(57)【要約】【課題】円筒状芯体に電極積層体を捲回して渦巻き状電極群を作製するに際し、精密な位置決めを不用にし、巻きずれ不良の発生などを防止し、生産効率を向上させる。また、高エネルギー密度を有しかつ安全性の高い円筒形二次電池を得る。【解決手段】渦巻き状電極群２を含む円筒形二次電池１であって、渦巻き状電極群２は電極積層体５と円筒状芯体６とを含む。電極積層体５は、正極１１と負極１２とがセパレータ１３を介して重ね合わされたものである。電極積層体５の長手方向の一端部においてセパレータ１３が円筒状芯体６表面に直接溶着された状態で、電極積層体５が円筒状芯体６に捲回されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極群、非水電解質および円筒形電池ケースを含み、電極群が、表面の少なくとも一部に粗面部が設けられた円筒状芯体と、帯状の正極板と帯状の負極板とをセパレータを介して重ね合せた電極積層体であって、円筒状芯体に捲回された電極積層体とを含み、電極積層体の長手方向の一端において電極積層体に含まれるセパレータの端部が円筒状芯体表面の粗面部に熱溶着されている渦巻き状電極群である円筒形電池。
【請求項２】
円筒状芯体が、金属製パイプ部材である請求項１に記載の円筒形電池。
【請求項３】
円筒状芯体の粗面部の表面粗さＲａが０．２μｍ以上である請求項１または２に記載の円筒形電池。
【請求項４】
円筒状芯体の長手方向に垂直な方向の断面形状が正ｎ角形（但しｎは６以上の整数を示す）である請求項１または２に記載の円筒形電池。
【請求項５】
円筒状芯体が、その表面に樹脂被覆層を有している請求項１または２に記載の円筒形電池。
【請求項６】
帯状の正極板と帯状の負極板とをセパレータを介して重ね合わせ、電極積層体を得る積層工程と、
電極積層体の幅方向と、円筒状芯体の軸線が延びる方向とが一致するように、電極積層体の長手方向の一端におけるセパレータを円筒状芯体表面に接触させて熱溶着する溶着工程と、
円筒状芯体表面におけるセパレータの溶着部分を起点にして、電極積層体を円筒状芯体に捲回して渦巻き状電極群を得る捲回工程と、
円筒形電池ケースの内部に渦巻状電極群および非水電解質を収容し、円筒形電池ケースの開口を封口する組立工程とを含む円筒形電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒形電池およびその製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は主に、電極群の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近では、電子機器のポータブル化、コードレス化が急速に進み、これらの駆動用電源として、小型かつ軽量で、高エネルギー密度を有する二次電池が要望されている。現在、電子機器用の二次電池としては、非水電解質二次電池が主流になっており、その中でもリチウムイオン二次電池が注目を集めている。リチウムイオン二次電池は高エネルギー密度を有し、高電圧放電が可能である。しかしながら、最新型の電子機器には多種多様な機能が付加され、その駆動にはさらなる高電圧が必要になり、電力消費量も増大している。したがって、その電源として使用される二次電池にはより一層の高エネルギー密度化が求められている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池の高エネルギー密度化には、高容量の活物質の開発、正極、負極およびセパレータを含む電極群の構造の改良などが行われている。たとえば、正極と負極とをセパレータを介して重ね合せた電極積層体を渦巻き状に捲回した捲回型電極群は、高エネルギー密度化には有効である。しかしながら、電池のエネルギー密度を高めると、内部短絡、過充電などに伴う発熱が大きくなり、電池の安全性が低下するという問題が生じる。
【０００４】
そこで、電池の高エネルギー密度化と安全性とを両立させるための技術が種々提案されている。たとえば、中心に空隙部を有する渦巻き状電極群と、該電極群の空隙部に挿入される円筒状の金属製センターピンとを含む非水電解質二次電池が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１の技術において、センターピンは、その長さがセパレータの幅よりも小さいという特徴を有している。特許文献１によれば、外部から高圧が付加された場合でも、変形が起こり難く、安全性の高い電池が得られると記載されている。
【０００５】
特許文献１では、巻芯である円筒状芯体に電極積層体を捲回して渦巻き状電極群を作製し、渦巻き状電極群の中心にある円筒状芯体を取り除き、円筒状芯体が取り除かれた後の空隙部にセンターピンを挿入している。しかしながら、センターピンを挿入する際に、位置ずれ、センターピンがセパレータに引っ掛かることなどにより、センターピンの挿入不良が発生し易いという問題がある。センターピンの挿入不良は、内部短絡を発生させる原因にもなりかねない。また、製造工程において不良品率が上昇し、生産コストを高めることにもなる。
