(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔に活物質合剤が塗工された塗工部と、前記金属箔の捲回軸方向の一方の巻芯端部に沿って前記活物質合剤が未塗工の金属箔露出部と、を有する正極と負極が、セパレータを介して扁平状の巻芯に捲回された捲回電極体を備える角形電池であって、
前記捲回電極体の前記巻芯のうち前記金属箔露出部が捲回される部分の厚さは、前記塗工部が捲回される部分の厚さよりも大きいことを特徴とする角形電池。
【請求項２】
前記正極及び負極のそれぞれの前記金属箔露出部は、前記捲回電極体の捲回軸方向の異なる巻芯端部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の角形電池。
【請求項３】
前記巻芯の前記金属箔露出部が捲回される部分は、前記塗工部が捲回される部分から捲回軸方向へ向かってテーパー状に厚さが変化するテーパー部を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の角形電池。
【請求項４】
前記巻芯の前記金属箔露出部が捲回される部分と前記塗工部が捲回される部分とは、捲回軸方向へ向かってステップ状に厚さが変化する段差部によって接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の角形電池。
【請求項５】
前記段差部はさらに前記巻芯の幅方向の端部にも設けられており、前記巻芯の前記金属箔露出部が捲回される部分の幅は、前記塗工部が捲回される部分の幅よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の角形電池。
【請求項６】
前記巻芯の前記金属箔露出部が捲回される部分の一部は、前記正極及び負極の前記金属箔露出部よりも捲回軸方向外側へ突出していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の角形電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は角形電池に関し、特に扁平状の巻芯に帯状の電極が捲回された捲回電極体を備える角形二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、円筒形電池と比較して高い体積密度が得られる電池として角形電池が知られている。角形電池は、帯状の正極と負極をセパレータを介して渦巻状に捲回して構成された断面が長円形状となる扁平状の捲回電極体とこの捲回電極体を浸潤する電解液とが角形の電池容器内に収容されて構成されている。
【０００３】
角形電池は、捲回電極体の捲回軸方向の巻芯両端部にそれぞれ正極と負極の金属箔露出部を突出させ、この金属箔露出部を電極端子又は集電体に押し付け変形等で接続することによって、通電経路を最短化し、接続抵抗を低減して高出力を実現している。
【０００４】
ところで、電池容器内の捲回電極体は、その金属箔露出部を介して電極端子又は集電体と接続されているものの、電池容器に対して固定されていない。したがって、例えばこの角形電池が自動車に適用された場合には、自動車の振動による負荷が強度の低い箔状部材からなる金属箔露出部のみに作用し、この金属箔露出部が破損してしまうといった問題がある。
【０００５】
このような問題に対して、この種の角形電池においては、一般に捲回電極体の捲回中心に扁平状の巻芯を配置し、この巻芯の周りに正極と負極をセパレータを介して捲回することで捲回電極体の耐振動性を高めている。
【０００６】
