WO2013021463A1 - 電池及び電池の製造方法 - Google Patents

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Abstract

 扁平捲回電極体の内側に生じたガスを電極体外に容易に放出できると共に、充放電により扁平捲回電極体から押し出された電解液(保持電解液)がそのまま扁平捲回電極体の外部に流出するのを抑制した電池、及び、このような電池の製造方法を提供することを課題とする。電池は、電極板を捲回してなり、横断面が扁平な長円形状で、活物質層形成部が捲回された活物質層捲回部、及び、箔露出部が捲回された露出捲回部を有する扁平捲回電極体と集電部材と保持電解液とを備え、露出捲回中央部は、自身と軸線方向に隣りあう活物質層捲回部との接続を保ちつつ、2つの露出捲回端部のうち少なくとも一方と切り離され、集電部材は、露出捲回中央部に接合してなる。

Description

電池及び電池の製造方法
 本発明は、電極板を捲回軸の周りに捲回した、横断面が扁平な長円形状の扁平捲回電極体を備える電池、及び、この電池の製造方法に関する。
 近年、ハイブリッド自動車、電気自動車などの車両や、ノート型パソコン、ビデオカムコーダなどのポータブル電子機器の駆動用電源に、充放電可能なリチウムイオン二次電池(以下、単に電池ともいう)が利用されている。このような電池として、例えば、集電体(後述の電極板に対応)を捲回軸の周りに捲回し、横断面が扁平な長円形状とされた電極体(後述の扁平捲回電極体に対応)をなす集電体(電極板)の集電箔積層部分(後述の露出捲回部に対応)に、平板端子(後述の集電部材に対応)を接合している電池がある(例えば、特許文献1に記載の電池)。
 一方、特許文献2には、横断面が扁平な長円形状の電極群(後述の扁平捲回電極体に対応)において、横断面がなす長径方向の幅(寸法)W1が、この電極群(扁平捲回電極体)をなす正極及び負極(後述の電極板に対応)の無地部における同方向の幅(寸法)W2よりも大きい(W1>W2)形態の電池が開示されている。具体的には、電極板の箔露出部を捲回してなる露出捲回部のうち、電極群(扁平捲回電極体)の横断面がなす長径方向の両端にそれぞれ位置する部位(後述の露出捲回端部に対応)が欠け、長径方向の中央に位置する部位(後述の露出捲回中央部に対応)が残存している電池が記載されている(例えば、特許文献2に記載の図2b及び図2c)。
特開2009-26705号公報 特開2006-128132号公報
 しかしながら、特許文献1に記載の電池では、集電部材と露出捲回部との接合箇所において、露出捲回部をなす箔露出部同士が密集している(例えば、特許文献1の図4に記載の薄肉部33)。また、露出捲回部は、捲回軸の周りに一連の箔露出部を捲回して形成しているので、上述した接合箇所に近いほど、箔露出部のうち径方向に隣りあう部位同士の隙間が狭くなる形態とされる。このため、例えば初期充電などの電池反応により、扁平捲回電極体内において、電極板をなす活物質層間にガスが生じた場合、その活物質層間から扁平捲回電極体の外部にガスを放出し難い。
 これに対し、特許文献2に記載の電池は、扁平捲回電極体のうち、露出捲回部の一部を欠いている部位において、活物質層の端が扁平捲回電極体の外部と直接通ずる形態をなしている。このため、露出捲回中央部に集電部材を接合していても、その部位を通じて、活物質層同士の間に生じたガスを、その活物質層間から扁平捲回電極体の外部に確実に放出することができる。
 ところで、電池を充放電すると、活物質層が膨張・圧縮するため、活物質層同士の間に保持している電解液(保持電解液)の一部が、その活物質層同士の間から露出捲回部(即ち、箔露出部同士がなす隙間)に、さらには扁平捲回電極体の外部に押し出されることがある。このうち、露出捲回部(箔露出部同士の隙間)に押し出された電解液は、セパレータを通じて再び活物質層同士の間に戻ることができる。しかし、扁平捲回電極体の外部にまで押し出された電解液は、扁平捲回電極体とは離間した電池ケースの底部に溜まりやすく、扁平捲回電極体内の活物質層同士の間にまで戻り難い。
 一方、特許文献2に記載の電池では、前述のように扁平捲回電極体において露出捲回部の一部が欠けている。このため、充放電の際に、活物質層同士の間から押し出された電解液(保持電解液)の一部は、そのまま扁平捲回電極体外に流出してしまう。
 本発明は、かかる問題を鑑みてなされたものであって、扁平捲回電極体の内側に生じたガスを電極体外に容易に放出できると共に、充放電により扁平捲回電極体から押し出された電解液(保持電解液)が、そのまま扁平捲回電極体の外部に流出するのを抑制した電池、及び、このような電池の製造方法を提供することを目的とする。
 本発明の一態様は、帯状の金属箔における、その長手方向に延びる2つの端縁のうちの第1端縁に沿って、上記金属箔に活物質層を形成してなる帯状の活物質層形成部と、上記金属箔の上記2つの端縁のうちの第2端縁に沿って上記金属箔が露出した帯状の箔露出部と、を含む電極板を、捲回軸の周りに捲回してなり、横断面が扁平な長円形状で、上記活物質層形成部が捲回された活物質層捲回部、及び、上記活物質層捲回部よりも上記捲回軸に沿う軸線方向の一方側に位置し、上記箔露出部が捲回された露出捲回部、を有する扁平捲回電極体と、金属からなり、上記扁平捲回電極体の上記露出捲回部に接合された集電部材と、上記扁平捲回電極体の上記活物質層捲回部に保持された保持電解液と、を備える電池であって、上記露出捲回部のうち、上記横断面がなす上記長円形状の長径方向の両端部にそれぞれ位置し、上記箔露出部がR状に曲げ返された部位をR状露出捲回部とし、上記R状露出捲回部を含む部位を、露出捲回端部とし、上記長径方向の中央部分に位置し、上記露出捲回端部同士に挟まれた部位を、露出捲回中央部としたとき、上記露出捲回中央部は、自身と上記軸線方向に隣りあう上記活物質層捲回部との接続を保ちつつ、2つの上記露出捲回端部のうち少なくとも一方と切り離され、上記集電部材は、上記露出捲回中央部に接合してなる電池である。