【０００６】
また、電極積層体に含まれる２枚重ねのセパレータの端部を円筒状芯体表面に溶着した状態で、電極積層体を円筒状芯体に捲回した渦巻き状電極群が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。特許文献２の電極積層体では、電極板の中で最も外側に位置する正極板の両側に、電極積層体の長手方向に突出する２枚重ねのセパレータをそれぞれ配置している。突出したセパレータの端部は溶着され、さらに溶着された端部は円筒状芯体表面に溶着されている。
【０００７】
特許文献２では、渦巻き状電極群を作製する際に用いられる円筒状芯体を除去することなく、そのまま、電池の変形防止用のセンターピンとしても機能させている。したがって、渦巻き状電極群から巻芯を除去する工程および巻芯を除去した後の空隙部にセンターピンを挿入する工程を省略でき、生産性が向上する。なお、特許文献２では、ピンホールの発生を防止するために、２枚重ねのセパレータを使用している。
【０００８】
特許文献２では、少なくとも４枚のセパレータの端部を溶着させた後、さらにセパレータの溶着された端部を円筒状芯体表面溶着する構成を採用している。すなわち、溶着を２度行っている。これは、４枚のセパレータの端部を円筒状芯体表面に直接溶着すると、溶着が不十分なセパレータが発生するためと考えられる。しかしながら、溶着を２度行う構成を採っても、次のような不都合が発生し易い。
【０００９】
１度目の溶着では、４枚のセパレータの端部がほぼ同じ位置に存在しないと、部分的な溶着不良が生じるおそれがある。端部の溶着不良が生じた状態で円筒状芯体表面に溶着して捲回を行うと、捲回時に付与される張力により、溶着が不十分なセパレータの位置ずれが起こり、内部短絡が発生する原因になるおそれがある。したがって、４枚のセパレータの位置決めを精密に行うことが必要になり、電極積層体を作製する工程における操作が煩雑になり、かつ長時間を要し、工業的に不利である。
【００１０】
また、１度目の溶着で４枚のセパレータの端部が溶着されるが、４枚という比較的多い数のセパレータを溶着するので、溶着部分の形状、厚みなどが不均一になり易い。この状態で溶着部分を円筒状芯体の表面に溶着させると、部分的な溶着不良が生じるおそれがある。その状態で電極積層体を捲回すると、巻きずれ不良が発生し易くなる。さらに、２枚重ねのセパレータを使用することで、その部分だけ摩擦係数が変化する。その結果、４枚のセパレータの位置決めが正確であっても、捲回時に付加される張力により、正極板または負極板の位置ずれが起こる可能性がある。
【００１１】
また、特許文献２には、４枚のセパレータが溶着された端部を、粘着テープにより円筒状芯体表面に固定し、電極積層体を捲回した渦巻き状電極群が記載されている。しかしながら、特許文献２には、量産工程において、セパレータの溶着された端部を粘着テープにより固定するための具体的な手法が記載されていない。特に、粘着テープを、セパレータの溶着された端部と円筒状芯体との間に貼着するための位置決めが困難である。粘着テープの貼着位置がずれると、電極積層体を捲回する際に、巻きずれ不良が発生するおそれがある。また、粘着テープは電池の使用期間全般において電池内に存在することになるので、内部短絡その他の不都合が発生するのを防止する観点から、その材質が限定される。この点でも、工業的に不利である。
【特許文献１】特許第３１４３９５１号明細書
【特許文献２】特開２００１−１８５２２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、精密な位置決めを必要とせず、電極積層体を捲回する際に、巻きずれ不良、セパレータおよび電極板のずれなどが非常に起こり難い方法で作製された渦巻き状電極群を含む円筒形電池およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った。その結果、特許文献２のように、少なくとも４枚のセパレータの端部を溶着した後、さらに円筒状芯体に溶着するのではなく、円筒状芯体に溶着するセパレータの数を減らすとともに、円筒状芯体の表面に粗面部を設け、セパレータの端部を円筒状芯体の粗面部に直接溶着する構成を見出した。この構成によれば、電極積層体を円筒状芯体に捲回する際に、巻きずれ不良、セパレータおよび電極板のずれなどが却って起こり難いことを見出した。また、精密な位置決めを行うことなく、セパレータの端部を円筒状芯体に溶着できることを見出した。本発明者は、これらの知見に基づいて、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち本発明は、電極群、非水電解質および円筒形電池ケースを含み、電極群が、表面の少なくとも一部に粗面部が設けられた円筒状芯体と、帯状の正極板と帯状の負極板とをセパレータを介して重ね合せた電極積層体であって、円筒状芯体に捲回された電極積層体とを含み、電極積層体の長手方向の一端において電極積層体に含まれるセパレータの端部が円筒状芯体表面の粗面部に熱溶着されている渦巻き状電極群である円筒形電池に係る。
