WO2023189636A1 - 二次電池、電池パック、電子機器、電動工具、電動式航空機、および電動車両、ならびに二次電池用電極巻回体の製造方法 - Google Patents

二次電池、電池パック、電子機器、電動工具、電動式航空機、および電動車両、ならびに二次電池用電極巻回体の製造方法 Download PDF

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electrode
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恭平 小川
理佳子 湊屋
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present disclosure relates to a secondary battery, a battery pack including a secondary battery, an electronic device, a power tool, an electric aircraft, and an electric vehicle, and a method for manufacturing an electrode wound body for a secondary battery.
  • This secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte housed inside an exterior member, and various studies have been made regarding the configuration of the secondary battery (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 proposes a secondary battery that employs a so-called tableless structure, reduces internal resistance, and enables charging and discharging with a relatively large current.
  • a secondary battery includes an electrode wound body in which a laminated structure in which a positive electrode and a negative electrode are laminated with a separator interposed therebetween is wound around a central axis extending in a first direction; It includes an electrolytic solution, and a battery can that accommodates the electrode winding and the electrolytic solution.
  • the innermost peripheral portion of the electrode winding body has a shape including 6 or more and 12 or less vertices in a cross section perpendicular to the first direction.
  • the innermost peripheral portion of the electrode winding body has a shape including 6 or more and 12 or less vertices in a cross section perpendicular to the first direction. Therefore, the force that restores the electrode winding body to its original state is weakened so that the electrode winding body expands in the direction in which the electrode winding body is unwound, that is, in the direction toward the outside in the radial direction of the electrode winding body. Therefore, the force with which the inner circumferential portion of the electrode winding body urges the outer circumferential portion located outside thereof is weakened, and the local load on a portion of the outer circumferential portion can be alleviated. Therefore, it is possible to obtain better performance such as improved reliability.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a secondary battery in an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration example of a laminated structure including the positive electrode, negative electrode, and separator shown in FIG.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view showing an example of the cross-sectional structure of the electrode wound body shown in FIG. 1.
  • FIG. 3B is an example of a characteristic diagram showing the relationship between the distance between the position of the central axis and the negative electrode at the innermost peripheral portion and the rotation angle in the horizontal cross section of the electrode wound body shown in FIG. 3A.
  • FIG. 4A is a developed view of the positive electrode shown in FIG.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view of the positive electrode shown in FIG. 1.
  • FIG. 5A is a developed view of the negative electrode shown in FIG.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view of the negative electrode shown in FIG. 1.
  • 6A is a plan view of the positive electrode current collector plate shown in FIG. 1.
  • FIG. 6B is a plan view of the negative electrode current collector plate shown in FIG. 1.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating the manufacturing process of the secondary battery shown in FIG. 1.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view showing an example of a cross-sectional structure of an electrode winding body of a secondary battery as a first reference example.
  • FIG. 8B is a cross-sectional view showing an example of the cross-sectional structure of the electrode winding body of a secondary battery as a second reference example.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view showing an example of a cross-sectional structure of an electrode winding body of a secondary battery as a first reference example.
  • FIG. 8B is a cross-sectional view showing an example of
  • FIG. 9 is a block diagram showing a circuit configuration of a battery pack to which a secondary battery according to an embodiment of the present disclosure is applied.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of a power tool to which a secondary battery according to an embodiment of the present disclosure can be applied.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of an unmanned aircraft to which a secondary battery according to an embodiment of the present disclosure can be applied.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing the configuration of a power storage system for an electric vehicle to which a secondary battery according to an embodiment of the present disclosure is applied.
  • a cylindrical lithium ion secondary battery having a cylindrical appearance will be described as an example.
  • the secondary battery of the present disclosure is not limited to a cylindrical lithium ion secondary battery, and may be a lithium ion secondary battery having an external appearance other than a cylindrical shape, or may have an electrode reaction other than lithium. It may also be a battery using a substance.
  • This secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte.
  • the charging capacity of the negative electrode is larger than the discharge capacity of the positive electrode in order to prevent electrode reactants from depositing on the surface of the negative electrode during charging. That is, the electrochemical capacity per unit area of the negative electrode is set to be larger than the electrochemical capacity per unit area of the positive electrode.
  • the type of electrode reactant is not particularly limited as described above, but specifically light metals such as alkali metals and alkaline earth metals are used.
  • Alkali metals include lithium, sodium and potassium, and alkaline earth metals include beryllium, magnesium and calcium.
  • a secondary battery whose battery capacity is obtained by utilizing intercalation and desorption of lithium is a so-called lithium ion secondary battery.
  • lithium ion secondary battery lithium is intercalated and released in an ionic state.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional configuration along the height direction of a lithium ion secondary battery 1 (hereinafter simply referred to as secondary battery 1) according to the present embodiment.
  • an electrode wound body 20 as a battery element is housed inside a cylindrical exterior can 11.
  • the secondary battery 1 includes, for example, a pair of insulating plates 12 and 13 and an electrode wound body 20 inside an outer can 11.
  • the electrode winding body 20 is, for example, a structure in which a positive electrode 21 and a negative electrode 22 are stacked and wound with a separator 23 in between.
  • the electrode winding body 20 has an end face 41 at its upper part and an end face 42 at its lower part.
  • the electrode winding body 20 is impregnated with an electrolytic solution that is a liquid electrolyte.
  • the secondary battery 1 may further include one or more of a heat sensitive resistance (PTC) element and a reinforcing member inside the outer can 11.
  • PTC heat sensitive resistance
  • the outer can 11 is a container that accommodates the electrode roll 20, the positive current collector plate 24, the negative current collector plate 25, and the electrolyte.
  • the outer can 11 has, for example, a hollow cylindrical structure in which the lower end in the Z-axis direction, which is the height direction, is closed and the upper end is open.
  • the outer can 11 has a bottom portion 11B that faces the end surface 42 via the negative electrode current collector plate 25, and a side wall portion 11S that stands on the bottom portion 11B so as to surround the electrode wound body 20.
  • the bottom portion 11B is, for example, a plate-like member having a substantially circular planar shape.
  • the side wall portion 11S is, for example, a substantially cylindrical member having an outer diameter that substantially matches the outer diameter of the bottom portion 11B.
  • the upper end of the outer can 11 in the Z-axis direction is an open end 11N.
  • the constituent material of the outer can 11 includes, for example, a metal material such as iron.
  • the surface of the outer can 11 may be plated with a metal material such as nickel.
  • the insulating plate 12 and the insulating plate 13 are arranged to face each other, for example, in the Z-axis direction so that the electrode winding body 20 is sandwiched between them.
  • the open end 11N and the vicinity thereof are referred to as the upper part of the secondary battery 1, and the part where the outer can 11 is closed and the vicinity thereof is referred to as the lower part of the secondary battery 1. There is.
  • Each of the insulating plates 12 and 13 is, for example, a dish-shaped plate having a surface perpendicular to the winding axis of the electrode winding body 20, that is, a surface perpendicular to the Z axis in FIG. Further, the insulating plates 12 and 13 are arranged so as to sandwich the electrode wound body 20 therebetween.
  • the open end 11N of the outer can 11 is formed with, for example, a structure in which the battery lid 14 and the safety valve mechanism 30 are caulked via a gasket 15, that is, a caulking structure 11R.
  • the battery lid 14 hermetically seals the exterior can 11 with the electrode wound body 20 and the like housed inside the exterior can 11 .
  • the caulking structure 11R is a so-called crimp structure, and has a bent portion 11P as a so-called crimp portion.
  • the battery lid 14 is a closing member that mainly closes the open end 11N when the electrode winding body 20 and the like are housed inside the outer can 11.
  • the battery lid 14 includes, for example, the same material as the material for forming the outer can 11.
  • a central region of the battery lid 14 protrudes upward (+Z direction), for example.
  • the peripheral area of the battery lid 14 other than the central area is in contact with the safety valve mechanism 30, for example.
  • the gasket 15 is mainly a sealing member interposed between the bent portion 11P of the outer can 11 and the battery lid 14. Gasket 15 seals the gap between bent portion 11P and battery lid 14. However, the surface of the gasket 15 may be coated with, for example, asphalt.
  • the gasket 15 includes, for example, one or more types of insulating materials.
  • the type of insulating material is not particularly limited, and examples thereof include polymeric materials such as polybutylene terephthalate (PBT) and polypropylene (PP). Among these, the insulating material is preferably polybutylene terephthalate. This is because the gap between the bent portion 11P and the battery lid 14 is sufficiently sealed while the outer can 11 and the battery lid 14 are electrically isolated from each other.
  • the safety valve mechanism 30 mainly releases the internal pressure by releasing the sealed state of the external can 11 as necessary when the internal pressure (internal pressure) of the external can 11 increases.
  • the cause of the increase in the internal pressure of the outer can 11 is, for example, gas generated due to a decomposition reaction of the electrolytic solution during charging and discharging. There is also a possibility that the internal pressure of the outer can 11 will increase due to external heating.
  • the electrode winding body 20 is a power generating element that advances charge/discharge reactions, and is housed inside the outer can 11 .
  • the electrode winding body 20 includes a positive electrode 21, a negative electrode 22, a separator 23, and an electrolytic solution that is a liquid electrolyte.
  • FIG. 2 is a developed view of the electrode wound body 20, and schematically represents a part of the laminated structure S20 including the positive electrode 21, the negative electrode 22, and the separator 23.
  • a positive electrode 21 and a negative electrode 22 are stacked on each other with a separator 23 in between.
  • the separator 23 has, for example, two base materials, that is, a first separator member 23A and a second separator member 23B. Therefore, the electrode wound body 20 has a four-layer stacked structure S20 in which the positive electrode 21, the first separator member 23A, the negative electrode 22, and the second separator member 23B are stacked in this order.
  • the positive electrode 21, the first separator member 23A, the negative electrode 22, and the second separator member 23B are all approximately band-shaped members whose short direction is in the W-axis direction and whose longitudinal direction is in the L-axis direction.
  • the electrode winding body 20 has a central axis CL (see FIG. 1) extending in the Z-axis direction so that the laminated structure S20 has a spiral shape in a horizontal section perpendicular to the Z-axis direction. It is wound around the center.
  • the laminated structure S20 is wound in such a manner that the W-axis direction approximately coincides with the Z-axis direction.
  • FIG. 3A represents one configuration example along a horizontal cross section of the electrode wound body 20 orthogonal to the Z-axis direction. However, in FIG. 3A, illustration of the separator 23 is omitted to ensure visibility.
  • the electrode winding body 20 has a generally prismatic appearance as a whole.
  • the negative electrode 22 constituting the innermost peripheral portion of the electrode wound body 20, that is, the negative electrode innermost peripheral portion 22in has a diameter of 6 or more and 12 or less in a horizontal cross section perpendicular to the Z-axis direction of the electrode wound body 20. It has a shape including a vertex V.
  • FIG. 3A illustrates a negative electrode innermost peripheral portion 22in having a cross-sectional shape with six vertices V, that is, a substantially hexagonal cross-sectional shape including six vertices V1 to V6.
  • the shape of the horizontal cross section of the negative electrode innermost peripheral portion 22 inches of the electrode wound body 20 is preferably a polygonal shape including 6 or more and 10 or less vertices V. Note that the horizontal section refers to a cross section of the electrode winding body 20 in a plane perpendicular to the Z-axis direction of the electrode winding body 20.
  • the number of vertices V is determined by the relationship between the position of the central axis CL and the negative electrode 22 (particularly the negative electrode current collector 22A described below) constituting the innermost peripheral portion of the electrode wound body 20 in a horizontal cross section perpendicular to the Z-axis direction. This is the number of maximum values of distance D (see FIG. 3A).
  • the number of vertices V is calculated, for example, by the following steps (1) to (3). (1) While irradiating the electrode winding body 20 with X-rays, the electrode winding body 20 is rotated about the central axis CL, and a CT (Computed Tomography) image of a cross section of the electrode winding body 20 is acquired.
  • CT Computer Tomography
  • a CT image of a cross section at the center position of the width W-22B (see FIG. 5A described later) of the negative electrode active material layer 22B in the Z-axis direction is acquired.
  • This local maximum value is determined as follows. Specifically, 40 consecutive pieces of data are averaged as one group among the data of a plurality of distances D acquired from the CT images. For example, the 1st to 40th pieces of data are set as the first group, and the average value of these 40 pieces of data is determined to determine the distance DG1 of the first group.
  • the 2nd to 41st pieces of data are set as a second group, and the average value of these 40 pieces of data is determined to determine the distance DG2 of the second group. Thereafter, in the same manner, the average value of the m-th to (m+39)-th data is determined, and the distance DGm of the m-th group is determined.
  • the distance DGm of each group calculated in this way is larger than both the distance DG (m-1) and the distance DG (m+1) of each group before and after each group, the data of the m-th distance D is maximum. It is determined that it is a value.
  • 360°/0.4° 900 distances D are acquired, from distance DG1 of the 1st group to distance DG900 of the 900th group.
  • the rotation angle when the distance D determined to be the local maximum value is obtained is within 30% of the value obtained by dividing 360° by the number of vertices V, then It is identified as a polygon with a vertex V.
  • FIG. 3B is an example of a characteristic diagram showing the relationship between the rotation angle ⁇ [°] and the distance D [mm] in a horizontal cross section of the electrode wound body 20.
  • the central axis CL of the electrode winding body 20 is located at a plurality of rotation angle intervals of 0.4° from the first circumferential portion, which is the innermost circumferential portion, to the third circumferential portion of the negative electrode current collector 22A. This is the position that is the shortest distance from each of the coordinates, and is the position determined by the least squares method.
  • the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound while maintaining a state facing each other with a separator 23 in between.
  • a through hole 26 serving as an internal space is formed in the center of the electrode winding body 20 .
  • the configuration example shown in FIG. 3A has a through hole 26 having a substantially hexagonal horizontal cross section as shown by the broken line.
  • the through hole 26 is a hole into which a winding core used when manufacturing the electrode wound body 20 and an electrode rod for welding are inserted.
  • a winding core for example, a regular polygonal columnar core having a regular polygonal horizontal cross section is used.
  • the positive electrode 21, the negative electrode 22, and the separator 23 are wound such that the separator 23 is arranged at the outermost circumference of the electrode wound body 20 and the innermost circumference of the electrode wound body 20 (see FIG. 1). Further, at the outermost periphery of the electrode winding body 20, the negative electrode 22 is arranged outside the positive electrode 21. That is, as shown in FIG. 3A, the outermost positive electrode portion 21out located at the outermost periphery of the positive electrode 21 included in the electrode wound body 20 is the outermost portion 21out of the negative electrode 22 contained in the electrode wound body 20. It is located inside the negative electrode outermost peripheral portion 22out located at.
  • the positive electrode outermost peripheral portion 21out is the outermost portion of the positive electrode 21 that corresponds to one round in the electrode winding body 20.
  • the negative electrode outermost circumferential portion 22 out is the outermost portion of the negative electrode 22 in the electrode winding body 20 .
  • the electrode wound body 20 includes a portion where the positive electrode outermost peripheral portion 21out and a negative electrode outermost peripheral portion 22out face each other, and a portion where the negative electrodes 22 face each other.
  • the negative electrode 22 is preferably disposed inside the positive electrode 21 at the innermost circumference of the electrode winding body 20 .
  • the innermost portion 22in of the negative electrode located at the innermost circumference of the negative electrode 22 included in the electrode wound body 20 is the innermost portion 22in of the negative electrode located at the innermost circumference of the positive electrode 21 included in the electrode wound body 20. It is preferable that it is located inside the inner peripheral portion 21 inches.
  • the positive electrode innermost circumferential portion 21in is the innermost portion of the positive electrode 21 that corresponds to one circumference in the electrode winding body 20.
  • the negative electrode innermost circumferential portion 22in is the innermost portion of the negative electrode 22 that corresponds to one circumference in the electrode winding body 20.
  • the number of turns of each of the positive electrode 21, the negative electrode 22, and the separator 23 is not particularly limited, and can be set arbitrarily.
  • FIG. 4A is a developed view of the positive electrode 21, and schematically represents the state before winding.
  • FIG. 4B shows a cross-sectional configuration of the positive electrode 21. Note that FIG. 4B represents a cross section in the direction of arrows along the line IVB-IVB shown in FIG. 4A.
  • the positive electrode 21 includes, for example, a positive electrode current collector 21A and a positive electrode active material layer 21B provided on the positive electrode current collector 21A.
  • the positive electrode active material layer 21B may be provided on only one side of the positive electrode current collector 21A, or may be provided on both sides of the positive electrode current collector 21A.
  • FIG. 4B shows a case where the positive electrode active material layer 21B is provided on both sides of the positive electrode current collector 21A.
  • the positive electrode 21 includes a positive electrode covering portion 211 in which a positive electrode current collector 21A is coated with a positive electrode active material layer 21B, and a positive electrode exposed portion 212 in which the positive electrode current collector 21A is exposed without being covered with the positive electrode active material layer 21B. It has As shown in FIG. 4A, the positive electrode covering portion 211 and the positive electrode exposed portion 212 extend from the outer circumferential edge 21E1 to the inner circumferential edge 21E2 of the electrode wound body 20 along the L-axis direction, which is the longitudinal direction. It extends up to.
  • the L-axis direction corresponds to the winding direction of the electrode winding body 20.
  • the positive electrode active material layer 21B is formed on the positive electrode current collector 21A from the outer peripheral edge 21E1 of the positive electrode 21 to the inner peripheral edge 21E2 of the positive electrode 21 in the winding direction of the electrode wound body 20. Covered.
  • the positive electrode covering portion 211 and the positive electrode exposed portion 212 are adjacent to each other in the W-axis direction, which is the transverse direction. Note that the positive electrode exposed portion 212 is connected to the positive electrode current collector plate 24 as shown in FIG.
  • the insulating layer 101 may be provided near the boundary between the positive electrode coating portion 211 and the positive electrode exposed portion 212.
  • the insulating layer 101 also preferably extends from the innermost peripheral end of the electrode winding body 20 to the outermost peripheral end. Further, the insulating layer 101 is preferably bonded to at least one of the first separator member 23A and the second separator member 23B. This is because it is possible to prevent misalignment between the positive electrode 21 and the separator 23. Further, the insulating layer 101 preferably contains a resin containing polyvinylidene fluoride (PVDF). This is because when the insulating layer 101 contains PVDF, the insulating layer 101 is swollen by the solvent contained in the electrolytic solution, for example, and can be well bonded to the separator 23. Note that the detailed configuration of the positive electrode 21 will be described later.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • FIG. 5A is a developed view of the negative electrode 22, and schematically represents the state before winding.
  • FIG. 5B shows a cross-sectional configuration of the negative electrode 22. Note that FIG. 5B represents a cross section taken along the line VB-VB shown in FIG. 5A in the arrow direction.
  • the negative electrode 22 includes, for example, a negative electrode current collector 22A and a negative electrode active material layer 22B provided on the negative electrode current collector 22A.
  • the negative electrode active material layer 22B may be provided on only one side of the negative electrode current collector 22A, or may be provided on both sides of the negative electrode current collector 22A.
  • FIG. 5B shows a case where the negative electrode active material layer 22B is provided on both sides of the negative electrode current collector 22A.