 上述の電池では、露出捲回中央部が2つの露出捲回端部のうち少なくとも一方と切り離され、集電部材が露出捲回中央部に接合している。このため、集電部材が露出捲回中央部に接合していても、露出捲回中央部と切り離されている側の露出捲回端部は、変形が抑制される。かくして、この切り離された側の露出捲回端部では、これをなす箔露出部同士の隙間を確保できる。従って、この露出捲回端部を通じて、活物質層同士の間に生じたガスを、扁平捲回電極体の外部に容易に放出することができる。
 また、上述の電池では、前述した特許文献2と異なり、露出捲回中央部に加えて、2つの露出捲回端部を有しているので、充放電の際に、活物質層同士の間から押し出された保持電解液を、一旦、露出捲回端部の箔露出部同士の間に保持しておくことができる。かくして、充放電により扁平捲回電極体から押し出された保持電解液が、そのまま扁平捲回電極体の外部に流出するのを抑制した電池とすることができる。
 なお、露出捲回部の形態としては、露出捲回中央部を2つの露出捲回端部のいずれか一方と切り離した形態のほか、露出捲回中央部を2つの露出捲回端部のいずれとも切り離した形態が挙げられる。このうち、露出捲回中央部を2つの露出捲回端部のいずれとも切り離した形態とすると、露出捲回中央部を露出捲回端部のいずれか一方と切り離した形態とした場合よりも、2つの露出捲回端部の両方において、集電部材と露出捲回中央部とを接合したことに伴う変形が生じるのを防止できる。これにより、両方の露出捲回端部で箔露出部同士の隙間を確保でき、より好ましい。
 また、露出捲回中央部と露出捲回端部とを切り離す形態としては、例えば、捲回軸に沿う軸線方向に直線状に延びる形態のスリットのほか、矩形波状、正弦波等の波状に延びるスリットで、露出捲回中央部と露出捲回端部とを切り離した形態が挙げられる。なお、直線状に延びるスリットで露出捲回中央部と露出捲回端部とを切り離す場合でも、軸線方向に平行に延びるスリット、軸線方向のうち、露出捲回部から活物質層捲回部に進むに連れて、露出捲回端部に徐々に近づくスリット、逆に露出捲回端部から徐々に遠のくスリットで切り離す形態が挙げられる。
 また、保持電解液を備える電池としては、例えば、電池内にある電解液の全てが保持電解液として活物質層捲回部に保持されているパターンのほか、電池内にある電解液のうち、大半が保持電解液とされる一方、残部は扁平捲回電極体の外部に保持電解液と相互に流通しない状態で少量存在するパターンも挙げられる。
 さらに、上述の電池であって、前記露出捲回中央部は、2つの前記露出捲回端部のいずれとも切り離されてなる電池とすると良い。
 上述の電池では、露出捲回中央部が2つの露出捲回端部のいずれとも切り離されてなるので、2つの露出捲回端部の両方において、集電部材と露出捲回中央部とを接合したことに伴う変形が生じるのを防止でき、各露出捲回端部をなす箔露出部同士の隙間を確保できる。従って、2つの露出捲回端部を通じて、活物質層同士の間に生じたガスを、扁平捲回電極体の外部に確実に放出できる電池とすることができる。
 さらに、上述のいずれかの電池であって、前記露出捲回中央部は、前記露出捲回部のうち、2つの前記R状露出捲回部以外の部位からなる電池とすると良い。
 上述の電池では、露出捲回部のうち、R状露出捲回部以外の部位を露出捲回中央部としている。つまり、露出捲回中央部を、長径方向に最も長い寸法で確保している。このため、露出捲回中央部と活物質層捲回部とを最も低抵抗で接続した電池とすることができる。
 本発明の他の態様は、帯状の金属箔における、その長手方向に延びる2つの端縁のうちの第1端縁に沿って、上記金属箔に活物質層を形成してなる帯状の活物質層形成部と、上記金属箔の上記2つの端縁のうちの第2端縁に沿って上記金属箔が露出した帯状の箔露出部と、を含む電極板を、捲回軸の周りに捲回してなり、横断面が扁平な長円形状で、上記活物質層形成部が捲回された活物質層捲回部、及び、上記活物質層捲回部よりも上記捲回軸に沿う軸線方向の一方側に位置し、上記箔露出部が捲回された露出捲回部、を有する扁平捲回電極体と、金属からなり、上記扁平捲回電極体の上記露出捲回部に接合された集電部材と、上記扁平捲回電極体の上記活物質層捲回部に保持された保持電解液と、を備え、上記露出捲回部のうち、上記横断面がなす上記長円形状の長径方向の両端部にそれぞれ位置し、上記箔露出部がR状に曲げ返された部位をR状露出捲回部とし、上記R状露出捲回部を含む部位を、露出捲回端部とし、上記長径方向の中央部分に位置し、上記露出捲回端部同士に挟まれた部位を、露出捲回中央部としたとき、上記露出捲回中央部は、自身と上記軸線方向に隣りあう上記活物質層捲回部との接続を保ちつつ、2つの上記露出捲回端部のうち少なくとも一方と切り離され、上記集電部材は、上記露出捲回中央部に接合してなる電池の製造方法であって、上記露出捲回部の上記露出捲回中央部と2つの上記露出捲回端部のうち少なくとも一方との間が切り離された上記扁平捲回電極体について、上記集電部材を上記露出捲回中央部に接合する接合工程を備える電池の製造方法である。
 上述の電池の製造方法では、露出捲回部のうち、露出捲回端部から既に切り離された扁平捲回電極体の露出捲回中央部に集電部材を接合する接合工程を備える。このため、集電部材を接合することで、露出捲回中央部が変形しても、これと切り離された露出捲回端部には応力が掛かり難いため、露出捲回端部をなす箔露出部同士の隙間が狭くなるのを抑制して電池を製造することができる。
実施形態,変形形態1,変形形態2にかかる電池の斜視図である。 実施形態,変形形態1にかかる電池の断面図(図1のA-A断面)である。 実施形態,変形形態1にかかる電池の断面図(図2のB-B端面,C-C端面)である。 実施形態,変形形態1,変形形態2の正極板(負極板)の斜視図である。 実施形態,変形形態2にかかる電池の製造方法の説明図である。 実施形態,変形形態1,変形形態2にかかる電池の製造方法の接合工程の説明図である。 変形形態1にかかる電池の製造方法の説明図である。 変形形態2にかかる電池の断面図(図1のA-A断面)である。 電池の他の形態を示す説明図である。 電池の他の形態を示す説明図である。 電池の他の形態を示す説明図である。 電池の他の形態を示す説明図である。 電池の他の形態を示す説明図である。 電池の他の形態を示す説明図である。