【００１５】
円筒状芯体は、金属製パイプ部材であることが好ましい。
円筒状芯体の粗面部の表面粗さＲａは、０．２μｍ以上であることが好ましい。なお、円筒状芯体の表面全体が粗面であっても良い。
円筒状芯体の長手方向に垂直な方向の断面形状は、正ｎ角形（但しｎは６以上の整数を示す）であることが好ましい。
円筒状芯体は、その表面に樹脂被覆層を有していることが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、帯状の正極板と帯状の負極板とをセパレータを介して重ね合わせ、電極積層体を得る積層工程と、
電極積層体の幅方向と、円筒状芯体の軸線が延びる方向とが一致するように、電極積層体の長手方向の一端におけるセパレータを円筒状芯体表面に接触させて熱溶着する溶着工程と、
円筒状芯体表面におけるセパレータの溶着部分を起点にして、電極積層体を円筒状芯体に捲回して渦巻き状電極群を得る捲回工程と、
円筒形電池ケースの内部に渦巻状電極群および非水電解質を収容し、円筒形電池ケースの開口を封口する組立工程とを含む円筒形電池の製造方法に係る。
に熱溶着することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の円筒形電池は、巻きずれ不良、電極板のずれなどがなく、しかも円筒状芯体によって補強された渦巻き状電極群を含んでいる。したがって、本発明の円筒形電池は、内部短絡が発生する可能性が非常に低く、外部から強い応力が付加されても変形が起こらない安全性の高い電池である。また、本発明の円筒形電池は、渦巻き状電極群を含んでいることから、エネルギー密度が高く、高電圧放電が可能である。したがって、本発明の円筒形電池は、外部からの応力に晒されやすく、かつ高電圧の電流の供給を必要とする携帯用電子機器の電源として特に有効である。
【００１８】
本発明の製造方法によれば、渦巻き状電極群を作製する工程において、円筒状芯体に対する電極積層体の位置決めを容易に行うことができ、巻きずれ不良、電極板のずれなどを伴うことなく、電極積層体を円筒状芯体に効率よく捲回できる。したがって、本発明の製造方法によれば、上記したような種々の利点を有する本発明の円筒形電池を工業的に有利に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の実施形態の１つである円筒形二次電池１の構成を簡略化して示す縦断面図である。円筒形二次電池１は、渦巻き状電極群２、正極リード１４、負極リード１５、上部絶縁板１６、下部絶縁板１７、円筒形電池ケース１８、封口板１９、正極端子２０および図示しない非水電解質を含むリチウムイオン二次電池である。
【００２０】
渦巻き状電極群２は、電極積層体５および円筒状芯体６を含む。
電極積層体５は、正極１１、負極１２およびセパレータ１３を含み、正極１１と負極１２とがセパレータ１３を介して重ね合わされている。電極積層体５は、正極１１、セパレータ１３、負極１２およびセパレータ１３がこの順番で重ね合わされたものを基準単位とし、この基準単位が１つで構成されてもよく、複数で構成されてもよい。
【００２１】
また、電極積層体５は、その長手方向の一端において電極積層体５に含まれるセパレータ１３が円筒状芯体６表面に直接熱溶着されている。セパレータ１３は、その幅方向と円筒状芯体６の長手方向とが一致するように溶着される。電極積層体５は、その溶着部分を起点にして、円筒状芯体６に捲回されている。このように構成することにより、セパレータ１３の溶着不良、巻きずれ不良、捲回中における電極積層体５内部での正極１１、負極１２またはセパレータ１３のずれなどが防止され、渦巻き状電極群２を効率良く、工業的に有利に製造できる。また、セパレータ１３を粘着テープにより円筒状芯体６に固定する場合に比べて、部品数が少なくなり、工程が簡略化されるので、製造コストの低減化が可能になり、工業的に有利である。
【００２２】
電極積層体５に含まれる正極１１は、図示しない正極集電体と正極活物質層とを含む。
正極集電体は、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンなどからなる金属箔である。金属箔は無孔でも多孔質でもよい。金属箔の厚みは特に制限されないが、好ましくは１〜５００μｍ、さらに好ましくは５〜２０μｍである。金属箔の厚みを前記範囲から選択することにより、正極板の剛性を保持しつつ、電池の軽量化を達成できる。
【００２３】
正極活物質層は、正極集電体の一方または両方の表面に形成される。本実施形態では、正極活物質層は、両方の表面に形成されている。正極活物質層は、正極活物質を含有し、さらに必要に応じて、結着剤、導電材などを含有する。
正極活物質としては、非水電解質二次電池の分野で常用されるものを使用できるが、容量、安全性などを考慮すると、リチウム含有複合金属酸化物などが好ましい。
【００２４】