また、特許文献１には、耐衝撃性や耐振動性の向上を目的とした角形二次電池が開示されている。この角形二次電池は、巻芯の端部に鍵状部を形成し、この鍵状部を集電板に設けた貫通孔の両端に係合させることによって、正極と負極を捲回した巻芯を集電板に固定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１０８５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、電池サイズを小さくするために巻芯全体の厚みを薄くした場合であっても、巻芯の捲回軸方向中央部においては、正極や負極の活物質合剤が塗工された塗工部が巻芯に捲回されており、ある程度の強度を確保することができる。それに対して、巻芯の捲回軸方向端部においては、強度の低い箔状部材からなる金属箔露出部のみが巻芯に捲回されており、捲回軸方向中央部と比較して強度が低下し、その耐衝撃性や耐振動性が低下するといった問題がある。そして、このように巻芯の捲回軸方向端部において耐衝撃性が低下すると、例えば捲回軸方向端部に設けられた正極及び負極集電板に衝撃があった場合に、正極及び負極集電板が破損して内部短絡が生じる可能性がある。
【０００９】
特許文献１に開示されている角形二次電池によれば、巻芯を集電板に固定することで捲回電極体に生じる振動を抑制することができるものの、巻芯全体が一様の厚みを有しており、巻芯の捲回軸方向端部における強度を確保することができず、捲回電極体の衝撃を十分に緩和することは難しい。
【００１０】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、耐衝撃性や耐振動性に優れた角形電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記する課題を解決するために、本発明に係る角形電池は、金属箔に活物質合剤が塗工された塗工部と、前記金属箔の捲回軸方向の一方の巻芯端部に沿って前記活物質合剤が未塗工の金属箔露出部と、を有する正極と負極が、セパレータを介して扁平状の巻芯に捲回された捲回電極体を備える角形電池であって、前記捲回電極体の前記巻芯のうち前記金属箔露出部が捲回される部分の厚さを、前記塗工部が捲回される部分の厚さよりも大きくしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、捲回電極体の巻芯のうち金属箔露出部が捲回される部分の厚さを、塗工部が捲回される部分の厚さよりも大きくすることで、捲回電極体の金属箔露出部が捲回される部分の強度を高めることができ、角形電池の耐衝撃性や耐振動性を効果的に高めることができる。
【００１３】
上記した以外の課題、手段及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る角形電池の第１実施形態の外観を示す全体斜視図。
【図２】図１に示す角形電池の分解斜視図。
【図３】図１に示す角形電池の蓋組立体を示す斜視図。
【図４】図１に示す角形電池の捲回電極体の分解斜視図。
【図５】図１に示す角形電池の巻芯を示す図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその横断面図。
【図６】図１に示す角形電池の捲回電極体の捲回軸方向の巻芯端部近傍を拡大して示す側面図。
【図７】集電板と捲回電極体の接続工程を説明する図であり、（ａ）は集電板に電極箔積層部を挿入した状態を示す横断面図、（ｂ）は電極箔積層部を拡げた状態を示す横断面図。
【図８】捲回電極体と集電板を超音波溶接する状況を説明する図であり、（ａ）は金属箔露出部と接続片を超音波溶接機で挟んだ状態を示す図、（ｂ）は溶接後の要部を拡大した図。
【図９】本発明に係る角形電池の第２実施形態に適用する巻芯を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る角形電池をリチウムイオン二次電池に適用した実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において同一の機能を有するものは同一の符号を付してその繰り返しの説明は省略する。
【００１６】
［第１実施形態］
まず、図１〜８を参照して、本発明に係る角形電池の第１実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
［角形電池の構成］
図１は、本発明に係る角形電池の第１実施形態の外観を示したものである。
【００１８】