1,101,201,301,401,501,601,701 電池
10,110,210,310,410,510,610,710 電極体(扁平捲回電極体)
11,111,211,311,411,511,611,711 正極露出捲回部(露出捲回部)
11C,111C,211C,311C,411C,511C,611C,711C 正極露出捲回中央部(露出捲回中央部)
11X,111X,211X,311X,411X,511X,611X,711X 第1正極露出捲回端部(露出捲回端部)
11Y,111Y,211Y,311Y,411Y,511Y,611Y,711Y 第2正極露出捲回端部(露出捲回端部)
12A 第1正極R状露出捲回部(R状露出捲回部)
12B 第2正極R状露出捲回部(R状露出捲回部)
13 正極平板状露出捲回部(露出捲回部のうち2つのR状露出捲回部以外の部位)
14 正極活物質層捲回部(活物質層捲回部)
16,116,216,316 負極露出捲回部(露出捲回部)
16C,116C,216C,316C 負極露出捲回中央部(露出捲回中央部)
16X,116X,216X,316X 第1負極露出捲回端部(露出捲回端部)
16Y,116Y,216Y,316Y 第2負極露出捲回端部(露出捲回端部)
17A 第1負極R状露出捲回部(R状露出捲回部)
17B 第2負極R状露出捲回部(R状露出捲回部)
18 負極平板状露出捲回部(露出捲回部のうち2つのR状露出捲回部以外の部位)
19 負極活物質層捲回部(活物質層捲回部)
20 正極板(電極板)
20F 正極活物質層形成部(活物質層形成部)
20G 正極箔露出部(箔露出部)
21 正極活物質層(活物質層)
28 正極箔(金属箔)
28S 第1正極端縁(第1端縁)
28T 第2正極端縁(第2端縁)
30 負極板(電極板)
30F 負極活物質層形成部(活物質層形成部)
30G 負極箔露出部(箔露出部)
31 負極活物質層(活物質層)
38 負極箔(金属箔)
38S 第1負極端縁(第1端縁)
38T 第2負極端縁(第2端縁)
50,150 正極集電部材(集電部材)
60,160 負極集電部材(集電部材)
70 保持電解液
AX 捲回軸
DA 長手方向
DL 長径方向
DX 軸線方向
DX1 一方側
DX2 他方側((軸線方向)の一方側)
PJ 横断面
S1,S2,S3,S4 スリット
 (実施形態)
 次に、本発明の実施形態に係る電池について、図面を参照しつつ説明する。まず、実施形態にかかる電池1について、図1~3を参照して説明する。この電池1は、いずれも帯状の正極板20、負極板30及びセパレータ40を有し、これら正極板20と負極板30との間にセパレータ40を介在させて、捲回軸AXの周りに捲回した扁平形状の電極体10を備える(図1,2参照)。また、この電極体10の正極板20に接合された正極集電部材50、負極板30に接合された負極集電部材60、及び、電極体10内(後述する正極活物質層捲回部14,負極活物質層捲回部19)に保持された保持電解液70を備える(図1,2参照)。これらのほか、電極体10及び保持電解液70を内部に収容する電池ケース80を備える。
 このうち、電池ケース80は、共にアルミニウム製の電池ケース本体81及び封口蓋82を有する。このうち電池ケース本体81は有底矩形箱形であり、この電池ケース本体81と電極体10との間には、樹脂からなり、箱状に折り曲げた絶縁フィルム(図示しない)が介在させてある。
 また、封口蓋82は矩形板状であり、電池ケース本体81の開口を閉塞して、この電池ケース本体81に溶接されている。この封口蓋82は、正極集電部材50を電池ケース80の内部から外部に貫通させるための第1貫通孔82X、及び、負極集電部材60を電池ケース80の内部から外部に貫通させるための第2貫通孔82Yを有する(図2参照)。なお、第1貫通孔82Xと正極集電部材50との間、及び、第2貫通孔82Yと負極集電部材60との間には、それぞれ絶縁性の樹脂からなる絶縁部材95が介在し、互いを絶縁している。また、封口蓋82の蓋表面82aには、第1貫通孔82Xと第2貫通孔82Yとの間の位置に、矩形板状の安全弁97が封着されている。
 また、アルミニウム製の正極集電部材50は、クランク形状を有する(図1~3参照)。この正極集電部材50は、基端側(電極体10側)に位置し、正極板20(後述する正極露出捲回中央部11C)と接合する正極接合部51と、先端側(電池ケース80の外側)に位置し、電池1の正極側の外部端子をなす正極端子部52と、これら正極接合部51と正極端子部52との間に位置する本体部53とからなる(図2参照)。
 このうち、正極接合部51は、図3に示すように、本体部53から厚み方向にクランク状に屈曲して延び、本体部53よりも電極体10の中心側に近づく形態となっている。そして、正極接合部51は、正極露出捲回中央部11C(後述)をなす正極箔露出部20Gの部分同士を、電極体10の横断面PJ(後述)がなす長円形状の短径方向DSに集めた状態で、この正極露出捲回中央部11Cと接合している(図3参照)。このため、正極露出捲回中央部11C(これをなす正極箔露出部20Gの各部分)は、短径方向DSに潰された形態に変形している(図3参照)。
 また、銅からなる負極集電部材60は、正極集電部材50と同様、クランク形状を有する(図1~3参照)。この負極集電部材60は、基端側(電極体10)に位置し、負極板30(後述する負極露出捲回中央部16C)と接合する負極接合部61と、先端側(電池ケース80の外側)に位置し、電池1の負極側の外部端子をなす負極端子部62と、これら負極接合部61と負極端子部62との間に位置する本体部63とからなる(図2参照)。