リチウム含有複合金属酸化物としては、たとえば、ＬｉxＣｏＯ2、ＬｉxＮｉＯ2、ＬｉxＭｎＯ2、ＬｉxＣｏyＮｉ1-yＯ2、ＬｉxＣｏyＭ1-yＯz、ＬｉxＮｉ1-yＭyＯz、ＬｉxＭｎ2Ｏ4、ＬｉxＭｎ2-yＭyＯ4、ＬｉＭＰＯ4、Ｌｉ2ＭＰＯ4Ｆ（式中ＭはＮａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、ＳｂおよびＢよりなる群から選ばれる少なくとも１つの元素を示す。ｘはリチウム原子のモル比を示し、０〜１．２である。ｙは遷移金属原子のモル比を示し、０〜０．９である。ｚは酸素原子のモル比を示し、２〜２．３である。）などが挙げられる。なお、リチウム原子のモル比を示すｘの値は充放電に伴って増減する。
【００２５】
結着剤は特に制限されず、非水電解質二次電池の分野で常用されるものを使用できる。たとえば、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ニトロセルロース、フッ素樹脂、ゴム粒子などを使用できる。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体などが挙げられる。ゴム粒子としては、スチレン−ブタジエンゴム粒子、アクリロニトリル単位を含有するゴム粒子（以下「アクリロニトリル系ゴム粒子」とする）などが挙げられる。
【００２６】
これらの中でも、フッ素樹脂、アクリロニトリル系ゴム粒子が好ましく、アクリロニトリル系ゴム粒子が特に好ましい。アクリロニトリル系ゴム粒子を用いると、電池１の充放電特性が向上する。これは、アクリロニトリル系ゴム粒子が非水電解質に接触して湿潤または膨潤することにより、充放電時にリチウムイオンが正負極間を移動するパスをつくり、リチウムイオンが円滑に移動することによるものと考えられる。結着剤は１種を単独で使用できまたは必要に応じて２種以上を組み合わせて使用できる。
【００２７】
導電材としては、たとえば、天延黒鉛、人造黒鉛のグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック（登録商標）、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類などの炭素材料が挙げられる。導電材は１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００２８】
正極活物質層は、たとえば、正極合剤ペーストを正極集電体表面に塗布し、乾燥し、さらに必要に応じて圧延することにより形成できる。正極合剤ペーストは、たとえば、正極活物質を、必要に応じて、結着剤、導電材などとともに分散媒に添加して混合することにより調製できる。分散媒には、たとえば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミドなどを使用できる。
【００２９】
電極積層体５に含まれる負極１２は、図示しない負極集電体および負極活物質層を含む。
負極集電体は、たとえば、ステンレス鋼、ニッケル、銅、銅合金などからなる金属箔である。金属箔は無孔でも多孔質でもよい。金属箔の厚みは、好ましくは１〜５００μｍ、さらに好ましくは５〜２０μｍである。金属箔の厚みを前記範囲から選択することにより、負極板の剛性を保持しつつ、電池の軽量化を図ることができる。
【００３０】
負極活物質層は、負極集電体の一方または両方の表面に形成される。本実施の形態では、負極活物質層は負極集電体の両面に形成されている。負極活物質層は負極活物質を含有し、必要に応じて結着剤、増粘剤、導電材を含有する。
負極活物質としては、たとえば、炭素材料、シリコン含有複合材料、合金材料などが挙げられる。炭素材料としては、たとえば、各種天然黒鉛、コークス、黒鉛化途上炭素、炭素繊維、球状炭素、各種人造黒鉛、非晶質炭素などが挙げられる。シリコン含有複合材料としては、たとえば、シリサイドが挙げられる。負極活物質は１種を単独で使用できまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００３１】
結着剤および導電材は、正極活物質層に含有されても良い結着剤および導電材と同様のものを使用できる。結着剤としては、フッ素樹脂、スチレンブタジエンゴムなどが好ましい。増粘剤としては、たとえば、カルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。
【００３２】
負極活物質層は、たとえば、負極合剤ペーストを負極集電体表面に塗布し、乾燥し、必要に応じて圧延することにより形成できる。負極合剤ペーストは、たとえば、負極活物質を、必要に応じて、結着材、導電材、増粘剤などとともに分散媒に添加して混合することにより調製できる。増粘剤としては、たとえば、カルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。分散媒には、たとえば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、水などを使用できる。
