WO2022168623A1 - 二次電池、電子機器及び電動工具 - Google Patents

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彬 大谷
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株式会社村田製作所
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to secondary batteries, electronic devices, and power tools.
  • Lithium-ion batteries are also being developed for applications that require high output, such as power tools and automobiles.
  • One method of achieving high power is high rate discharge, in which a relatively large current is drawn from the battery. Since high-rate discharge requires a large current, it is desirable to reduce the internal resistance of the battery.
  • Patent Document 1 describes a cylindrical battery in which the current collector exposed portion on the positive electrode side is welded to the positive electrode current collector plate, and the current collector exposed portion on the negative electrode side is welded to the negative electrode current collector plate.
  • both the positive and negative sides and the negative side are provided with a resin coating on the base of the exposed portion of the current collector plate.
  • Patent Document 1 has a structure in which the current collector exposed portion is bent and welded, and there is a problem that the welding is not stable because the current collector exposed portion is not overlapped. In addition, there is a problem that buckling occurs when the current collector exposed portion is bent, and the flatness of the welded portion cannot be ensured.
  • the present invention by stabilizing the bending position (hereinafter referred to as a bending point as appropriate) of the active material uncoated portion (current collector exposed portion) on the negative electrode side, the current collector exposed portion is overlapped. It is an object of the present invention to provide a secondary battery in which a gap is suppressed and planarity of a welded portion is improved, and an electronic device and an electric tool including the secondary battery.
  • the present invention An electrode winding body having a structure in which a strip-shaped positive electrode and a strip-shaped negative electrode are laminated with a separator interposed therebetween and wound around a central axis, and a positive electrode current collector plate and a negative electrode current collector plate are accommodated in a battery can.
  • the positive electrode has a positive electrode active material coated portion coated with a positive electrode active material layer and a positive electrode active material uncoated portion on a strip-shaped positive electrode foil, The positive electrode active material non-coated portion is joined to the positive electrode current collector plate at one end of the electrode winding body,
  • the negative electrode includes a first negative electrode active material coated portion in which a negative electrode active material layer is coated on a first main surface of a strip-shaped negative electrode foil, and a first negative electrode active material uncoated portion extending in the longitudinal direction of the negative electrode foil.
  • the negative electrode further comprises a second negative electrode active material coating portion, which is coated with a negative electrode active material layer, and a second negative electrode active material extending in the longitudinal direction of the negative electrode foil, on the other second main surface of the negative electrode foil. a non-coated portion; and a second insulating layer provided between the second negative electrode active material coated portion and the second negative electrode active material non-coated portion;
  • the electrode roll includes a negative electrode uncoated portion including a first negative electrode active material uncoated portion and a second negative electrode active material uncoated portion bent toward the central axis of the electrode roll and overlapped.
  • the negative electrode current collector plate is joined to the flat surface, When at least the negative electrode side of the electrode winding body is cut along a plane including the central axis and viewed in cross section, the first main surface faces the central axis of the electrode winding body, and the first insulation is provided.
  • the secondary battery wherein the length of the layer is smaller than the length of the second insulating layer.
  • the present invention by stabilizing the bending point, it is possible to suppress gaps generated in the overlapping portions of the active material non-coated portions and improve the flatness of the welded portion. It should be noted that the contents of the present invention should not be construed as being limited by the effects exemplified in this specification.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a lithium ion battery according to one embodiment.
  • 2A and 2B are diagrams for explaining a positive electrode according to one embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of one main surface side of the negative electrode (before winding) according to one embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of the other main surface side of the negative electrode (before winding) according to one embodiment.
  • FIG. 5 is a side view of the negative electrode (before winding) according to one embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing a positive electrode, a negative electrode, and a separator before winding.
  • 7A is a plan view of a positive current collector according to one embodiment
  • FIG. 7B is a plan view of a negative current collector according to one embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining details of the first insulating layer and the second insulating layer.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining details of the first insulating layer and the second insulating layer.
  • 10A to 10F are diagrams explaining the assembly process of a lithium ion battery according to one embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining Example 1.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining Comparative Example 1.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining Comparative Example 2.
  • FIG. FIG. 14 is a diagram for explaining Comparative Example 3.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining Comparative Example 1.
  • FIG. FIG. 16 is a diagram for explaining Comparative Example 2.
  • FIG. FIG. 17 is a diagram for explaining Comparative Example 3.
  • FIG. 18 is a connection diagram used for explaining a battery pack as an application example of the present invention.
  • FIG. 19 is a connection diagram used for explaining a power tool as an application example of the present invention.
  • FIG. 20 is a connection diagram used for explaining an electric vehicle as an application example of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a lithium ion battery 1.
  • the lithium ion battery 1 is, for example, a cylindrical lithium ion battery 1 in which an electrode winding body 20 is housed inside a battery can 11 as shown in FIG.
  • the lithium ion battery 1 has a roughly cylindrical battery can 11 , and inside the battery can 11 , a pair of insulating plates 12 and 13 and an electrode winding body 20 are provided.
  • the lithium ion battery 1 may further include, for example, one or more of a thermal resistance (PTC) element and a reinforcing member inside the battery can 11 .
  • PTC thermal resistance
  • the battery can 11 is mainly a member that houses the electrode winding body 20 .
  • the battery can 11 is, for example, a cylindrical container that is open at one end and closed at the other end. That is, the battery can 11 has one open end surface (open end surface 11N).
  • the battery can 11 contains, for example, one or more of metal materials such as iron, aluminum, and alloys thereof.
  • the surface of the battery can 11 may be plated with, for example, one or more of metal materials such as nickel.
  • the insulating plates 12 and 13 are disk-shaped having a surface substantially perpendicular to the central axis of the electrode winding body 20 (a direction passing through substantially the center of the end surface of the electrode winding body 20 and parallel to the Z axis in FIG. 1). It is a board of Also, the insulating plates 12 and 13 are arranged, for example, so as to sandwich the electrode winding body 20 between them.
  • the battery lid 14 and the safety valve mechanism 30 are crimped to the open end surface 11N of the battery can 11 via a gasket 15 to form a crimp structure 11R (crimp structure).
  • crimp structure 11R crimp structure
  • the battery lid 14 is a member that mainly closes the open end face 11N of the battery can 11 in a state where the electrode wound body 20 and the like are housed inside the battery can 11 .
  • the battery lid 14 contains, for example, the same material as the battery can 11 forming material.
  • a central region of the battery lid 14 protrudes, for example, in the +Z direction.
  • the area (peripheral area) of the battery lid 14 other than the central area is in contact with the safety valve mechanism 30, for example.
  • Gasket 15 is a member that is mainly interposed between battery can 11 (bent portion 11P) and battery lid 14 to seal the gap between bent portion 11P and battery lid 14 .
  • the surface of the gasket 15 may be coated with, for example, asphalt.
  • the gasket 15 contains, for example, one or more of insulating materials.
  • the type of insulating material is not particularly limited, but polymer materials such as polybutylene terephthalate (PBT) and polypropylene (PP) can be used. Among them, the insulating material is preferably polybutylene terephthalate. This is because the gap between the bent portion 11P and the battery lid 14 can be sufficiently sealed while the battery can 11 and the battery lid 14 are electrically separated from each other.
  • the safety valve mechanism 30 mainly releases the internal pressure by releasing the sealed state of the battery can 11 as necessary when the internal pressure (internal pressure) of the battery can 11 increases.
  • the cause of the rise in the internal pressure of the battery can 11 is, for example, the gas generated due to the decomposition reaction of the electrolytic solution during charging and discharging.
  • Electrode winding body In the cylindrical lithium ion battery 1, a strip-shaped positive electrode 21 and a strip-shaped negative electrode 22 are laminated with a separator 23 interposed therebetween, and an electrode winding body 20 spirally wound around a central axis is an electrolytic solution. It is housed in the battery can 11 in a state impregnated with .
  • the positive electrode 21 is formed by forming a positive electrode active material layer 21B on one side or both sides of a positive electrode foil 21A, and the material of the positive electrode foil 21A is, for example, a metal foil made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the negative electrode 22 is formed by forming a negative electrode active material layer on one side or both sides of the negative electrode foil 22A, and the material of the negative electrode foil 22A is, for example, metal foil made of nickel, nickel alloy, copper, or copper alloy.
  • the separator 23 is a porous and insulating film that electrically insulates the positive electrode 21 and the negative electrode 22 while enabling movement of substances such as ions and electrolytic solution.
  • FIG. 2A is a front view of the positive electrode 21 before winding
  • FIG. 2B is a side view of the positive electrode 21 in FIG. 2A.
  • the horizontal direction (sometimes referred to as the longitudinal direction) toward the drawing is the X-axis direction
  • the vertical direction (sometimes referred to as the width direction) is the Y direction.
  • the axial direction and depth direction may be referred to as the Z-axis direction.
  • the positive electrode 21 has a portion (dotted portion) covered with the positive electrode active material layer 21B on one main surface and the other main surface of the positive electrode foil 21A, and the portion not covered with the positive electrode active material layer 21B. It has a positive electrode active material uncoated portion 21C.
  • the portion covered with the positive electrode active material layer 21B is appropriately referred to as the positive electrode active material covered portion 21B.
  • both surfaces of the positive electrode foil 21A have the same configuration, but the positive electrode foil 21A may have a configuration in which the positive electrode active material covering portion 21B is provided on one main surface.
  • an insulating layer 101 (part shown in gray in FIGS. 2A and 2B) is provided between the positive electrode active material covered portion 21B and the positive electrode active material non-covered portion 21C.
  • the negative electrode foil 22A of the negative electrode 22 has one principal surface 29Aa (an example of a first principal surface) and the other principal surface 29Ab (an example of a second principal surface).
  • the main surface 29Aa is the surface facing the central axis of the electrode-wound body 20
  • the other main surface 29Ab is the surface facing the peripheral surface of the electrode-wound body 20 .
  • FIG. 3 is a front view of one main surface 29Aa of the negative electrode 22 before winding.
  • the negative electrode 22 has a portion (dotted portion) coated with the negative electrode active material layer on the main surface 29Aa of the negative electrode foil 22A, and a negative electrode active material uncoated portion 22Ca which is a portion not covered with the negative electrode active material layer.
  • the portion covered with the negative electrode active material layer is appropriately called a negative electrode active material covered portion.
  • the negative electrode active material coating portion formed on the main surface 29Aa is appropriately referred to as a negative electrode active material coating portion 22Ba (an example of a first negative electrode active material coating portion), and the negative electrode active material coating portion formed on the main surface 29Ab
  • a material coating portion (an example of a second negative electrode active material coating portion) is appropriately referred to as a negative electrode active material coating portion 22Bb.
  • the negative electrode active material uncoated portion 22Ca is, for example, a negative electrode active material uncoated portion 221Aa (first negative electrode active material uncoated portion) extending in the longitudinal direction (X-axis direction) of the negative electrode 22. part 221Ba extending in the width direction (Y-axis direction) of the negative electrode 22 on the winding start side of the negative electrode 22; It has a negative electrode active material uncovered portion 221Ca extending in the width direction (Y-axis direction).