 このうち、負極接合部61は、図3に示すように、本体部63から厚み方向にクランク状に屈曲して延び、本体部63よりも電極体10の中心側に近づく形態となっている。そして、負極接合部61は、負極露出捲回中央部16C(後述)をなす負極箔露出部30Gの部分同士を短径方向DSに集めた状態で、この負極露出捲回中央部16Cと接合している(図3参照)。このため、負極露出捲回中央部16C(これをなす負極箔露出部30Gの各部分)は、短径方向DSに潰された形態に変形している(図3参照)。
 また、保持電解液70は、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)との混合有機溶媒に溶質(LiPF)を添加してなる。なお、本実施形態にかかる電池1では、電池1内にある電解液の全てが保持電解液70として、後述する正極活物質層捲回部14、負極活物質層捲回部19、及び、これらとの間に配置された次述のセパレータ40に保持されている。
 また、電極体10は、図1に示すように、正極板20、負極板30及びセパレータ40を捲回軸AXの周りに扁平形状に捲回されてなる扁平捲回電極体である。なお、この電極体10を捲回軸AXに垂直に切断した横断面PJ(図1のハッチング部分)は、扁平な長円形状をなしている(図1参照)。この電極体10のうち、ポリエチレンからなる多孔質状のセパレータ40は、保持電解液70を自身に含浸・保持しつつ、正極板20と負極板30とを離間している。
 また、正極板20は、図4の斜視図に示すように、長手方向DAに延びる帯状で、アルミニウムからなる正極箔28と、この正極箔28の両主面28A,28Aにそれぞれ帯状に配置された2つの正極活物質層21,21とを有している。このうち、正極箔28は、長手方向DAに延びる2つの端縁(第1正極端縁28S及び第2正極端縁28T)を有している(図4参照)。そして、正極板20は、正極箔28の第1正極端縁28Sに沿って、正極箔28に正極活物質層21を形成してなる帯状の正極活物質層形成部20Fと、正極箔28の第2正極端縁28Tに沿って正極箔28が露出した帯状の正極箔露出部20Gとを有している(図4参照)。
 また、負極板30は、図4の斜視図に示すように、長手方向DAに延びる帯状で、銅製の負極箔38と、この負極箔38の両主面38A,38Aにそれぞれ帯状に配置された2つの負極活物質層31,31とを有している。このうち、負極箔38は、正極箔28と同様、長手方向DAに延びる2つの端縁(第1負極端縁38S及び第2負極端縁38T)を有している(図4参照)。そして、負極板30は、正極板20と同様、負極箔38の第1負極端縁38Sに沿って、負極箔38に負極活物質層31を形成してなる帯状の負極活物質層形成部30Fと、負極箔38の第2負極端縁38Tに沿って負極箔38が露出した帯状の負極箔露出部30Gとを有している(図4参照)。
 上述した正極板20、負極板30及びセパレータ40を有する電極体10は、正極活物質層形成部20Fを捲回してなる正極活物質層捲回部14、及び、負極活物質層形成部30Fを捲回してなる負極活物質層捲回部19を有する。また、正極活物質層捲回部14よりも捲回軸AXに沿う軸線方向DXの一方側DX1(図2中、左側)に位置し、正極箔露出部20Gを捲回した正極露出捲回部11と、負極活物質層捲回部19よりも軸線方向DXの他方側DX2(図2中、右側)に位置し、負極箔露出部30Gを捲回した負極露出捲回部16とを有する。
 このうち、正極露出捲回部11は、前述した長円形状の横断面PJにおける長径方向DLの両端部にそれぞれ位置し、正極箔露出部20GがR状に曲げ返されてできている2つの第1正極R状露出捲回部12A,第2正極R状露出捲回部12Bと、これら正極R状露出捲回部12A,12Bの間に位置し、正極箔露出部20Gが平板状にひろがる正極平板状露出捲回部13とからなる。
 また、この正極露出捲回部11は、軸線方向DXに延びる直線形状の2つのスリットS1,S1を有している(図2参照)。これら2つのスリットS1,S1は、図2に示すように、正極露出捲回部11を長径方向DLに3つの部位に分割している。そこで、これら3つの部位のうち、正極露出捲回部11の、図2中、上方に位置し、第1正極R状露出捲回部12Aを含む部位を第1正極露出捲回端部11Xとする。また、正極露出捲回部11の、図2中、下方に位置し、第2正極R状露出捲回部12Bを含む部位を第2正極露出捲回端部11Yとする。さらに、正極露出捲回部11の、長径方向DLの中央部分に位置し、第1正極露出捲回端部11X及び第2正極露出捲回端部11Yに挟まれた部位を、正極露出捲回中央部11Cとする。なお、本実施形態では、第1正極露出捲回端部11Xは、第1正極R状露出捲回部12A、及び、正極平板状露出捲回部13のうち第1正極R状露出捲回部12Aと隣接する一部からなる。また、第2正極露出捲回端部11Yは、第2正極R状露出捲回部12B、及び、正極平板状露出捲回部13のうち第2正極R状露出捲回部12Bと隣接する一部からなる。
 また、この正極露出捲回中央部11Cは、自身と軸線方向DXに隣りあう正極活物質層捲回部14との接続を保ちつつ、2つのスリットS1,S1により、第1正極露出捲回端部11X及び第2正極露出捲回端部11Yのいずれとも切り離されている。さらに、この正極露出捲回中央部11Cには、前述した正極集電部材50の正極接合部51が溶着して接合している。即ち、超音波溶接により、正極集電部材50の正極接合部51が、第1正極露出捲回端部11Xのこの正極露出捲回中央部11Cに溶接されている。
 また、負極露出捲回部16は、前述した長径方向DLの両端部にそれぞれ位置し、負極箔露出部30GがR状に曲げ返されてできている2つの第1負極R状露出捲回部17A,第2負極R状露出捲回部17Bと、これら負極R状露出捲回部17A,17Bの間に位置し、負極箔露出部30Gが平板状にひろがる負極平板状露出捲回部18とからなる。