図示する角形電池（リチウムイオン二次電池）５００は、一端部に開口（図２参照）を有する容器１０と、容器１０内に収容される蓄電要素組立体１１とから構成されている。ここで、容器１０の開口部は蓄電要素組立体１１の蓋１１１によって封口されており、蓋１１１には正極外部端子１１３及び負極外部端子１１４が配設されている。また、蓋１１１にはガス排出口１１１Ｂと電解液の注入口である注液口１１１Ｃ（図３参照）が設けられており、この注液口１１１Ｃは注液後に注液栓１１１Ａによって封止されている。なお、ガス排出口１１１Ｂには開裂弁が設けられており、容器１０の内圧が上昇した際にはその開裂弁が破断して内部のガスが容器１０の外部へ放出されるようになっている。
【００１９】
［蓄電要素組立体］
図２は、図１に示す角形電池（リチウムイオン二次電池）５００を分解して示したものである。
【００２０】
図示するリチウムイオン二次電池５００の蓄電要素組立体１１は、蓋組立体１１０と捲回電極体１２０とから構成されている。蓋組立体１１０には正極集電板１１５と負極集電板１１６が設けられ、これら正極集電板１１５と負極集電板１１６には、後述するようにそれぞれ捲回電極体１２０の正極金属露出部及び負極金属露出部が超音波溶接等によって溶接されて一体化されている。
【００２１】
［蓋組立体］
図３は、図１に示す角形電池（リチウムイオン二次電池）５００の蓋組立体１１０を示したものである。
【００２２】
図示する蓋組立体１１０は、容器１０の開口（図２参照）を塞ぐ蓋１１１と、絶縁シール部材１１２を介して蓋１１１に接続固定された正極接続端子１１７及び負極接続端子１１８と、これらの接続端子１１７，１１８にそれぞれ接続された正極外部端子１１３及び負極外部端子１１４と、さらにこれらの接続端子１１７，１１８にそれぞれ接続された正極集電板１１５及び負極集電板１１６とから構成されている。正極及び負極の外部端子１１３，１１４及び接続端子１１７，１１８は、絶縁シール部材１１２によって蓋１１１と電気的に絶縁された状態で蓋１１１に固定されている。なお、蓋１１１には、上記するようにガス排出口１１１Ｂと電解液の注入口である注液口１１１Ｃが設けられている。
【００２３】
正極集電板１１５は、正極接続端子１１７によって蓋１１１に接続固定され、その底面が蓋１１１と略平行に捲回軸方向外側へ延びるコの字状の板材１１５Ａと、捲回電極体１２０の正極金属箔露出部１２２Ａ（図４参照）近傍でコの字状の板材１１５Ａから容器１０の底部方向へ延びる二股の正極接続片１１５Ｂとから構成されており、この二股の正極接続片１１５Ｂは、捲回電極体１２０の正極金属箔露出部１２２Ａを外側から挟み込むように位置している（図７参照）。そして、一対の正極接続片１１５Ｂの一対の内面１１５Ｃが、後述するように捲回電極体１２０の正極金属箔露出部１２２Ａの外側表面と溶接接合されるようになっている。
【００２４】
上記する正極集電板１１５と同様に、負極集電板１１６は、負極接続端子１１８によって蓋１１１に接続固定され、その底面が蓋１１１と略平行に捲回軸方向外側へ延びるコの字状の板材１１６Ａと、捲回電極体１２０の負極金属箔露出部１２４Ａ（図４参照）近傍でコの字状の板材１１６Ａから容器１０の底部方向へ延びる二股の負極接続片１１６Ｂとから構成されており、この二股の負極接続片１１６Ｂは、捲回電極体１２０の負極金属箔露出部１２４Ａを外側から挟み込むように位置している（図７参照）。そして、一対の負極接続片１１６Ｂの一対の内面１１６Ｃが、後述するように捲回電極体１２０の負極金属箔露出部１２４Ａの外側表面と溶接接合されるようになっている。
【００２５】
図示するように、一対の正極接続片１１５Ｂと一対の負極接続片１１６Ｂとが捲回電極体１２０の捲回軸方向の両端側にそれぞれ設けられていることで、図２に示すように、一対の正極接続片１１５Ｂは捲回電極体１２０の捲回軸方向の一端側で正極金属箔露出部１２２Ａと接続され、一対の負極接続片１１６Ｂは捲回電極体１２０の捲回軸方向の他端側で負極金属箔露出部１２４Ａと接続され、一対の正極接続片１１５Ｂと一対の負極接続片１１６Ｂとで捲回電極体１２０を捲回軸方向の両側から挟み込んで保持するようになっている。
【００２６】
［捲回電極体］