  • the negative electrode 22 includes a negative electrode coating portion 221 in which a negative electrode current collector 22A is coated with a negative electrode active material layer 22B, and a negative electrode exposed portion 222 in which the negative electrode current collector 22A is exposed without being covered with the negative electrode active material layer 22B. It has As shown in FIG. 5A, the negative electrode covering portion 221 and the negative electrode exposed portion 222 each extend along the L-axis direction, which is the longitudinal direction. The negative electrode exposed portion 222 extends from the innermost end of the electrode winding body 20 to the outermost end. In contrast, the negative electrode coating portion 221 is not provided at the innermost circumferential end and the outermost circumferential end of the electrode wound body 20. As shown in FIG.
  • a portion of the negative electrode exposed portion 222 is formed to sandwich the negative electrode coating portion 221 in the L-axis direction, which is the longitudinal direction.
  • the negative electrode exposed portion 222 includes a first portion 222A, a second portion 222B, and a third portion 222C.
  • the first portion 222A is provided adjacent to the negative electrode coating portion 221 in the W-axis direction, and extends in the L-axis direction from the innermost end to the outermost end of the electrode wound body 20. ing.
  • the second portion 222B and the third portion 222C are provided so as to sandwich the negative electrode coating portion 221 in the L-axis direction.
  • the second portion 222B is located, for example, near the innermost end of the electrode winding body 20, and the third portion 222C is located near the outermost end of the electrode winding body 20. Note that, as shown in FIG. 1, the first portion 222A of the negative electrode exposed portion 222 is connected to the negative electrode current collector plate 25. The detailed configuration of the negative electrode 22 will be described later.
  • the laminated structure S21 of the electrode winding body 20 is such that the positive electrode exposed portion 212 and the first portion 222A of the negative electrode exposed portion 222 are oriented in opposite directions to each other along the W-axis direction, which is the width direction.
  • a positive electrode 21 and a negative electrode 22 are stacked with a separator 23 in between.
  • the ends of the separator 23 of the electrode winding body 20 are fixed by pasting a fixing tape 46 on the side surface 45 thereof, so that the winding does not come loose.
  • the width of the positive electrode exposed portion 212 is A and the width of the first portion 222A of the negative electrode exposed portion 222 is B, it is preferable that A>B.
  • width A 7 (mm)
  • width B 4 (mm).
  • the width of the portion of the positive electrode exposed portion 212 that protrudes from the outer edge of the separator 23 in the width direction is C
  • the width of the portion of the first portion 222A of the negative electrode exposed portion 222 that protrudes from the outer edge of the separator 23 on the opposite side in the width direction is D
  • the width C 4.5 (mm)
  • the width D 3 (mm).
  • a plurality of electrodes adjacent in the radial direction (R direction) of the electrode winding body 20 of the positive electrode exposed part 212 wound around the central axis CL As shown in FIG. 1, in the upper part of the secondary battery 1, a plurality of electrodes adjacent in the radial direction (R direction) of the electrode winding body 20 of the positive electrode exposed part 212 wound around the central axis CL.
  • the first edges 212E are bent toward the central axis CL so as to overlap each other.
  • a plurality of second edges 222E adjacent in the radial direction (R direction) of the negative electrode exposed portion 222 wound around the central axis CL are centered such that they overlap with each other. It is bent toward the axis CL.
  • the plurality of first edges 212E of the positive electrode exposed portion 212 gather on the upper end surface 41 of the electrode wound body 20, and the plurality of first edges 212E of the negative electrode exposed portion 222 gather on the lower end surface 42 of the electrode wound body 20.
  • the second edges 222E are gathered together.
  • the plurality of first edges 212E bent toward the central axis CL are flat surfaces.
  • the plurality of second edges 222E bent toward the central axis CL are made into flat surfaces. There is.
  • the flat surface here does not mean only a completely flat surface, but also a surface with some degree of flatness to the extent that the positive electrode exposed portion 212 and the negative electrode exposed portion 222 can be joined to the positive electrode current collector plate 24 and the negative electrode current collector plate 25, respectively. It also includes surfaces with irregularities and surface roughness.
  • the positive electrode current collector 21A is made of aluminum foil, for example, as described later.
  • the negative electrode current collector 22A is made of copper foil, for example, as described later.
  • the positive electrode current collector 21A is softer than the negative electrode current collector 22A. That is, the Young's modulus of the positive electrode exposed portion 212 is lower than the Young's modulus of the negative electrode exposed portion 222. Therefore, in one embodiment, A>B and C>D are more preferred. In that case, when the positive electrode exposed portion 212 and the negative electrode exposed portion 222 are bent simultaneously from both electrode sides with the same pressure, the height of the bent portion measured from the tip of the separator 23 is the same for the positive electrode 21 and the negative electrode 22. It may happen.
  • the plurality of first edges 212E (FIG. 1) of the positive electrode exposed portion 212 are respectively bent and overlapped appropriately. Therefore, the positive electrode exposed portion 212 and the positive electrode current collector plate 24 can be easily joined.
  • the plurality of second edges 222E (FIG. 1) of the negative electrode exposed portion 222 are respectively bent and overlapped appropriately. Therefore, the negative electrode exposed portion 222 and the negative electrode current collector plate 25 can be easily joined.
  • Joining means joining, for example, by laser welding, but the joining method is not limited to laser welding.
  • the portion of the positive electrode exposed portion 212 of the positive electrode 21 that faces the negative electrode 22 with the separator 23 in between is covered with the insulating layer 101.
  • the insulating layer 101 has a width of, for example, 3 mm in the W-axis direction.
  • the insulating layer 101 covers the entire area of the positive electrode exposed portion 212 of the positive electrode 21 that faces the negative electrode coating portion 221 of the negative electrode 22 with the separator 23 in between.
  • the insulating layer 101 can effectively prevent an internal short circuit in the secondary battery 1, for example, when foreign matter enters between the negative electrode coating portion 221 and the positive electrode exposed portion 212.
  • the insulating layer 101 absorbs the impact and effectively prevents the occurrence of bending of the exposed positive electrode portion 212 and the occurrence of a short circuit between the exposed positive electrode portion 212 and the negative electrode 22. can be prevented.
  • the secondary battery 1 may further include insulating tapes 53 and 54 in the gap between the outer can 11 and the electrode winding body 20.
  • the positive electrode exposed portion 212 and the negative electrode exposed portion 222 gathered on the end faces 41 and 42 are conductors such as exposed metal foil. Therefore, if the exposed positive electrode portion 212 and the exposed negative electrode portion 222 are close to the outer can 11, a short circuit between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 may occur via the outer can 11. Further, when the positive electrode current collector plate 24 on the end face 41 and the outer can 11 are brought close to each other, there is a possibility that a short circuit may occur. Therefore, it is preferable to provide insulating tapes 53 and 54 as insulating members.
  • the insulating tapes 53 and 54 are, for example, adhesive tapes in which the base material layer is made of polypropylene, polyethylene terephthalate, or polyimide, and has an adhesive layer on one surface of the base layer.
  • the insulating tapes 53, 54 are arranged so as not to overlap the fixing tape 46 attached to the side surface 45.
  • the thickness of the fixing tape 46 is set to be less than the thickness of the fixing tape 46.
  • the positive electrode current collector plate 24 is arranged to face the end face 41 and the negative electrode current collector plate 25 is arranged to face the end face 42.
  • FIG. 6A is a schematic diagram showing an example of the configuration of the positive electrode current collector plate 24.
  • FIG. 6B is a schematic diagram showing an example of the configuration of the negative electrode current collector plate 25.
  • the positive electrode current collector plate 24 is a metal plate made of, for example, aluminum or an aluminum alloy, or a composite material thereof.
  • the negative electrode current collector plate 25 is a metal plate made of, for example, nickel, a nickel alloy, copper, or a single copper alloy, or a composite material of two or more of these.
  • the positive electrode current collector plate 24 has a shape in which a substantially rectangular band portion 32 is connected to a substantially fan-shaped fan portion 31.
  • a through hole 35 is formed near the center of the fan-shaped portion 31.
  • the positive electrode current collector plate 24 is provided so that the through holes 35 and the through holes 26 overlap in the Z-axis direction.
  • the diagonally shaded portion in FIG. 6A is the insulating portion 32A of the strip portion 32.
  • the insulating part 32A is a part of the band-shaped part 32, and is a part to which an insulating tape is attached or an insulating material is applied.
  • a portion of the strip portion 32 below the insulating portion 32A is a connection portion 32B to the sealing plate that also serves as an external terminal.
  • the positive electrode current collector plate 24 does not need to have the insulating portion 32A.
  • the charge/discharge capacity can be increased by widening the width of the positive electrode 21 and the negative electrode 22 by an amount corresponding to the thickness of the insulating part 32A.
  • the shape of the negative electrode current collector plate 25 shown in FIG. 6B is almost the same as the shape of the positive electrode current collector plate 24 shown in FIG. 6A. That is, it has a shape in which a substantially rectangular band portion 34 is connected to a substantially fan-shaped fan portion 33 .
  • the outer shape of the fan-shaped portion 33 of the negative electrode current collector plate 25 has a shape surrounded by a contour portion that approximately draws an arc and a contour portion that extends approximately linearly.
  • the strip portion 34 of the negative current collector plate 25 is different from the strip portion 32 of the positive current collector plate 24 .
  • the strip portion 34 of the negative current collector plate 25 is shorter than the strip portion 32 of the positive current collector plate 24, and does not have a portion corresponding to the insulating portion 32A of the positive current collector plate 24.
  • the band portion 34 is provided with round protrusions 37 indicated by a plurality of circles. During resistance welding, current is concentrated on the protrusion 37, melting the protrusion 37, and welding the strip 34 to the bottom of the outer can 11.
  • the negative current collector plate 25 Similar to the positive current collector plate 24, the negative current collector plate 25 has a through hole 36 formed near the center of the fan-shaped portion 33. In the secondary battery 1, the negative electrode current collector plate 25 is provided so that the through hole 36 overlaps with the through hole 26 in the Z-axis direction.
  • the fan-shaped portion 31 of the positive electrode current collector plate 24 covers only a portion of the end surface 41.
  • the fan-shaped portion 33 of the negative electrode current collector plate 25 covers only a portion of the end surface 42 due to its planar shape.
  • the fan-shaped portion 31 and the fan-shaped portion 33 do not cover all of the end surface 41 and the end surface 42. Firstly, this is to allow the electrolyte to smoothly penetrate into the electrode wound body 20 when, for example, the secondary battery 1 is assembled. Second, this is to facilitate the release of gas generated when the lithium ion secondary battery becomes abnormally high temperature or overcharged.
  • the positive electrode current collector 21A includes, for example, a conductive material such as aluminum.
  • the positive electrode current collector 21A is, for example, a metal foil made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the positive electrode active material layer 21B contains, as a positive electrode active material, one or more types of positive electrode materials capable of intercalating and deintercalating lithium. However, the positive electrode active material layer 21B may further contain one or more of other materials such as a positive electrode binder and a positive electrode conductive agent.
  • the positive electrode material is preferably a lithium-containing compound, more specifically a lithium-containing composite oxide, a lithium-containing phosphoric acid compound, and the like.
  • a lithium-containing composite oxide is an oxide containing lithium and one or more other elements, that is, an element other than lithium, as constituent elements.
  • the lithium-containing composite oxide has, for example, one of a layered rock salt type crystal structure and a spinel type crystal structure.
  • the lithium-containing phosphoric acid compound is a phosphoric acid compound containing lithium and one or more other elements as constituent elements, and has, for example, an olivine-type crystal structure.
  • the positive electrode active material layer 21B preferably contains at least one of lithium cobalt oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, and lithium nickel cobalt aluminum oxide as the positive electrode active material.
  • the positive electrode binder contains, for example, one or more of synthetic rubber and polymer compounds. Examples of the synthetic rubber include styrene-butadiene rubber, fluorine-based rubber, and ethylene propylene diene. Examples of the polymer compound include polyvinylidene fluoride and polyimide.
  • the positive electrode conductive agent contains, for example, one or more of carbon materials. Examples of this carbon material include graphite, carbon black, acetylene black, and Ketjenblack. However, the positive electrode conductive agent may be a metal material, a conductive polymer, or the like as long as it has conductivity.
  • the positive electrode active material layer 21B preferably contains a fluorine compound and a nitrogen compound.
  • a positive electrode film containing a fluorine compound and a nitrogen compound is preferably formed on the surface layer of the positive electrode active material layer 21B.
  • the weight ratio F/N of the fluorine content to the nitrogen content in the positive electrode coating of the positive electrode active material layer 21B is preferably 3 or more and 50 or less.
  • the weight ratio F/N of the fluorine content to the nitrogen content in the positive electrode coating of the positive electrode active material layer 21B is preferably 15 or more and 35 or less.
  • the weight ratio F/N of the fluorine content to the nitrogen content in the positive electrode coating of the positive electrode active material layer 21B is determined by, for example, the spectral peak area of the 1s orbit of the nitrogen atom and the fluorine atom measured by X-ray photoelectron spectroscopy. It is calculated based on the spectral peak area of the 1s orbit of .
  • the area density of the positive electrode active material layer 21B is preferably 25.0 mg/cm 2 or more and 55.0 mg/cm 2 or less.
  • the thickness T1 of the positive electrode coating portion 211 of the positive electrode 21 is, for example, 60 ⁇ m or more and 90 ⁇ m or less.
  • the thickness T2 of the positive electrode current collector 21A is, for example, 6 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less.
  • the negative electrode current collector 22A includes, for example, a conductive material such as copper.
  • the negative electrode current collector 22A is a metal foil made of, for example, nickel, nickel alloy, copper, or copper alloy.
  • the surface of the negative electrode current collector 22A is preferably roughened. This is because the so-called anchor effect improves the adhesion of the negative electrode active material layer 22B to the negative electrode current collector 22A. In this case, the surface of the negative electrode current collector 22A may be roughened at least in the region facing the negative electrode active material layer 22B.
  • the surface roughening method includes, for example, a method of forming fine particles using electrolytic treatment.
  • electrolytic copper foil In the electrolytic treatment, fine particles are formed on the surface of the negative electrode current collector 22A by an electrolytic method in an electrolytic bath, so that the surface of the negative electrode current collector 22A is provided with irregularities. Copper foil produced by an electrolytic method is generally called electrolytic copper foil.
  • the negative electrode active material layer 22B contains, as a negative electrode active material, one or more types of negative electrode materials capable of intercalating and deintercalating lithium. However, the negative electrode active material layer 22B may further contain one or more of other materials such as a negative electrode binder and a negative electrode conductive agent.
  • the negative electrode material is, for example, a carbon material. This is because there is very little change in the crystal structure during intercalation and desorption of lithium, so a high energy density can be stably obtained. Further, since the carbon material also functions as a negative electrode conductive agent, the conductivity of the negative electrode active material layer 22B is improved.
  • Examples of the carbon material include graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, and graphite.
  • the spacing between the (002) planes in the non-graphitizable carbon is preferably 0.37 nm or more.
  • the spacing between the (002) planes in graphite is preferably 0.34 nm or less.
  • carbon materials include, for example, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbon fibers, fired organic polymer compounds, activated carbon, and carbon blacks. These cokes include pitch coke, needle coke, petroleum coke, and the like.
  • the fired organic polymer compound is obtained by firing (carbonizing) a polymer compound such as a phenol resin or a furan resin at an appropriate temperature.
  • the carbon material may be low crystalline carbon heat-treated at a temperature of about 1000° C. or less, or may be amorphous carbon.
  • the shape of the carbon material may be any one of fibrous, spherical, granular, and scaly.
  • the negative electrode active material layer 22B may include a silicon-containing material containing at least one of silicon, silicon oxide, carbon silicon compound, and silicon alloy as the negative electrode active material.
  • the silicon-containing material is a general term for materials containing silicon as a constituent element. However, the silicon-containing material may contain only silicon as a constituent element. Note that the number of types of silicon-containing materials may be only one, or two or more types.
  • the silicon-containing material can form an alloy with lithium, and may be a simple substance of silicon, an alloy of silicon, a compound of silicon, a mixture of two or more thereof, or a mixture of two or more thereof. Alternatively, it may be a material containing two or more types of phases.
  • the silicon-containing material may be crystalline or amorphous, or may contain both a crystalline portion and an amorphous portion.
  • the simple substance described here is just a general simple substance, it may contain a trace amount of impurity. That is, the purity of a single substance is not necessarily limited to 100%.
  • the silicon alloy may contain any one of tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony, and chromium as a constituent element other than silicon. Contains two or more types.
  • the silicon compound contains, for example, one or more of carbon, oxygen, and the like as constituent elements other than silicon.
  • silicon compound may contain, for example, as a constituent element other than silicon, one or more of the series of constituent elements described for the silicon alloy.
  • silicon alloys and silicon compounds include, for example, SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2 , CrSi 2 , Cu 5
  • the range of v can be set arbitrarily, for example, 0.2 ⁇ v ⁇ 1.4.
  • the negative electrode active material layer 22B contains graphite and SiO as negative electrode active materials.
  • the weight ratio of SiO to the total weight of graphite and SiO is preferably 3% by weight or more and 20% by weight or less. This is because sufficient capacity can be obtained by setting the content to 3% by weight or more.
  • the content is set to 20% by weight or less, expansion of the negative electrode is suppressed, and the electrolytic solution is sufficiently spread over the negative electrode active material, thereby ensuring good ionic conductivity. As a result, cycle characteristics are improved.
  • Separator 23 is interposed between positive electrode 21 and negative electrode 22.
  • the separator 23 allows lithium ions to pass through while preventing current short-circuiting due to contact between the positive electrode 21 and the negative electrode 22.
  • the separator 23 is, for example, one or more types of porous membranes such as synthetic resin and ceramic, and may be a laminated membrane of two or more types of porous membranes.
  • the synthetic resin include polytetrafluoroethylene, polypropylene, and polyethylene.
  • the separator 23 preferably has a base material made of a single-layer polyolefin porous membrane containing polyethylene. This is because good high output characteristics can be obtained compared to laminated films.
  • the thickness of the porous membrane is preferably 7 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less, for example.
  • the single-layer porous membrane made of polyolefin has a thickness of 7 ⁇ m or more, internal short circuits can be sufficiently avoided. If the thickness of the single-layer porous membrane made of polyolefin is 15 ⁇ m or less, better discharge capacity characteristics can be obtained. Further, the areal density of the porous membrane is preferably 4.4 g/m 2 or more and 8.3 g/m 2 or less, for example.
  • the areal density of the single-layer porous membrane made of polyolefin is 4.4 g/m 2 or more, internal short circuits can be sufficiently avoided. If the areal density of the single-layer porous membrane made of polyolefin is 8.3 g/m 2 or less, better discharge capacity characteristics can be obtained.
  • the separator 23 may include, for example, the above-described porous membrane as a base material and a polymer compound layer provided on one or both sides of the base material 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 electrode wound body 20 is suppressed. This suppresses the decomposition reaction of the electrolyte and also suppresses leakage of the electrolyte impregnated into the base material layer, making it difficult for resistance to increase even after repeated charging and discharging, and suppressing battery swelling. be done.