 また、この負極露出捲回部16は、軸線方向DXに延びる直線形状の2つのスリットS2,S2を有している(図2参照)。これら2つのスリットS2,S2は、図2に示すように、正極側と同様に、負極露出捲回部16を長径方向DLに3つの部位に分割している。そこで、これら3つの部位のうち、負極露出捲回部16の、図2中、上方に位置し、第1負極R状露出捲回部17Aを含む部位を第1負極露出捲回端部16Xとする。また、負極露出捲回部16の、図2中、下方に位置し、第2負極R状露出捲回部17Bを含む部位を第2負極露出捲回端部16Yとする。さらに、負極露出捲回部16の、長径方向DLの中央部分に位置し、第1負極露出捲回端部16X及び第2負極露出捲回端部16Yに挟まれた部位を、負極露出捲回中央部16Cとする。なお、本実施形態では、第1負極露出捲回端部16Xは、第1負極R状露出捲回部17A、及び、負極平板状露出捲回部18のうち第1負極R状露出捲回部17Aと隣接する一部からなる。また、第2負極露出捲回端部16Yは、第2負極R状露出捲回部17B、及び、負極平板状露出捲回部18のうち第2負極R状露出捲回部17Bと隣接する一部からなる。
 また、この負極露出捲回中央部16Cは、自身と軸線方向DXに隣りあう負極活物質層捲回部19との接続を保ちつつ、2つのスリットS2,S2により、第1負極露出捲回端部16X及び第2負極露出捲回端部16Yのいずれとも切り離されている。さらに、この負極露出捲回中央部16Cには、前述した負極集電部材60の負極接合部61が溶着して接合している。即ち、抵抗溶接により、負極集電部材60の負極接合部61が、第1負極露出捲回端部16Xのこの負極露出捲回中央部16Cに溶接されている。
 以上に説明したように、本実施形態にかかる電池1では、正極露出捲回中央部11Cが2つの正極露出捲回端部(第1正極露出捲回端部11X及び第2正極露出捲回端部11Y)と切り離され、正極集電部材50が正極露出捲回中央部11Cに接合している。このため、正極集電部材50が正極露出捲回中央部11Cに接合していても、正極露出捲回中央部11Cと切り離されている第1正極露出捲回端部11X及び第2正極露出捲回端部11Yは、変形が抑制される。かくして、これら第1正極露出捲回端部11X及び第2正極露出捲回端部11Yでは、これらをなす正極箔露出部20G同士の隙間を確保できる。従って、これら第1正極露出捲回端部11X及び第2正極露出捲回端部11Yを通じて、活物質層(正極活物質層21及び負極活物質層31)同士の間に生じたガスを電極体10の外部に容易に放出することができる。
 また、この電池1では、前述した特許文献2と異なり、正極露出捲回中央部11Cに加えて、第1正極露出捲回端部11X及び第2正極露出捲回端部11Yが除去されずに残されている。このため、充放電の際に、物質層同士の間から押し出された保持電解液70を、一旦、第1正極露出捲回端部11X及び第2正極露出捲回端部11Yの正極箔露出部20G同士の間に保持しておくことができる。かくして、充放電により電極体10から押し出された保持電解液70が、そのまま電極体10の外部に流出するのを抑制した電池1とすることができる。
 また、負極側も同様である。即ち、負極露出捲回中央部16Cが2つの負極露出捲回端部(第1負極露出捲回端部16X及び第2負極露出捲回端部16Y)と切り離され、負極集電部材60が負極露出捲回中央部16Cに接合している。このため、負極集電部材60が負極露出捲回中央部16Cに接合していても、負極露出捲回中央部16Cと切り離されている第1負極露出捲回端部16X及び第2負極露出捲回端部16Yは、変形が抑制される。かくして、これら第1負極露出捲回端部16X及び第2負極露出捲回端部16Yでは、これらをなす負極箔露出部30G同士の隙間を確保できる。従って、これら第1負極露出捲回端部16X及び第2負極露出捲回端部16Yを通じて、活物質層(正極活物質層21及び負極活物質層31)同士の間に生じたガスを電極体10の外部に容易に放出することができる。
 また、この電池1では、前述した特許文献2と異なり、負極露出捲回中央部16Cに加えて、第1負極露出捲回端部16X及び第2負極露出捲回端部16Yを有しているので、充放電の際に、正極側と同様、物質層同士の間から押し出された保持電解液70を、一旦、第1負極露出捲回端部16X及び第2負極露出捲回端部16Yの負極箔露出部30G同士の間に保持しておくことができる。かくして、充放電により電極体10から押し出された保持電解液70が、そのまま電極体10の外部に流出するのを抑制した電池1とすることができる。
 また、電池1では、正極露出捲回中央部11Cが2つの正極露出捲回端部(第1正極露出捲回端部11X及び第2正極露出捲回端部11Y)のいずれとも切り離されてなる。このため、第1正極露出捲回端部11X及び第2正極露出捲回端部11Yの両方において、正極集電部材50と正極露出捲回中央部11Cとを接合したことに伴う変形が生じるのを防止でき、第1正極露出捲回端部11X及び第2正極露出捲回端部11Yをなす正極箔露出部20G同士の隙間を確保できる。従って、活物質層同士の間に生じたガスを、その活物質層同士の間から電極体10の外部に確実に放出できる電池1とすることができる。
 また、負極側についても同様に、負極露出捲回中央部16Cが2つの負極露出捲回端部(第1負極露出捲回端部16X及び第2負極露出捲回端部16Y)のいずれとも切り離されてなる。このため、第1負極露出捲回端部16X及び第2負極露出捲回端部16Yの両方において、負極集電部材60と負極露出捲回中央部16Cとを接合したことに伴う変形が生じるのを防止でき、第1負極露出捲回端部16X及び第2負極露出捲回端部16Yをなす負極箔露出部30G同士の隙間を確保できる。従って、活物質層同士の間に生じたガスを、その活物質層同士の間から電極体10の外部に確実に放出できる電池1とすることができる。