【００３３】
電極積層体５に含まれるセパレータ１３は、正極１１と負極１２との間に配置され、正極１１と負極１２とを絶縁する。セパレータ１３には、たとえば、樹脂製多孔質シートを使用できる。樹脂製多孔質シートを構成する合成樹脂としては、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどポリオレフィン、ポリアミド、ポリアミドイミドなどが挙げられる。樹脂製多孔質シートには、樹脂繊維の不織布、織布なども含まれる。セパレータ１３は、樹脂製多孔質シート１枚からなる単層のものでもよく、または複数枚の積層体である複層のものでもよい。セパレータ１３の厚さは特に制限されないが、好ましくは１０〜３０μｍである。前記範囲から選択することにより、正負極間の絶縁性、非水電解質の保持性、電池の設計容量維持などが高い水準で発現する。
【００３４】
円筒状芯体６は、その表面の少なくとも一部に粗面部が設けられる。粗面部は、それ以外の部分よりも表面粗さが大きい部分である。粗面部にセパレータの長手方向の一端部が直接溶着される。したがって、粗面部は、セパレータの一端部の形状に対応するように、円筒状芯体６の幅方向の両端部近傍まで延び、かつ円筒状芯体６の円周方向の長さがたとえば２〜７ｍｍ程度であることが好ましい。また、粗面部を複数設けてもよい。たとえば、円筒状芯体６の幅方向において、断続的に、より具体的には点線状に設けてもよい。さらに、点線状の粗面部を、円筒状芯体６の円周方向に、所定の間隔を空けて複数設けてもよい。
【００３５】
なお、表面粗さＲａを設けた部分はセパレータ１３との溶着部分に限らず、円筒状芯体６の表面全体に設けても良い。このように円筒状芯体６の表面全体に設ければセパレータ１３との溶着部分の位置決めが不要になる効果がある。
【００３６】
粗面部は、表面粗さＲａが０．２μｍ以上であることが好ましい。ここで、表面粗さＲａは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−１９９４に基づいて測定および算出できる。粗面部の表面粗さＲａが０．２μｍ以上であると、セパレータ１３の端部が粗面部表面ひいては円筒状芯体６表面に一層強固に固定される。このため、セパレータ１３を円筒状芯体６表面に溶着した状態で、電極積層体５に捲回時の張力が付加されても、前記溶着部分の円筒状芯体６表面からの部分的な脱離などが防止され、巻きずれ不良が発生する可能性が一層減少する。
【００３７】
金属製パイプ部材であることが好ましい。金属製パイプ部材を構成する金属材料としては、たとえば、ステンレス鋼、表面にＦｅ／Ｎｉめっきを施した金属材料などが挙げられる。また、円筒状芯体６は、高硬度および高剛性のセラミックス材料などから作製することもできる。円筒状芯体６を高剛性の金属材料、セラミック材料などで構成することにより、次のような利点が得られる。渦巻き状電極群２は、充放電反応による正極１１および負極１２の膨張に伴って、体積膨張する。しかし、渦巻状電極群２は電池ケース１８に収容されているので、外方に向けて膨張できない。したがって、渦巻き状電極群２の体積膨張による応力は、渦巻き状電極群２の中心にある円筒状芯体６に集中する。円筒状芯体６を高剛性材料で構成することにより、体積膨張による応力に耐え、その円筒形状を保持できる。
【００３８】
体積膨張による応力に耐えられない材料で円筒状芯体６を構成すると、円筒状芯体６の変形ひいては渦巻き状電極群２の変形が起こり、充放電サイクル特性の低下し、内部短絡が発生する可能性がある。
また、高剛性の金属材料、セラミック材料などで構成された円筒状芯体６は、電池１が高温に晒されても、溶融することなく、電池１内部における通気孔として機能し、電池１の内部温度の上昇を抑制する。
【００３９】
また、円筒状芯体６の断面形状を、円形ではなく、正ｎ角形にするのが好ましい。ここで、円筒状芯体６の断面形状とは、円筒状芯体６の長手方向に垂直な方向の断面形状である。また、正ｎ角形におけるｎは６以上の整数である。これにより、セパレータ１３の溶着部分の面積が大きくなり、セパレータ１３の溶着部分が円筒状芯体６表面に一層強固に固定される。その結果、円筒状芯体６の粗面部の表面粗さＲａを０．２μｍ以上にする場合と同様の効果が得られる。また、渦巻き状電極群２において、電極積層体５と円筒状芯体６との間に僅かな隙間が出来るので、電極積層体５の放熱、電極積層体５の膨張により発生する応力の緩和などに有効である。これにより、電池１の安全性が一層向上する。
【００４０】
また、円筒状芯体６の表面には、熱可塑性樹脂からなる被覆層を設けてもよい。該被覆層は、熱可塑性樹脂と共に、適量の無機充填材を含んでいてもよい。これにより、セパレータ１３を一層確実にかつ強固に円筒状芯体６表面に溶着できる。その結果、円筒状芯体６の粗面部の表面粗さＲａを０．２μｍ以上にする場合と同様の効果が得られる。熱可塑性樹脂としては特に制限されないが、耐熱性の高いものが好ましく、たとえば、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンなどが挙げられる。