  • the polymer compound layer contains, for example, a polymer compound such as polyvinylidene fluoride. This is because it has excellent physical strength and is electrochemically stable.
  • the polymer compound may be other than polyvinylidene fluoride.
  • a solution in which a polymer compound is dissolved in an organic solvent or the like is applied to the base layer, and then the base layer is dried.
  • the base material layer may be dried.
  • This polymer compound layer may contain, for example, one or more types of insulating particles such as inorganic particles. Examples of the types of inorganic particles include aluminum oxide and aluminum nitride.
  • the electrolyte contains a solvent and an electrolyte salt. However, the electrolytic solution may further contain one or more of other materials such as additives.
  • the solvent contains one or more types of non-aqueous solvents such as organic solvents.
  • An electrolytic solution containing a non-aqueous solvent is a so-called non-aqueous electrolytic solution.
  • the nonaqueous solvent contains, for example, a fluorine compound and a dinitrile compound.
  • the fluorine compound includes, for example, at least one of fluorinated ethylene carbonate, trifluorocarbonate, trifluoroethylmethyl carbonate, fluorinated carboxylic acid ester, and fluorine ether.
  • the nonaqueous solvent may further contain at least one nitrile compound other than the dinitrile compound, such as a mononitrile compound or a tritrile compound.
  • a nitrile compound for example, succinonitrile (SN) is preferred.
  • SN succinonitrile
  • the dinitrile compound is not limited to succinonitrile, and may be other dinitrile compounds such as adiponitrile.
  • the electrolyte salt contains, for example, one or more salts such as lithium salt.
  • the electrolyte salt may contain, for example, a salt other than the lithium salt.
  • This salt other than lithium is, for example, a salt of a light metal other than lithium.
  • lithium salts include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), and tetraphenyl.
  • Lithium borate LiB(C 6 H 5 ) 4
  • lithium methanesulfonate LiCH 3 SO 3
  • lithium trifluoromethanesulfonate LiCF 3 SO 3
  • lithium tetrachloroaluminate LiAlCl 4
  • hexafluoride include dilithium silicate (Li 2 SF 6 ), lithium chloride (LiCl), and lithium bromide (LiBr).
  • any one or more of lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, and lithium hexafluoroarsenate is preferred, and lithium hexafluorophosphate is more preferred. .
  • the content of the electrolyte salt is not particularly limited, but is preferably from 0.3 mol/kg to 3 mol/kg relative to the solvent.
  • the concentration of LiPF 6 in the electrolytic solution is preferably 1.25 mol/kg or more and 1.70 mol/kg or less. This is because cycle deterioration due to salt consumption (decomposition) during high load rate charging can be prevented, and high load cycle characteristics are improved.
  • the electrolyte salt further contains LiBF 4 in addition to LiPF 6
  • the concentration of LiBF 4 in the electrolyte is preferably 0.001 (wt%) or more and 0.1 (wt%) or less. This is because cycle deterioration due to salt consumption (decomposition) during high load rate charging can be more effectively prevented, and high load cycle characteristics are further improved.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating the manufacturing process of the secondary battery shown in FIG. 1.
  • the positive electrode current collector 21A is prepared, and the positive electrode active material layer 21B is selectively formed on the surface of the positive electrode current collector 21A, thereby forming the positive electrode 21 having the positive electrode covering portion 211 and the positive electrode exposed portion 212.
  • the negative electrode current collector 22A is prepared, and the negative electrode active material layer 22B is selectively formed on the surface of the negative electrode current collector 22A, thereby forming the negative electrode 22 having the negative electrode coating portion 221 and the negative electrode exposed portion 222.
  • a drying process may be performed on the positive electrode 21 and the negative electrode 22.
  • the laminated structure S20 is formed by stacking the positive electrode 21 and the negative electrode 22 with the separator 23 in between so that the positive electrode exposed portion 212 and the first portion 222A of the negative electrode exposed portion 222 are on opposite sides in the W-axis direction. Create. Thereafter, using a prismatic winding core having a polygonal horizontal cross section with 6 or more vertices and 12 or less vertices, the laminated structure S20 is spirally wound so that the laminated structure S20 is wound around the outer peripheral surface of the core.
  • a winding core having a slit on a part of the outer peripheral surface sandwich the separator 23 at the end of the laminated structure S20 between the slits, and then rotate the winding core to wind the laminated structure S20 in a spiral shape.
  • a fixing tape 46 is attached to the outermost periphery of the spirally wound layered structure S20, and the core is removed from the layered structure S20. Thereby, the electrode wound body 20 is obtained as shown in FIG. 7(A).
  • the end of a flat plate with a thickness of 0.5 mm is pressed perpendicularly to the end surfaces 41 and 42 of the electrode winding body 20, that is, in the Z-axis direction. Then, the end surfaces 41 and 42 are locally bent. As a result, grooves 43 are formed that extend radially from the through hole 26 in the radial direction (R direction). Note that the number and arrangement of the grooves 43 shown in FIG. 7(B) are merely examples, and the present disclosure is not limited thereto.
  • substantially the same pressure is applied from above and below the electrode wound body 20 at the same time and in a substantially perpendicular direction to the end surfaces 41 and 42. .
  • a rod-shaped jig for example, is inserted into the through hole 26.
  • the positive electrode exposed portion 212 and the first portion 222A of the negative electrode exposed portion 222 are bent, respectively, so that the end surface 41 and the end surface 42 each become a flat surface.
  • the first edge 212E of the positive electrode exposed portion 212 and the second edge 222E of the negative electrode exposed portion 222 on the end face 41 and the end face 42 are bent toward the through hole 26 while overlapping.
  • the fan-shaped portion 31 of the positive electrode current collector plate 24 is joined to the end face 41 by laser welding or the like, and the fan-shaped part 33 of the negative electrode current collector plate 25 is joined to the end face 42 by laser welding or the like.
  • insulating tapes 53 and 54 are attached to predetermined positions on the electrode winding body 20. Thereafter, as shown in FIG. 7D, the strip portion 32 of the positive electrode current collector plate 24 is bent, and the strip portion 32 is inserted into the hole 12H of the insulating plate 12. Further, the strip portion 34 of the negative electrode current collector plate 25 is bent, and the strip portion 34 is inserted into the hole 13H of the insulating plate 13.
  • the bottom of the outer can 11 and the negative electrode current collector plate 25 are welded I do. Thereafter, a constriction is formed near the open end 11N of the outer can 11. Furthermore, after the electrolytic solution is injected into the outer can 11, the strip portion 32 of the positive electrode current collector plate 24 and the safety valve mechanism 30 are welded.
  • the positive electrode 21 (the innermost portion of the positive electrode 21 inches) and the negative electrode 22 (the innermost portion of the negative electrode 22 inches) constitute the innermost portion of the electrode wound body 20.
  • the positive electrode innermost peripheral portion 21in and the negative electrode innermost peripheral portion 22in are bent at a predetermined angle at the vertex V (V1 to V6), for example, when the horizontal cross section is hexagonal, the average angle is 120°. .
  • the winding state of the electrode winding body 20 can be unraveled.
  • the force that restores the electrode winding body 20 to its original state is weakened so that it expands outward in the radial direction (R direction) of the electrode winding body 20.
  • the electrode winding body 120A of a secondary battery as a first reference example shown in FIG.
  • the end portion 21Tin of the innermost circumferential portion (first circumferential portion) 21in of the positive electrode tends to expand outward (in the direction of arrow R21). Therefore, in the electrode winding body 120A, a local load is applied to a portion of the second circumferential portion 21-2 located immediately outside the positive electrode innermost circumferential portion 21in, which overlaps with the end portion 21Tin.
  • the electrode winding body 120A is repeatedly expanded and contracted due to charging and discharging, there is a possibility that a portion of the positive electrode current collector 21A is cracked or broken.
  • the positive electrode innermost circumferential portion (first circumferential portion) 21 inches of the electrode winding body 20 is located outside the positive electrode circumferential portion (second circumferential portion 21-2).
  • the force urging the second circumferential portion 21-2 is weakened, and the local load on a portion of the second circumferential portion 21-2 can be alleviated. Therefore, in the secondary battery 1, even if the electrode winding body 20 is repeatedly expanded and contracted during charging and discharging, cracks and breakage of the positive electrode current collector 21A are difficult to occur, and higher reliability is achieved. Obtainable.
  • the horizontal cross section of the innermost peripheral portion of the electrode winding body 20 has a substantially polygonal shape including 13 or more vertices V, similar to the electrode winding body 120A shown in FIG.
  • the electrode winding body 120A is repeatedly expanded and contracted, there is a possibility that a portion of the positive electrode current collector 21A is cracked or broken.
  • the horizontal cross section has a substantially polygonal shape including 13 or more vertices V, there is no substantial difference from a substantially circular shape, so the direction toward the outside in the radial direction (R direction) of the electrode wound body 20 This is because the force for restoring the electrode winding body 20 so as to spread out is not sufficiently reduced.
  • FIG. 8B illustrates an electrode winding body 120B in which the shape of the innermost peripheral portion of the horizontal cross section is a pentagon.
  • damage to the positive electrode current collector 21A can be more effectively prevented when the area density of the positive electrode active material layer 21B is 55 mg/cm 2 or less. If the area density of the positive electrode active material layer is 55 mg/cm 2 or less, the rigidity of the positive electrode active material layer 21B can be suppressed to a certain level or less, and the load applied to the positive electrode current collector 21A can be reduced. be. On the other hand, when the areal density of the positive electrode active material layer 21B is 20 mg/cm 2 or less, the rigidity of the positive electrode active material layer 21B can be suppressed to a lower level, and the load applied to the positive electrode current collector 21A can be further reduced. However, this is not preferable because the charge/discharge capacity of the secondary battery 1 decreases.
  • FIG. 9 is a block diagram showing an example of a circuit configuration when a battery (hereinafter, appropriately referred to as a secondary battery) according to an embodiment of the present invention is applied to a battery pack 330.
  • the battery pack 300 includes an assembled battery 301, an exterior, a switch section 304 including a charge control switch 302a and a discharge control switch 303a, a current detection resistor 307, a temperature detection element 308, and a control section 310.
  • the battery pack 300 includes a positive terminal 321 and a negative terminal 322, and during charging, the positive terminal 321 and the negative terminal 322 are connected to a positive terminal and a negative terminal of a charger, respectively, and charging is performed. Further, when the electronic device is used, the positive terminal 321 and the negative terminal 322 are connected to the positive terminal and the negative terminal of the electronic device, respectively, and discharge occurs.
  • the assembled battery 301 is formed by connecting a plurality of secondary batteries 301a in series or in parallel.
  • the above-described secondary battery 1 can be applied as the secondary battery 301a.
  • FIG. 9 shows an example in which six secondary batteries 301a are connected in 2 parallel 3 series (2P3S), they can also be connected in n parallel and m series (n and m are integers). Any connection method may be used.
  • the switch section 304 includes a charge control switch 302a and a diode 302b, as well as a discharge control switch 303a and a diode 303b, and is controlled by a control section 310.
  • the diode 302b has a polarity opposite to the charging current flowing from the positive terminal 321 toward the assembled battery 301, and a forward polarity relative to the discharging current flowing from the polar terminal 322 toward the assembled battery 301.
  • the diode 303b has a forward polarity with respect to the charging current and a reverse polarity with respect to the discharging current. Note that although the switch section 304 is provided on the + side in FIG. 9, it may be provided on the - side.
  • the charging control switch 302a is turned off when the battery voltage reaches the overcharge detection voltage, and is controlled by the charging/discharging control unit so that charging current does not flow through the current path of the assembled battery 301. After the charging control switch 302a is turned off, only discharging is possible via the diode 302b. Further, it is controlled by the control unit 310 to be turned off when a large current flows during charging, and to interrupt the charging current flowing through the current path of the assembled battery 301.
  • the discharge control switch 303a is turned off when the battery voltage reaches the overdischarge detection voltage, and is controlled by the control unit 310 so that no discharge current flows through the current path of the assembled battery 301.
  • the discharge control switch 303a After the discharge control switch 303a is turned off, only charging is possible via the diode 303b. Further, when a large current flows during discharging, it is controlled by the control unit 310 to be turned off and to interrupt the discharge current flowing through the current path of the assembled battery 301.
  • the temperature detection element 308 is, for example, a thermistor, and is provided near the assembled battery 301, measures the temperature of the assembled battery 301, and supplies the measured temperature to the control unit 310.
  • the voltage detection unit 311 measures the voltage of the assembled battery 301 and each secondary battery 301a that constitutes it, A/D converts the measured voltage, and supplies the measured voltage to the control unit 310.
  • Current measurement section 313 measures current using current detection resistor 307 and supplies this measured current to control section 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 voltage of any one of the plurality of secondary batteries 301a becomes below the overcharge detection voltage or below the overdischarge detection voltage, or when a large current suddenly flows. By sending control signals, overcharging, overdischarging, and overcurrent charging and discharging are prevented.
  • the overcharge detection voltage is determined to be 4.20V ⁇ 0.05V
  • the overdischarge detection voltage is determined to be 2.4V ⁇ 0.1V, for example. .
  • the charge/discharge switch a semiconductor switch such as a MOSFET can be used, for example.
  • the parasitic diodes of the MOSFETs function as diodes 302b and 303b.
  • the switch control unit 314 supplies control signals DO and CO to the respective gates of the charge control switch 302a and the discharge control switch 303a.
  • the charging control switch 302a and the discharging control switch 303a are of the P-channel type, they are turned on by a gate potential that is lower than the source potential by a predetermined value or more. That is, in normal charging and discharging operations, the control signals CO and DO are set to low level, and the charging control switch 302a and the discharging control switch 303a are turned on.
  • control signals CO and DO are set to high level, and the charging control switch 302a and the discharging control switch 303a are turned off.
  • the memory 317 is composed of RAM or ROM, such as EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), which is a nonvolatile memory.
  • the memory 317 stores in advance numerical values calculated by the control unit 310 and internal resistance values of the batteries in the initial state of each secondary battery 301a measured during the manufacturing process, and can also be rewritten as appropriate. . Further, by storing the fully charged capacity of the secondary battery 301a, the remaining capacity can be calculated together with the control unit 310, for example.
  • the temperature detection unit 318 measures the temperature using the temperature detection element 308, performs charge/discharge control in the event of abnormal heat generation, and performs correction in calculating remaining capacity.
  • the secondary battery according to the embodiment of the present disclosure described above can be installed in equipment such as electronic equipment, electric vehicles, electric aircraft, power storage devices, etc., or can be used to supply power.
  • Examples of electronic devices include notebook computers, smartphones, tablet terminals, PDAs (personal digital assistants), mobile phones, wearable terminals, cordless phone handsets, video movies, digital still cameras, electronic books, electronic dictionaries, music players, radios, Headphones, game consoles, navigation systems, memory cards, pacemakers, hearing aids, power tools, electric shavers, refrigerators, air conditioners, televisions, stereos, water heaters, microwave ovens, dishwashers, washing machines, dryers, lighting equipment, toys, medical equipment Examples include equipment, robots, road conditioners, traffic lights, etc.
  • examples of electric vehicles include railway cars, golf carts, electric carts, electric cars (including hybrid cars), and the present invention is used as a driving power source or auxiliary power source for these vehicles.
  • Examples of power storage devices include power storage power sources for buildings such as houses or power generation equipment.
  • the electric driver 431 has a motor 433 such as a DC motor housed in the main body. The rotation of the motor 433 is transmitted to the shaft 434, and the screw is driven into the object by the shaft 434.
  • the electric screwdriver 431 is provided with a trigger switch 432 that is operated by the user.
  • a battery pack 430 and a motor control unit 435 are housed in the lower housing of the handle of the electric screwdriver 431.
  • Battery pack 300 can be used as battery pack 430.
  • Motor control section 435 controls motor 433.
  • Each part of the electric driver 431 other than the motor 433 may be controlled by the motor control unit 435.
  • the battery pack 430 and the electric driver 431 are engaged with each other by engagement members provided respectively.
  • each of the battery pack 430 and the motor control section 435 is equipped with a microcomputer. Battery power is supplied from the battery pack 430 to the motor control unit 435, and information on the battery pack 430 is communicated between both microcomputers.
  • the battery pack 430 is, for example, detachable from the electric screwdriver 431.
  • the battery pack 430 may be built into the electric screwdriver 431.
  • the battery pack 430 is attached to a charging device during charging. Note that when the battery pack 430 is attached to the electric screwdriver 431, a part of the battery pack 430 may be exposed to the outside of the electric screwdriver 431, and the exposed portion may be visible to the user. For example, an LED may be provided in the exposed portion of the battery pack 430 so that the user can confirm whether the LED is lit or turned off.
  • the motor control unit 435 controls, for example, the rotation and stopping of the motor 433, as well as the rotation direction. Furthermore, the power supply to the load is cut off in the event of overdischarge.
  • the trigger switch 432 is inserted, for example, between the motor 433 and the motor control unit 435, and when the user presses the trigger switch 432, power is supplied to the motor 433 and the motor 433 rotates. When the user returns the trigger switch 432, the motor 433 stops rotating.
  • FIG. 11 is a plan view of the unmanned aircraft.
  • the base body of the unmanned aircraft includes a cylindrical or prismatic body portion as a central portion, and support shafts 442a to 442f fixed to the upper portion of the body portion.
  • the body has a hexagonal cylindrical shape, and six support shafts 442a to 442f extend radially from the center of the body at equal angular intervals.
  • the body portion and the support shafts 442a to 442f are made of lightweight and strong material.
  • Motors 443a to 443f as drive sources for the rotor blades are attached to the tips of the support shafts 442a to 442f, respectively.
  • Rotary blades 444a to 444f are attached to the rotating shafts of motors 443a to 443f.
  • a circuit unit 445 including a motor control circuit for controlling each motor is attached to the center (upper part of the body) where the support shafts 442a to 442f intersect.
  • a battery section as a power source is arranged below the body section.
  • the battery section has three battery packs to supply power to a motor and rotor pair having a 180 degree spacing.
  • Each battery pack includes, for example, a lithium ion secondary battery and a battery control circuit that controls charging and discharging.
  • Battery pack 300 can be used as a battery pack.
  • the motor 443a and rotary blade 444a and the motor 443d and rotary blade 444d form a pair.
  • the motor 443b and rotary blade 444b constitute a pair
  • the motor 443e and rotary blade 444e constitute a pair
  • the motor 443c and rotary blade 444c constitute a pair
  • the motor 443f and rotary blade 444f constitute a pair.
  • FIG. 12 schematically shows an example of the configuration of a hybrid vehicle that employs a series hybrid system to which the secondary battery of the present disclosure is applied.
  • a series hybrid system is a vehicle that runs on a power converter that uses electric power generated by a generator driven by the engine or electric power temporarily stored in a battery.
  • the hybrid vehicle 600 includes an engine 601, a generator 602, a power driving force conversion device 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. It is installed.
  • the battery 608 the battery pack 300 of the present disclosure described above may be applied.
  • the hybrid vehicle 600 runs using the electric driving force conversion device 603 as a power source.
  • An example of the electric power driving force conversion device 603 is a motor.
  • the power from the battery 608 operates the power driving force converter 603, and the rotational force of the power driving force converter 603 is transmitted to the drive wheels 604a, 604b.