  • a negative electrode active material uncoated portion 221Aa first negative electrode active material uncoated portion
  • X-axis direction longitudinal direction
  • part 221Ba extending in the width direction (Y-axis direction) of the negative electrode 22 on the winding start side of the negative electrode 22
  • It has a negative electrode active material uncovered portion 221Ca extending in the width direction (Y-axis direction).
  • the boundary between the negative electrode active material non-coated portion 221Aa and the negative electrode active material non-coated portion 221Ba and the boundary between the negative electrode active material non-coated portion 221Aa and the negative electrode active material non-coated portion 221Ca are dotted lines.
  • DL1 and DL2 are attached.
  • the negative electrode 22 further has a first insulating layer 22Da on the main surface 29Aa.
  • the first insulating layer 22Da is provided between the negative electrode active material covered portion 22Ba and the negative electrode active material non-covered portion 221Aa. More specifically, the first insulating layer 22Da exists along the boundary between the negative electrode active material uncovered portion 221Aa extending in the longitudinal direction (X-axis direction) of the negative electrode 22 and the negative electrode active material covered portion 22Ba. is doing.
  • the first insulating layer 22Da provided on the main surface 29Aa faces the central axis of the electrode-wound body 20 when at least the negative electrode side of the electrode-wound body 20 is cut along a plane including the central axis and viewed in cross section.
  • the thickness of the first insulating layer 22Da is equal to or less than the thickness of the negative electrode active material covering portion 22Ba.
  • the positive electrode side of the lithium ion battery 1 means a region including one end face (end face 41) of both end faces of the electrode winding body 20 having a substantially cylindrical shape.
  • the negative electrode side of the wound electrode body 20 means a region including the other end face (end face 42 ) of both end faces of the wound electrode body 20 having a substantially cylindrical shape.
  • FIG. 4 is a front view of the main surface 29Ab of the negative electrode foil 22A.
  • the main surface 29Ab of the negative electrode foil 22A is provided with the negative electrode active material covering portion 22Bb. Further, the main surface 29Ab is provided with a negative electrode active material non-coated portion 22Cb that is not covered with the negative electrode active material layer.
  • the negative electrode active material uncoated portion 22Cb is, for example, a negative electrode active material uncoated portion 221Ab (second negative electrode active material uncoated portion) extending in the longitudinal direction (X-axis direction) of the negative electrode 22 .
  • part 221Bb extending in the width direction (Y-axis direction) of the negative electrode 22 on the winding start side of the negative electrode 22; It has a negative electrode active material uncovered portion 221Cb extending in the width direction (Y-axis direction).
  • the boundary between the negative electrode active material non-coated portion 221Ab and the negative electrode active material non-coated portion 221Bb and the boundary between the negative electrode active material non-coated portion 221Ab and the negative electrode active material non-coated portion 221Cb are indicated by dotted lines.
  • DL3 and DL4 are attached.
  • the negative electrode 22 further has a second insulating layer 22Db on the main surface 29Ab.
  • the second insulating layer 22Db is provided between the negative electrode active material covered portion 22Bb and the negative electrode active material non-covered portion 221Ab. More specifically, the second insulating layer 22Db exists along the boundary between the negative electrode active material uncovered portion 221Ab extending in the longitudinal direction (X-axis direction) of the negative electrode 22 and the negative electrode active material covered portion 22Bb. is doing.
  • the second insulating layer 22Db provided on the main surface 29Ab faces the peripheral surface of the electrode-wound body 20 when at least the negative electrode side of the electrode-wound body 20 is cut along a plane including the central axis and viewed in cross section. is doing.
  • the thickness of the second insulating layer 22Db is equal to or less than the thickness of the negative electrode active material covering portion 22Bb.
  • FIG. 5 is a side view of the negative electrode 22.
  • the left side of the negative electrode 22 is a surface facing the central axis of the wound electrode body 20
  • the right side of the negative electrode 22 is a surface facing the peripheral surface of the wound electrode body 20 .
  • the length LA of the first insulating layer 22Da is smaller than the length LB of the second insulating layer 22Db.
  • the length LA of the first insulating layer 22Da and the length LB of the second insulating layer 22Db can be said to be the length in the width direction of the strip-shaped negative electrode 22, and the direction along the central axis of the wound electrode body 20. can be said to be the length of
  • the first insulating layer 22Da and the second insulating layer 22Db are made of, for example, PVDF or the like. Contains resin.
  • the first insulating layer 22Da and the like may further contain inorganic particles or organic particles. Examples of inorganic particles include those containing one or more of aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, boehmite, talc, silica, mica, and the like.
  • the first insulating layer 22Da and the like may contain a metal or metal compound that has a higher than predetermined X-ray shielding effect.
  • the first insulating layer 22Da and the like are made of a metal having a higher X-ray shielding effect than the metal (main component metal) that forms the negative electrode foil 22A, or a metal that forms the negative electrode foil 22A (main component metal).
  • a metal compound containing a metal having a higher X-ray shielding effect than the metal) may be contained.
  • the first insulating layer 22Da and the like may contain particles of the above metal or particles of the above metal compound.
  • a metal having a higher X-ray shielding effect than the metal (e.g., copper) constituting the negative electrode foil 22A is selected from the group consisting of, for example, tungsten (W), iridium (Ir), platinum (Pt), and gold (Au).
  • the metal compound containing a metal having a higher X-ray shielding effect than the metal forming the negative electrode foil 22A is one or more selected from the group consisting of metal oxides, metal sulfate compounds, and metal carbonate compounds.
  • the metal oxide is, for example, one or more selected from the group consisting of yttrium oxide, hafnium oxide, tantalum pentoxide, and tungsten oxide.
  • the metal sulfate compound is one or more selected from the group consisting of barium sulfate and strontium sulfate.
  • the metal carbonate compound is strontium carbonate.
  • the electrode roll 20 is arranged such that the positive electrode active material non-coated portion 21C and the negative electrode active material non-coated portions 221Aa and 221Ab face in opposite directions to each other, and the separator 23 is attached. It is wound by being piled up through.
  • a through hole 26 is provided in the center of the electrode winding body 20 .
  • the through-hole 26 is a hole formed substantially at the center of the laminate in which the positive electrode 21 , the negative electrode 22 and the separator 23 are laminated.
  • the through-hole 26 is used as a hole for inserting a rod-shaped welding tool (hereinafter referred to as a welding rod as appropriate) or the like in the process of assembling the lithium ion battery 1 .
  • FIG. 6 shows an example of the structure before winding in which the positive electrode 21, the negative electrode 22 and the separator 23 are laminated.
  • the positive electrode 21 according to this embodiment includes an insulating layer 101 (upper side gray area).
  • the length of the insulating layer 101 in the width direction is, for example, about 3 mm.
  • the insulating layer 101 covers all regions of the positive electrode active material non-coated portion 21 ⁇ /b>C facing the negative electrode active material coated portion 22 ⁇ /b>Ba with the separator 23 interposed therebetween.
  • the insulating layer 101 has the effect of reliably preventing an internal short circuit of the lithium ion battery 1 when a foreign object enters between the negative electrode active material covered portion 22Ba and the positive electrode active material uncovered portion 21C. Moreover, the insulating layer 101 absorbs the impact when the lithium ion battery 1 is impacted, and has the effect of reliably preventing bending of the positive electrode active material non-coated portion 21C and short-circuiting with the negative electrode 22 .
  • the length in the width direction of the positive electrode active material non-coated portion 21C is D5
  • the length from the end of the negative electrode active material coated portion 22Ba to the end of the negative electrode foil 22A is D6. do.
  • the length of the portion where the positive electrode active material uncoated portion 21C protrudes from one end of the separator 23 in the width direction is D7, and the first insulating layer 22Da and the negative electrode active material uncoated portion 221Aa (or the second insulating layer 22Db and the negative electrode)
  • the positive electrode foil 21A and the positive electrode active material uncoated portion 21C are made of, for example, aluminum, and the negative electrode foil 22A, the negative electrode active material uncoated portion 221Aa, and the negative electrode active material uncoated portion 221Ab are made of, for example, copper.
  • the positive electrode active material uncoated portion 21C is softer (lower Young's modulus) than the negative electrode active material uncoated portion 22Ca and the negative electrode active material uncoated portion 22Cb. Therefore, in one embodiment, it is more preferable that D5>D6 and D7>D8.
  • the negative electrode active material uncoated portion 221Aa and the negative electrode active material uncoated portion 221Ab) are bent, the height of the bent portion measured from the tip of the separator 23 is about the same for the positive electrode 21 and the negative electrode 22.
  • the positive electrode active material uncoated portion 21C is bent and overlaps appropriately, laser welding of the positive electrode active material uncoated portion 21C and the positive electrode current collector plate 24 in the manufacturing process of the lithium ion battery 1 (details will be described later) is performed. can be easily joined.
  • the negative electrode active material non-coated portion 221Aa and the negative electrode active material non-coated portion 221Ab are folded and overlapped appropriately, in the manufacturing process of the lithium ion battery 1, the bent portion and the negative electrode current collector plate 25 are laser-welded. Joining can be easily performed.
  • the positive electrode current collector plate 24 is arranged on one end surface 41 of the electrode wound body 20, and the negative electrode current collector plate 25 is arranged on the other end surface 42 of the electrode wound body 20. do.
  • the positive electrode current collector plate 24 and the positive electrode active material uncoated portion 21C present on the end face 41 are welded at multiple points, and the negative electrode current collector plate 25 and the negative electrode active material uncoated portion 221Aa present on the end face 42 and the negative electrode are welded at multiple points.
  • the active material uncoated portion 221Ab is kept low, enabling high-rate discharge.
  • FIG. 7A and 7B show an example of a current collector plate.
  • FIG. 7A shows the positive collector plate 24 and FIG. 7B shows the negative collector plate 25 .
  • the positive collector plate 24 and the negative collector plate 25 are accommodated in the battery can 11 (see FIG. 1).
  • the material of the positive electrode current collector plate 24 is, for example, a metal plate made of aluminum or an aluminum alloy alone or a composite material
  • the material of the negative electrode current collector plate 25 is, for example, nickel, a nickel alloy, copper, or a copper alloy alone. Or a metal plate made of composite material.
  • the shape of the positive electrode current collector plate 24 is such that a flat fan-shaped fan-shaped portion 31 is attached to a rectangular band-shaped portion 32 .
  • a hole 35 is formed near the center of the fan-shaped portion 31 , and the position of the hole 35 corresponds to the through hole 26 .
  • the portion indicated by dots in FIG. 7A is an insulating portion 32A in which an insulating tape is attached to the strip portion 32 or an insulating material is applied. This is the connecting portion 32B.
  • the strip-shaped portion 32 is less likely to come into contact with the portion of the negative electrode potential. good.
  • the charge/discharge capacity can be increased by increasing the width between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 by an amount corresponding to the thickness of the insulating portion 32A.
  • the shape of the negative electrode current collector plate 25 is almost the same as that of the positive electrode current collector plate 24, but the shape of the strip portion is different.
  • the strip portion 34 of the negative electrode current collector plate in FIG. 7B is shorter than the strip portion 32 of the positive electrode current collector plate, and there is no portion corresponding to the insulating portion 32A.