図４は、図１に示す角形電池（リチウムイオン二次電池）５００の捲回電極体１２０を一部分解して示したものである。なお、図４は、捲回電極体１２０の金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａを巻芯１２６に押圧変形させる前の状態を示している。
【００２７】
図示する捲回電極体１２０は、セパレータ１２１を挟んで正極１２２と負極１２４とを巻芯１２６の周りに扁平状に捲回することで構成される。正極１２２はアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔からなる帯状の正極金属箔から構成され、負極１２４は銅箔もしくは銅合金箔からなる帯状の負極金属箔から構成されている。また、セパレータ１２１は多孔質のポリエチレン樹脂から構成されている。
【００２８】
正極１２２の正極金属箔の両面には、その正極金属箔の捲回軸方向の一方の巻芯端部を除いた部分に正極活物質合剤が塗工された正極合剤層（正極合剤塗工部）１２３が形成されている。そして、正極金属箔の捲回軸方向の一方の巻芯端部（帯状の正極金属箔の一方の長辺）に沿って、正極活物質合剤が塗工されておらず、正極金属箔が露出している未塗工の正極金属箔露出部（未塗工部ともいう。）１２２Ａが設けられている。また、負極１２４の負極金属箔の両面には、その負極金属箔のうち前記正極金属箔露出部が設けられた捲回軸方向の一方の巻芯端部とは反対側の巻芯端部を除いた部分に、負極活物質合剤が塗工された負極合剤層（負極合剤塗工部）１２５が形成されている。そして、負極金属箔のうち前記正極金属箔露出部が設けられた捲回軸方向の一方の巻芯端部とは反対側の巻芯端部（帯状の負極金属箔の正極金属箔の一方の長辺とは反対側の他方の長辺）に沿って、負極活物質合剤が塗工されておらず、負極金属箔が露出している未塗工の負極金属箔露出部（未塗工部ともいう。）１２４Ａが設けられている。
【００２９】
したがって、正極１２２及び負極１２４は、捲回軸方向の一方側に正極金属箔露出部１２２Ａが配置され、捲回軸方向の他方側に負極金属箔露出部１２４Ａが配置されるように巻芯１２６に捲回される。そして、正極金属箔露出部１２２Ａ及び負極金属箔露出部１２４Ａは、上記するように捲回軸方向の両端側に設けられた正極集電板１１５及び負極集電板１１６にそれぞれ接続されることとなる。
【００３０】
ここで、負極１２４の負極合剤層１２５の捲回軸方向長さは、正極１２２の正極合剤層１２３の捲回軸方向長さよりも長く形成されている。すなわち、正極１２２は、正極合剤層１２３の捲回軸方向の両端位置が、後述する巻芯１２６の捲回軸方向中央部１２６Ａと捲回軸方向端部１２６Ｂとの境界位置よりも捲回軸方向中央寄りの位置に配置されるように巻芯１２６に捲回され、負極１２４は、負極合剤層１２５の捲回軸方向の両端位置が、正極合剤層１２３の捲回軸方向の両端位置よりも捲回軸方向の外側位置に配置されるように巻芯１２６に捲回されるようになっている（図６参照）。
【００３１】
［巻芯］
図５は、図１に示す角形電池（リチウムイオン二次電池）５００の巻芯１２６を示す図であり、図５（ａ）はその正面図、図５（ｂ）はその横断面図を示したものである。なお、説明内容の理解を容易にするために、図４に示すように、扁平状の巻芯１２６の捲回軸方向をＸ方向、巻芯１２６の幅方向をＹ方向、巻芯１２６の厚み方向（扁平面に垂直な方向）をＺ方向として説明する。
【００３２】
図示する巻芯１２６は、ポリプロピレン樹脂を形成素材とする、捲回電極体１２０の平面形状に対応した扁平状の板状部材であり、捲回電極体１２０の正極合剤層１２３及び負極合剤層１２５を形成した部位に対応する中央部１２６Ａと、中央部１２６Ａの両側に位置し、捲回電極体１２０の活物質合剤を塗布していない正極及び負極の金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａに対応する端部１２６Ｂとを備えている。
【００３３】