  • DC-AC direct current-alternating current
  • AC-DC conversion inverse conversion
  • the power driving force conversion device 603 can be applied to either an AC motor or a DC motor.
  • the various sensors 610 control the engine speed via the vehicle control device 609 and the opening degree of a throttle valve (not shown) (throttle opening degree).
  • the various sensors 610 include a speed sensor, an acceleration sensor, an engine rotation speed sensor, and the like.
  • the rotational force of the engine 601 is transmitted to the generator 602, and the electric power generated by the generator 602 by the rotational force can be stored in the battery 608.
  • the hybrid vehicle 600 is decelerated by a braking mechanism (not shown)
  • the resistance force at the time of deceleration is applied to the electric power driving force converter 603 as a rotational force, and the regenerated electric power generated by the electric power driving force converter 603 is transferred to the battery 608 by this rotational force. is accumulated in
  • the battery 608 can receive power from the external power source using the charging port 611 as an input port, and can also store the received power.
  • an information processing device that performs information processing regarding vehicle control based on information regarding the secondary battery may be provided.
  • Examples of such an information processing device include an information processing device that displays a remaining battery level based on information regarding the remaining capacity of a secondary battery.
  • the second aspect of the present disclosure also applies to parallel hybrid vehicles that use both engine and motor outputs as drive sources and use three modes of driving by the engine alone, motor only, and engine and motor driving by switching as appropriate. Batteries are effectively applicable. Furthermore, the secondary battery of the present disclosure can be effectively applied to so-called electric vehicles that run only by a drive motor without using an engine.
  • Example 1 As described below, a cylindrical secondary battery 1 including an electrode winding body 20 having a substantially regular hexagonal horizontal cross section as shown in FIG. 3A was manufactured, and then its battery characteristics were evaluated. The dimensions of the secondary battery 1 were 21.2 mm in diameter and 70 mm in length.
  • an aluminum foil with a thickness of 12 ⁇ m was prepared as the positive electrode current collector 21A.
  • a layered lithium oxide with a Ni ratio of 85% or more of lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA) as a positive electrode active material, a positive electrode binder consisting of polyvinylidene fluoride, carbon black, acetylene black, and cassette were added.
  • a positive electrode mixture was obtained by mixing with a conductive additive mixed with chain black. The mixing ratio of the positive electrode active material, positive electrode binder, and conductive additive was 95:2:3.
  • an organic solvent N-methyl-2-pyrrolidone
  • the organic solvent was stirred to prepare a paste-like positive electrode mixture slurry.
  • a positive electrode mixture slurry was applied to predetermined areas on both surfaces of the positive electrode current collector 21A using a coating device, and then the positive electrode mixture slurry was dried to form a positive electrode active material layer 21B.
  • an insulating layer 101 having a width of 3 mm and a thickness of 8 ⁇ m is formed by applying a paint containing polyvinylidene fluoride (PVDF) to the surface of the positive electrode exposed portion 212 and adjacent to the positive electrode coating portion 211 and drying it. did.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the positive electrode active material layer 21B was compression molded using a roll press machine. Through the above steps, a positive electrode 21 having a positive electrode covering portion 211 and a positive electrode exposed portion 212 was obtained.
  • the width of the positive electrode covering portion 211 in the W-axis direction was 60 mm
  • the width of the positive electrode exposed portion 212 in the W-axis direction was 7 mm.
  • the length of the positive electrode 21 in the L-axis direction was set to 1700 mm.
  • the area density of the positive electrode active material layer 21B was 25.0 mg/cm 2
  • the volume density of the positive electrode active material layer 21B was 3.55 g/cm 3 .
  • the thickness T1 of the positive electrode coating portion 211 was 70.4 ⁇ m.
  • a copper foil with a thickness of 8 ⁇ m was prepared as the negative electrode current collector 22A.
  • a negative electrode active material consisting of a carbon material consisting of easily graphitizable carbon, non-graphitizable carbon and graphite mixed with SiO, a negative electrode binder consisting of polyvinylidene fluoride, carbon black, acetylene black,
  • a negative electrode mixture was obtained by mixing the conductive material and a conductive additive containing Ketjen Black.
  • the mixing ratio of the negative electrode active material, negative electrode binder, and conductive aid was 95:3.5:1.5.
  • the mixing ratio of graphite and SiO was set to 95:5.
  • the negative electrode mixture was added to an organic solvent (N-methyl-2-pyrrolidone), and the organic solvent was stirred to prepare a paste-like negative electrode mixture slurry.
  • a negative electrode mixture slurry was applied to predetermined regions on both sides of the negative electrode current collector 22A using a coating device, and then the negative electrode mixture slurry was dried to form a negative electrode active material layer 22B. Thereafter, the negative electrode active material layer 22B was compression molded using a roll press machine. Through the above steps, a negative electrode 22 having a negative electrode coating portion 221 and a negative electrode exposed portion 222 was obtained.
  • the width of the negative electrode coating portion 221 in the W-axis direction was 62 mm
  • the width of the first portion 222A of the negative electrode exposed portion 222 in the W-axis direction was 4 mm.
  • the length of the negative electrode 22 in the L-axis direction was set to 1760 mm.
  • the area density of the negative electrode active material layer 22B was 10.82 mg/cm 2
  • the volume density of the negative electrode active material layer 22B was 1.50 g/cm 3
  • the thickness of the negative electrode coating portion 221 was 80.1 ⁇ m.
  • the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are connected to the first separator member 23A and the second separator member 23B so that the positive electrode exposed portion 212 and the first portion 222A of the negative electrode exposed portion 222 are on opposite sides in the W-axis direction.
  • a laminated structure S20 was produced by stacking the two layers with each other. At that time, the stacked structure S20 was created so that the positive electrode active material layer 21B did not protrude from the negative electrode active material layer 22B in the W-axis direction.
  • Polyethylene sheets having a width of 65 mm and a thickness of 14 ⁇ m were used as the first separator member 23A and the second separator member 23B.
  • the inner circumference side end 23A1 of the first separator member 23A and the inner circumference side end 23B1 of the second separator member are folded back, and the inner circumference side end 23A1 and the inner circumference side end 23B1 are folded back. It was arranged to sandwich it between the inner peripheral edge 21E2 of the positive electrode 21 and the negative electrode 22. Thereafter, using a regular hexagonal columnar winding core with a diameter of 3.0 mm, the laminated structure S20 was spirally wound so as to be wound around the winding core. Note that the diameter of the winding core is the diameter of the circumscribed circle of the regular hexagon that is its cross section.
  • a fixing tape 46 was attached to the outermost periphery of the wound laminated structure S20, and the winding core was removed. As a result, an electrode wound body 20 having a through hole 26 in the center was obtained. Further, the innermost peripheral portion of the electrode wound body 20 had a substantially regular hexagonal shape in horizontal cross section.
  • the positive electrode exposed portion 212 and the negative electrode exposed portion 222 are applied by applying substantially the same pressure from above and below the electrode wound body 20 and substantially perpendicularly to the end surfaces 41 and 42.
  • the first portion 222A of the first portion 222A was bent to make the end surface 41 and the end surface 42 flat.
  • the first edge 212E of the positive electrode exposed portion 212 and the second edge 222E of the negative electrode exposed portion 222 on the end face 41 and the end face 42 were bent toward the through hole 26 while overlapping.
  • the fan-shaped portion 31 of the positive current collector plate 24 was joined to the end face 41 by laser welding, and the fan-shaped part 33 of the negative current collector plate 25 was joined to the end face 42 by laser welding.
  • the band-shaped portion 32 of the positive electrode current collector plate 24 is bent and the band-shaped portion 32 is inserted into the hole 12H of the insulating plate 12.
  • the strip portion 34 of the negative electrode current collector plate 25 was bent and inserted into the hole 13H of the insulating plate 13.
  • the electrode winding body 20 assembled as described above was inserted into the outer can 11, and then the bottom of the outer can 11 and the negative electrode current collector plate 25 were welded. Thereafter, a constriction was formed near the open end 11N of the outer can 11. Further, after injecting the electrolytic solution into the outer can 11, the strip portion 32 of the positive electrode current collector plate 24 and the safety valve mechanism 30 were welded.
  • the electrolyte contains a solvent in which fluoroethylene carbonate (FEC) and succinonitrile (SN) are added to ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) as the main solvent, and LiBF 4 and LiPF 6 as electrolyte salts. I used something.
  • the respective contents (wt%) of EC, DMC, FEC, SN, LiBF 4 , and LiPF 6 in the electrolyte were 12.7:56.2:12.0. :1.0:1.0:17.1.
  • the presence or absence of breakage of the positive electrode current collector 21A after the cycle test was confirmed as follows. First, each secondary battery after the cycle test was disassembled, and the positive electrode 21 was taken out. Next, the positive electrode 21 was visually observed from the back side while being irradiated with light from the front side. At that time, if light leakage was observed on the back side, it was determined that the positive electrode current collector 21A was broken because a crack had occurred in a portion of the positive electrode 21. In addition, the locations of light leakage were counted as fracture locations.