  • the band-shaped portion 34 is provided with a plurality of circular protrusions (projections) 37 indicated by circles. During resistance welding, the current concentrates on the protrusion 37 , melting the protrusion 37 and welding the belt-like portion 34 to the bottom of the battery can 11 .
  • the negative collector plate 25 has a hole 36 near the center of the fan-shaped portion 33 , and the position of the hole 36 corresponds to the through hole 26 . Since the fan-shaped portion 31 of the positive electrode current collector plate 24 and the fan-shaped portion 33 of the negative electrode current collector plate 25 are fan-shaped, they partially cover the end surfaces 41 and 42 . By not covering the entire lithium ion battery 1, the electrolytic solution can be smoothly penetrated into the electrode winding body 20 when assembling the lithium ion battery 1, and the lithium ion battery 1 is in an abnormally high temperature state or an overcharged state. It is possible to make it easier to release the gas that is sometimes generated to the outside of the lithium ion battery 1 .
  • the positive electrode active material layer contains at least a positive electrode material (positive electrode active material) capable of intercalating and deintercalating lithium, and may further contain a positive electrode binder, a positive electrode electrical conductor, and the like.
  • the positive electrode material is preferably a lithium-containing composite oxide or a lithium-containing phosphate compound.
  • the lithium-containing composite oxide has, for example, a layered rock salt type or spinel type crystal structure.
  • a lithium-containing phosphate compound has, for example, an olivine-type crystal structure.
  • the positive electrode binder contains synthetic rubber or a polymer compound.
  • Synthetic rubbers include styrene-butadiene-based rubber, fluorine-based rubber, and ethylene propylene diene.
  • Polymer compounds include polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyimide.
  • the positive electrode conductor is a carbon material such as graphite, carbon black, acetylene black, or ketjen black.
  • the positive electrode conductor may be a metal material or a conductive polymer.
  • the surface of the negative electrode foil 22A that constitutes the negative electrode 22 is preferably roughened in order to improve adhesion with the negative electrode active material layer.
  • the negative electrode active material layer contains at least a negative electrode material (negative electrode active material) capable of intercalating and deintercalating lithium, and may further contain a negative electrode binder, a negative electrode electrical conductor, and the like.
  • the negative electrode material includes, for example, a carbon material.
  • the carbon material is graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, graphite, low-crystalline carbon, or amorphous carbon.
  • the shape of the carbon material is fibrous, spherical, granular or scaly.
  • the negative electrode material includes, for example, a metal-based material.
  • metallic materials include Li (lithium), Si (silicon), Sn (tin), Al (aluminum), Zr (zinc), and Ti (titanium).
  • Metallic elements form compounds, mixtures, or alloys with other elements, examples of which include silicon oxide (SiO x (0 ⁇ x ⁇ 2)), silicon carbide (SiC), or an alloy of carbon and silicon , lithium titanate (LTO).
  • the separator 23 is a porous film containing resin, and may be a laminated film of two or more kinds of porous films. Resins include polypropylene and polyethylene. The separator 23 may contain a resin layer on one side or both sides of a porous membrane as a base layer. This is because the adhesion of the separator 23 to each of the positive electrode 21 and the negative electrode 22 is improved, so that distortion of the wound electrode body 20 is suppressed.
  • the resin layer contains resin such as PVDF.
  • resin such as PVDF.
  • a solution in which a resin is dissolved in an organic solvent is applied to the substrate layer, and then the substrate layer is dried.
  • the base layer may be dried after the base layer is immersed in the solution.
  • the resin layer preferably contains inorganic particles or organic particles from the viewpoint of improving heat resistance and battery safety. Types of inorganic particles include aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, boehmite, talc, silica, mica, and the like.
  • a surface layer containing inorganic particles as a main component and formed by a sputtering method, an ALD (atomic layer deposition) method, or the like may be used instead of the resin layer.
  • the electrolytic solution contains a solvent and an electrolyte salt, and may further contain additives and the like as necessary.
  • the solvent is a non-aqueous solvent such as an organic solvent, or water.
  • An electrolytic solution containing a non-aqueous solvent is called a non-aqueous electrolytic solution.
  • Non-aqueous solvents include cyclic carbonates, chain carbonates, lactones, chain carboxylates, nitriles (mononitriles), and the like.
  • a representative example of the electrolyte salt is a lithium salt, but salts other than the lithium salt may be included.
  • Lithium salts include lithium hexafluorophosphate ( LiPF6 ), lithium tetrafluoroborate ( LiBF4 ), lithium perchlorate (LiClO4), lithium methanesulfonate ( LiCH3SO3 ) , trifluoromethanesulfonic acid.
  • Lithium (LiCF 3 SO 3 ) dilithium hexafluorosilicate (Li 2 SF 6 ), and the like.
  • a mixture of these salts can also be used, and among them, a mixture of LiPF 6 and LiBF 4 is preferably used from the viewpoint of improving battery characteristics.
  • the content of the electrolyte salt is not particularly limited, it is preferably 0.3 mol/kg to 3 mol/kg with respect to the solvent.
  • FIG. 8 and 9 are partial cross-sectional views of the electrode winding body 20 on the negative electrode side.
  • the length of the first insulating layer 22Da (the length in the Z-axis direction in FIG. 8) is longer than the length of the second insulating layer 22Db (the length in the Z-axis direction in FIG. 8). is also small.
  • the negative electrode active material uncoated portion (hereinafter referred to as the negative electrode active material uncoated portion 221) including the negative electrode active material uncoated portion 221Aa and the anode active material uncoated portion 221Ab is ) is applied.
  • each layer of the negative electrode active material non-coated portion 221 bends toward the central axis with the end portion of the first insulating layer 22Da as the bending point PA, and overlaps to form a flat surface. 72 are formed.
  • a groove 43 to be described later is formed in a part of the end surface 42 .
  • the flat surface 72 and the negative collector plate 25 are joined by laser welding or the like.
  • the positive electrode active material is applied to the surface of the strip-shaped positive electrode foil 21A to form the positive electrode active material coating portion 21B, and the negative electrode active material is coated onto the surface of the strip-shaped negative electrode foil 22A, which is used as the negative electrode active material.
  • the material coating portions 22Ba and 22Bb are used.
  • a positive electrode active material non-coated portion 21C where the positive electrode active material was not applied was provided on one end side in the width direction of the positive electrode foil 21A.
  • a negative electrode active material covering portion 22Ba and a first insulating layer 22Da were provided on one main surface 29Aa of the negative electrode foil 22A.
  • negative electrode active material uncoated portions 221Aa, 221Ba, and 221Ca were formed on the main surface 29Aa.
  • a negative electrode active material covering portion 22Bb and a second insulating layer 22Db were provided on the other main surface 29Ab of the negative electrode foil 22A.
  • negative electrode active material uncoated portions 221Ab, 221Bb, and 221Cb were formed on the main surface 29Ab.
  • processes such as drying were performed on the positive electrode 21 and the negative electrode 22 .
  • the positive electrode active material non-coated portion 21C and the negative electrode active material non-coated portions 221Aa and 221Ab are stacked in opposite directions with the separator 23 interposed therebetween, and spirally wound so that a through hole 26 is formed in the central axis.
  • an electrode winding body 20 as shown in FIG. 10A was produced.
  • the positive electrode active material uncoated portion 21C is exposed.
  • the negative electrode active material uncoated portion 221 is exposed on the other end face 42 .
  • a portion including the end surface 41 is referred to as the positive electrode side of the electrode winding body 20 .
  • a portion including the end face 42 is referred to as the negative electrode side of the electrode winding body 20 .
  • FIG. 10B A groove 43 was made.
  • a groove 43 was formed in each of a portion of the end surface 41 on the positive electrode side and a portion of the end surface 42 on the negative electrode side.
  • the groove 43 extends, for example, from the outer edges 27 , 28 of the end faces 41 , 42 respectively to the through hole 26 .
  • the number and arrangement of the grooves 43 shown in FIG. 10B are merely examples, and are not limited to the illustrated example.
  • the same pressure is applied to the end surfaces 41 and 42 in a substantially vertical direction, and the positive electrode active material uncoated portion 21C and the negative electrode active material uncoated portion 221 are bent toward the central axis of the winding structure, and the end surfaces 41 and 42 are bent. was formed to have a flat surface.
  • the load was applied so that the positive electrode active material uncoated portion 21C on the end surface 41 and the negative electrode active material uncoated portion 221 on the end surface 42 were bent toward the center axis and overlapped.
  • the fan-shaped portion 31 of the positive electrode current collector plate 24 is laser-welded to the end surface 41
  • the fan-shaped portion 33 of the negative electrode current collector plate 25 is laser-welded to the end surface 42 to join them.
  • the strip-shaped portion 32 of the positive electrode current collector plate 24 and the strip-shaped portion 34 of the negative electrode current collector plate 25 are bent, and the insulating plate 12 is attached to the positive electrode current collector plate 24 and the insulating plate is attached to the negative electrode current collector plate 25 . 13 is attached.
  • the electrode winding body 20 assembled as described above is inserted into the battery can 11 shown in FIG. did. After the electrolytic solution was injected into the battery can 11, the opening of the battery can 11 was sealed with a gasket 15 and a battery lid 14, as shown in FIG. 10F. Lithium ion battery 1 was produced as described above.
  • the insulating plate 12 and the insulating plate 13 may be insulating tapes.
  • the joining method may be another method of laser welding.
  • the groove 43 may be joined to a part of the positive collector plate 24 or the negative collector plate 25 .
  • the “flat surface” in this specification means not only a completely flat surface, but also the positive electrode active material uncoated portion 21C and the positive electrode current collector 24, and the negative electrode active material uncoated portion 221 and the negative electrode current collector.
  • 25 means a surface that has some unevenness and surface roughness to the extent that it can be bonded to 25 .
  • a first insulating layer 22Da and a second insulating layer 22Db are provided, and the length of the first insulating layer 22Da is made smaller than the length of the second insulating layer 22Db.
  • the negative electrode active material non-coated portion 221 in each layer can be easily bent toward the central axis of the electrode winding body 20 with the end portion of the first insulating layer 22Da as the bending point PA. That is, since the negative electrode active material non-coated portion 221 in each layer is uniformly bent toward the central axis of the electrode wound body 20, wrinkles and voids (gaps, spaces) do not occur, and the flatness of the flat surface 72 is improved.
  • the negative electrode current collector plate 25 and the flat surface 72 can be stably joined, and the occurrence of poor welding can be suppressed.
  • the terms “wrinkles” and “voids” mean portions where the bent negative electrode active material non-coated portion 221 is biased, resulting in a difference in surface height and an uneven flat surface 72 .
  • the negative electrode active material non-coated portion 221 When the negative electrode active material non-coated portion 221 is bent or when the groove 43 is formed, a small amount of metal powder may be generated from the negative electrode active material non-coated portion 221 . If this metal powder enters the wound electrode body 20, it causes an internal short circuit. In this embodiment, since the first insulating layer 22Da and the second insulating layer 22Db are provided, the exposure of the negative electrode foil 22A in the vicinity of the bending point PA is reduced, thereby suppressing the generation of the metal powder described above. can.
  • the first insulating layer 22Da and the second insulating layer 22Db are made of a metal having a higher X-ray shielding effect than the metal forming the negative electrode foil 22A, or a metal having a higher X-ray shielding effect than the metal forming the negative electrode foil 22A.