巻芯１２６は、図５（ｂ）に示すように、端部１２６Ｂの厚さが中央部１２６Ａの厚さよりも大きい（Ｚ方向の板厚が大きい）形状を呈しており、例えば、中央部１２６Ａは均一な厚みを呈しており、端部１２６Ｂは、中央部１２６ＡからＸ方向へ向かってテーパー状に厚みが大きくなるテーパー部１２６ｂを有している。
【００３４】
また、巻芯１２６の端部１２６Ｂは、図５（ａ）に示すように、中央部１２６Ａの外縁部１２６ａ，１２６ａの幅よりも狭い幅の側端面１２６ｅを有しており、中央部１２６ＡよりもＹ方向の幅が狭い形状を呈している。
【００３５】
上記するように、巻芯１２６には、正極１２２と負極１２４とがセパレータ１２１を介在した状態で捲回され、その中央部１２６Ａに正極１２２及び負極１２４の正極合剤層１２３と負極合剤層１２５が配置され、その端部１２６Ｂ、１２６Ｂに正極１２２及び負極１２４の金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａが配置されるようになっている。なお、巻芯１２６には、巻芯１２６のＸ方向（捲回軸方向）の一方の端部１２６Ｂに正極金属箔露出部１２２Ａが配置され、他方の端部１２６Ｂに負極金属箔露出部１２４Ａが配置された状態で捲回されるようになっている（図４参照）。
【００３６】
なお、巻芯１２６の端部１２６ＢのＸ方向最端部には、正極１２２と負極１２４が巻芯１２６に捲回された際に少なくともその一部が金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａよりも外側へ突出する突出部１２７が設けられ、蓄電要素組立体１１のうちその突出部１２７が容器１０の内面との隙間が最も狭くなっている。また、巻芯１２６の端部１２６Ｂには、捲回機を装着するための切り欠き部９３が双方に設けられている。さらに、巻芯１２６のＸ方向の負極側端部１２６Ｂには、その幅方向中央部に凹部１２６ｃが切り欠き形成され、その凹部１２６ｃに負極拡開操作板（負極拡開部材）９０Ｎが装着されており、正極側端部１２６Ｂには、その幅方向中央部に凹部１２６ｃが切り欠き形成され、その凹部１２６ｃに正極拡開操作板（正極拡開部材）９０Ｐが装着されている。ここで、負極拡開操作板９０Ｎは２枚の金属製薄板（羽根）９２，９２から構成されており、そのＸ方向端部には、金属製薄板９２，９２を掴んで拡げるための操作突片９２Ａ，９２Ｂが設けられている。また、正極拡開操作板９０Ｐは、負極拡開操作板９０Ｎと同様に、２枚の金属製薄板９１，９１から構成されており、そのＸ方向端部には、金属製薄板（羽根）９１，９１を掴んで拡げるための操作突片９１Ａ，９１Ｂが設けられている。
【００３７】
図６は、図１に示す角形電池（リチウムイオン二次電池）５００の捲回電極体１２０の捲回軸方向の巻芯端部近傍を拡大して示したものであり、図５に示す巻芯１２６の周りに正極１２２及び負極１２４をセパレータ１２１を介して捲回した状態を示したものである。なお、図６は、捲回電極体１２０の金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａを巻芯１２６に押圧変形させる前の状態を示している。
【００３８】
巻芯１２６は、図６に詳細に示されているように、正極１２２及び負極１２４の金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａが捲回される端部１２６Ｂの厚みが、電極合剤層１２３，１２５が捲回される中央部１２６Ａの厚みよりも大きくなっており、巻芯１２６の端部１２６Ｂは、Ｘ方向（捲回軸方向）へ向かってテーパー状に厚みが厚くなるテーパー部１２６ｂを有している。より具体的には、巻芯１２６の中央部１２６Ａの厚みに対する端部１２６Ｂの厚みの増加分は、２枚のセパレータ１２１と正極１２２と負極１２４との厚さを合計した厚さにほぼ相当しており、最内周に捲回されるセパレータ１２１と負極１２４、及びその外側に捲回されるセパレータ１２１と正極１２２がそれぞれ１周程度捲回された状態で、捲回電極体１２０と巻芯１２６の端部１２６Ｂとの厚みが略同一となることが望ましい。捲回開始時のセパレータ１２１は、２枚のセパレータ１２１が巻芯１２６の捲回軸方向に対してずれが発生しないことを確認しながら巻芯１２６に熱溶着又はテープによって接着固定されて捲回される。