 次いで、本実施形態にかかる電池1の製造方法について、図面を参照しつつ説明する。まず、電極体10をなす正極板20を公知の手法で作製する。かくして、正極箔28の第1正極端縁28Sに沿う帯状の正極活物質層形成部20Fと、正極箔28の第2正極端縁28Tに沿う帯状の正極箔露出部20Gとを有している正極板20を作製した(図4参照)。
 また、負極板30も公知の手法で作製する。かくして、負極箔38の第1負極端縁38Sに沿う帯状の負極活物質層形成部30Fと、負極箔38の第2負極端縁38Tに沿う帯状の負極箔露出部30Gとを有している負極板30を作製した(図4参照)。
 次いで、作製した正極板20及び負極板30を、前述した2つの帯状のセパレータ40,40と共に円筒状に捲回した。このとき、正極板20の正極箔露出部20Gと、負極板30の負極箔露出部30Gとが、軸線方向DX、互いに逆側に位置するように捲回する。その後、円筒面を両側から押し潰して、横断面が扁平な長円形状で扁平捲回型のスリット形成前電極体10Bとした(図5(a)参照)。
 次いで、正極露出捲回部11に2つのスリットS1,S1を、負極露出捲回部16に2つのスリットS2,S2をそれぞれ形成するスリット形成工程について説明する。この工程では、公知のスリッタ(裁断機)を用いて、正極露出捲回部11を、前述した正極露出捲回中央部11C、第1正極露出捲回端部11X及び第2正極露出捲回端部11Yに切り離す2つのスリットS1,S1を、上述のスリット形成前電極体10Bにおける正極露出捲回部11に形成する。また、負極露出捲回部16を、前述した負極露出捲回中央部16C、第1負極露出捲回端部16X及び第2負極露出捲回端部16Yに切り離す2つのスリットS2,S2を、スリット形成前電極体10Bにおける負極露出捲回部16に形成する。なお、スリットS1,S2はいずれも、軸線方向DXに沿って直線状に延びた形態とされている。
 かくして、正極露出捲回部11の正極露出捲回中央部11Cと第1正極露出捲回端部11X及び第2正極露出捲回端部11Yのいずれとも切り離され、かつ、負極露出捲回部16の負極露出捲回中央部16Cと第1負極露出捲回端部16X及び第2負極露出捲回端部16Yのいずれとも切り離された電極体10ができあがる(図5(b)参照)。
 次いで、接合工程について説明する。まず、第1貫通孔82Xに正極集電部材50の正極端子部52(本体部53)を、第2貫通孔82Yに負極集電部材60の負極端子部62(本体部63)をそれぞれ貫通させて、絶縁部材95で予め一体成形した封口蓋82を用意する。
 そして、上述した電極体10(即ち、正極露出捲回部11の正極露出捲回中央部11Cと第1正極露出捲回端部11X及び第2正極露出捲回端部11Yのいずれとも切り離された電極体10)の正極露出捲回中央部11Cを、正極集電部材50の正極接合部51と図示しない溶接用ブロックとの間に挟み、正極露出捲回中央部11C(これをなす正極箔露出部20Gの各部分)を短径方向DSに押し潰す。
 続いて、正極集電部材50と正極露出捲回中央部11Cとを超音波溶接する。具体的には、公知の超音波溶接機を用いて、正極集電部材50の正極接合部51と正極露出捲回中央部11Cとを超音波溶接する。これにより、正極集電部材50と電極体10とが接合される。
 また、負極側について、正極と同様にして行う。但し、負極集電部材60と負極露出捲回中央部16Cとを、公知の抵抗溶接機を用いて抵抗溶接する点が異なる。かくして、正極側と同様、負極集電部材60と電極体10とが接合される。
 その後、電極体10を電池ケース本体81に収容し、この電極体10と接合する正極集電部材50及び負極集電部材60が貫通する封口蓋82で電池ケース本体81を溶接で封口する。さらに、図示しない注液孔から電解液を注液し、電池ケース80内を-80kPaに減圧しながら注液孔を封止し、その後初期充電を行って電池1を完成させる(図1~3参照)。
 なお、上述の初期充電では、25℃の温度環境下において、電池1の電圧(端子間電圧)が4.1Vとなるまで、1Cの電流値で充電し、その後、この電圧を保持して電流値が0.02Cになるまで充電した(定電流-定電圧充電)。このときの充電時間は85分間であった。
 また、本発明者らは、本実施形態にかかる電池1とは異なり、電極体の正極露出捲回部及び負極露出捲回部のいずれにもスリットを有しない電池(以下、比較電池ともいう)の製造において、同様の初期充電を行った。このときの充電時間は88分間であり、本実施形態にかかる電池1の充電時間の方が短いことが判る。
 これは、初期充電により活物質層間に発生したガスがそのまま活物質層間に停滞すると、正極活物質層と負極活物質層との間に電解液が一部存在できないため、活物質層との間にガスが停滞しない電池に比べて、充電反応の進行が遅くなってしまうと考えられる。また、比較電池は、露出捲回部にスリットを有しないため、集電部材と露出捲回部との接合箇所、及び、この接合箇所に近いほど、箔露出部のうち径方向に隣りあう部位同士の隙間が狭くなっている。一方、前述した接合工程を行った電池1は、図6(b)に示すように、露出捲回中央部における箔露出部同士の隙間が狭くなっているが、露出捲回端部における箔露出部同士の隙間を確保している。つまり、本実施形態にかかる電池1の方が、比較電池よりも、初期充電により活物質層間に発生したガスを、露出捲回部(露出捲回端部)を通じて、電極体の外部に放出させやすい形態であるためと考えられる。
 本実施形態にかかる電池1の製造方法では、正極露出捲回部11のうち、第1正極露出捲回端部11X及び第2正極露出捲回端部11Yから既に切り離された電極体10の正極露出捲回中央部11Cに正極集電部材50を接合する接合工程を備える。このため、正極露出捲回中央部11Cに正極集電部材50を接合することで、この正極露出捲回中央部11Cが変形しても、これと切り離された第1正極露出捲回端部11X及び第2正極露出捲回端部11Yには応力が掛かり難い。従って、第1正極露出捲回端部11X及び第2正極露出捲回端部11Yをなす正極箔露出部20G同士の隙間が狭くなるのを抑制して電池1を製造することができる。