  • Example 2 By using each winding core in the shape of a regular heptagonal to dodecagonal prism with a diameter of 3.0 mm, and by winding the laminated structure S20 in a spiral shape so that the laminated structure S20 is wound around each winding core, the horizontal cross section becomes approximately a heptagonal prism.
  • Electrode wound bodies 20 each having a dodecagonal shape were produced. Except for this point, other requirements were the same as in Example 1 to produce secondary batteries, and the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.
  • Example 8 In producing the positive electrode 21, the area density of the positive electrode active material layer 21B was set to 55.0 mg/cm 2 by adjusting the thickness of the positive electrode active material layer 21B.
  • the horizontal cross section has a substantially regular octagonal shape. Electrode wound bodies 20 each having the following were produced. Except for these points, a secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 with other requirements, and the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are also shown in Table 1.
  • Example 9 In producing the positive electrode 21, the area density of the positive electrode active material layer 21B was set to 60.0 mg/cm 2 by adjusting the thickness of the positive electrode active material layer 21B.
  • the horizontal cross section has a substantially regular octagonal shape. Electrode wound bodies 20 each having the following were produced. Except for these points, a secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 with other requirements, and the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are also shown in Table 1.
  • Example 10 In producing the positive electrode 21, the area density of the positive electrode active material layer 21B was set to 20.0 mg/cm 2 by adjusting the thickness of the positive electrode active material layer 21B. Except for this point, a secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 with other requirements, and the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are also shown in Table 1.
  • Electrode wound bodies 20 each having a substantially regular triangular to pentagonal or ten triangular shape were produced. Except for this point, other requirements were the same as in Example 1 to produce secondary batteries, and the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.
  • Example 10 no breakage of the positive electrode current collector 21A occurred after the 200-cycle test, after the 400-cycle test, and after the 500-cycle test; however, in Examples 1 to 9 The initial capacity was lower than that of the original capacity.
  • the horizontal cross section of the innermost peripheral portion of the electrode winding body 20 has a substantially polygonal shape including 6 or more and 12 or less vertices V, so that the electrode winding body 20 expands due to charging and discharging. It was confirmed that even if the contraction was repeated, the positive electrode current collector 21A was unlikely to break, and higher reliability could be obtained.
  • the horizontal cross section of the innermost peripheral portion of the electrode wound body 20 has a substantially polygonal shape including 6 or more and 10 or less vertices V. It was found that it is possible to obtain even higher reliability by doing so.
  • the electrode reactant is lithium
  • the electrode reactants may be other alkali metals such as sodium and potassium, or alkaline earth metals such as beryllium, magnesium and calcium, as described above.
  • the electrode reactant may be other light metals such as aluminum.
  • a battery having a so-called tableless structure in which the positive electrode current collector plate is connected to the positive electrode exposed portion and the negative electrode current collector plate is connected to the negative electrode exposed portion was described as an example.
  • the present disclosure is not limited thereto.
  • the present disclosure is a concept that also includes a tabbed structure battery in which, for example, a strip-shaped positive electrode terminal is connected to a positive electrode exposed portion, and a strip-shaped negative electrode terminal is connected to a negative electrode exposed portion.

Abstract

より高い性能を有する二次電池を提供する。二次電池は、正極と負極とがセパレータを介して積層された積層構造が、第１の方向に延びる中心軸を中心に巻回されてなる電極巻回体と、電解液と、電極巻回体および電解液を収容する電池缶とを備える。電極巻回体の最内周部分は、第１の方向と直交する断面において、６以上１２以下の頂点を含む形状を有する。

Description

二次電池、電池パック、電子機器、電動工具、電動式航空機、および電動車両、ならびに二次電池用電極巻回体の製造方法
　本開示は、二次電池、ならびに二次電池を備えた電池パック、電子機器、電動工具、電動式航空機、および電動車両、ならびに二次電池用電極巻回体の製造方法に関する。
　携帯電話機などの多様な電子機器が普及しているため、小型かつ軽量であると共に高エネルギー密度を得ることが可能である電源として、二次電池の開発が進められている。この二次電池は、外装部材の内部に収納された正極、負極および電解質を備えており、その二次電池の構成に関しては、様々な検討がなされている（例えば特許文献１参照）。
　特許文献１では、いわゆるタブレス構造と呼ばれる構造を採用し、内部抵抗を低減し、比較的大きな電流での充放電を可能とした二次電池が提案されている。
国際公開第２０２１／０２０２３７号公報
　二次電池の性能を改善するために様々な検討がなされている。しかしながら、二次電池の性能には改善の余地がある。
　したがって、より高い性能を有する二次電池が望まれる。
　本開示の一実施形態の二次電池は、正極と負極とがセパレータを介して積層された積層構造が、第１の方向に延びる中心軸を中心に巻回されてなる電極巻回体と、電解液と、電極巻回体および電解液を収容する電池缶とを備える。電極巻回体の最内周部分は、第１の方向と直交する断面において、６以上１２以下の頂点を含む形状を有する。
　本開示の一実施形態の二次電池によれば、電極巻回体の最内周部分が、第１の方向と直交する断面において、６以上１２以下の頂点を含む形状を有する。このため、電極巻回体の巻回状態が解ける方向、すなわち、電極巻回体の径方向の外側に向かう方向へ広がるように電極巻回体が復元する力が弱まる。したがって、電極巻回体の内周部分がその外側に位置する外周部分を付勢する力が弱まり、外周部分の一部に対する局所的な負荷を緩和することができる。よって、信頼性が向上するなど、より性能を得ることができる。
　なお、本開示の効果は、必ずしもここで説明された効果に限定されるわけではなく、後述する本開示に関連する一連の効果のうちのいずれの効果でもよい。
図１は、本開示の一実施の形態における二次電池の構成を表す断面図である。 図２は、図１に示した正極、負極およびセパレータを含む積層構造の一構成例を表す模式図である。 図３Ａは、図１に示した電極巻回体の断面構造の一構成例を表す断面図である。 図３Ｂは、図３Ａに示した電極巻回体の水平断面における、中心軸の位置と最内周部分の負極との距離と、回転角度との関係を表す特性図の一例である。 図４Ａは、図１に示した正極の展開図である。 図４Ｂは、図１に示した正極の断面図である。 図５Ａは、図１に示した負極の展開図である。 図５Ｂは、図１に示した負極の断面図である。 図６Ａは、図１に示した正極集電板の平面図である。 図６Ｂは、図１に示した負極集電板の平面図である。 図７は、図１に示した二次電池の製造過程を説明する斜視図である。 図８Ａは、第１の参考例としての二次電池の電極巻回体の断面構造の一構成例を表す断面図である。 図８Ｂは、第２の参考例としての二次電池の電極巻回体の断面構造の一構成例を表す断面図である。 図９は、本開示の一実施の形態の二次電池を適用した電池パックの回路構成を表すブロック図である。 図１０は、本開示の一実施の形態の二次電池を適用可能な電動工具の構成を表す概略図である。 図１１は、本開示の一実施の形態の二次電池を適用可能な無人航空機の構成を表す概略図である。 図１２は、本開示の一実施の形態の二次電池を適用した電動車両用の蓄電システムの構成を表す概略図である。
　以下、本技術の一実施形態に関して、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。
 
１．二次電池
　　１－１．構成
　　１－２．動作
　　１－３．製造方法
　　１－４．作用および効果
 
　２．応用例
 
＜１．二次電池＞
　まず、本開示の一実施形態の二次電池に関して説明する。
　本実施の形態では、円筒形状の外観を有する円筒型リチウムイオン二次電池を例示して説明する。但し、本開示の二次電池は円筒型リチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、円筒形状以外の形状の外観を有するリチウムイオン二次電池であってもよいし、リチウム以外の電極反応物質を用いた電池であってもよい。
　二次電池の充放電原理は、特に限定されないが、以下では、電極反応物質の吸蔵放出を利用して電池容量が得られる場合に関して説明する。この二次電池は、正極および負極と共に電解質を備えている。この二次電池では、充電途中において負極の表面に電極反応物質が析出することを防止するために、その負極の充電容量が正極の放電容量よりも大きくなっている。すなわち、負極の単位面積当たりの電気化学容量は、正極の単位面積当たりの電気化学容量よりも大きくなるように設定されている。
　電極反応物質の種類は、上述したように特に限定されないが、具体的には、アルカリ金属およびアルカリ土類金属などの軽金属である。アルカリ金属は、リチウム、ナトリウムおよびカリウムなどであると共に、アルカリ土類金属は、ベリリウム、マグネシウムおよびカルシウムなどである。
　以下では、電極反応物質がリチウムである場合を例に挙げる。リチウムの吸蔵放出を利用して電池容量が得られる二次電池は、いわゆるリチウムイオン二次電池である。このリチウムイオン二次電池では、リチウムがイオン状態で吸蔵放出される。
［１－１．構成］
（リチウムイオン二次電池１）
　図１は、本実施の形態のリチウムイオン二次電池１（以下、単に二次電池１という。）の高さ方向に沿った断面構成を表している。図１に示した二次電池１では、円筒状の外装缶１１の内部に電池素子としての電極巻回体２０が収納されている。
　具体的には、二次電池１は、例えば、外装缶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。電極巻回体２０は、例えば、セパレータ２３を介して正極２１および負極２２が積層されて巻回された構造体である。電極巻回体２０は、その上部に端面４１を有すると共に、その下部に端面４２を有している。電極巻回体２０には、液状の電解質である電解液が含浸されている。なお、二次電池１は、外装缶１１の内部に、熱感抵抗（ＰＴＣ）素子および補強部材のうちの１種以上をさらに備えていてもよい。
（外装缶１１）
　外装缶１１は、電極巻回体２０、正極集電板２４、負極集電板２５、および電解液を収容する容器である。外装缶１１は、例えば、高さ方向であるＺ軸方向の下端部が閉鎖されると共に上端部が開放された中空の円筒構造を有している。具体的には、外装缶１１は、負極集電板２５を介して端面４２と対向する底部１１Ｂと、電極巻回体２０を取り囲むように底部１１Ｂに立設する側壁部１１Ｓとを有する。底部１１Ｂは、例えば平面形状が略円形の板状部材である。また、側壁部１１Ｓは、例えば底部１１Ｂの外径と実質的に一致する外径を有する略円筒状の部材である。外装缶１１のＺ軸方向の上端部は開放端部１１Ｎとなっている。外装缶１１の構成材料は、例えば、鉄などの金属材料を含んでいる。ただし、外装缶１１の表面には、例えば、ニッケルなどの金属材料が鍍金されていてもよい。絶縁板１２と絶縁板１３とは、例えば、Ｚ軸方向においてそれらの間に電極巻回体２０を挟むように互いに対向して配置されている。なお、本明細書では、Ｚ軸方向において、開放端部１１Ｎおよびその近傍を二次電池１の上部といい、外装缶１１が閉塞されている部分およびその近傍を二次電池１の下部という場合がある。
（絶縁板１２，１３）
　絶縁板１２，１３のそれぞれは、例えば、電極巻回体２０の巻回軸に対して垂直な面、すなわち図１中のＺ軸に垂直な面を有する皿状の板である。また、絶縁板１２，１３は、電極巻回体２０を挟むように配置されている。
（かしめ構造１１Ｒ）
　外装缶１１の開放端部１１Ｎには、例えば、電池蓋１４および安全弁機構３０がガスケット１５を介してかしめられた構造、すなわち、かしめ構造１１Ｒが形成されている。電池蓋１４により、外装缶１１の内部に電極巻回体２０などが収納された状態で外装缶１１は密閉されている。かしめ構造１１Ｒは、いわゆるクリンプ構造であり、いわゆるクリンプ部としての折り曲げ部１１Ｐを有している。
（電池蓋１４）
　電池蓋１４は、主に、外装缶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開放端部１１Ｎを閉塞する閉塞部材である。電池蓋１４は、例えば、外装缶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、上方（＋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である周辺領域は、例えば、安全弁機構３０に接触した状態となっている。
（ガスケット１５）
　ガスケット１５は、主に、外装缶１１の折り曲げ部１１Ｐと電池蓋１４との間に介在する封止部材である。ガスケット１５は、折り曲げ部１１Ｐと電池蓋１４との間の隙間を封止している。ただし、ガスケット１５の表面には、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）及びポリプ口ピレン（ＰＰ）などの高分子材料である。中でも、絶縁性材料は、ポリブチレンテレフタレートであることが好ましい。外装缶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との間の隙間が十分に封止されるからである。
（安全弁機構３０）
　安全弁機構３０は、主に、外装缶１１の内部の圧力（内圧）が上昇した際に、必要に応じて外装缶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ようになっている。外装缶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。また、外部からの加熱により外装缶１１の内圧が上昇する可能性もある。
（電極巻回体２０）
　電極巻回体２０は、充放電反応を進行させる発電素子であり、外装缶１１の内部に収納されている。電極巻回体２０は、正極２１と、負極２２と、セパレータ２３と、液状の電解質である電解液とを含んでいる。
　図２は、電極巻回体２０の展開図であり、正極２１、負極２２およびセパレータ２３を含む積層構造Ｓ２０の一部を模式的に表したものである。電極巻回体２０では、正極２１および負極２２がセパレータ２３を介して互いに積層されている。セパレータ２３は、例えば２つの基材、すなわち、第１セパレータ部材２３Ａおよび第２セパレータ部材２３Ｂを有している。したがって、電極巻回体２０は、正極２１と、第１セパレータ部材２３Ａと、負極２２と、第２セパレータ部材２３Ｂとが順に積層された４層の積層構造Ｓ２０を有している。正極２１、第１セパレータ部材２３Ａ、負極２２、および第２セパレータ部材２３Ｂは、いずれも、Ｗ軸方向を短手方向とすると共にＬ軸方向を長手方向とする略帯状の部材である。
　図３Ａに示したように、電極巻回体２０は、積層構造Ｓ２０が、Ｚ軸方向と直交する水平断面において渦巻き状をなすように、Ｚ軸方向に延びる中心軸ＣＬ（図１参照）を中心に巻回されたものである。積層構造Ｓ２０は、Ｗ軸方向がＺ軸方向とおおよそ一致する姿勢で巻回されている。なお、図３Ａは、電極巻回体２０におけるＺ軸方向と直交する水平断面に沿った一構成例を表している。但し、図３Ａでは、視認性を確保するため、セパレータ２３の図示を省略している。電極巻回体２０は、全体として略角柱形状の外観を有している。詳細には、電極巻回体２０の最内周部分を構成する負極２２、すなわち負極最内周部分２２inは、電極巻回体２０のＺ軸方向と直交する水平断面において、６以上１２以下の頂点Ｖを含む形状を有する。図３Ａでは、頂点Ｖの数が６の断面形状、すなわち６つの頂点Ｖ１～Ｖ６を含む略六角形状の断面形状を有する負極最内周部分２２inを例示している。電極巻回体２０のうち負極最内周部分２２inの水平断面の形状は、６以上１０以下の頂点Ｖを含む多角形状であることが望ましい。なお、水平断面とは、電極巻回体２０のＺ軸方向と直交する平面における電極巻回体２０の断面を意味している。
　頂点Ｖの数は、Ｚ軸方向と直交する水平断面における、中心軸ＣＬの位置と電極巻回体２０の最内周部分を構成する負極２２（特に、後述の負極集電体２２Ａ）との距離Ｄ（図３Ａ参照）の極大値の数である。頂点Ｖの数は、例えば以下の（１）から（３）の手順により算出される。
　（１）電極巻回体２０にＸ線を照射しつつ、中心軸ＣＬを中心として電極巻回体２０を回転させ、電極巻回体２０の断面のＣＴ（Computed Tomography）画像を取得する。より詳細には、Ｚ軸方向の、負極活物質層２２Ｂの幅Ｗ－２２Ｂ（後出の図５Ａ参照）の中央の位置での断面のＣＴ画像を取得する。
　（２）ＣＴ画像から、距離Ｄを所定の回転角度（例えば０．４°）ごとに取得する。
　（３）取得された距離Ｄの極大値の数を検出する。
　この極大値の判別は以下のように行う。具体的には、ＣＴ画像から取得された複数の距離Ｄのデータのうち、連続する４０個のデータを１つの群として平均化する。例えば１～４０個目のデータを第１群とし、それら４０個のデータの平均値を求め、第１群の距離ＤＧ１を求める。続く２～４１個目のデータを第２群とし、それら４０個のデータの平均値を求め、第２群の距離ＤＧ２を求める。以下、同様にしてｍ個目から（ｍ＋３９）個目のデータの平均値を求め、第ｍ群の距離ＤＧｍを求める。このようにして求めた各群の距離ＤＧｍが、各々の前後の群の距離ＤＧ（ｍ－１）および距離ＤＧ（ｍ＋１）の双方よりも大きい場合に、ｍ個目の距離Ｄのデータが極大値であると判別される。例えば０．４°の回転角度ごとに距離Ｄのデータを取得する場合、３６０°／０．４°＝９００個の距離Ｄが取得され、第１群の距離ＤＧ１から第９００群の距離ＤＧ９００まで算出される。ここで、極大値と判別された距離Ｄが取得されたときの回転角度が、３６０°を頂点Ｖの数で割った数値の前後３０％の範囲に入っていれば、本開示でいうところの頂点Ｖの多角形状である、と識別される。例えば、図３Ａに示した頂点Ｖの数が６の電極巻回体２０の場合、図３Ｂに例示したように、３６０°を６で割った角度６０°の前後３０％、すなわち、角度６０±１８°の範囲に距離Ｄの極大値を示す回転角度が存在するので、電極巻回体２０の水平断面が６角形状を有する、と識別される。なお、図３Ｂは、電極巻回体２０の水平断面における、回転角度θ［°］と距離Ｄ［ｍｍ］との関係を表す特性図の一例である。