【００４１】
正極リード１４には、たとえば、アルミニウム、アルミニウム合金などを使用できる。アルミニウム合金における、アルミニウム以外の合金成分としては、たとえば、珪素、鉄、銅、マンガン、マグネシウム、亜鉛などが挙げられる。負極リード１５には、たとえば、ニッケル、銅、ニッケルと銅のクラッド材、銅のニッケルめっき材などを使用できる。なお、渦巻き状電極群２の最外周に負極１２が配置され、負極１２と電池ケース１８の内壁とが接触するように構成すれば、負極リード１５を省略できる。
【００４２】
上部絶縁板１６および下部絶縁板１７には、電気絶縁性を有する材料を使用でき、その中でも樹脂材料が好ましい。電池ケース１８は長手方向の一方の端部に開口を有する、有底円筒状部材である。電池ケース１８は、たとえば、鉄などの金属材料により作成される。封口板１９は電池ケース１８の開口を封止する部材であり、その上部の中央部に正極端子２０を有している。封口板１９は、たとえば、上部絶縁板１６を介して電池ケース１８の開口に装着される。
【００４３】
非水電解質は、溶質（支持塩）と非水溶媒とを含み、さらに必要に応じて各種添加剤を含む。溶質は通常非水溶媒中に溶解する。
溶質としては、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＣＯ2、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＢ10Ｃｌ10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、クロロボランリチウム、ホウ酸塩類、イミド塩類などが挙げられる。
【００４４】
ホウ酸塩類としては、ビス（１，２−ベンゼンジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（２，３−ナフタレンジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（２，２’−ビフェニルジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（５−フルオロ−２−オレート−１−ベンゼンスルホン酸−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウムなどが挙げられる。イミド塩類としては、ビストリフルオロメタンスルホン酸イミドリチウム（（ＣＦ3ＳＯ2）2ＮＬｉ）、トリフルオロメタンスルホン酸ノナフルオロブタンスルホン酸イミドリチウム（（ＣＦ3ＳＯ2）（Ｃ4Ｆ9ＳＯ2）ＮＬｉ）、ビスペンタフルオロエタンスルホン酸イミドリチウム（（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2ＮＬｉ）などが挙げられる。溶質は１種を単独で用いてもよくまたは必要に応じて２種以上を組み合わせて用いてもよい。溶質の非水溶媒に対する溶解量は、０．５〜２モル／Ｌの範囲内とすることが望ましい。
【００４５】
非水溶媒としては、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステルなどが挙げられる。環状炭酸エステルとしては、たとえば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）などが挙げられる。鎖状炭酸エステルとしては、たとえば、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）などが挙げられる。環状カルボン酸エステルとしては、たとえば、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、γ−バレロラクトン（ＧＶＬ）などが挙げられる。非水溶媒は１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００４６】
添加剤としては、たとえば、充放電効率を向上させる材料、電池を不活性化させる材料などが挙げられる。充放電効率を向上させる材料としては、たとえば、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、４−メチルビニレンカーボネート、４，５−ジメチルビニレンカーボネート、４−エチルビニレンカーボネート、４，５−ジエチルビニレンカーボネート、４−プロピルビニレンカーボネート、４，５−ジプロピルビニレンカーボネート、４−フェニルビニレンカーボネート、４，５−ジフェニルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）、ジビニルエチレンカーボネートなどが挙げられる。これらは単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００４７】