 また、負極側についても正極側と同様、負極露出捲回部16のうち、第1負極露出捲回端部16X及び第2負極露出捲回端部16Yから既に切り離された電極体10の負極露出捲回中央部16Cに負極集電部材60を接合する接合工程を備える。このため、負極露出捲回中央部16Cに負極集電部材60を接合することで、この負極露出捲回中央部16Cが変形しても、これと切り離された第1負極露出捲回端部16X及び第2負極露出捲回端部16Yには応力が掛かり難い。従って、第1負極露出捲回端部16X及び第2負極露出捲回端部16Yをなす負極箔露出部30G同士の隙間が狭くなるのを抑制して電池1を製造することができる。
 (変形形態1)
 次に、本発明の変形形態1について、図面を参照しつつ説明する。本変形形態1は、円筒形の電極体の露出捲回部にスリットを形成してから扁平捲回電極体とする点で、上述した実施形態と異なる。そこで、実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の部分の説明は省略又は簡略化する。なお、同様の部分については同様の作用効果を生じる。また、同内容のものには同番号を付して説明する。
 本変形形態1にかかる電池1の製造方法について、図面を参照しつつ説明する。まず、公知の方法で作製した正極板20及び負極板30を、2つの帯状のセパレータ40,40と共に捲回軸AXの周りに円筒形状に捲回した。このとき、実施形態と同様、正極板20の正極箔露出部20Gと、負極板30の負極箔露出部30Gとが、軸線方向DX、互いに逆側に位置するように捲回する。かくして、円筒捲回型のスリット形成前電極体10Jができあがる(図7(a)参照)。
 次いで、正極露出捲回部11(負極露出捲回部16)にスリットS1(S2)を形成する工程について説明する。なお、本変形形態1では、円筒捲回型のスリット形成前電極体10JにスリットS1,S2を形成する点で、扁平捲回型のスリット形成前電極体10BにスリットS1,S2を形成する実施形態とは異なる。
 即ち、この工程では、公知のスリッタ(裁断機)を用いて、円筒捲回型のスリット形成前電極体10Jの正極露出捲回部11に、軸線方向DXに沿う直線状に延びる2つのスリットS1,S1を形成した(図7(b)参照)。具体的には、スリッタを用いて、形成する2つのスリットS1,S1で捲回軸AXを挟むように、正極露出捲回部11に軸線方向DXに沿う直線状に延びる2つのスリットS1,S1を形成した。
 また、負極側についても同様、円筒捲回型のスリット形成前電極体10Jの負極露出捲回部16に、軸線方向DXに沿う直線状に延びる2つのスリットS2,S2を形成した(図7(b)参照)。かくして、2つのスリットS1,S1、及び、2つのスリットS2,S2を有する、円筒捲回型の電極体10Kができる。
 次いで、円筒捲回型の電極体10Kの円筒面を押し潰して扁平捲回型に変形させる。これにより、前述した実施形態と同様の電極体10ができあがる(図5(b)参照)。
 なお、変形工程の後は、前述した実施形態と同様にして電池1を製造するので、説明を省略する。
 (変形形態2)
 次に、本発明の変形形態2について、図面を参照しつつ説明する。本変形形態2の電池101は、実施形態と同様、露出捲回部を、2つの露出捲回端部及び露出捲回中央部に分ける2つのスリットを有している。但し、露出捲回中央部が、実施形態よりも長径方向DLに長くされて、露出捲回部のうち2つのR状露出捲回部以外の部位からなる点で、上述した実施形態の電池1と異なる。
 即ち、本変形形態2の電極体110における正極露出捲回部111は、図8に示すように、前述した実施形態と同様の、第1正極R状露出捲回部12A、第2正極R状露出捲回部12B及び正極平板状露出捲回部13からなる。
 但し、本変形形態2では、第1正極露出捲回端部111Xは、第1正極R状露出捲回部12Aからなり、第2正極露出捲回端部111Yは、第2正極R状露出捲回部12Bからなり、正極露出捲回中央部111Cは、正極露出捲回部111のうち、2つの正極R状露出捲回部12A,12B以外の部位である正極平板状露出捲回部13からなる。
 また、負極露出捲回部116は、図8に示すように、前述した実施形態と同様の、第1負極R状露出捲回部17A、第2負極R状露出捲回部17B及び負極平板状露出捲回部18からなる。
 但し、本変形形態2では、第1負極露出捲回端部116Xは、第1負極R状露出捲回部17Aからなり、第2負極露出捲回端部116Yは、第2負極R状露出捲回部17Bからなり、負極露出捲回中央部116Cは、負極露出捲回部116のうち、2つの負極R状露出捲回部17A,17B以外の部位である負極平板状露出捲回部18からなる。
 実施形態と同様の構成により同様の作用効果を奏するのに加えて、本変形形態2にかかる電池101では、正極露出捲回部111のうち、正極R状露出捲回部12A,12B以外の部位である正極平板状露出捲回部13を正極露出捲回中央部111Cとしている。つまり、正極露出捲回中央部111Cを、長径方向DLに最も長い寸法で確保している。このため、正極露出捲回中央部111Cと正極活物質層捲回部14とを最も低抵抗で接続した電池101とすることができる。
 また、負極側も同様である。即ち、負極露出捲回部116のうち、負極R状露出捲回部17A,17B以外の部位である負極平板状露出捲回部18を負極露出捲回中央部116Cとしている。つまり、負極露出捲回中央部116Cを、長径方向DLに最も長い寸法で確保している。このため、負極露出捲回中央部116Cと負極活物質層捲回部19とを最も低抵抗で接続した電池101とすることができる。
 以上において、本発明を実施形態、変形形態1及び変形形態2に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
