ko) * 2014-12-03 2016-06-09 주식회사 엘지화학 이차 전지용 전극 조립체 제조 방법
CN106532136B (zh) * 2016-12-12 2020-03-20 惠州亿纬创能电池有限公司 方形软包电池及其制造方法
KR102516225B1 (ko) * 2019-04-08 2023-03-30 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지 및 그의 제조방법
JP7330156B2 (ja) * 2020-09-17 2023-08-21 株式会社東芝 電極、電極群、二次電池、電池パック、及び車両

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001043889A (ja) * 1999-05-26 2001-02-16 Denso Corp 扁平形状巻回型電極体の成形方法および扁平形状巻回型電極体
JP2002280055A (ja) * 2001-03-21 2002-09-27 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 扁平捲回群製造方法及び捲回装置
JP2003123831A (ja) * 2001-10-12 2003-04-25 Ckd Corp 巻回素子の巻取装置及び製造方法
JP2006278184A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Sanyo Electric Co Ltd 角型電池及びその製造方法
JP2006318787A (ja) * 2005-05-13 2006-11-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 角型非水電解液電池の製造法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2007097172A1 (ja) * 2006-02-21 2009-07-09 パナソニック株式会社 角形扁平二次電池の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001043889A (ja) * 1999-05-26 2001-02-16 Denso Corp 扁平形状巻回型電極体の成形方法および扁平形状巻回型電極体
JP2002280055A (ja) * 2001-03-21 2002-09-27 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 扁平捲回群製造方法及び捲回装置
JP2003123831A (ja) * 2001-10-12 2003-04-25 Ckd Corp 巻回素子の巻取装置及び製造方法
JP2006278184A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Sanyo Electric Co Ltd 角型電池及びその製造方法
JP2006318787A (ja) * 2005-05-13 2006-11-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 角型非水電解液電池の製造法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020516009A (ja) * 2016-12-30 2020-05-28 マイクロソフト テクノロジー ライセンシング，エルエルシー 中空コア・ロール式電極の電池セル

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