  • each position of the first insulating layer 22Da and the second insulating layer 22Db can be identified. Specifically, the position of each insulating layer can be identified based on an X-ray transmission image obtained by irradiating the first insulating layer 22Da and the second insulating layer 22Db with X-rays.
  • the end portions of the negative electrode active material coating portions 22Ba and 22Bb can also be identified, and the winding misalignment between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 of the lithium ion battery 1 (the positive electrode active material coating portion 21B and the negative electrode active material coating portion 22Ba) are not facing each other) can be inspected. Since it is possible to inspect winding misalignment, it is not necessary to reduce the length of the positive electrode active material covering portion 21B in the width direction with a margin. Therefore, the length in the width direction of the positive electrode active material covering portion 21B can be increased. Thereby, the battery capacity of the lithium ion battery 1 can be increased.
  • the electrode winding The negative electrode active material may peel off from the negative electrode active material coating portion 22Ba on the winding start side of the winding body 20 (the longitudinal end side of the negative electrode on the innermost circumference of the electrode winding body 20). This peeling is considered to be caused by the stress generated when the flat plate is pressed against the end surface 42 .
  • the peeled negative electrode active material may enter the electrode roll 20 and cause an internal short circuit in the lithium ion battery 1 .
  • the negative electrode active material uncoated portions 221Ba and 221Bb are provided, it is possible to effectively prevent peeling of the negative electrode active material and prevent internal short circuits from occurring. Such an effect can be obtained by providing only one of the negative electrode active material non-coating portion 221Ba and the negative electrode active material non-coating portion 221Bb, but it is more preferable to provide both.
  • the negative electrode 22 can have a region of the negative electrode active material uncoated portion on the principal surface of the side not facing the positive electrode active material coated portion 21B. This is because even if the negative electrode active material coating portion is provided on the main surface that does not face the positive electrode active material coating portion 21B, it is considered that the contribution to charging and discharging is low. It is preferable that the region of the negative electrode active material non-coated portion is 3/4 or more and 5/4 or less of the electrode wound body 20 . At this time, since the negative electrode active material coating portion 22Ba that contributes little to charging and discharging is not provided, the initial capacity can be increased with respect to the same volume of the electrode wound body 20 .
  • the electrode wound body 20 is wound so that the positive electrode active material uncoated portion 21C and the negative electrode active material uncoated portions 221Aa and 221Ab face opposite directions.
  • Positive electrode active material uncoated portions 21 ⁇ /b>C gather, and negative electrode active material uncoated portions 221 gather on end surface 42 of electrode winding body 20 .
  • the positive electrode active material uncoated portion 21C and the negative electrode active material uncoated portion 221 are bent to form flat end surfaces 41 and 42 .
  • the bending direction is the direction from the outer edge portions 27 and 28 of the end faces 41 and 42 to the central axis, and adjacent active material uncoated portions overlap each other in the wound state.
  • the end surface 41 is a flat surface, the contact between the positive electrode active material non-coated portion 21C and the positive electrode current collector plate 24 is improved. Since the end surface 42 is a flat surface, the contact between the negative electrode active material uncoated portion 221 and the negative electrode current collector plate 25 is improved. Further, since the end surfaces 41 and 42 are flat surfaces, the resistance of the lithium ion battery 1 can be reduced.
  • the positive electrode active material uncoated portion 21C and the negative electrode active material uncoated portion 221 it is possible to make the end surfaces 41 and 42 flat.
  • wrinkles or voids may occur in the end surfaces 41 and 42, and the end surfaces 41 and 42 may not be flat surfaces.
  • grooves 43 are formed in advance in radial directions from the through holes 26 on the end faces 41 and 42 respectively. By forming the grooves 43, the occurrence of wrinkles and voids can be suppressed, and the end surfaces 41 and 42 can be made flatter.
  • the battery size was 21700 (diameter: 21 mm, height: 70 mm), the longitudinal length of the positive electrode active material coating portion 21B was 1320 mm, and the negative electrode active material coating portions 22Ba and 22Bb
  • the length in the longitudinal direction was set to 1400 mm
  • the length in the width direction of the negative electrode active material coating portions 22Ba and 22Bb was set to 63 mm
  • the length in the width direction of the separator 23 was set to 64 mm.
  • the separator 23 was stacked so as to cover the entire range of the positive electrode active material covering portion 21B and the negative electrode active material covering portions 22Ba and 22Bb. Also, as shown in FIG.
  • the length between the ends of the negative electrode active material coating portions 22Ba and 22Bb and the end of the negative electrode foil 22A (where the negative electrode active material is not applied) (D6 in FIG. 6) is 3.0 mm
  • the distance between the ends of the negative electrode active material coating portions 22Ba and 22Bb and the end of the separator 23 (also called clearance, D10 in FIG. 6) is 1.0 mm.
  • the number of the grooves 43 was set to 8, and they were arranged so as to have substantially equal angular intervals. 11 corresponds to Example 1
  • FIG. 12 corresponds to Comparative Example 1
  • FIG. 13 corresponds to Comparative Example 2
  • FIG. 14 corresponds to Comparative Example 3, respectively.
  • Example 1 A lithium ion battery 1 was produced by the steps described above. At this time, as shown in FIGS. 8 and 9, a first insulating layer 22Da was provided on one main surface 29Aa of the negative electrode foil 22A, and a second insulating layer 22Db was provided on the other main surface 29Ab. As shown in FIG. Length LA of first insulating layer 22Da (length in Z-axis direction in FIG. 11) ⁇ Length LB of second insulating layer (length in Z-axis direction in FIG. 11) Specifically, the length LA of the first insulating layer 22Da was set to 1.1 mm, and the length LB of the second insulating layer 22Db was set to 1.6 mm.
  • Example 1 and Comparative Examples 2 and 3 the length of each insulating layer was measured as follows.
  • the fabricated electrode wound body 20 is dismantled, and from the end of the negative electrode active material coated portion 22Ba (the boundary between the negative electrode active material coated portion 22Ba and the negative electrode active material uncoated portion 22Ca), the end portion P1 of the first insulating layer 22Da The distance was measured with a microscope. Measurements were taken at 5 points near the middle of the negative electrode 22 in the longitudinal direction at intervals of 10 mm.
  • the distance from the end of the negative electrode active material covered portion 22Bb (the boundary between the negative electrode active material covered portion 22Bb and the negative electrode active material uncovered portion 22Cb) to the end portion P2 of the second insulating layer 22Db was measured with a microscope by 5 in the same manner as above. places were measured. The average value of each measurement result was taken as the length LA of the first insulating layer 22Da and the length LB of the second insulating layer 22Db.
  • the presence or absence of wrinkles and voids (gaps, spaces) on the end faces 41 and 42 of the electrode winding body 20 was confirmed using a microscope.
  • the first insulating layer 22Da and the second insulating layer 22Db were formed by applying a coating containing PVDF, barium sulfate particles, and NMP, and drying the coating.
  • Comparative Example 1 In Comparative Example 1, as shown in FIG. 12, the first insulating layer 22Da and the second insulating layer 22Db were not provided. A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.
  • Comparative Example 3 In Comparative Example 3, as shown in FIG. Length LA of first insulating layer 22Da (length in Z-axis direction in FIG. 14)>Length LB of second insulating layer (length in Z-axis direction in FIG. 14) Specifically, the length LA of the first insulating layer 22Da was set to 1.6 mm, and the length LB of the second insulating layer 22Db was set to 1.1 mm. A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.
  • Example 1 The welding defect rate of Example 1 was significantly smaller than the welding defect rates of Comparative Examples 1 to 3.
  • Example 1 by satisfying the relationship LA ⁇ LB, the negative electrode active material non-coated portion 221 was folded substantially uniformly toward the center with respect to the folding point PA. Voids (spaces) have almost disappeared. That is, in Example 1, since the flatness of the flat surface 72 was improved, the frequency of occurrence of holes in the current collector plate during laser welding was extremely reduced, and as a result, welding defects were reduced.
  • the welding defect rate was as high as 4.0%.
  • a plurality of regions of “wrinkles” and “voids” were formed on the flat surface 72 . Since the first insulating layer 22Da and the second insulating layer 22Db are absent, the bending point is not stable, and as shown in FIG. 222) became random in bending behavior. As a result, it is considered that areas of “wrinkles” and “voids” were formed on the flat surface 72 . Since the flatness of the flat surface 72 was lowered, there were places where the negative electrode active material uncoated portion 222 was not in contact with the surface of the negative electrode current collector plate 25 during laser welding. As a result, it is considered that excessive concentration of thermal energy on the negative electrode current collector plate 25 caused perforations and unwelded portions, resulting in an increase in the rate of defective welding.
  • the welding defect rate was as high as 3.5%.
  • Comparative Example 3 the welding defect rate was 5.5%, which was higher than Comparative Examples 1 and 2. In Comparative Example 3, more “wrinkle” and “void (space)” regions were formed on the flat surface 72 than in Comparative Examples 1 and 2. Since LA>LB, the bending point PA is outside the negative electrode active material uncoated portion 224 as shown in FIG. The behavior that the portion 224 once bends outward becomes remarkable. As a result, the negative electrode active material uncoated portion 224 does not stably overlap, and more regions of “wrinkles” and “voids (spaces)” are formed than in Example 1 as well as in Comparative Examples 1 and 2. As a result, it is thought that the welding defect rate increased remarkably. From the above, it can be said that the configuration corresponding to Example 1 is a preferable configuration of the lithium ion battery 1 .
  • the difference between LA and LB was obtained by coating the first insulating layer 22Da and the second insulating layer 22Db with a mixture of barium sulfate, and irradiating the electrode winding body produced with X-rays.
  • the positions of the first insulating layer 22Da and the second insulating layer 22Db were identified based on the obtained X-ray transmission image.
  • the position of the second insulating layer 22Db is specified based on the portion where the contrast of the X-ray transmission image is high (the portion where the insulating layer is formed on both the main surface 29Aa and the main surface 29Ab), and the contrast of the X-ray transmission image is low.
  • the position of the first insulating layer 22Da was identified based on the location (the insulating layer at the difference location between the first insulating layer 22Da and the second insulating layer 22Db).
  • Each of LA and LB was measured in the same manner as in Example 1.
  • the ratio of LA to LB was calculated as a percentage of LA divided by LB.
  • the welding defect rate was defined in the same manner as in Example 1 and the like.
  • Example 2 In Example 2, the length LA of the first insulating layer 22Da was set to 1.1 mm, and the length LB of the second insulating layer 22Db was set to 1.15 mm. A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.
  • Example 3 In Example 3, the length LA of the first insulating layer 22Da was set to 1.1 mm, and the length LB of the second insulating layer 22Db was set to 1.2 mm. A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.
  • Example 4 In Example 4, the length LA of the first insulating layer 22Da was set to 1.1 mm, and the length LB of the second insulating layer 22Db was set to 2.1 mm. A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.
  • Example 5 In Example 5, the length LA of the first insulating layer 22Da was set to 1.1 mm, and the length LB of the second insulating layer 22Db was set to 2.2 mm. A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except for the above. Table 2 shows the results.