 例えば、実施形態等では、2つのスリットS1,S1によって、正極露出捲回中央部11C(111C)を2つの正極露出捲回端部11X,11Y(111X,111Y)のいずれとも切り離した形態を示した(例えば、図2,8参照)。しかし、1つのスリットS1によって、正極露出捲回中央部211C(311C)を2つの正極露出捲回端部211X,211Y(311X,311Y)のいずれか一方と切り離した電極体210(310)を備える電池201(301)としても良い(図9,10参照)。また、負極側について、1つのスリットS2によって、負極露出捲回中央部216C(316C)を2つの負極露出捲回端部216X,216Y(316X,316Y)のいずれか一方と切り離した電極体210(310)を備える電池201(301)としても良い(図9,10参照)。
 また、実施形態等では、露出捲回中央部11C(16C,111C,116C)と露出捲回端部11X(11Y,16X,16Y,111X,111Y,116X,116Y)とを切り離す形態として、直線状に延びる形態のスリットS1,S2を形成した例を示した(例えば、図2,8参照)。しかし、他の形態のスリット、例えば、矩形波状、正弦波等の波状に延びるスリットで、露出捲回中央部と露出捲回端部とを切り離すこともできる。
 また、実施形態等では、軸線方向DXに沿って平行に延びるスリットS1,S2を例示した。しかし、例えば、図11,12に示すように、軸線方向DXのうち、正極露出捲回部411(511)側から正極活物質層捲回部14側(図中、右方)に進むに連れて、正極露出捲回中央部411C(511C)から正極露出捲回端部411X,411Y(511X,511Y)に徐々に近づく形態のスリットS3で切り離された電極体410(510)を備える電池401(501)としても良い。また、負極側についても同様である。
 逆に、例えば、図13,14に示すように、軸線方向DXのうち、正極露出捲回部611(711)側から正極活物質層捲回部14側(図中、右方)に進むに連れて、正極露出捲回端部611X,611Y(711X,711Y)から徐々に遠のいて、正極露出捲回中央部611C(711C)に近づく形態のスリットS5で切り離された電極体610(710)を備える電池601(701)としても良い。また、負極側についても同様である。

Claims (4)

  1.   帯状の金属箔における、その長手方向に延びる2つの端縁のうちの第1端縁に沿って、上記金属箔に活物質層を形成してなる帯状の活物質層形成部と、上記金属箔の上記2つの端縁のうちの第2端縁に沿って上記金属箔が露出した帯状の箔露出部と、を含む電極板を、捲回軸の周りに捲回してなり、
      横断面が扁平な長円形状で、
      上記活物質層形成部が捲回された活物質層捲回部、及び、
      上記活物質層捲回部よりも上記捲回軸に沿う軸線方向の一方側に位置し、上記箔露出部が捲回された露出捲回部、を有する
     扁平捲回電極体と、
     金属からなり、上記扁平捲回電極体の上記露出捲回部に接合された集電部材と、
     上記扁平捲回電極体の上記活物質層捲回部に保持された保持電解液と、を備える
    電池であって、
     上記露出捲回部のうち、
      上記横断面がなす上記長円形状の長径方向の両端部にそれぞれ位置し、上記箔露出部がR状に曲げ返された部位をR状露出捲回部とし、
      上記R状露出捲回部を含む部位を、露出捲回端部とし、
      上記長径方向の中央部分に位置し、上記露出捲回端部同士に挟まれた部位を、露出捲回中央部としたとき、
     上記露出捲回中央部は、
      自身と上記軸線方向に隣りあう上記活物質層捲回部との接続を保ちつつ、2つの上記露出捲回端部のうち少なくとも一方と切り離され、
     上記集電部材は、
      上記露出捲回中央部に接合してなる
    電池。
  2. 請求項1に記載の電池であって、
     前記露出捲回中央部は、
      2つの前記露出捲回端部のいずれとも切り離されてなる
    電池。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の電池であって、
     前記露出捲回中央部は、
      前記露出捲回部のうち、2つの前記R状露出捲回部以外の部位からなる
    電池。
  4.   帯状の金属箔における、その長手方向に延びる2つの端縁のうちの第1端縁に沿って、上記金属箔に活物質層を形成してなる帯状の活物質層形成部と、上記金属箔の上記2つの端縁のうちの第2端縁に沿って上記金属箔が露出した帯状の箔露出部と、を含む電極板を、捲回軸の周りに捲回してなり、
      横断面が扁平な長円形状で、
      上記活物質層形成部が捲回された活物質層捲回部、及び、
      上記活物質層捲回部よりも上記捲回軸に沿う軸線方向の一方側に位置し、上記箔露出部が捲回された露出捲回部、を有する
     扁平捲回電極体と、
     金属からなり、上記扁平捲回電極体の上記露出捲回部に接合された集電部材と、
     上記扁平捲回電極体の上記活物質層捲回部に保持された保持電解液と、を備え、
     上記露出捲回部のうち、
      上記横断面がなす上記長円形状の長径方向の両端部にそれぞれ位置し、上記箔露出部がR状に曲げ返された部位をR状露出捲回部とし、
      上記R状露出捲回部を含む部位を、露出捲回端部とし、
      上記長径方向の中央部分に位置し、上記露出捲回端部同士に挟まれた部位を、露出捲回中央部としたとき、
     上記露出捲回中央部は、
      自身と上記軸線方向に隣りあう上記活物質層捲回部との接続を保ちつつ、2つの上記露出捲回端部のうち少なくとも一方と切り離され、
     上記集電部材は、
      上記露出捲回中央部に接合してなる
    電池の製造方法であって、
     上記露出捲回部の上記露出捲回中央部と2つの上記露出捲回端部のうち少なくとも一方との間が切り離された上記扁平捲回電極体について、上記集電部材を上記露出捲回中央部に接合する接合工程を備える
    電池の製造方法。
     
     
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