　ＣＴ画像において、電極巻回体２０の中心軸ＣＬの位置は、負極集電体２２Ａの、最内周部分である第１周部分から第３周部分までの回転角度０．４°刻みの複数の座標の各々から最短の距離となる位置であり、最小二乗法により求められる位置である。正極２１および負極２２は、セパレータ２３を介して互いに対向した状態を維持しつつ巻回されている。電極巻回体２０の中央には、内部空間としての貫通孔２６が形成されている。図３Ａに示した構成例では、破線で示したように略六角形状の水平断面をなす貫通孔２６を有する。貫通孔２６は、電極巻回体２０の作製時に使用する巻き芯、および溶接用の電極棒を差し込むための孔である。巻き芯としては、例えば正多角形の水平断面を有する正多角柱状のものを使用する。
　正極２１、負極２２およびセパレータ２３は、セパレータ２３が電極巻回体２０の最外周および電極巻回体２０の最内周のそれぞれに配置されるように巻回されている（図１参照）。また、電極巻回体２０の最外周では負極２２が正極２１よりも外側に配置されている。すなわち、図３Ａに示したように、電極巻回体２０に含まれる正極２１のうちの最外周に位置する正極最外周部分２１outは、電極巻回体２０に含まれる負極２２のうちの最外周に位置する負極最外周部分２２outよりも内側に位置している。ここで、正極最外周部分２１outとは、電極巻回体２０において、正極２１の最も外側の１周分の部分である。負極最外周部分２２outとは、電極巻回体２０において、負極２２の最も外側の１周分の部分である。図３Ａに示したように、電極巻回体２０には、正極最外周部分２１outと負極最外周部分２２outとの対向部分と、負極２２同士の対向部分とが存在する。一方、電極巻回体２０の最内周では負極２２が正極２１よりも内側に配置されているとよい。すなわち、電極巻回体２０に含まれる負極２２のうちの最内周に位置する負極最内周部分２２inは、電極巻回体２０に含まれる正極２１のうちの最内周に位置する正極最内周部分２１inよりも内側に位置しているとよい。ここで、正極最内周部分２１inとは、電極巻回体２０において、正極２１の最も内側の１周分の部分である。負極最内周部分２２inとは、電極巻回体２０において、負極２２の最も内側の１周分の部分である。正極２１、負極２２およびセパレータ２３のそれぞれの巻回数は、特に限定されず、任意に設定可能である。
　図４Ａは、正極２１の展開図であり、巻回する前の状態を模式的に表したものである。図４Ｂは、正極２１の断面構成を表している。なお、図４Ｂは、図４Ａに示したＩＶＢ－ＩＶＢ線に沿った矢視方向の断面を表している。正極２１は、例えば、正極集電体２１Ａと、正極集電体２１Ａに設けられた正極活物質層２１Ｂとを含んでいる。正極活物質層２１Ｂは、例えば、正極集電体２１Ａの片面だけに設けられていてもよいし、正極集電体２１Ａの両面に設けられていてもよい。図４Ｂでは、正極活物質層２１Ｂが正極集電体２１Ａの両面に設けられている場合を示している。
　正極２１は、正極集電体２１Ａに正極活物質層２１Ｂが被覆されている正極被覆部２１１と、正極集電体２１Ａが正極活物質層２１Ｂに覆われずに露出している正極露出部２１２とを有している。図４Ａに示したように、正極被覆部２１１および正極露出部２１２は、それぞれ、長手方向であるＬ軸方向に沿って、電極巻回体２０の外周側端縁２１Ｅ１から内周側端縁２１Ｅ２に至るまで延在している。ここでＬ軸方向は、電極巻回体２０の巻回方向に相当する。すなわち、正極２１では、電極巻回体２０の巻回方向において、正極２１の外周側端縁２１Ｅ１から正極２１の内周側端縁２１Ｅ２に至るまで正極集電体２１Ａに正極活物質層２１Ｂが被覆されている。正極被覆部２１１と正極露出部２１２とは、短手方向であるＷ軸方向に互いに隣り合っている。なお、正極露出部２１２は、図１に示したように正極集電板２４と接続されている。正極被覆部２１１と正極露出部２１２との境界近傍には、絶縁層１０１が設けられているとよい。絶縁層１０１も、正極被覆部２１１および正極露出部２１２と同様、電極巻回体２０の最内周側端部から最外周端部まで延在しているとよい。また、絶縁層１０１は、第１セパレータ部材２３Ａおよび第２セパレータ部材２３Ｂのうちの少なくとも一方と接着されているとよい。正極２１とセパレータ２３との位置ずれが生じるのを防ぐことができるからである。また、絶縁層１０１は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含有する樹脂を含むものであるとよい。絶縁層１０１がＰＶＤＦを含有することにより、例えば電解液に含まれる溶媒により絶縁層１０１が膨潤し、セパレータ２３と良好に接着され得るからである。なお、正極２１の詳細の構成については後述する。
　図５Ａは、負極２２の展開図であり、巻回する前の状態を模式的に表したものである。図５Ｂは、負極２２の断面構成を表している。なお、図５Ｂは、図５Ａに示したＶＢ－ＶＢ線に沿った矢視方向の断面を表している。負極２２は、例えば、負極集電体２２Ａと、負極集電体２２Ａに設けられた負極活物質層２２Ｂとを含んでいる。負極活物質層２２Ｂは、例えば、負極集電体２２Ａの片面だけに設けられていてもよいし、負極集電体２２Ａの両面に設けられていてもよい。図５Ｂでは、負極活物質層２２Ｂが負極集電体２２Ａの両面に設けられている場合を示している。
　負極２２は、負極集電体２２Ａに負極活物質層２２Ｂが被覆されている負極被覆部２２１と、負極集電体２２Ａが負極活物質層２２Ｂに覆われずに露出している負極露出部２２２とを有している。図５Ａに示したように、負極被覆部２２１および負極露出部２２２は、それぞれ、長手方向であるＬ軸方向に沿って延在している。負極露出部２２２は、電極巻回体２０の最内周側端部から最外周側端部に至るまで延在している。これに対し、負極被覆部２２１は、電極巻回体２０の最内周側端部および最外周端部には設けられていない。図６Ａに示したように、負極露出部２２２の一部は、長手方向であるＬ軸方向において負極被覆部２２１を挟むように形成されている。具体的には、負極露出部２２２は、第１部分２２２Ａと、第２部分２２２Ｂと、第３部分２２２Ｃとを含む。第１部分２２２Ａは、負極被覆部２２１とＷ軸方向に隣り合うように設けられ、電極巻回体２０の最内周側端部から最外周側端部に至るまでＬ軸方向に延在している。第２部分２２２Ｂおよび第３部分２２２Ｃは、Ｌ軸方向において負極被覆部２２１を挟むように設けられている。第２部分２２２Ｂは、例えば電極巻回体２０の最内周側端部の近傍に位置し、第３部分２２２Ｃは、電極巻回体２０の最外周側端部の近傍に位置する。なお、図１に示したように、負極露出部２２２のうちの第１部分２２２Ａは、負極集電板２５と接続されている。負極２２の詳細の構成については後述する。
　二次電池１では、電極巻回体２０の積層構造Ｓ２１は、正極露出部２１２と負極露出部２２２の第１部分２２２Ａとが、幅方向であるＷ軸方向に沿って互いに反対向きとなるように、正極２１と負極２２とがセパレータ２３を介して積層されている。電極巻回体２０は、その側面部４５に固定テープ４６を貼り付けることによってセパレータ２３の端部が固定され、巻き緩みが生じないようになっている。
　二次電池１では、図２に示したように、正極露出部２１２の幅をＡとし、負極露出部２２２の第１部分２２２Ａの幅をＢとしたとき、Ａ＞Ｂであることが好ましい。例えば幅Ａ＝７（ｍｍ）であるとき、幅Ｂ＝４（ｍｍ）である。また、正極露出部２１２のうち、セパレータ２３の幅方向の外縁から突出した部分の幅をＣとし、負極露出部２２２の第１部分２２２Ａのうち、セパレータ２３の幅方向の反対側の外縁から突出した長さをＤとしたとき、Ｃ＞Ｄであることが好ましい。例えば幅Ｃ＝４．５（ｍｍ）であるとき、幅Ｄ＝３（ｍｍ）である。
　図１に示したように、二次電池１の上部において、中心軸ＣＬを中心に巻回された正極露出部２１２のうちの電極巻回体２０の径方向（Ｒ方向）に隣り合う複数の第１縁部２１２Ｅが互いに重なり合うように中心軸ＣＬに向かって折れ曲がっている。同様に、二次電池１の下部において、中心軸ＣＬを中心に巻回された負極露出部２２２のうちの径方向（Ｒ方向）に隣り合う複数の第２縁部２２２Ｅが互いに重なり合うように中心軸ＣＬに向かって折れ曲がっている。したがって、電極巻回体２０の上部の端面４１には、正極露出部２１２の複数の第１縁部２１２Ｅが集まり、電極巻回体２０の下部の端面４２には、負極露出部２２２の複数の第２縁部２２２Ｅが集まっている。電流を取り出すための正極集電板２４と第１縁部２１２Ｅとの接触をよくするために、中心軸ＣＬに向かって折れ曲がっている複数の第１縁部２１２Ｅは平坦面となっている。同様に、電流を取り出すための負極集電板２５と第２縁部２２２Ｅとの接触をよくするために、中心軸ＣＬに向かって折れ曲がっている複数の第２縁部２２２Ｅは平坦面となっている。なお、ここでいう平坦面とは、完全に平坦な面のみならず、正極露出部２１２および負極露出部２２２がそれぞれ正極集電板２４および負極集電板２５と接合可能な程度において、多少の凹凸や表面粗さを有する表面も含む。
　正極集電体２１Ａは、後述するように例えばアルミニウム箔からなる。一方、負極集電体２２Ａは、後述するように例えば銅箔からなる。この場合、正極集電体２１Ａは負極集電体２２Ａよりも柔らかい。すなわち、正極露出部２１２のヤング率のほうが負極露出部２２２のヤング率よりも低い。このため、一実施の形態では、Ａ＞ＢかつＣ＞Ｄがより好ましい。その場合、両極側から同時に同じ圧力で正極露出部２１２と負極露出部２２２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、正極露出部２１２の複数の第１縁部２１２Ｅ（図１）がそれぞれ折り曲げられて適度に重なり合うこととなる。そのため、正極露出部２１２と正極集電板２４との接合を容易に行うことができる。同様に、負極露出部２２２の複数の第２縁部２２２Ｅ（図１）がそれぞれ折り曲げられて適度に重なり合うこととなる。そのため、負極露出部２２２と負極集電板２５との接合を容易に行うことができる。ここでいう接合とは、例えばレーザ溶接により繋ぎ合わされることを意味するが、その接合方法はレーザ溶接に限定されない。
　図２に示したように、正極２１の正極露出部２１２のうち、セパレータ２３を挟んで負極２２に対向する部分は絶縁層１０１により覆われている。絶縁層１０１は、Ｗ軸方向において例えば３ｍｍの幅を有する。絶縁層１０１は、セパレータ２３を介して負極２２の負極被覆部２２１に対向する正極２１の正極露出部２１２の全ての領域を覆っている。絶縁層１０１は、例えば負極被覆部２２１と正極露出部２１２との間に異物が侵入したときに、二次電池１の内部短絡を効果的に防ぐことができる。また、絶縁層１０１は、二次電池１に衝撃が加わったときに、その衝撃を吸収し、正極露出部２１２の折れ曲がりの発生や、正極露出部２１２と負極２２との短絡の発生を効果的に防ぐことができる。
（絶縁テープ５３，５４）
　二次電池１は、外装缶１１と電極巻回体２０との隙間に絶縁テープ５３，５４をさらに有していてもよい。端面４１，４２に集まっている正極露出部２１２および負極露出部２２２は剥き出しの金属箔などの導電体である。このため、正極露出部２１２および負極露出部２２２と外装缶１１とが近接していると、外装缶１１を介して正極２１と負極２２との短絡が発生する可能性がある。また、端面４１にある正極集電板２４と外装缶１１とが近接したときにショートする可能性もある。そのため、絶縁部材としての絶縁テープ５３，５４が設けられているとよい。絶縁テープ５３，５４は、例えば、基材層の材質がポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミドのうちいずれかで構成され、基材層の一面に粘着層を有している粘着テープである。絶縁テープ５３，５４の設置により電極巻回体２０の容積を減らさないために、絶縁テープ５３，５４は側面部４５に貼付された固定テープ４６と重ならないように配置され、絶縁テープ５３，５４の厚さは固定テープ４６の厚さ以下に設定されている。
（正極集電板２４および負極集電板２５）
　通常のリチウムイオン二次電池では例えば、正極と負極との１か所ずつに電流取出し用のリードが溶接されている。しかしながら、これではリチウムイオン二次電池の内部抵抗が大きく、放電時にリチウムイオン二次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、本実施の形態の二次電池１では、端面４１と対向するように正極集電板２４を配置すると共に端面４２と対向するように負極集電板２５を配置し、端面４１に存在する正極露出部２１２と正極集電板２４とを多点で溶接すると共に端面４２に存在する負極露出部２２２と負極集電板２５とを多点で溶接するようにしている。こうすることで、二次電池１の内部抵抗を低下させるようにしている。端面４１，４２が上述したように平坦面となっていることも低抵抗化に寄与している。正極集電板２４は、例えば、安全弁機構３０を介して電池蓋１４と電気的に接続されている。負極集電板２５は、例えば外装缶１１と電気的に接続されている。図６Ａは、正極集電板２４の一構成例を表す模式図である。図６Ｂは、負極集電板２５の一構成例を表す模式図である。正極集電板２４は、例えばアルミニウムもしくはアルミニウム合金の単体、またはそれらの複合材により構成される金属板である。負極集電板２５は、例えばニッケル、ニッケル合金、銅、もしくは銅合金の単体、またはそれらのうちの２種以上の複合材により構成される金属板である。
　図６Ａに示したように、正極集電板２４は、略扇形の扇状部３１に、略矩形の帯状部３２が接続された形状を有している。扇状部３１の中央付近に貫通孔３５が形成されている。二次電池１では、正極集電板２４は、貫通孔３５が貫通孔２６とＺ軸方向において重なり合うように設けられている。図６Ａの斜線で示す部分は、帯状部３２のうちの絶縁部３２Ａである。絶縁部３２Ａは、帯状部３２の一部であって絶縁テープが貼付されたり絶縁材料が塗布されたりしている部分である。帯状部３２のうち、絶縁部３２Ａの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、図１に示したように、二次電池１が、貫通孔２６に金属製のセンターピンを備えていない電池構造を有する場合に、帯状部３２が負極電位の部位と接触する可能性が低い。そのため、正極集電板２４は絶縁部３２Ａを有しなくてもよい。正極集電板２４が絶縁部３２Ａを有しない場合、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広げることで充放電容量を大きくすることができる。
　図６Ｂに示した負極集電板２５の形状は、図６Ａに示した正極集電板２４の形状とほとんど同じである。すなわち、略扇形の扇状部３３に、略矩形の帯状部３４が接続された形状を有している。負極集電板２５の扇状部３３の外形は、おおよそ円弧を描く輪郭部分と、略直線状に延びる輪郭部分とによって囲まれた形状を有する。負極集電板２５の帯状部３４は正極集電板２４の帯状部３２と異なっている。負極集電板２５の帯状部３４は、正極集電板２４の帯状部３２より短く、正極集電板２４の絶縁部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が外装缶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の中央付近に貫通孔３６が形成されている。二次電池１では、負極集電板２５は、貫通孔３６が貫通孔２６とＺ軸方向において重なり合うように設けられている。
　正極集電板２４の扇状部３１は、その平面形状に起因して、端面４１の一部のみを覆うようになっている。同様に、負極集電板２５の扇状部３３は、その平面形状に起因して、端面４２の一部のみを覆うようになっている。扇状部３１および扇状部３３が端面４１および端面４２の全てを覆わないようにしている理由は、例えば以下の２つである。第１に、例えば二次電池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ためである。第２に、リチウムイオン二次電池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外部へ放出しやすくするためである。
（正極集電体２１Ａ）
　正極集電体２１Ａは、例えば、アルミニウムなどの導電性材料を含んでいる。正極集電体２１Ａは、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金からなる金属箔である。
（正極活物質層２１Ｂ）
　正極活物質層２１Ｂは、正極活物質として、リチウムを吸蔵放出可能である正極材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。ただし、正極活物質層２１Ｂは、さらに、正極結着剤および正極導電剤などの他の材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいてもよい。正極材料は、リチウム含有化合物であることが好ましく、より具体的にはリチウム含有複合酸化物およびリチウム含有リン酸化合物などであることが好ましい。リチウム含有複合酸化物は、リチウムと、１種類または２種類以上の他元素、すなわちリチウム以外の元素とを構成元素として含む酸化物である。リチウム含有複合酸化物は、例えば、層状岩塩型及びスピネル型などのうちのいずれかの結晶構造を有している。リチウム含有リン酸化合物は、リチウムと１種類または２種類以上の他元素とを構成元素として含むリン酸化合物であり、例えば、オリビン型などの結晶構造を有している。正極活物質層２１Ｂは、特に、正極活物質としてコバルト酸リチウム、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物、およびリチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物のうちの少なくとも１種を含有するとよい。正極結着剤は、例えば、合成ゴム及び高分子化合物などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。合成ゴムは、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムおよ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、例えば、ポリフッ化ビニリデン及びポリイミドなどである。正極導電剤は、例えば、炭素材料などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。この炭素材料は、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックおよびケッチェンブラックなどである。ただし、正極導電剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料および導電性高分子などでもよい。
　また、正極活物質層２１Ｂは、フッ素化合物および窒素化合物を含んでいるとよい。特に、正極活物質層２１Ｂの表層には、フッ素化合物および窒素化合物を含む正極被膜が形成されているとよい。さらに、正極活物質層２１Ｂの正極被膜における窒素含有量に対するフッ素含有量の重量比Ｆ／Ｎが、３以上５０以下であるとよい。特に、正極活物質層２１Ｂの正極被膜における窒素含有量に対するフッ素含有量の重量比Ｆ／Ｎは、１５以上３５以下であるとよい。なお、正極活物質層２１Ｂの正極被膜における窒素含有量に対するフッ素含有量の重量比Ｆ／Ｎは、例えば、Ｘ線光電子分光分析法により測定される窒素原子の１ｓ軌道のスペクトルピーク面積およびフッ素原子の１ｓ軌道のスペクトルピーク面積に基づいて算出される。
　また、正極活物質層２１Ｂの面積密度が２５．０ｍｇ／ｃｍ２以上５５．０ｍｇ／ｃｍ２以下であるとよい。正極２１のうちの正極被覆部２１１の厚さＴ１は例えば６０μｍ以上９０μｍ以下である。また、正極集電体２１Ａの厚さＴ２は、例えば６μｍ以上１５μｍ以下である。
（負極集電体２２Ａ）
　負極集電体２２Ａは、例えば、銅などの導電性材料を含んでいる。負極集電体２２Ａは、例えばニッケル、ニッケル合金、銅、または銅合金からなる金属箔である。負極集電体２２Ａの表面は、粗面化されていることが好ましい。いわゆるアンカー効果により、負極集電体２２Ａに対する負極活物質層２２Ｂの密着性が向上するからである。この場合には、少なくとも負極活物質層２２Ｂと対向する領域において、負極集電体２２Ａの表面が粗面化されていればよい。粗面化の方法は、例えば、電解処理を利用して微粒子を形成する方法などである。電解処理では、電解槽中において電解法により負極集電体２２Ａの表面に微粒子が形成されるため、負極集電体２２Ａの表面に凹凸が設けられる。電解法により作製された銅箔は、一般的に、電解銅箔と呼ばれている。
（負極活物質層２２Ｂ）
　負極活物質層２２Ｂは、負極活物質として、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のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。ただし、負極活物質層２２Ｂは、さらに、負極結着剤および負極導電剤などの他の材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいてもよい。負極材料は、例えば、炭素材料である。リチウムの吸蔵放出時における結晶構造の変化が非常に少ないため、高いエネルギー密度が安定して得られるからである。また、炭素材料は負極導電剤としても機能するため、負極活物質層２２Ｂの導電性が向上するからである。炭素材料は、例えば、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素および黒鉛などである。ただし、難黒鉛化性炭素における（００２）面の面間隔は、０．３７ｎｍ以上であることが好ましい。黒鉛における（００２）面の面間隔は、０．３４ｎｍ以下であることが好ましい。より具体的には、炭素材料は、例えば、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、活性炭およびカーボンブラック類などである。このコークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスおよび石油コークスなどが含まれる。有機高分子化合物焼成体は、フェノール樹脂およびフラン樹脂などの高分子化合物が適当な温度で焼成（炭素化）されたものである。この他、炭素材料は、約１０００℃以下の温度で熱処理された低結晶性炭素でもよいし、非晶質炭素でもよい。なお、炭素材料の形状は、繊維状、球状、粒状および鱗片状のうちのいずれでもよい。二次電池１では、完全充電時の開回路電圧、すなわち電池電圧が４．２５Ｖ以上であると、その完全充電時の開回路電圧が４．２０Ｖである場合と比較して、同じ正極活物質を用いても単位質量当たりのリチウムの放出量が多くなる。このため、それに応じて正極活物質と負極活物質との量が調整されている。これにより、高いエネルギー密度が得られる。
　また、負極活物質層２２Ｂは、負極活物質として、珪素、珪素酸化物、炭素珪素化合物、および珪素合金のうちの少なくとも1つを含有する珪素含有材料を含むものであってもよい。珪素含有材料とは、珪素を構成元素として含む材料の総称である。ただし、珪素含有材料は、珪素のみを構成元素として含んでいてもよい。なお、珪素含有材料の種類は、１種類だけでもよいし、２種類以上でもよい。珪素含有材料は、リチウムと合金を形成可能であり、珪素の単体でもよいし、珪素の合金でもよいし、珪素の化合物でもよいし、それらの２種類以上の混合物でもよいし、それらの１種類または２種類以上の相を含む材料でもよい。また、珪素含有材料は、結晶質でもよいし、非晶質でもよいし、結晶質部分および非晶質部分の双方を含んでいてもよい。ただし、ここで説明した単体は、あくまで一般的な単体を意味しているため、微量の不純物を含んでいてもよい。すなわち、単体の純度は、必ずしも１００％に限られない。珪素の合金は、例えば、珪素以外の構成元素として、スズ、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモンおよびクロムなどのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。珪素の化合物は、例えば、珪素以外の構成元素として、炭素および酸素などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。なお、珪素の化合物は、例えば、珪素以外の構成元素として、珪素の合金に関して説明した一連の構成元素のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいてもよい。具体的には、珪素の合金および珪素の化合物は、例えば、ＳｉＢ4 、ＳｉＢ6 、Ｍｇ2 Ｓｉ、Ｎｉ2 Ｓｉ、ＴｉＳｉ2 、ＭｏＳｉ2 、ＣｏＳｉ2 、ＮｉＳｉ2 、ＣａＳｉ2 、ＣｒＳｉ2 、Ｃｕ5 Ｓｉ、ＦｅＳｉ2 、ＭｎＳｉ2 、ＮｂＳｉ2 、ＴａＳｉ2 、ＶＳｉ2 、ＷＳｉ2 、ＺｎＳｉ2 、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ｓｉ2 Ｎ2 ＯおよびＳｉＯv （０＜ｖ≦２）などである。ただし、ｖの範囲は、任意に設定可能であり、例えば、０．２＜ｖ＜１．４でもよい。