  • Example 3 (0.1 mm difference between LA and LB, 91.67% ratio of LA to LB) and Example 4 (1.0 mm difference between LA and LB, 52.38% ratio of LA to LB)
  • the bending behavior (mode) of the negative electrode active material uncoated portion 221 was the same as in Example 1, and the flatness of the flat surface 72 was improved.
  • the welding defect rates of Examples 3 and 4 were 0.5%, which was small as in Example 1.
  • Example 5 The welding defect rate of Example 5 (where the difference between LA and LB is 1.1 mm and the ratio of the height of LA to LB is 50.00%) was 1.0%.
  • the bending behavior of the negative electrode active material uncoated portion 221 was the same as in Examples 3 and 4, but when the electrode winding body 20 was dismantled, part of the second insulating layer 22Db was discolored black. Moreover, there was a portion having a gap between the adjacent negative electrode active material uncovered portions 221 due to the second insulating layer 22Db. As a result, the rate of defective welding increased slightly.
  • the ratio of the length of LA to LB is 52% or more and 92% or less (more preferably 52.38% or more and 91.67% or less), or LA ⁇ LB and the difference between LA and LB is 0 0.1 mm or more and 1.0 mm or less is more preferable.
  • the present invention can also be applied to a tableless structure battery in which the positive electrode active material uncoated portion 21C is not bent.
  • the negative electrode active material uncoated portions 221Ba and 221Bb and the negative electrode active material uncoated portions 221Ca and 221Cb are provided, but the present invention can also be applied to a lithium ion battery that does not have these.
  • the number of grooves 43 was eight, but other numbers may be used.
  • the battery size is 21700 (diameter 21 mm, height 70 mm), it may be 18650 (diameter 18 mm, height 65 mm) or other sizes.
  • the fan-shaped portions 31 and 33 may have a shape other than the fan shape.
  • the present invention can be applied to batteries other than lithium ion batteries and batteries other than cylindrical batteries (for example, laminate type batteries, square batteries, coin type batteries, button type batteries). is also possible.
  • the shape of the "end surface of the wound electrode" may be not only cylindrical but also elliptical or flat.
  • FIG. 18 is a block diagram showing a circuit configuration example when the secondary battery according to the embodiment or example of the present invention is applied to the battery pack 300.
  • the battery pack 300 includes an assembled battery 301 , a switch section 304 including a charge control switch 302 a and a discharge control switch 303 a , a current detection resistor 307 , a temperature detection element 308 and a control section 310 .
  • the control unit 310 can control each device, control charging/discharging when abnormal heat is generated, and calculate and correct the remaining capacity of the battery pack 300 .
  • a positive terminal 321 and a negative terminal 322 of the battery pack 300 are connected to a charger or an electronic device, and charging and discharging are performed.
  • the assembled battery 301 is formed by connecting a plurality of secondary batteries 301a in series and/or in parallel.
  • FIG. 18 shows an example in which six secondary batteries 301a are connected in two parallel three series (2P3S).
  • the secondary battery of the present invention can be applied to the secondary battery 301a.
  • the temperature detection unit 318 is connected to a temperature detection element 308 (eg, a thermistor), measures the temperature of the assembled battery 301 or the battery pack 300, and supplies the measured temperature to the control unit 310.
  • the voltage detection unit 311 measures the voltage of the assembled battery 301 and the secondary batteries 301 a that constitute it, A/D-converts the measured voltage, and supplies it to the control unit 310 .
  • a current measurement unit 313 measures current using a current detection resistor 307 and supplies the measured current to the control unit 310 .
  • the switch control section 314 controls the charge control switch 302a and the discharge control switch 303a of the switch section 304 based on the voltage and current input from the voltage detection section 311 and the current measurement section 313.
  • the switch control unit 314 controls the switch unit 304 when the secondary battery 301a reaches the overcharge detection voltage (for example, 4.20V ⁇ 0.05V) or higher or the overdischarge detection voltage (2.4V ⁇ 0.1V) or lower. Overcharge or overdischarge is prevented by sending an OFF control signal to .
  • the charge control switch 302a or the discharge control switch 303a After the charge control switch 302a or the discharge control switch 303a is turned off, charging or discharging is possible only through the diode 302b or the diode 303b.
  • Semiconductor switches such as MOSFETs can be used for these charge/discharge switches.
  • the switch unit 304 is provided on the + side in FIG. 18, but may be provided on the - side.
  • the memory 317 consists of RAM and ROM, and stores and rewrites the values of the battery characteristics calculated by the control unit 310, the full charge capacity, the remaining capacity, and the like.
  • the secondary battery according to the embodiment or example of the present invention described above can be mounted on devices such as electronic devices, electric transportation devices, and power storage devices, and used to supply electric power.
  • Examples of electronic devices include notebook computers, smartphones, tablet terminals, PDAs (personal digital assistants), mobile phones, wearable terminals, digital still cameras, e-books, music players, game machines, hearing aids, power tools, televisions, and lighting equipment. , toys, medical devices, and robots. In a broad sense, electronic devices also include electric transportation equipment, power storage devices, power tools, and electric unmanned aerial vehicles, which will be described later.
  • Electric transportation equipment includes electric vehicles (including hybrid vehicles), electric motorcycles, electrically assisted bicycles, electric buses, electric carts, automated guided vehicles (AGV), and railway vehicles. It also includes electric passenger aircraft and electric unmanned aerial vehicles for transportation.
  • the secondary battery according to the present invention can be used not only as a driving power source, but also as an auxiliary power source, an energy regeneration power source, and the like.
  • power storage devices include power storage modules for commercial or domestic use, power storage power sources for buildings such as houses, buildings, and offices, or for power generation equipment.
  • the electric driver 431 is provided with a motor 433 that transmits rotational power to a shaft 434 and a trigger switch 432 that is operated by a user.
  • a battery pack 430 and a motor control unit 435 are accommodated in a lower housing of the handle of the electric driver 431 .
  • the battery pack 430 is built into the electric driver 431 or is detachable therefrom.
  • the secondary battery of the present invention can be applied to the batteries forming battery pack 430 .
  • Each of the battery pack 430 and the motor control unit 435 may be provided with a microcomputer (not shown) so that charge/discharge information of the battery pack 430 can be communicated with each other.
  • the motor control unit 435 can control the operation of the motor 433 and cut off the power supply to the motor 433 in the event of an abnormality such as overdischarge.
  • FIG. 20 schematically shows a configuration example of a hybrid vehicle (HV) employing a series hybrid system.
  • a series hybrid system is a vehicle that runs with a power driving force conversion device using power generated by a generator driven by an engine or power temporarily stored in a battery.
  • This hybrid vehicle 600 includes an engine 601, a generator 602, a power driving force conversion device (DC motor or AC motor, hereinafter simply referred to as "motor 603"), driving wheels 604a, driving wheels 604b, wheels 605a, wheels 605b, A battery 608, a vehicle control device 609, various sensors 610, and a charging port 611 are mounted.
  • the battery 608 the secondary battery of the present invention or a power storage module equipped with a plurality of secondary batteries of the present invention can be applied.
  • the electric power of the battery 608 operates the motor 603, and the rotational force of the motor 603 is transmitted to the driving wheels 604a and 604b.
  • the rotational power produced by engine 601 allows power generated by generator 602 to be stored in battery 608 .
  • Various sensors 610 control the engine speed via the vehicle control device 609 and control the opening of a throttle valve (not shown).
  • HV plug-in hybrid vehicles
  • the secondary battery according to the present invention can be applied to a miniaturized primary battery and use it as a power supply for the tire pressure monitoring system (TPMS) built into the wheels 604 and 605.
  • TPMS tire pressure monitoring system
  • the present invention can also be applied to a parallel system that uses both an engine and a motor, or a hybrid vehicle that combines a series system and a parallel system. Furthermore, the present invention can also be applied to an electric vehicle (EV or BEV) that runs only with a drive motor that does not use an engine, or a fuel cell vehicle (FCV).