電池を不活性化させる材料は、たとえば、電池の過充電時に分解して電極表面に被膜を形成することによって電池を不活性化する。このような材料としては、たとえば、ベンゼン誘導体が挙げられる。ベンゼン誘導体としては、たとえば、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、ジフェニルエーテルなどが挙げられる。ベンゼン誘導体は１種を単独で使用できまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
本発明の円筒形電池は、リチウムイオン二次電池に限定されず、たとえば、ニッケル水素二次電池などのアルカリ蓄電池などとして構成することも可能である。
【００４８】
電池１は、たとえば、積層工程、溶着工程、捲回工程および組立工程を含む本発明の製造方法により作製できる。図２は、本発明の製造方法の１実施形態を簡略化して示す工程図である。図３は、溶着工程を説明する斜視図である。なお、図３では正極１１および負極１２の図示を省略する。図４は、捲回工程を説明する断面図である。
【００４９】
本発明の製造方法において、積層工程では、正極１１と負極１２との間にセパレータ１３を配置して重ね合わせる。より具体的には、たとえば、正極１１、セパレータ１３、負極１２およびセパレータ１３の順番で重ね合わせ、電極積層体５を作製する。この時、電極積層体５の長手方向の一端において、２枚のセパレータ１３の端部が、正極１１および負極１２の端部よりも、電極積層体５の長手方向外方に突出するように、正極１１、負極１２およびセパレータ１３が配置されるのが好ましい。
【００５０】
溶着工程では、図２（ａ）〜図２（ｂ）および図３に示すようにして、セパレータ１３の溶着が行われる。まず図２（ａ）に示す工程では、図示しない電極捲回機の支持体２５ａ、２５ｂに円筒状芯体６を装着する。支持体２５ａ、２５ｂは、円筒状芯体６を回転自在に支持する。支持体２５ａ、２５ｂは、図示しない駆動手段に接続され、円筒状芯体６を所望の速度で回転させることができる。なお、図３に示すように、セパレータ１３の幅方向の長さが、円筒状芯体６の長手方向の長さよりも大きくなるように調整するのが好ましい。また、電極捲回機は従来から用いられているものをそのまま使用できる。
【００５１】
引き続き、図２（ｂ）に示す工程では、電極積層体５の幅方向（短手方向）と円筒状芯体６の長手方向とが一致するようにして、電極積層体５から突出するセパレータ１３を円筒状芯体６表面に当接させ、熱溶着する。円筒状芯体６の表面には、円筒状芯体６の幅方向の両端近傍までほぼ一直線に延びる粗面部（図示せず）が設けられている。セパレータ１３の端部を、この粗面部に熱溶着させる。これにより、溶着部分３が形成される。熱溶着の具体的な方法としては、たとえば、高温の熱源（発熱体など）で押圧する方法などが挙げられる。
【００５２】
捲回工程では、図２（ｃ）〜図２（ｅ）および図４に示すようにして、電極積層体５を円筒状芯体６の周面に捲回し、渦巻き状電極群２を作製する。図２（ｃ）に示す工程では、電極積層体５のセパレータ１３が溶着された側の端部とは反対側の端部から、電極積層体５に張力を付与しながら、円筒状芯体６を矢符４の方向に回転させる。これにより、溶着部分３を起点にして、電極積層体５が円筒状芯体６周面に捲回される。図２（ｄ）に示す工程では、電極積層体５の捲回が終了し、渦巻き状電極群２が得られている。図２（ｅ）に示す工程では、円筒状芯体６の両端部から支持体２５ａ、２５ｂを離脱させ、渦巻き状電極群２を電極捲回機から取り出している。
【００５３】
組立工程では、捲回工程で得られた渦巻き状電極群２を電池ケース１８に収容し、円筒形二次電池１を作製する。具体的には、まず、正極リード１４の一端を正極１１に接続し、他端を封口板１９に接続する。また、負極リード１５の一端を負極１２に接続し、他端を電池ケース１８の底部内壁に接続する。次に、渦巻き状電極群２の上端部および下端部に、それぞれ、上部絶縁板１６および下部絶縁板１７を装着し、その状態で電池ケース１８内に収容する。非水電解質を電池ケース１８内に注液し、さらに、封口板１９を用いて、電池ケース１８の開口を密封する。これにより、本発明の円筒形二次電池１が得られる。
【実施例】
【００５４】
以下に実施例を挙げ、本発明をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍ、いわゆる１８６５０サイズの円筒型リチウムイオン二次電池を以下のようにして作製した。
（ａ）正極板の作製
コバルト酸リチウム３ｋｇ、ＰＶＤＦ（結着剤、ＰＶＤＦの１２重量％Ｎ−メチル−２−ピロリドン（以下「ＮＭＰ」とする）溶液、商品名：ＰＶＤＦ＃１３２０、（株）クレハ製）１ｋｇ、アセチレンブラック９０ｇおよび適量のＮＭＰを双腕式練合機にて攪拌混合し、正極合剤ペーストを調製した。この正極合剤ペーストを厚み１５μｍのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥後圧延して、正極合剤層を形成した。この際、アルミニウム箔と正極活物質層とからなる正極板の厚みを１６０μｍとした。この正極板を、直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍサイズの電池ケースに挿入可能な幅と長さに裁断した。