　負極活物質層２２Ｂは、負極活物質として、黒鉛およびＳｉＯを含むことが好ましい。その場合、負極活物質において、黒鉛およびＳｉＯの総重量に対するＳｉＯの重量の割合は、３重量％以上２０重量％以下であるとよい。３重量％以上とすることで十分な容量が得られるからである。また、２０重量％以下とすることで負極の膨張が抑えられ、負極活物質に電解液が十分に行きわたることにより良好なイオン伝導性が確保される。その結果、サイクル特性が向上する。
（セパレータ２３）
　セパレータ２３は、正極２１と負極２２との間に介在している。セパレータ２３は、正極２１と負極２２との接触に起因する電流の短絡を防止しながらリチウムイオンを通過させる。セパレータ２３は、例えば、合成樹脂およびセラミックなどの多孔膜のうちのいずれか１種類または２種類以上であり、２種類以上の多孔膜の積層膜でもよい。合成樹脂は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンおよびポリエチレンなどである。但し、セパレータ２３は、ポリエチレンを含む単層ポリオレフィン多孔膜からなる基材を有するとよい。積層膜と比較して、良好な高出力特性が得られるからである。セパレータ２３を構成する第１セパレータ部材２３Ａおよび第２セパレータ部材が、それぞれポリオレフィンからなる単層の多孔膜である場合、その多孔膜の厚さは例えば７μｍ以上１５μｍ以下であるとよい。ポリオレフィンからなる単層の多孔膜が７μｍ以上の厚さを有することにより、内部短絡を十分に回避できる。ポリオレフィンからなる単層の多孔膜の厚さが１５μｍ以下であれば、より良好な放電容量特性が得られる。また、その多孔膜の面密度は、例えば４．４ｇ／ｍ２以上８．３ｇ／ｍ２以下であるとよい。ポリオレフィンからなる単層の多孔膜の面密度が４．４ｇ／ｍ２以上であれば、内部短絡を十分に回避できる。ポリオレフィンからなる単層の多孔膜の面密度が８．３ｇ／ｍ２以下であれば、より良好な放電容量特性が得られる。
　特に、セパレータ２３は、例えば、上記した基材としての多孔膜と、その基材層の片面または両面に設けられた高分子化合物層とを含んでいてもよい。正極２１および負極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。これにより、電解液の分解反応が抑制されると共に、基材層に含浸された電解液の漏液も抑制されるため、充放電を繰り返しても抵抗が上昇しにくくなると共に、電池膨れが抑制される。高分子化合物層は、例えば、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子化合物を含んでいる。物理的強度に優れていると共に、電気化学的に安定だからである。ただし、高分子化合物は、ポリフッ化ビニリデン以外でもよい。この高分子化合物層を形成する場合には、例えば、有機溶剤などに高分子化合物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。この高分子化合物層は、例えば、無機粒子などの絶縁性粒子のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいてもよい。無機粒子の種類は、例えば、酸化アルミニウムおよび窒化アルミニウムなどである。
（電解液）
　電解液は、溶媒および電解質塩を含んでいる。ただし、電解液は、さらに、添加剤などの他の材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいてもよい。溶媒は、有機溶媒などの非水溶媒のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。非水溶媒を含む電解液は、いわゆる非水電解液である。非水溶媒は、例えば、フッ素化合物およびジニトリル化合物を含有している。フッ素化合物は、例えばフッ素化エチレンカーボネート、トリフルオロカーボネート、トリフルオロエチルメチルカーボネート、フッ素化カルボン酸エステル、およびフッ素エーテルのうちの少なくとも１種を含むものである。また、非水溶媒は、ジニトリル化合物以外のニトリル化合物、例えばモノニトリル化合物や３トリル化合物のうちの少なくとも１種をさらに含んでいてもよい。ジニトリル化合物として、例えばスクシノニトリル（ＳＮ）が好ましい。但し、ジニトリル化合物は、スクシノニトリルに限定されるものではなく、例えばアジポニトリルなどの他のジニトリル化合物であってもよい。
　電解質塩は、例えば、リチウム塩などの塩のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。ただし、電解質塩は、例えば、リチウム塩以外の塩を含んでいてもよい。このリチウム以外の塩は、例えば、リチウム以外の軽金属の塩などである。リチウム塩は、例えば、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）、六フッ化ヒ酸リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、テトラフェニルホウ酸リチウム（ＬｉＢ（Ｃ6Ｈ5）4）、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）、テトラクロロアルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＣｌ4）、六フッ化ケイ酸二リチウム（Ｌｉ2ＳＦ6）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）及び臭化リチウム（ＬｉＢｒ）などである。中でも、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウム及び六フッ化ヒ酸リチウムのうちのいずれか１種類又は２種類以上が好ましく、六フッ化リン酸リチウムがより好ましい。電解質塩の含有量は、特に限定されないが、中でも、溶媒に対して０．３ｍｏｌ／ｋｇから３ｍｏｌ／ｋｇであることが好ましい。電解液が電解質塩としてＬｉＰＦ６を含有する場合、電解液におけるＬｉＰＦ６の濃度は１．２５ｍｏｌ／ｋｇ以上１．７０ｍｏｌ／ｋｇ以下であるとよい。高負荷レート充電時の塩の消費（分解）によるサイクル劣化を防ぐことができるので、高負荷サイクル特性が向上するからである。電解質塩として、ＬｉＰＦ６に加えてＬｉＢＦ４をさらに含む場合、電解液におけるＬｉＢＦ４の濃度は０．００１（重量％）以上０．１（重量％）以下であるとよい。高負荷レート充電時の塩の消費（分解）によるサイクル劣化をより効果的に防ぐことができるので、高負荷サイクル特性がよりいっそう向上するからである。
［１－２．動作］
　本実施の形態の二次電池１では、例えば、充電時において、正極２１からリチウムイオンが放出されると共に、そのリチウムイオンが電解液を介して負極２２に吸蔵される。また、二次電池１では、例えば、放電時において、負極２２からリチウムイオンが放出されると共に、そのリチウムイオンが電解液を介して正極２１に吸蔵される。
［１－３．製造方法］
　図１～図６Ｂに加えて図７を参照して、二次電池１の製造方法について説明する。図７は、図１に示した二次電池の製造過程を説明する斜視図である。
　まず、正極集電体２１Ａを用意し、正極集電体２１Ａの表面に正極活物質層２１Ｂを選択的に形成することにより、正極被覆部２１１および正極露出部２１２を有する正極２１を形成する。次に、負極集電体２２Ａを用意し、負極集電体２２Ａの表面に負極活物質層２２Ｂを選択的に形成することにより、負極被覆部２２１および負極露出部２２２を有する負極２２を形成する。正極２１および負極２２について乾燥処理を行うようにしてもよい。続いて、正極露出部２１２と負極露出部２２２の第１部分２２２ＡとがＷ軸方向において互いに反対側となるように、正極２１と負極２２とをセパレータ２３を介して重ねることにより積層構造Ｓ２０を作製する。そののち、頂点の数が６以上１２以下の多角形状の水平断面を有する角柱状の巻き芯を用い、その外周面に積層構造Ｓ２０を巻き付けるように、積層構造Ｓ２０を渦巻き状に巻回する。なお、外周面の一部にスリットを有する巻き芯を用い、積層構造Ｓ２０の端部のセパレータ２３をスリットに挟んだのち、巻き芯を回転させることで積層構造Ｓ２０を渦巻き状に巻回するとよい。さらに、渦巻き状に巻回した積層構造Ｓ２０の最外周に固定テープ４６を貼り付けると共に積層構造Ｓ２０から巻き芯を取り除く。これにより、図７の（Ａ）に示したように、電極巻回体２０を得る。
　次に、図７の（Ｂ）に示したように、例えば厚さ０．５ｍｍの平板などの端を電極巻回体２０の端面４１，４２に対して垂直に、すなわちＺ軸方向に押し付けることで、端面４１，４２を局所的に折り曲げる。その結果、貫通孔２６から径方向（Ｒ方向）に放射状に延びる溝４３が作製される。なお、図７の（Ｂ）に示した溝４３の数や配置は例示であって本開示はこれに限定されるものではない。
　続いて、図７の（Ｃ）に示したように、電極巻回体２０の上方および下方から実質的に同時に、かつ実質的に同じ圧力を端面４１および端面４２に対して略垂直方向に加える。その際、貫通孔２６に、例えば棒状の治具を挿入しておく。そうすることにより、正極露出部２１２と負極露出部２２２の第１部分２２２Ａとをそれぞれ折り曲げて、端面４１および端面４２がそれぞれ平坦面となるようにする。このとき、端面４１および端面４２にある正極露出部２１２の第１縁部２１２Ｅおよび負極露出部２２２の第２縁部２２２Ｅが、貫通孔２６に向かって重なりつつ折れ曲がるようにする。そののち、端面４１に正極集電板２４の扇状部３１をレーザ溶接などにより接合すると共に、端面４２に負極集電板２５の扇状部３３をレーザ溶接などにより接合する。
　次に、電極巻回体２０の所定の位置に絶縁テープ５３，５４を貼付ける。そののち、図７の（Ｄ）に示したように、正極集電板２４の帯状部３２を折り曲げ、絶縁板１２の穴１２Ｈに帯状部３２を挿通させる。また、負極集電板２５の帯状部３４を折り曲げ、絶縁板１３の穴１３Ｈに帯状部３４を挿通させる。
　次に、図７の（Ｅ）に示した外装缶１１内に、上記のように組立てを行った電極巻回体２０を挿入したのち、外装缶１１の底部と負極集電板２５との溶接を行う。そののち、外装缶１１の開放端部１１Ｎの近傍にくびれ部を形成する。さらに、電解液を外装缶１１内に注入したのち、正極集電板２４の帯状部３２と安全弁機構３０とを溶接する。
　次に、図７の（Ｆ）に示したように、ガスケット１５、安全弁機構３０および電池蓋１４で密封する。
　以上により、本実施の形態の二次電池１が完成する。
［１－４．作用および効果］
　このように、本実施の形態の二次電池１によれば、電極巻回体２０の最内周部分を構成する正極２１（正極最内周部分２１in）および負極２２（負極最内周部分２２in）の水平断面が、６以上１２以下の頂点Ｖを含む略多角形の形状を有する。すなわち、正極最内周部分２１inおよび負極最内周部分２２inは、頂点Ｖ（Ｖ１～Ｖ６）において所定の角度、例えば水平断面が６角形である場合、平均で１２０°の角度で屈曲している。このため、電極巻回体２０の最内周部分の水平断面が例えば頂点Ｖを含まない曲線のみからなる略円形の形状を有する場合と比較して、電極巻回体２０の巻回状態が解ける方向、すなわち、電極巻回体２０の径方向（Ｒ方向）の外側に向かう方向へ広がるように電極巻回体２０が復元する力が弱まる。
　ところが、例えば図８Ａに示した第１の参考例としての二次電池の電極巻回体１２０Ａのように、正極最内周部分２１inおよび負極最内周部分２２inの水平断面が略円形の形状をそれぞれ有する場合、例えば正極最内周部分（第１周部分）２１inの端部２１Ｔinが外側（矢印Ｒ２１の方向）へ広がろうとする。そのため、電極巻回体１２０Ａにおいて、正極最内周部分２１inのすぐ外側に位置する第２周部分２１－２のうち、端部２１Ｔinと重なり合う箇所に、局所的な負荷が印加されてしまう。その結果、充放電に伴う電極巻回体１２０Ａの膨張収縮が繰り返し行われた場合に、正極集電体２１Ａの一部に亀裂や破断が生じる可能性がある。
　これに対し、本実施の形態の二次電池１では、電極巻回体２０の正極最内周部分（第１周部分）２１inがその外側に位置する外周部分（第２周部分２１－２）を付勢する力が弱まり、第２周部分２１－２の一部に対する局所的な負荷を緩和することができる。よって、二次電池１では、充放電に伴う電極巻回体２０の膨張収縮が繰り返し行われた場合であっても正極集電体２１Ａなどの亀裂や破断などが生じにくく、より高い信頼性を得ることができる。
　なお、電極巻回体２０の最内周部分の水平断面が１３以上の頂点Ｖを含む略多角形の形状を有する場合は、図８Ａに示した電極巻回体１２０Ａと同様、充放電に伴う電極巻回体１２０Ａの膨張収縮が繰り返し行われた場合に、正極集電体２１Ａの一部に亀裂や破断が生じる可能性がある。水平断面が１３以上の頂点Ｖを含む略多角形の形状を有する場合は、略円形の形状と実質的に相違がないので、電極巻回体２０の径方向（Ｒ方向）の外側に向かう方向へ広がるように電極巻回体２０が復元する力が十分に低減されないからである。
　また、例えば図８Ｂに示した第２の参考例としての二次電池の電極巻回体１２０Ｂのように、その最内周部分の水平断面が５以下の頂点Ｖを含む略多角形の形状を有する場合、正極２１および負極２２が平均で１０８°以下の角度で屈曲することとなる。このため、頂点Ｖ（Ｖ１～Ｖ５）において正極２１および負極２２に対し局所的な負荷が印加される。その結果、充放電に伴う電極巻回体１２０Ｂの膨張収縮が繰り返し行われた場合に、正極集電体２１Ａの一部に亀裂や破断が生じる可能性がある。なお、図８Ｂでは、水平断面の最内周部分の形状が五角形である電極巻回体１２０Ｂを例示している。
　また、本実施の形態の二次電池１では、正極活物質層２１Ｂの面積密度が５５ｍｇ／ｃｍ２以下である場合に、正極集電体２１Ａの損傷をより効果的に防ぐことができる。正極活物質層の面積密度が５５ｍｇ／ｃｍ２以下であれば、正極活物質層２１Ｂの剛性が一定程度以下に抑えられ、正極集電体２１Ａに印加される負荷を軽減することができるからである。一方、正極活物質層２１Ｂの面積密度が２０ｍｇ／ｃｍ２以下であると正極活物質層２１Ｂの剛性がより低く抑えられ、正極集電体２１Ａに印加される負荷をより軽減することができる。しかしながら、二次電池１としての充放電容量が低下してしまうので好ましくない。
＜２．応用例＞
　上記した本開示の一実施の形態としてのリチウムイオン二次電池１の用途は、例えば、以下で説明する通りである。
［２－１．電池パック］
　図９は、本発明の一実施の形態に係る電池（以下、二次電池と適宜称する）を電池パック３３０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、外装、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。
　電池パック３００は、正極端子３２１及び負極端子３２２を備え、充電時には正極端子３２１および負極端子３２２がそれぞれ充電器の正極端子、負極端子に接続され、充電が行われる。また、電子機器使用時には、正極端子３２１および負極端子３２２がそれぞれ電子機器の正極端子、負極端子に接続され、放電が行われる。
　組電池３０１は、複数の二次電池３０１ａを直列または並列に接続してなる。二次電池３０１ａとして、上述の二次電池１を適用可能である。なお、図９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が、その他、ｎ並列ｍ直列（ｎ，ｍは整数）のように、どのような接続方法でもよい。
　スイッチ部３０４は、充電制御スイッチ３０２ａおよびダイオード３０２ｂ、ならびに放電制御スイッチ３０３ａおよびダイオード３０３ｂを備え、制御部３１０によって制御される。ダイオード３０２ｂは、正極端子３２１から組電池３０１の方向に流れる充電電流に対して逆方向であって、極端子３２２から組電池３０１の方向に流れる放電電流に対して順方向の極性を有する。ダイオード３０３ｂは、充電電流に対して順方向であって放電電流に対して逆方向の極性を有する。なお、図９では＋側にスイッチ部３０４を設けているが、－側に設けてもよい。
　充電制御スイッチ３０２ａは、電池電圧が過充電検出電圧となった場合にオフされて、組電池３０１の電流経路に充電電流が流れないように充放電制御部によって制御される。充電制御スイッチ３０２ａのオフ後は、ダイオード３０２ｂを介することによって放電のみが可能となる。また、充電時に大電流が流れた場合にオフされて、組電池３０１の電流経路に流れる充電電流を遮断するように、制御部３１０によって制御される。放電制御スイッチ３０３ａは、電池電圧が過放電検出電圧となった場合にオフされて、組電池３０１の電流経路に放電電流が流れないように制御部３１０によって制御される。放電制御スイッチ３０３ａのＯＦＦ後は、ダイオード３０３ｂを介することによって充電のみが可能となる。また、放電時に大電流が流れた場合にオフされて、組電池３０１の電流経路に流れる放電電流を遮断するように、制御部３１０によって制御される。
　温度検出素子３０８は例えばサーミスタであり、組電池３０１の近傍に設けられ、組電池３０１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およ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および電流測定部３１３から入力された電圧および電流に基づき、スイッチ部３０４の充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ａを制御する。
　スイッチ制御部３１４は、複数の二次電池３０１ａのいずれかの電圧が過充電検出電圧以下もしくは過放電検出電圧以下になったとき、また、大電流が急激に流れたときに、スイッチ部３０４に制御信号を送ることにより、過充電および過放電、過電流充放電を防止する。ここで、例えば、二次電池がリチウムイオン二次電池の場合、過充電検出電圧が例えば４．２０Ｖ±０．０５Ｖと定められ、過放電検出電圧が例えば２．４Ｖ±０．１Ｖと定められる。
　充放電スイッチは、例えばＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチを使用できる。この場合ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードがダイオード３０２ｂおよび３０３ｂとして機能する。充放電スイッチとして、Ｐチャンネル型ＦＥＴを使用した場合は、スイッチ制御部３１４は、充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ａのそれぞれのゲートに対して、制御信号ＤＯおよびＣＯをそれぞれ供給する。充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ａはＰチャンネル型である場合、ソース電位より所定値以上低いゲート電位によってＯＮする。すなわち、通常の充電および放電動作では、制御信号ＣＯおよびＤＯをローレベルとし、充電制御スイッチ３０２ａ及び放電制御スイッチ３０３ａをＯＮ状態とする。
　例えば過充電若しくは過放電の際には、制御信号ＣＯおよびＤＯをハイレベルとし、充電制御スイッチ３０２ａおよび放電制御スイッチ３０３ａをＯＦＦ状態とする。
　メモリ３１７は、ＲＡＭやＲＯＭからなり例えば不揮発性メモリであるＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）などからなる。メモリ３１７では、制御部３１０で演算された数値や、製造工程の段階で測定された各二次電池３０１ａの初期状態における電池の内部抵抗値などが予め記憶され、また適宜、書き換えも可能である。また、二次電池３０１ａの満充電容量を記憶させておくことで、制御部３１０とともに例えば残容量を算出することができる。
　温度検出部３１８では、温度検出素子３０８を用いて温度を測定し、異常発熱時に充放電制御を行ったり、残容量の算出における補正を行ったりする。
［２－２．蓄電システム］
　上述した本開示の一実施の形態に係る二次電池は、例えば電子機器や電動車両、電動式航空機、蓄電装置などの機器に搭載され、または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、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、コードレスフォン子機、ビデオムービー、デジタルスチルカメラ、電子書籍、電子辞書、音楽プレイヤー、ラジオ、ヘッドホン、ゲーム機、ナビゲーションシステム、メモリーカード、ペースメーカー、補聴器、電動工具、電気シェーバー、冷蔵庫、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、電子レンジ、食器洗い器、洗濯機、乾燥器、照明機器、玩具、医療機器、ロボット、ロードコンディショナー、信号機などが挙げられる。
　また、電動車両としては鉄道車両、ゴルフカート、電動カート、電気自動車（ハイブリッド自動車を含む）などが挙げられ、これらの駆動用電源または補助用電源として用いられる。蓄電装置としては、住宅をはじめとする建築物用または発電設備用の電力貯蔵用電源などが挙げられる。
　以下では、上述した適用例のうち、上述した本開示の二次電池１を適用した蓄電装置を用いた蓄電システムの具体例を説明する。
（電動工具）
　図１０を参照して、本開示の二次電池が適用可能な電動工具としての電動ドライバの一例について概略的に説明する。電動ドライバ４３１は、本体内にＤＣモータ等のモータ４３３が収納されている。モータ４３３の回転がシャフト４３４に伝達され、シャフト４３４によって被対象物にねじが打ち込まれる。電動ドライバ４３１には、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およびモータ制御部４３５が収納されている。電池パック４３０として電池パック３００を使用することができる。モータ制御部４３５は、モータ４３３を制御する。モータ４３３以外の電動ドライバ４３１の各部が、モータ制御部４３５によって制御されてもよい。電池パック４３０と電動ドライバ４３１とはそれぞれに設けられた係合部材によって係合される。後述するように、電池パック４３０およびモータ制御部４３５のそれぞれにマイクロコンピュータが備えられている。電池パック４３０からモータ制御部４３５に対して電池電源が供給されると共に、両者のマイクロコンピュータ間で電池パック４３０の情報が通信される。
　電池パック４３０は、例えば、電動ドライバ４３１に対して着脱自在とされる。電池パック４３０は、電動ドライバ４３１に内蔵されていてもよい。電池パック４３０は、充電時には充電装置に装着される。なお、電池パック４３０が電動ドライバ４３１に装着されているときに、電池パック４３０の一部が電動ドライバ４３１の外部に露出し、露出部分をユーザが視認できるようにしてもよい。例えば、電池パック４３０の露出部分にＬＥＤが設けられ、ＬＥＤの発光及び消灯をユーザが確認できるようにしてもよい。
　モータ制御部４３５は、例えば、モータ４３３の回転および停止、ならびに回転方向を制御する。さらに、過放電時に負荷への電源供給を遮断する。トリガースイッチ４３２は、例えば、モータ４３３とモータ制御部４３５の間に挿入され、ユーザがトリガースイッチ４３２を押し込むと、モータ４３３に電源が供給され、モータ４３３が回転する。ユーザがトリガースイッチ４３２を戻すと、モータ４３３の回転が停止する。
（無人航空機）
　本開示の二次電池を電動式航空機用の電源に適用した例について、図１１を参照して説明する。本開示の二次電池は、ドローンなどの無人航空機の電源として適用できる。図１１は、無人航空機の平面図である。無人航空機の基体は、中心部としての円筒状または角筒状の胴体部と、胴体部の上部に固定された支持軸４４２ａ～４４２ｆとを含んで構成される。図１１では、胴体部が６角筒状を有し、胴体部の中心から６本の支持軸４４２ａ～４４２ｆが等角間隔で放射状に延びるように構成されている。胴体部および支持軸４４２ａ～４４２ｆは、軽量であって強度の高い材料から構成されている。
　支持軸４４２ａ～４４２ｆの先端部には、回転翼の駆動源としてのモータ４４３ａ～４４３ｆがそれぞれ取り付けられている。モータ４４３ａ～４４３ｆの回転軸に回転翼４４４ａ～４４４ｆが取り付けられている。各モータを制御するためのモータ制御回路を含む回路ユニット４４５は支持軸４４２ａ～４４２ｆが交わる中心部（胴体部の上部）に取り付けられている。
　さらに、胴体部の下側の位置に動力源としてのバッテリ部が配置されている。バッテリ部は、１８０度の対向間隔を有するモータ及び回転翼の対に対して電力を供給するように３個の電池パックを有している。各電池パックは、例えばリチウムイオン二次電池と充放電を制御するバッテリ制御回路とを有する。電池パックとして電池パック３００を使用することができる。モータ４４３ａおよび回転翼４４４ａと、モータ４４３ｄおよび回転翼４４４ｄとが対を構成する。同様に、モータ４４３ｂおよび回転翼４４４ｂとモータ４４３ｅおよび回転翼４４４ｅとが対を構成し、モータ４４３ｃおよび回転翼４４４ｃとモータ４４３ｆおよび回転翼４４４ｆとが対を構成する。これらの対と電池パックとが等しい数とされている。
（車両用蓄電システム）