  • EV or BEV electric vehicle
  • FCV fuel cell vehicle

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Abstract

溶接不良の発生を極力抑制する。　負極は、帯状の負極箔の第１の主面に、負極活物質層が被覆された第１の負極活物質被覆部と、負極箔の長手方向に延在する第１の負極活物質非被覆部と、第１の負極活物質被覆部と第１の負極活物質非被覆部との間に設けられる第１の絶縁層と、を有し、負極は、更に、負極箔の他方の第２の主面に、負極活物質層が被覆された第２の負極活物質被覆部と、負極箔の長手方向に延在する第２の負極活物質非被覆部と、第２の負極活物質被覆部と第２の負極活物質非被覆部との間に設けられる第２の絶縁層と、を有し、電極巻回体の少なくとも負極側を、中心軸を含む平面で切断し、断面視した場合に、第１の主面が電極巻回体の中心軸に対向しており、更に、第１の絶縁層の長さが第２の絶縁層の長さより小さい二次電池である。

Description

二次電池、電子機器及び電動工具
　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。高出力を行う一つの方法としては、電池から比較的大電流を流すハイレート放電が挙げられる。ハイレート放電では、大電流を流すことから、電池の内部抵抗を低くすることが望まれる。
　例えば、下記の特許文献１には、正極側の集電体露出部を正極集電板に、負極側の集電体露出部を負極集電板に溶接した円筒型電池の電池が記載されている。特許文献１に記載の電池では、正負側及び負極側ともに、集電板露出部の基部に樹脂被覆を設けている。
特開２００６－３２１１２号公報
　特許文献１に記載の電池は、集電体露出部を折り曲げて溶接する構造であり、集電体露出部を重ねていないため溶接が安定しないという問題があった。また、集電体露出部を折り曲げる際に座屈が発生し、溶接箇所の平坦性を確保できないという問題があった。
　従って、本発明は、負極側の活物質非被覆部（集電体露出部）の曲がる位置（以下、折曲ポイントと適宜、称する）を安定させることで集電体露出部が重なる箇所に生じる隙間を抑制し、溶接箇所の平面性を向上させた二次電池、及び、当該二次電池を有する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、中心軸の周りに巻回された構造を有する電極巻回体と、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、
　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ており、
　負極は、帯状の負極箔の第１の主面に、負極活物質層が被覆された第１の負極活物質被覆部と、負極箔の長手方向に延在する第１の負極活物質非被覆部と、第１の負極活物質被覆部と第１の負極活物質非被覆部との間に設けられる第１の絶縁層と、を有し、
　負極は、更に、負極箔の他方の第２の主面に、負極活物質層が被覆された第２の負極活物質被覆部と、負極箔の長手方向に延在する第２の負極活物質非被覆部と、第２の負極活物質被覆部と第２の負極活物質非被覆部との間に設けられる第２の絶縁層と、を有し、
　電極巻回体は、第１の負極活物質非被覆部と第２の負極活物質非被覆部とを含む負極活物質非被覆部が、電極巻回体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、負極側の端面に形成された溝とを有し、
　平坦面に対して負極集電板が接合されており、
　電極巻回体の少なくとも負極側を、中心軸を含む平面で切断し、断面視した場合に、第１の主面が電極巻回体の中心軸に対向しており、更に、第１の絶縁層の長さが第２の絶縁層の長さより小さい
　二次電池である。
　本発明の少なくとも実施形態によれば、折曲ポイントを安定させることで活物質非被覆部が重なる箇所に生じる隙間を抑制し、溶接箇所の平坦性を向上させることができる。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、一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、一実施形態に係る正極を説明するための図である。 図３は、一実施形態に係る負極（巻回前）の一方の主面側の構成を説明するための図である。 図４は、一実施形態に係る負極（巻回前）の他方の主面側の構成を説明するための図である。 図５は、一実施形態に係る負極（巻回前）を側面から視た図である。 図６は、巻回前の正極、負極、及び、セパレータを示す図である。 図７Ａは一実施形態に係る正極集電板の平面図であり、図７Ｂは一実施形態に係る負極集電板の平面図である。 図８は、第１の絶縁層及び第２の絶縁層の詳細を説明するための図である。 図９は、第１の絶縁層及び第２の絶縁層の詳細を説明するための図である。 図１０Ａから図１０Ｆは、一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１１は、実施例１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、比較例２を説明するための図である。 図１４は、比較例３を説明するための図である。 図１５は、比較例１を説明するための図である。 図１６は、比較例２を説明するための図である。 図１７は、比較例３を説明するための図である。 図１８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１９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２０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。
＜一実施形態＞
＜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。
＜一実施形態＞
［リチウムイオン電池の構成例］
　本発明の一実施形態では、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から図９を参照しつつ、本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。
　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。即ち、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、中心軸の周りに渦巻き状に巻回された電極巻回体２０が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。なお、図２Ａ、図３、図４、図６の説明において、図面に向かって水平方向（長手方向と称する場合もある）をＸ軸方向、垂直方向（幅方向と称する場合もある）をＹ軸方向、奥行方向をＺ軸方向と称する場合がある。
　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。本実施形態では、正極箔２１Ａの両面とも同様の構成を有しているが、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。また、正極活物質被覆部２１Ｂと正極活物質非被覆部２１Ｃとの間に絶縁層１０１（図２Ａ及び図２Ｂで灰色で示す部分）が設けられている。
　負極２２の負極箔２２Ａは、一方の主面２９Ａａ（第１の主面の一例）と、他方の主面２９Ａｂ（第２の主面の一例）とを有している。電極巻回体２０においては、主面２９Ａａが電極巻回体２０の中心軸に対向する面であり、他方の主面２９Ａｂが電極巻回体２０の周面に対向する面である。図３は、巻回前の負極２２の一方の主面２９Ａａを正面から視た図である。負極２２は、負極箔２２Ａの主面２９Ａａに負極活物質層で被覆した部分（ドットを付した部分）を有するとともに、負極活物質層で被覆していない部分である負極活物質非被覆部２２Ｃａを有する。なお、以下の説明において、負極活物質層で被覆した部分を負極活物質被覆部と適宜、称する。具体的には、主面２９Ａａに形成された負極活物質被覆部を負極活物質被覆部２２Ｂａ（第１の負極活物質被覆部の一例）と適宜、称し、主面２９Ａｂに形成された負極活物質被覆部（第２の負極活物質被覆部の一例）を負極活物質被覆部２２Ｂｂと適宜、称する。
　図３に示すように、負極活物質非被覆部２２Ｃａは、例えば、負極２２の長手方向（Ｘ軸方向）に延在している負極活物質非被覆部２２１Ａａ（第１の負極活物質非被覆部の一例）と、負極２２の巻回開始側において負極２２の幅方向（Ｙ軸方向）に延在している負極活物質非被覆部２２１Ｂａと、負極２２の巻回終止側において負極２２の幅方向（Ｙ軸方向）に延在している負極活物質非被覆部２２１Ｃａとを有している。なお、図３において、負極活物質非被覆部２２１Ａａと負極活物質非被覆部２２１Ｂａとの境界、及び、負極活物質非被覆部２２１Ａａと負極活物質非被覆部２２１Ｃａとの境界のそれぞれには点線ＤＬ１、ＤＬ２を付している。
　負極２２は、主面２９Ａａに、更に、第１の絶縁層２２Ｄａを有している。第１の絶縁層２２Ｄａは、負極活物質被覆部２２Ｂａと負極活物質非被覆部２２１Ａａとの間に設けられている。さらに詳しく言えば、第１の絶縁層２２Ｄａは、負極２２の長手方向（Ｘ軸方向）に延在している負極活物質非被覆部２２１Ａａと負極活物質被覆部２２Ｂａとの境界に沿って存在している。主面２９Ａａに設けられる第１の絶縁層２２Ｄａは、電極巻回体２０の少なくとも負極側を、中心軸を含む平面で切断して断面視した場合に、電極巻回体２０の中心軸に対向している。また、第１の絶縁層２２Ｄａの厚みは、負極活物質被覆部２２Ｂａの厚み以下である。なお、リチウムイオン電池１の正極側とは略円筒状を有する電極巻回体２０の両端面のうち一方の端面（端面４１）を含む領域を意味する。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の両端面のうち他方の端面（端面４２）を含む領域を意味する。
　図４は、負極箔２２Ａの主面２９Ａｂを正面から視た図である。主面２９Ａａと同様に負極箔２２Ａの主面２９Ａｂに負極活物質被覆部２２Ｂｂが設けられている。また、主面２９Ａｂには、負極活物質層が被覆されていない負極活物質非被覆部２２Ｃｂが設けられている。
　図４に示すように、負極活物質非被覆部２２Ｃｂは、例えば、負極２２の長手方向（Ｘ軸方向）に延在している負極活物質非被覆部２２１Ａｂ（第２の負極活物質非被覆部の一例）と、負極２２の巻回開始側において負極２２の幅方向（Ｙ軸方向）に延在している負極活物質非被覆部２２１Ｂｂと、負極２２の巻回終止側において負極２２の幅方向（Ｙ軸方向）に延在している負極活物質非被覆部２２１Ｃｂとを有している。なお、図４において、負極活物質非被覆部２２１Ａｂと負極活物質非被覆部２２１Ｂｂとの境界、及び、負極活物質非被覆部２２１Ａｂと負極活物質非被覆部２２１Ｃｂとの境界のそれぞれには点線ＤＬ３、ＤＬ４を付している。
　負極２２は、主面２９Ａｂに、更に、第２の絶縁層２２Ｄｂを有している。第２の絶縁層２２Ｄｂは、負極活物質被覆部２２Ｂｂと負極活物質非被覆部２２１Ａｂとの間に設けられている。さらに詳しく言えば、第２の絶縁層２２Ｄｂは、負極２２の長手方向（Ｘ軸方向）に延在している負極活物質非被覆部２２１Ａｂと負極活物質被覆部２２Ｂｂとの境界に沿って存在している。主面２９Ａｂに設けられる第２の絶縁層２２Ｄｂは、電極巻回体２０の少なくとも負極側を、中心軸を含む平面で切断して断面視した場合に、電極巻回体２０の周面に対向している。第２の絶縁層２２Ｄｂの厚みは、負極活物質被覆部２２Ｂｂの厚み以下である。
　図５は、負極２２を側面から視た図である。負極２２の左側が電極巻回体２０の中心軸に対向する面、負極２２の右側が電極巻回体２０の周面に対向する面である。図５に示すように、第１の絶縁層２２Ｄａの長さＬＡは、第２の絶縁層２２Ｄｂの長さＬＢより小さくなっている。第１の絶縁層２２Ｄａの長さＬＡ及び第２の絶縁層２２Ｄｂの長さＬＢは、帯状の負極２２の幅方向の長さということも言えるし、電極巻回体２０の中心軸に沿う方向の長さとも言える。
　次に、第１の絶縁層２２Ｄａ及び第２の絶縁層２２Ｄｂ（以下、両者を特に区別する必要がない場合は、第１の絶縁層２２Ｄａ等と適宜、略称する）は、例えば、ＰＶＤＦ等の樹脂を含む。第１の絶縁層２２Ｄａ等は、更に無機粒子または有機粒子を含んでも良い。無機粒子の例としては例えば、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、雲母などの何れか１種、または２種以上を含むものが挙げられる。
　更に、第１の絶縁層２２Ｄａ等は、Ｘ線遮蔽効果が所定より高い金属又は金属化合物を含有してもよい。具体的には、第１の絶縁層２２Ｄａ等は、負極箔２２Ａを構成する金属（主成分の金属）よりもＸ線遮蔽効果が高い金属、又は、負極箔２２Ａを構成する金属（主成分の金属）よりもＸ線遮蔽効果が高い金属を含む金属化合物を含有してもよい。さらに具体的には、第１の絶縁層２２Ｄａ等は上記の金属の粒子、又は上記金属化合物の粒子を含有してもよい。
　負極箔２２Ａを構成する金属（例えば、銅）よりもＸ線遮蔽効果が高い金属は、例えば、タングステン（Ｗ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、及び、金（Ａｕ）からなる群より選ばれる１つ以上である。負極箔２２Ａを構成する金属よりもＸ線遮蔽効果が高い金属を含む金属化合物は、金属酸化物、金属硫酸塩化合物、及び、金属炭酸塩化合物からなる群より選ばれる１つ以上である。金属酸化物は、例えば、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、五酸化タンタル、及び、酸化タングステンからなる群より選ばれる１つ以上である。また、金属硫酸塩化合物は、硫酸バリウム、及び、硫酸ストロンチウムからなる群より選ばれる１つ以上である。また、金属炭酸塩化合物は、炭酸ストロンチウムである。