【００５５】
（ｂ）負極板の作製
人造黒鉛３ｋｇ、スチレン−ブタジエン共重合体（ゴム粒子）の４０重量％水性分散液（商品名：ＢＭ−４００Ｂ、日本ゼオン（株）製）７５ｇ、としてのカルボキシメチルセルロース（増粘剤）３０ｇおよび適量の水を、双腕式練合機にて攪拌混合し、負極合剤ペーストを調製した。この負極合剤ペーストを厚み１０μｍの銅箔の両面に塗布し、乾燥後圧延して、負極活物質層を形成した。この際、銅箔と負極活物質層とからなる負極板の厚みを１８０μｍとした。この負極板を、直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍサイズの電池ケースに挿入可能な幅と長さに裁断した。
【００５６】
（ｃ）非水電解質の調製
エチレンカーボネートと、メチルエチルカーボネートとを体積比１：３で混合した混合溶媒に、ＬｉＰＦ6を１モル／Ｌの濃度で溶解し、非水電解質を調製した。
【００５７】
（ｄ）電池の組立
図３に示すように、上記で得られた正極板１１、セパレータ１３、上記で得られた負極板１２およびセパレータ１３を重ね合わせて、電極積層体５を作製した。電極積層体５の長手方向の一方の端部において、セパレータ１３の端部が、正極板１１および負極板１２の端部よりも、電極積層体５の長手方向外方に突出するように構成した。なお、セパレータ１３には、厚み１６μｍのポリエチレン製多孔質フィルムを用いた。
【００５８】
円筒状芯体６を電極捲回機に装着した。円筒状芯体６には、径２．５ｍｍのステンレスパイプを用いた。このステンレスパイプの表面に粗面部を設けた。粗面部は、ステンレスパイプの幅方向の両端部の２ｍｍ手前まで延び、円周方向の幅は５ｍｍであった。また粗面部の表面粗さＲａは０．５μｍであった。
【００５９】
電極積層体５の幅方向と、円筒状芯体６の長手方向とを一致させ、セパレータ１３の突出する端部を円筒状芯体６の表面に当接させ、高温の発熱器を接触させて熱溶着した。溶着部３はセパレータ１３の幅方向に延びる細長い形状になり、セパレータ１３の長手方向における溶着部３の幅は、１ｍｍ程度であった。
【００６０】
この状態で、電極積層体５に捲き始めから捲き終わりにかけて徐々に弱める張力を付与しつつ、回転させ、電極積層体５を円筒状芯体６周面に捲回し、径約１７．５ｍｍの渦巻き状電極群２を作製した。
渦巻き状電極群２に対し、アルミニウム製正極リード１４およびニッケル製負極リード１５を接続した。次に、渦巻き状電極群２の上端部および下端部に、それぞれ、樹脂製絶縁板１６、１７を装着し、１８６５０サイズの電池ケース１８内に収容した。非水電解質を電池ケース１８内に注液し、さらに、封口板１９を用いて、電池ケース１８の開口を密封し、本発明の円筒形リチウムイオン二次電池１を作製した。
【００６１】
上記のように、渦巻き状電極群２を作製する工程で、円筒芯体６にセパレータ１３の一端を固定して捲回し始め、捲回後はその円筒芯体６を渦巻き状電極群２に装着したままで非水電解質とともに円筒形電池ケース１８内に収容した。これにより、渦巻き状電極群２の中心空隙部に、変形防止用のセンターピンを挿入する工程を省略てき、生産性を向上させることができた。
また、渦巻き状電極群２を作製する工程で、円筒芯体６にセパレータ１３の一端を熱溶着で固定することにより、捲回工程での巻きずれ不良も低減できると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、円筒形の非水電解液二次電池に利用することができ、製造方法の改善と効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施形態の１つである円筒形二次電池の構成を簡略化して示す縦断面図である。
【図２】本発明の製造方法の１実施形態を簡略化して示す工程図である。図２（ａ）〜（ｂ）は溶着工程を示す。図２（ｃ）〜（ｅ）は捲回工程を示す。
【図３】図２に示す本発明の製造方法の溶着工程を説明する斜視図である。
【図４】図２に示す本発明の製造方法の捲回工程を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  円筒形二次電池
２  渦巻き状電極群
３  溶着部分
５  電極積層体
６  円筒状芯体
１１  正極
１２  負極
１３  セパレータ
１４  正極リード
１５  負極リード
１６  上部絶縁板
１７  下部絶縁板
１８  電池ケース
１９  封口板
２０  正極端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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