　本開示の二次電池を電動車両用の蓄電システムに適用した例について、図１２を参照して説明する。図１２に、本開示の二次電池が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいは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。
　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６０３、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については、上述した本開示の電池パック３００が適用され得る。
　ハイブリッド車両６００は、電力駆動力変換装置６０３を動力源として走行する。電力駆動力変換装置６０３の一例は、モータである。バッテリ６０８の電力によって電力駆動力変換装置６０３が作動し、この電力駆動力変換装置６０３の回転力が駆動輪６０４ａ、６０４ｂに伝達される。なお、必要な個所に直流－交流（ＤＣ－ＡＣ）あるいは逆変換（ＡＣ－ＤＣ変換）を用いることによって、電力駆動力変換装置６０３が交流モータでも直流モータでも適用可能である。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（スロットル開度）を制御したりする。各種センサ６１０には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。
　エンジン６０１の回転力は発電機６０２に伝えられ、その回転力によって発電機６０２により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。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電力駆動力変換装置６０３に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置６０３により生成された回生電力がバッテリ６０８に蓄積される。
　バッテリ６０８は、ハイブリッド車両６００の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口６１１を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。
　さらに、二次電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていてもよい。このような情報処理装置としては、例えば、二次電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う情報処理装置などがある。
　なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはバッテリに一旦貯めておいた電力を用いて、モータで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモータの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モータのみで走行、エンジンとモータ走行という３つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本開示の二次電池は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する、いわゆる電動車両に対しても本開示の二次電池は有効に適用可能である。
　本開示の実施例について説明する。
（実施例１）
　以下で説明するように、図３Ａに示した略正六角形の水平断面を有する電極巻回体２０を備えた円筒型の二次電池１を作製したのち、その電池特性を評価した。二次電池１の寸法は、直径２１．２ｍｍ、長さ７０ｍｍとした。
［作製方法］
　まず、正極集電体２１Ａとして、厚さ１２μｍのアルミニウム箔を用意した。次に、正極活物質としてリチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（ＮＣＡ）のＮｉ比率が８５%以上の層状リチウム酸化物と、ポリフッ化ビニリデンからなる正極結着材と、カーボンブラック、アセチレンンブラック、およびケッチェンブラックが混合された導電助剤とを混合することにより正極合剤を得た。正極活物質と、正極結着材と、導電助剤との混合比率は９５：２：３とした。続いて、有機溶剤（Ｎ－メチル－２－ピロリドン）に正極合剤を投入したのち、その有機溶剤を撹拌することにより、ペースト状の正極合剤スラリーを調製した。続いて、コーティング装置を用いて正極集電体２１Ａの両面の所定の領域に正極合剤スラリーを塗布したのち、その正極合剤スラリーを乾燥させることにより、正極活物質層２１Ｂを形成した。また、正極露出部２１２の表面であって正極被覆部２１１に隣接する部位に、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含んだ塗料を塗布し乾燥させることによって幅３ｍｍ、厚さ８μｍの絶縁層１０１を形成した。そののち、ロールプレス機を用いて正極活物質層２１Ｂを圧縮成型した。以上により、正極被覆部２１１および正極露出部２１２を有する正極２１を得た。ここで、正極被覆部２１１のＷ軸方向の幅を６０ｍｍとし、正極露出部２１２のＷ軸方向の幅を７ｍｍとした。また、正極２１のＬ軸方向の長さを１７００ｍｍとした。なお、得られた正極２１では、正極活物質層２１Ｂの面積密度が２５．０ｍｇ／ｃｍ２であり、正極活物質層２１Ｂの体積密度は３．５５ｇ／ｃｍ３であった。また、正極被覆部２１１の厚さＴ１は７０．４μｍであった。
　また、負極集電体２２Ａとして、厚さ８μｍの銅箔を用意した。次に、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素および黒鉛からなる炭素材料と、ＳｉＯとを混合した負極活物質と、ポリフッ化ビニリデンからなる負極結着材と、カーボンブラック、アセチレンンブラック、およびケッチェンブラックが混合された導電助剤とを混合することにより負極合剤を得た。負極活物質と、負極結着材と導電助剤との混合比率は９５：３．５：１．５とした。また、負極活物質のうち、黒鉛とＳｉＯとの混合比率を９５：５とした。続いて、有機溶剤（Ｎ－メチル－２－ピロリドン）に負極合剤を投入したのち、その有機溶剤を撹拌することにより、ペースト状の負極合剤スラリーを調製した。続いて、コーティング装置を用いて負極集電体２２Ａの両面の所定の領域に負極合剤スラリーを塗布したのち、その負極合剤スラリーを乾燥させることにより、負極活物質層２２Ｂを形成した。そののち、ロールプレス機を用いて負極活物質層２２Ｂを圧縮成型した。以上により、負極被覆部２２１および負極露出部２２２を有する負極２２を得た。ここで、負極被覆部２２１のＷ軸方向の幅を６２ｍｍとし、負極露出部２２２の第１部分２２２ＡのＷ軸方向の幅を４ｍｍとした。また、負極２２のＬ軸方向の長さを１７６０ｍｍとした。なお、得られた負極２２では、負極活物質層２２Ｂの面積密度が１０．８２ｍｇ／ｃｍ２であり、負極活物質層２２Ｂの体積密度は１．５０ｇ／ｃｍ３であった。また、負極被覆部２２１の厚さは８０．１μｍであった。
　続いて、正極露出部２１２と負極露出部２２２の第１部分２２２ＡとがＷ軸方向において互いに反対側となるように、正極２１と負極２２とを第１セパレータ部材２３Ａおよび第２セパレータ部材２３Ｂを介して重ねることにより積層構造Ｓ２０を作製した。その際、Ｗ軸方向において、正極活物質層２１Ｂが負極活物質層２２Ｂからはみ出さないように積層構造Ｓ２０を作製した。第１セパレータ部材２３Ａおよび第２セパレータ部材２３Ｂとして、６５ｍｍの幅および１４μｍの厚さを有するポリエチレンシートを使用した。積層構造Ｓ２０を作製する際、第１セパレータ部材２３Ａの内周側端部２３Ａ１および第２セパレータ部材の内周側端部２３Ｂ１を折り返し、それら内周側端部２３Ａ１および内周側端部２３Ｂ１を正極２１の内周側端縁２１Ｅ２と負極２２との間に挟むようにした。そののち、直径が３．０ｍｍの正六角柱状の巻き芯を使用し、その巻き芯に積層構造Ｓ２０を巻き付けるように積層構造Ｓ２０を渦巻き状に巻回した。なお、巻き芯の直径とは、その断面である正六角形の外接円の直径である。次に、巻回された積層構造Ｓ２０の最外周に固定テープ４６を貼り付け、巻き芯を抜いた。これにより、中央に貫通孔２６を有する電極巻回体２０を得た。また、電極巻回体２０の最内周部分は、水平断面において略正六角形の形状を有するものとなった。
　次に、厚さ０．５ｍｍの平板の端を電極巻回体２０の端面４１，４２に対してＺ軸方向に押し付けることで、端面４１，４２を局所的に折り曲げ、貫通孔２６から径方向（Ｒ方向）に放射状に延びる溝４３を作製した。
　続いて、電極巻回体２０の上方および下方から実質的に同時に、かつ実質的に同じ圧力を端面４１および端面４２に対して略垂直方向に加えることで、正極露出部２１２と負極露出部２２２の第１部分２２２Ａとをそれぞれ折り曲げて、端面４１および端面４２をそれぞれ平坦面とした。このとき、端面４１および端面４２にある正極露出部２１２の第１縁部２１２Ｅおよび負極露出部２２２の第２縁部２２２Ｅが、貫通孔２６に向かって重なりつつ折れ曲がるようにした。そののち、端面４１に正極集電板２４の扇状部３１をレーザ溶接により接合すると共に、端面４２に負極集電板２５の扇状部３３をレーザ溶接により接合した。
　次に、電極巻回体２０の所定の位置に絶縁テープ５３，５４を貼付けたのち、正極集電板２４の帯状部３２を折り曲げて絶縁板１２の穴１２Ｈに帯状部３２を挿通させると共に、負極集電板２５の帯状部３４を折り曲げて絶縁板１３の穴１３Ｈに帯状部３４を挿通させた。
　次に、外装缶１１内に、上記のように組立てを行った電極巻回体２０を挿入したのち、外装缶１１の底部と負極集電板２５とを溶接した。そののち、外装缶１１の開放端部１１Ｎの近傍にくびれ部を形成した。さらに、電解液を外装缶１１内に注入したのち、正極集電板２４の帯状部３２と安全弁機構３０とを溶接した。
　電解液として、主溶媒としてのエチレンカーボネート（ＥＣ）およびジメチルカーボネート（ＤＭＣ）に、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）およびスクシノニトリル（ＳＮ）を添加した溶媒と、電解質塩としてＬｉＢＦ4およびＬｉＰＦ6を含むものを用いた。本実施例のリチウムイオン二次電池では、電解液におけるＥＣ，ＤＭＣ，ＦＥＣ，ＳＮ，ＬｉＢＦ4，およびＬｉＰＦ6の各々の含有率（重量％）は、１２．７：５６．２：１２．０：１．０：１．０：１７．１とした。
　最後に、くびれ部を利用してガスケット１５、安全弁機構３０および電池蓋１４で密封した。
　以上により、実施例１の二次電池１を得た。
［電池特性の評価］
　上記のようにして得た実施例１の二次電池１の電池特性を評価したところ、表１に示した結果が得られた。具体的には、下記の試験条件により２００回、４００回および５００回の充放電サイクル試験を実施し、２００回、４００回および５００回の各サイクル試験後の正極の破断の有無を確認した。充放電サイクル試験は、３Ａの定電流で４．２Ｖの電圧まで充電したのち、１０Ａの定電流で２．５Ｖの電圧まで放電する操作を１サイクルとし、これを２００サイクル、４００サイクルまたは５００サイクル繰り返した。また、初期容量［ｍＡｈ］の測定も実施した。なお、実施環境温度は０±１℃とした。０±１℃という実施環境温度は、室温よりもリチウム析出が生じやすく、電極巻回体の内周部分の集電体により負荷がかかる試験条件である。電池特性の評価結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　サイクル試験後の正極集電体２１Ａの破断の有無の確認は次のように行った。まず、サイクル試験後の各二次電池を解体し、正極２１を取り出した。次いで、正極２１について表面側から光を照射した状態で裏面側から目視観察した。その際、裏面側で光漏れが認められた場合には、正極２１の一部に亀裂が生じていることから正極集電体２１Ａの破断が有ったと判断した。また、光漏れの箇所を破断箇所としてカウントした。
（実施例２～７）
　直径が３．０ｍｍの正七～十二角柱状の巻き芯をそれぞれ使用し、各々の巻き芯に積層構造Ｓ２０を巻き付けるように積層構造Ｓ２０を渦巻き状に巻回することで、水平断面が略正七～十二角形の形状を有する電極巻回体２０をそれぞれ作製した。その点を除き、他の要件は実施例１と同様にして二次電池をそれぞれ作製し、実施例１と同様の評価をそれぞれ行った。それらの結果を併せて表１に示す。
（実施例８）
　正極２１を作製するにあたり、正極活物質層２１Ｂの厚さを調整することにより、正極活物質層２１Ｂの面積密度を５５．０ｍｇ／ｃｍ２とした。また、直径が３．０ｍｍの正八角柱状の巻き芯を使用し、その巻き芯に積層構造Ｓ２０を巻き付けるように積層構造Ｓ２０を渦巻き状に巻回することで、水平断面が略正八角形の形状を有する電極巻回体２０をそれぞれ作製した。それらの点を除き、他の要件は実施例１と同様にして二次電池を作製し、実施例１と同様の評価を行った。その結果を併せて表１に示す。
（実施例９）
　正極２１を作製するにあたり、正極活物質層２１Ｂの厚さを調整することにより、正極活物質層２１Ｂの面積密度を６０．０ｍｇ／ｃｍ２とした。また、直径が３．０ｍｍの正八角柱状の巻き芯を使用し、その巻き芯に積層構造Ｓ２０を巻き付けるように積層構造Ｓ２０を渦巻き状に巻回することで、水平断面が略正八角形の形状を有する電極巻回体２０をそれぞれ作製した。それらの点を除き、他の要件は実施例１と同様にして二次電池を作製し、実施例１と同様の評価を行った。その結果を併せて表１に示す。
（実施例１０）
　正極２１を作製するにあたり、正極活物質層２１Ｂの厚さを調整することにより、正極活物質層２１Ｂの面積密度を２０．０ｍｇ／ｃｍ２とした。その点を除き、他の要件は実施例１と同様にして二次電池を作製し、実施例１と同様の評価を行った。その結果を併せて表１に示す。
（比較例１～４）
　直径が３．０ｍｍの正三～五角柱状もしくは十三角柱状の巻き芯をそれぞれ使用し、各々の巻き芯に積層構造Ｓ２０を巻き付けるように積層構造Ｓ２０を渦巻き状に巻回することで、水平断面が略正三～五角形もしくは十三角形の形状を有する電極巻回体２０をそれぞれ作製した。その点を除き、他の要件は実施例１と同様にして二次電池をそれぞれ作製し、実施例１と同様の評価をそれぞれ行った。それらの結果を併せて表１に示す。
（比較例５）
　直径が３．０ｍｍの円柱状の巻き芯を使用し、その巻き芯に積層構造Ｓ２０を巻き付けるように積層構造Ｓ２０を渦巻き状に巻回することで、水平断面が略円形の形状を有する電極巻回体２０を作製した。その点を除き、他の要件は実施例１と同様にして二次電池を作製し、実施例１と同様の評価を行った。その結果を併せて表１に示す。
［考察］
　表１に示したように、実施例１～５，８，１０では、２００回のサイクル試験後、４００回のサイクル試験後、および５００回のサイクル試験後の全てにおいて、正極集電体２１Ａの破断は生じなかった。実施例６および実施例７では、５００回のサイクル試験後のみにおいて正極集電体２１Ａの破断がそれぞれ１か所発生した。実施例９では、２００回のサイクル試験後には正極集電体２１Ａの破断は生じなかったものの、４００回のサイクル試験後および５００回のサイクル試験後に正極集電体２１Ａの破断が１か所ずつ発生した。
　これに対し、比較例１～５では、２００回のサイクル試験後、４００回のサイクル試験後、および５００回のサイクル試験後の全てにおいて、正極集電体２１Ａの破断が発生した。
　なお、実施例１０では、２００回のサイクル試験後、４００回のサイクル試験後、および５００回のサイクル試験後の全てにおいて、正極集電体２１Ａの破断は生じなかったものの、実施例１～９と比較して初期容量が低い値となった。
　以上の結果から、電極巻回体２０の最内周部分の水平断面が、６以上１２以下の頂点Ｖを含む略多角形の形状を有することにより、充放電に伴う電極巻回体２０の膨張収縮が繰り返し行われた場合であっても正極集電体２１Ａの破断が生じにくく、より高い信頼性を得ることができることが確認できた。
　また、実施例１～８と、実施例９～１０との比較から、正極活物質層２１Ｂの面積密度を２５ｍｇ／ｃｍ２以上５５ｍｇ／ｃｍ２以下とすることにより、高容量化を図りつつ、より高い信頼性を得ることが可能なことがわかった。さらに、実施例１～５と、実施例６～７との比較から、電極巻回体２０の最内周部分の水平断面が、６以上１０以下の頂点Ｖを含む略多角形の形状を有することにより、よりいっそう高い信頼性を得ることが可能なことがわかった。
　以上、一実施形態および実施例を挙げながら本開示に関して説明したが、本開示の構成は、一実施形態および実施例において説明された構成に限定されず、種々に変形可能である。
　具体的には、上記一実施形態および実施例では、電極反応物質がリチウムである場合に関して説明したが、その電極反応物質は、特に限定されない。このため、電極反応物質は、上記したように、ナトリウムおよびカリウムなどの他のアルカリ金属でもよいし、ベリリウム、マグネシウムおよびカルシウムなどのアルカリ土類金属でもよい。この他、電極反応物質は、アルミニウムなどの他の軽金属でもよい。
　また、上記一実施形態および実施例では、正極集電板を正極露出部に接続すると共に負極集電板を負極露出部に接続するようにした、いわゆるタブレス構造の電池を例示して説明したが、本開示はこれに限定されるものではない。本開示は、例えば短冊状の正極端子を正極露出部に接続すると共に、短冊状の負極端子を負極露出部に接続するようにした、タブ付き構造の電池をも包含する概念である。
　本明細書中に記載された効果はあくまで例示であり、本開示の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されない。よって、本開示に関して、他の効果が得られてもよい。

Claims (17)

  1. 　正極と負極とがセパレータを介して積層された積層構造が、第１の方向に延びる中心軸を中心に巻回されてなる電極巻回体と、
    　電解液と、
    　前記電極巻回体および前記電解液を収容する電池缶と
    　を備え、
    　前記電極巻回体の最内周部分は、前記第１の方向と直交する断面において、６以上１２以下の頂点を含む形状を有する
    　二次電池。
  2. 　前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体に設けられた負極活物質層とを含み、
    　前記頂点の数は、以下の（１）から（３）の手順により算出される、前記断面における前記中心軸の位置と前記電極巻回体の最内周部分を構成する前記負極の前記負極集電体との距離の極大値の数である
    　請求項１記載の二次電池。
    　（１）前記電極巻回体にＸ線を照射しつつ、前記中心軸を中心として前記電極巻回体を回転させ、検出器により前記電極巻回体の前記断面のＣＴ（Computed Tomography）画像を取得する。
    　（２）前記ＣＴ画像から、前記距離を所定の回転角度ごとに取得する。
    　（３）取得された前記距離の極大値の数を検出する。
  3. 　前記ＣＴ画像において、前記電極巻回体の前記中心軸の位置は、前記負極集電体の、最内周部分である第１周部分から第３周部分までの回転角度０．４°刻みの複数の座標の各々から最短の距離となる位置である
    　請求項２記載の二次電池。
  4. 　前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体に設けられた正極活物質層とを含み、
    　前記正極活物質層の面積密度が２５ｍｇ／ｃｍ２以上５５ｍｇ／ｃｍ２以下である
    　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の二次電池。
  5. 　前記断面の形状は、６以上１０以下の頂点を含む形状である
    　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の二次電池。
  6. 　前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体に設けられた正極活物質層とを含み、
    　前記正極では、前記電極巻回体の巻回方向において、前記正極の外周側端縁から前記正極の内周側端縁に至るまで前記正極集電体に前記正極活物質層が被覆されている
    　請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の二次電池。
  7. 　前記セパレータは、前記基材として、ポリオレフィンを含む多孔膜を含み、
    　前記多孔膜の厚さは７μｍ以上１５μｍ以下であり、
    　前記多孔膜の面密度は、４．４ｇ／ｍ２以上８．３ｇ／ｍ２以下である
    　請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の二次電池。
  8. 　前記電極巻回体のうちの、前記第１の方向における第１端面と対向するように配置された正極集電板と、
    　前記電極巻回体のうちの、前記第１の方向における前記第１端面と反対側の第２端面と対向するように配置された負極集電板と
    　をさらに備え、
    　前記正極は、正極集電体に正極活物質層が被覆されている正極被覆部と、前記正極集電体が前記正極活物質層に覆われずに露出し前記正極集電板と接合された正極露出部とを有し、
    　前記中心軸を中心に巻回された前記正極露出部のうちの前記電極巻回体の径方向に隣り合う複数の第１縁部が、互いに重なり合うように前記中心軸に向かって折れ曲がっている
    　請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の二次電池。
  9. 　前記負極は、負極集電体に負極活物質層が被覆されている負極被覆部と、前記負極集電体が前記負極活物質層に覆われずに露出し前記負極集電板と接合された負極露出部とを有し、
    　前記中心軸を中心に巻回された前記負極露出部のうちの前記径方向に隣り合う複数の第２縁部が、互いに重なり合うように前記中心軸に向かって折れ曲がっている
    　請求項８記載の二次電池。
  10. 　前記負極は、珪素、珪素酸化物、炭素珪素化合物、および珪素合金のうちの少なくとも1つを含有する負極活物質を含む
    　請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の二次電池。
  11. 　前記正極は、コバルト酸リチウム、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物、およびリチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物のうちの少なくとも１種を含有する正極活物質を含む
    　請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の二次電池。
  12. 　請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の二次電池と、
    　前記二次電池を制御する制御部と、
    　前記二次電池を内包する外装体と
    　を有する電池パック。
  13. 　請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の二次電池と、
    　前記二次電池から供給された電力を駆動力に変換する変換部と、
    　前記駆動力に応じて駆動する駆動部と、
    　前記二次電池の動作を制御する制御部と
    を備えた電動車両。
  14. 　請求項１２に記載の電池パックと、
    　複数の回転翼と、
    　前記回転翼をそれぞれ回転させるモータと、
    　前記回転翼及びモータをそれぞれ支持する支持軸と、
    　前記モータの回転を制御するモータ制御部と、
    　前記モータに電力を供給する電力供給ラインとを備え、
    　前記電池パックが前記電力供給ラインに接続されている
    　電動式航空機。
  15. 　請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の二次電池と、
    　前記二次電池から電力を供給される可動部と
    　を備えた電動工具。
  16. 　請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の二次電池を電力供給源として備えた電子機器。
  17. 　正極と負極とをセパレータを介して積層して積層構造を作製することと、
    　第１の方向に延びると共に前記第１の方向と直交する断面がｎ角形（ｎは６以上１２以下の自然数）である巻き芯の周囲に、前記積層構造を巻き付けることと
    　を含む
    　二次電池用電極巻回体の製造方法。
PCT/JP2023/010213 2022-03-28 2023-03-16 二次電池、電池パック、電子機器、電動工具、電動式航空機、および電動車両、ならびに二次電池用電極巻回体の製造方法 WO2023189636A1 (ja)

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