　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と負極活物質非被覆部２２１Ａａ、２２１Ａｂ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６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。本実施形態に係る正極２１は、正極活物質被覆部２１Ｂ（図６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６における上側の灰色の領域部分）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２２Ｂａ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２２Ｂａ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の折れ曲がりや、負極２２との短絡を確実に防ぐ効果がある。
　ここで、図６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、負極活物質被覆部２２Ｂａの端部から負極箔２２Ａの端部までの長さを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の絶縁層２２Ｄａ及び負極活物質非被覆部２２１Ａａ（又は第２の絶縁層２２Ｄｂ及び負極活物質非被覆部２２１Ａｂ）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、負極活物質非被覆部２２１Ａａ、及び、負極活物質非被覆部２２１Ａｂ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２２Ｃａや負極活物質非被覆部２２Ｃｂ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（本例では、負極活物質非被覆部２２１Ａａ及び負極活物質非被覆部２２１Ａｂ）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２２１Ａａ及び負極活物質非被覆部２２１Ａｂ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、折り曲げられた箇所と負極集電板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４１に正極集電板２４を配置し、電極巻回体２０の他方の端面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２２１Ａａ及び負極活物質非被覆部２２１Ａｂ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７Ａ及び図７Ｂに、集電板の一例を示す。図７Ａが正極集電板２４であり、図７Ｂは負極集電板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７Ａ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７Ａ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７Ｂの負極集電板の帯状部３４は、正極集電板の帯状部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。
（折り曲げ部及び平坦面について）
　次に、図８及び図９を参照しつつ、折り曲げ部及び平坦面について説明する。図８及び図９は、電極巻回体２０の負極側の部分断面図である。図８に示すように、第１の絶縁層２２Ｄａの長さ（図８におけるＺ軸方向の長さ）は、第２の絶縁層２２Ｄｂの長さ（図８におけるＺ軸方向の長さ）よりも小さい。
　リチウムイオン電池１の作製工程（詳細は後述）では、負極活物質非被覆部２２１Ａａ及び負極活物質非被覆部２２１Ａｂを含む負極活物質非被覆部（以下、負極活物質非被覆部２２１と適宜、称する）に対して荷重が印加される。荷重の印加に伴って、図９に示すように、負極活物質非被覆部２２１の各層が第１の絶縁層２２Ｄａの端部を折曲ポイントＰＡとして中心軸に向かって折れ曲がり、重なり合って平坦面７２が形成される。また、端面４２の一部には、後述する溝４３が形成される。平坦面７２と負極集電板２５とがレーザ溶接等によって接合される。
［リチウムイオン電池の作製方法］
　次に、図１０Ａから図１０Ｆを参照して、一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２２Ｂａ、２２Ｂｂ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を設けた。負極箔２２Ａの一方の主面２９Ａａに、負極活物質被覆部２２Ｂａ及び第１の絶縁層２２Ｄａを設けた。これによって主面２９Ａａには、負極活物質非被覆部２２１Ａａ、２２１Ｂａ、２２１Ｃａが形成された。また、負極箔２２Ａの他方の主面２９Ａｂに、負極活物質被覆部２２Ｂｂ及び第２の絶縁層２２Ｄｂを設けた。これによって主面２９Ａｂには、負極活物質非被覆部２２１Ａｂ、２２１Ｂｂ、２２１Ｃｂが形成された。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２２１Ａａ、２２１Ａｂ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１０Ａのような電極巻回体２０を作製した。円筒形状を有する電極巻回体２０の一方の端面４１には正極活物質非被覆部２１Ｃが露出している。他方の端面４２には負極活物質非被覆部２２１が露出している。端面４１を含む部分を電極巻回体２０の正極側と称する。端面４２を含む部分を電極巻回体２０の負極側と称する。
　次に、薄い平板（例えば厚さ０．５ｍｍ）等の端を端面４１、４２に対して垂直に押し付けることで、図１０Ｂに示すように、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。具体的には正極側の端面４１の一部及び負極側の端面４２の一部のそれぞれに溝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１０Ｂ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、同時に同じ圧力を端面４１、４２に対して略垂直方向に加え、正極活物質非被覆部２１Ｃ及び負極活物質非被覆部２２１を巻回構造の中心軸に向かって折り曲げ、端面４１、４２が平坦面となるように形成した。このとき、端面４１にある正極活物質非被覆部２１Ｃ及び端面４２にある負極活物質非被覆部２２１のそれぞれが、中心軸に向かって曲折し重なり合うように、荷重を加えた。その後、図１０Ｃに示すように、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１０Ｄに示すように、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を貼り付けた。次に、図１０Ｅ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、溶接棒を使用して負極集電板２５を電池缶１１の缶底に溶接した。電解液を電池缶１１内に注入した後、図１０Ｆに示すように、ガスケット１５及び電池蓋１４で電池缶１１の開口部を封止した。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、上記接合方法は、レーザ溶接の他の方法であってもよい。また、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、負極活物質非被覆部２２１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面を意味している。
［本実施形態により得られる効果］
　本実施形態では、第１の絶縁層２２Ｄａ及び第２の絶縁層２２Ｄｂを設け、第１の絶縁層２２Ｄａの長さを第２の絶縁層２２Ｄｂの長さよりも小さくしている。これによって、各層における負極活物質非被覆部２２１が、第１の絶縁層２２Ｄａの端部を折曲ポイントＰＡとして電極巻回体２０の中心軸に向かって折れ曲がりやすくすることができる。即ち、各層における負極活物質非被覆部２２１が一様に電極巻回体２０の中心軸に向かって折れ曲がるのでシワやボイド（空隙、空間）が発生せず、平坦面７２の平坦性を向上させることができる。これによって、負極集電板２５と平坦面７２とを安定して接合することができ、溶接不良の発生を抑制できる。なお、「シワ」や「ボイド」とは曲折した負極活物質非被覆部２２１に偏りが生じ、これによって面の高低差が生じて平坦面７２が平坦とはならない部分を意味する。
　負極活物質非被覆部２２１を折り曲げたときや、溝４３を形成する時に、負極活物質非被覆部２２１から僅かながら金属粉が発生する可能性がある。この金属粉が電極巻回体２０内に侵入すると内部ショートの原因となる。本実施形態では、第１の絶縁層２２Ｄａ及び第２の絶縁層２２Ｄｂを設けているので、折曲ポイントＰＡ付近における負極箔２２Ａの露出を少なくしているので、上述した金属粉の発生を抑制できる。
　第１の絶縁層２２Ｄａ及び第２の絶縁層２２Ｄｂが、負極箔２２Ａを構成する金属よりもＸ線遮蔽効果が高い金属、又は、負極箔２２Ａを構成する金属よりもＸ線遮蔽効果が高い金属を含む金属化合物を含有することで、第１の絶縁層２２Ｄａ及び第２の絶縁層２２Ｄｂのそれぞれの位置を識別することができる。具体的には、第１の絶縁層２２Ｄａ及び第２の絶縁層２２ＤｂにＸ線を照射することで得られるＸ線透過画像に基づいて、それぞれの絶縁層の位置を識別することができる。また、負極活物質被覆部２２Ｂａ、２２Ｂｂの端部も識別することが可能となり、リチウムイオン電池１の正極２１と負極２２との巻きズレ（正極活物質被覆部２１Ｂと負極活物質被覆部２２Ｂａとが対向していない状態）を検査することが可能となる。巻きズレの検査が可能となるため、正極活物質被覆部２１Ｂの幅方向の長さを、余裕をもって小さくする必要がなくなる。従って、正極活物質被覆部２１Ｂの幅方向の長さを大きくすることができる。これにより、リチウムイオン電池１の電池容量を増加させることができる。
　リチウムイオン電池１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に対して垂直方向に押し付ける際に（図１０Ｂ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の最内周にある負極の長手方向の端側）において、負極活物質被覆部２２Ｂａ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に対して上記平板を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、これによりリチウムイオン電池１の内部ショートが発生する虞がある。本実施形態では、負極活物質非被覆部２２１Ｂａ、２２１Ｂｂを設けているので負極活物質の剥離を効果的に防ぐことができ、内部ショートの発生を防止できる。係る効果は、負極活物質非被覆部２２１Ｂａ又は負極活物質非被覆部２２１Ｂｂ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２２Ｂａ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と負極活物質非被覆部２２１Ａａ、２２１Ａｂ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、負極活物質非被覆部２２１が集まる。係る正極活物質非被覆部２１Ｃ及び負極活物質非被覆部２２１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のそれぞれの外縁部２７、２８から中心軸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り合っている。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との接触が良好となる。端面４２が平坦面となることで、負極活物質非被覆部２２１と負極集電板２５との接触が良好となる。また、端面４１、４２が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、負極活物質非被覆部２２１を曲折することで、端面４１、４２を平坦面にすることが可能に思われる。しかし、曲折する前に何らの加工もないと、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。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。
　上記のようにして作製したリチウムイオン電池１の溶接不良率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、正極活物質被覆部２１Ｂの長手方向の長さを１３２０ｍｍとし、負極活物質被覆部２２Ｂａ、２２Ｂｂの長手方向の長さを１４００ｍｍとし、負極活物質被覆部２２Ｂａ、２２Ｂｂの幅方向の長さを６３ｍｍとし、セパレータ２３の幅方向の長さを６４ｍｍとした。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２２Ｂａ、２２Ｂｂの全範囲を覆うように重ねた。また、図１１に示すように、負極活物質被覆部２２Ｂａ、２２Ｂｂの端部と負極箔２２Ａの端部との間（負極活物質が塗布されていない箇所）の長さ（図６におけるＤ６）を３．０ｍｍとし、負極活物質被覆部２２Ｂａ、２２Ｂｂの端部とセパレータ２３の端部との間の距離（クリアランスとも称され、図６におけるＤ１０）を１．０ｍｍとして電極巻回体を作製した。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、図１２は比較例１に、図１３は比較例２に、図１４は比較例３にそれぞれ対応する。
［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、図８及び図９に示すように、負極箔２２Ａの一方の主面２９Ａａに第１の絶縁層２２Ｄａを設け、他方の主面２９Ａｂに第２の絶縁層２２Ｄｂを設けた。図１１に示すように、
第１の絶縁層２２Ｄａの長さＬＡ（図１１におけるＺ軸方向の長さ）＜第２の絶縁層の長さＬＢ（図１１におけるＺ軸方向の長さ）
とし、具体的には、第１の絶縁層２２Ｄａの長さＬＡを１．１ｍｍ、第２の絶縁層２２Ｄｂの長さＬＢを１．６ｍｍとした。
　実施例１及び比較例２、３では、各絶縁層の長さは、以下のようにして測定した。
　作製した電極巻回体２０を解体し、負極活物質被覆部２２Ｂａの終端（負極活物質被覆部２２Ｂａと負極活物質非被覆部２２Ｃａとの境界）から、第１の絶縁層２２Ｄａの端部Ｐ１までの距離をマイクロスコープで測定した。負極２２の長手方向の中間付近で、１０ｍｍ間隔で５か所を測定した。負極活物質被覆部２２Ｂｂの終端（負極活物質被覆部２２Ｂｂと負極活物質非被覆部２２Ｃｂとの境界）から第２の絶縁層２２Ｄｂの端部Ｐ２までの距離をマイクロスコープで、上記同様に５か所を測定した。各々の測定結果の平均値を第１の絶縁層２２Ｄａの長さＬＡ、第２の絶縁層２２Ｄｂの長さＬＢとした。
　電極巻回体２０の端面４１，端面４２におけるシワやボイド（空隙、空間）の有無についてはマイクロスコープを用いて確認した。
　第１の絶縁層２２Ｄａ及び第２の絶縁層２２Ｄｂは、ＰＶＤＦと硫酸バリウム粒子とＮＭＰを含む塗料を塗布し、塗膜を乾燥することによって形成した。
［比較例１］
　比較例１では、図１２に示すように、第１の絶縁層２２Ｄａ及び第２の絶縁層２２Ｄｂを設けなかった。その他については実施例１と同様にリチウムイオン電池を作製した。
［比較例２］
　比較例２では、図１３に示すように、
第１の絶縁層２２Ｄａの長さＬＡ（図１３におけるＺ軸方向の長さ）＝第２の絶縁層の長さＬＢ（図１３におけるＺ軸方向の長さ）
とし、具体的には、第１の絶縁層２２Ｄａの長さＬＡ及び第２の絶縁層２２Ｄｂの長さＬＢを１．１ｍｍとした。その他については実施例１と同様にリチウムイオン電池を作製した。
［比較例３］
　比較例３では、図１４に示すように、
第１の絶縁層２２Ｄａの長さＬＡ（図１４におけるＺ軸方向の長さ）＞第２の絶縁層の長さＬＢ（図１４におけるＺ軸方向の長さ）
とし、具体的には、第１の絶縁層２２Ｄａの長さＬＡを１．６ｍｍ、第２の絶縁層２２Ｄｂの長さＬＢを１．１ｍｍとした。その他については実施例１と同様にリチウムイオン電池を作製した。
［評価］
　負極集電板２５をレーザ溶接した後、外観検査を行い負極集電板２５の表面に穴あきの発生している電極巻回体、及び、負極集電板２５を引きはがした後に第１の絶縁層２２ａ及び第２の絶縁層２２ｂの少なくとも一方が溶接の熱の影響で黒く変色している電極巻回体を溶接不良と判断した。実施例１、及び、比較例１～３について、各２００本ずつの電極巻回体を作成し、不良の合計数を総数で割ったものを溶接不良率として定義した。
結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　実施例１の溶接不良率は、比較例１から比較例３までのそれぞれの溶接不良率と比べて顕著に小さかった。実施例１では、ＬＡ＜ＬＢの関係を満たすことで、折曲ポイントＰＡを境に負極活物質非被覆部２２１が略一様に中心側に折れ重なったため、平坦面７２に「シワ」や「ボイド（空隙、空間）」がほとんどなくなった。即ち、実施例１では、平坦面７２の平坦性が向上したことにより、レーザ溶接時に集電板に穴あきが発生する頻度が極端に減り、その結果、溶接不良が少なくなったと考えられる。
　比較例１では、溶接不良率が４．０％と大きかった。比較例１では、平坦面７２に「シワ」や「ボイド（空隙、空間）」の領域が複数形成された。これは、第１の絶縁層２２Ｄａ及び第２の絶縁層２２Ｄｂがないため折曲ポイントが安定せず、図１５に示すように、負極活物質非被覆部（図１５における負極活物質非被覆部２２２）の折れ曲りの挙動がランダムになった。その結果、平坦面７２に「シワ」や「ボイド（空隙、空間）」の領域が形成されたと考えられる。平坦面７２の平坦性が低下したため、レーザ溶接時に負極集電板２５の表面に負極活物質非被覆部２２２が接触していない箇所が発生した。この結果、負極集電板２５に過剰に熱エネルギーが集中したことで穴あきが発生したり、溶接ができていない箇所が発生し、溶接不良率が大きくなったと考えられる。
　比較例２では、溶接不良率が３．５％と大きかった。比較例２では、平坦面７２に「シワ」や「ボイド（空隙、空間）」の領域が複数形成された。これは、ＬＡ＝ＬＢであるため、第１の絶縁層２２Ｄａ及び第２の絶縁層２２Ｄｂがない場合と同じように折曲ポイントが安定せず、図１６に示すように、負極活物質非被覆部（図１６における負極活物質非被覆部２２３）の折れ曲りの挙動がランダムになった。その結果、平坦面７２に「シワ」や「ボイド（空隙、空間）」の領域が形成されたと考えられる。平坦面７２の平坦性が低下したため、レーザ溶接時に負極集電板２５の表面に負極活物質非被覆部２２３が接触していない箇所が発生した。この結果、負極集電板２５に過剰に熱エネルギーが集中したことで穴あきが発生したり、溶接ができていない箇所が発生し、溶接不良率が大きくなったと考えられる。
　比較例３では、溶接不良率が５．５％と、比較例１や比較例２よりも大きかった。比較例３では、平坦面７２に「シワ」や「ボイド（空隙、空間）」の領域が比較例１や比較例２よりも多数、形成された。これは、ＬＡ＞ＬＢであるため、図１７に示すように、折曲ポイントＰＡが負極活物質非被覆部２２４の外側となり、負極活物質非被覆部２２４を折り曲げるときに当該負極活物質非被覆部２２４が一度外側に折れ曲がる挙動が顕著となる。この結果、負極活物質非被覆部２２４が安定して重ならず、「シワ」や「ボイド（空隙、空間）」の領域が実施例１はもとより比較例１や比較例２よりも多く形成され、その結果、溶接不良率が顕著に大きくなったと考えられる。
　以上から、実施例１に対応する構成がリチウムイオン電池１の好ましい構成と言える。
　次に、ＬＡ＜ＬＢとし、ＬＡとＬＢとの差を変化させた場合の溶接不良率の変化について考察した。
　ＬＡとＬＢとの差は、第１の絶縁層２２Ｄａ及び第２の絶縁層２２Ｄｂに硫酸バリウムを混ぜて塗布し、作製した電極巻回体にＸ線を照射した。得られたＸ線透過画像に基づいて、第１の絶縁層２２Ｄａ及び第２の絶縁層２２Ｄｂの位置を特定した。Ｘ線透過画像のコントラストで濃い箇所（主面２９Ａａ及び主面２９Ａｂともに絶縁層が形成されている部分）に基づいて第２の絶縁層２２Ｄｂの位置を特定し、Ｘ線透過画像のコントラストで薄い箇所（第１の絶縁層２２Ｄａと第２の絶縁層２２Ｄｂとの差分箇所の絶縁層）に基づいて第１の絶縁層２２Ｄａの位置を特定した。実施例１と同様にしてＬＡ及びＬＢのそれぞれを測定した。
　ＬＢに対するＬＡの比率は、ＬＡをＬＢで割ったときの百分率で算出した。
　また、実施例１等と同様に溶接不良率を定義した。
［実施例２］
　実施例２では、第１の絶縁層２２Ｄａの長さＬＡを１．１ｍｍ、第２の絶縁層２２Ｄｂの長さＬＢを１．１５ｍｍとした。その他については実施例１と同様にリチウムイオン電池を作製した。
［実施例３］
　実施例３では、第１の絶縁層２２Ｄａの長さＬＡを１．１ｍｍ、第２の絶縁層２２Ｄｂの長さＬＢを１．２ｍｍとした。その他については実施例１と同様にリチウムイオン電池を作製した。
［実施例４］
　実施例４では、第１の絶縁層２２Ｄａの長さＬＡを１．１ｍｍ、第２の絶縁層２２Ｄｂの長さＬＢを２．１ｍｍとした。その他については実施例１と同様にリチウムイオン電池を作製した。
［実施例５］
　実施例５では、第１の絶縁層２２Ｄａの長さＬＡを１．１ｍｍ、第２の絶縁層２２Ｄｂの長さＬＢを２．２ｍｍとした。その他については実施例１と同様にリチウムイオン電池を作製した。
　結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　実施例２（ＬＡとＬＢとの差が０．０５ｍｍ、ＬＢに対するＬＡの比率９５．６５％）の溶接不良率が２．０％であった。比較例１～３より溶接不良率が小さかったものの、ＬＡとＬＢの差が小さいため、電極巻回体によっては比較例２の場合（ＬＡ＝ＬＢ）の電極巻回体と同様の挙動を示したものがあった。その結果、溶接不良率がやや大きくなった。
　実施例３（ＬＡとＬＢの差が０．１ｍｍ、ＬＢに対するＬＡの比率９１．６７％）及び実施例４（ＬＡとＬＢとの差が１．０ｍｍ、ＬＢに対するＬＡの比率５２．３８％）の場合は、負極活物質非被覆部２２１の折れ曲りの挙動（態様）が実施例１と同様となり、平坦面７２の平坦性が向上した。この結果、実施例３及び実施例４の溶接不良率は０．５％となり、実施例１と同様に小さかった。
　実施例５（ＬＡとＬＢの差が１．１ｍｍ、ＬＢに対するＬＡの高さの比率５０．００％）の溶接不良率は１．０％であった。負極活物質非被覆部２２１の折れ曲りの挙動は実施例３や４と同様であったが、電極巻回体２０を解体すると、第２の絶縁層２２Ｄｂの一部が黒く変色した。また、第２の絶縁層２２Ｄｂによって、隣接する負極活物質非被覆部２２１の間に空隙を有する箇所が存在した。その結果、溶接不良率がやや大きくなった。
　以上から、ＬＢに対するＬＡの長さの割合が、５２％以上９２％以下（より好ましくは、５２．３８％以上９１．６７％以下）、若しくは、ＬＡ＜ＬＢ且つＬＡとＬＢとの差が０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である構成がより好ましい。
＜変形例＞
　以上、本発明の一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一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。
　本発明は、正極活物質非被覆部２１Ｃが折り曲げられていないタブレス構造の電池にも適用可能である。また、負極活物質非被覆部２２１Ｂａ、２２１Ｂｂや負極活物質非被覆部２２１Ｃａや２２１Ｃｂ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。
　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。
　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、楕円形状や扁平形状なども採り得る。
＜応用例＞
（１）電池パック
　図１８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１８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１８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１９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（不図示）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２０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・・・リチウムイオン電池、１２，１３・・・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、２２Ｂａ・・・（第１の）負極活物質被覆部、２２Ｂｂ・・・（第２の）負極活物質被覆部、２２Ｃａ、２２Ｃｂ・・・負極活物質非被覆部、２３・・・セパレータ、２２Ｄａ・・・第１の絶縁層、２２Ｄｂ・・・第２の絶縁層、２４・・・正極集電板、２５・・・負極集電板、２６・・・貫通孔、２９Ａａ・・・（第１の）主面、２９Ａｂ・・・（第２の）主面、４１、４２・・・端面、４３・・・溝、２２１Ａａ・・・（第１の）負極活物質非被覆部、２２１Ａｂ・・・（第２の）負極活物質非被覆部

Claims (7)

  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ており、
    　前記負極は、帯状の負極箔の第１の主面に、負極活物質層が被覆された第１の負極活物質被覆部と、前記負極箔の長手方向に延在する第１の負極活物質非被覆部と、前記第１の負極活物質被覆部と前記第１の負極活物質非被覆部との間に設けられる第１の絶縁層と、を有し、
    　前記負極は、更に、前記負極箔の他方の第２の主面に、負極活物質層が被覆された第２の負極活物質被覆部と、前記負極箔の長手方向に延在する第２の負極活物質非被覆部と、前記第２の負極活物質被覆部と前記第２の負極活物質非被覆部との間に設けられる第２の絶縁層と、を有し、
    　前記電極巻回体は、前記第１の負極活物質非被覆部と前記第２の負極活物質非被覆部とを含む負極活物質非被覆部が、前記電極巻回体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、前記負極側の端面に形成された溝とを有し、
    　前記平坦面に対して前記負極集電板が接合されており、
    　前記電極巻回体の少なくとも負極側を、前記中心軸を含む平面で切断し、断面視した場合に、前記第１の主面が前記電極巻回体の中心軸に対向しており、更に、前記第１の絶縁層の長さが前記第２の絶縁層の長さより小さい
    　二次電池。
  2. 　前記第２の絶縁層の長さに対する前記第１の絶縁層の長さの比率が、５２％以上９２％以下である
    　請求項１に記載の二次電池。
  3. 　前記第１の絶縁層の長さと前記第２の絶縁層の長さとの差が０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である
    　請求項１又は２に記載の二次電池。
  4. 　前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁層は、ＰＶＤＦを含む
    　請求項１から３までの何れかに記載の二次電池。
  5. 　前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁層は、前記負極箔を構成する金属よりもＸ線遮蔽効果が高い金属、又は、前記負極箔を構成する金属よりもＸ線遮蔽効果が高い金属を含む金属化合物を含有する
    　請求項１から４までの何れかに記載の二次電池。
  6. 　請求項１から５までの何れかに記載の二次電池を有する電子機器。
  7. 　請求項１から５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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