その後、負極１２４が２枚のセパレータ１２１の間に挿入され、さらに１周巻かれた状態で正極１２２が挿入される。このように、負極１２４は２枚のセパレータ１２１の間に挿入されるため、負極１２４の捲回開始時の位置決めが困難であるものの、上記するように巻芯１２６の端部１２６Ｂの厚みを中央部１２６Ａの厚みよりも厚くすることで、その巻芯１２６の中央部１２６Ａと端部１２６Ｂの厚み差、特に端部１２６Ｂのテーパー部１２６ｂが負極１２４を規定の位置へ誘導し、負極１２４の捲回軸方向に対する位置ずれが抑制される。また、正極１２２においても、負極１２４と同様、巻芯１２６の中央部１２６Ａと端部１２６Ｂの厚み差、特に端部１２６Ｂのテーパー部１２６ｂによって規定の位置へ誘導される。このように最初の負極１２４及び正極１２２が規定の位置に捲回されることで、その後の負極１２４及び正極１２２やセパレータ１２１の捲回については捲回機に設けられたセンサーによって捲回位置の補正を容易に行うことができ、安定した捲回電極体１２０の捲回を実現することができる。また、図示するように、巻芯１２６の中央部１２６Ａの捲回軸方向端部と負極１２４の負極合剤層１２５の端部が一致するように設定されていることで、上記するように巻芯１２６の板厚が捲回軸方向で変化しても影響なく負極１２４を巻芯１２６に略均一に捲回することができるとともに、正極１２２と負極１２４の充放電時のイオン移動を効率的に行うことができる。
【００３９】
なお、巻芯１２６の捲回軸方向の両端部１２６Ｂ，１２６Ｂには、図５に基づき説明したように、その幅方向中央部に正極及び負極の拡開操作板９０Ｐ，９０Ｎが装着される凹部１２６ｃ，１２６ｃが切り欠き形成されている。正極拡開操作板９０Ｐは、一対の金属製薄板（羽根）９１，９１が拡開されるようにその基部がスリット１２６ｄ（図７参照）に挿入されて固定されている。一対の金属製薄板（羽根）９１には操作突片９１Ａ、９１Ｂが設けられており、操作突片９１Ａ，９１Ｂは、捲回電極体１２０の正極側の扁平端面から突出するように設定されている。また、負極拡開操作板９０Ｎも同様に、一対の金属製薄板（羽根）９２，９２が拡開されるようにその基部がスリット１２６ｄに挿入されて固定されており、その操作突片９２Ａ，９２Ｂは、捲回電極体１２０の負極側の扁平端面から突出するように設定されている。
【００４０】
なお、巻芯１２６は絶縁性の材料から形成され、特に、ＰＰ（ポリプロピレン）樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂の少なくとも一つの樹脂材料を用いて形成することができる。
【００４１】
次に、図１に示す角形電池（リチウムイオン二次電池）５００の製造工程について説明する。
【００４２】
［蓄電要素組立体の組立］
まず、角形電池（リチウムイオン二次電池）５００を構成する蓄電要素組立体１１の組立手順を説明する。
【００４３】
蓄電要素組立体１１の組立に当たり、まず、図４に示す捲回電極体１２０を製造する。具体的には、巻芯１２６の周りにセパレータ１２１を１周以上捲回し、正極１２２及び負極１２４をセパレータ１２１で絶縁しつつ積層して捲回する。その際、図６に基づき説明したように、巻芯１２６の中央部１２６ＡのＸ方向端部が少なくとも正極１２２の正極合剤層１２３の両端部よりもＸ方向外側に位置するように正極１２２を捲回する。また、負極１２４の負極合剤層１２５は正極１２２の正極合剤層１２３よりも幅広に形成されており、負極合剤層１２５の両端部と巻芯１２６の中央部１２６ＡのＸ方向端部とが厚さ方向（Ｚ方向）で一致するように負極１２４を捲回する。
【００４４】
そして、所定の周回数捲回した後、捲回電極体１２０の最外表面のセパレータ１２１を図示しないテープで係止する。ここで、上記する正極１２２及び負極１２４やセパレータ１２１の巻芯１２６に対する捲回は、図５に示す捲回電極体１２０の両端部１２６Ｂに設けられた切り欠き部９３を利用して行う。すなわち、捲回機のスピンドルの端子を切り欠き９３に挿入して捲回することで、捲回電極体１２０の捲回軸方向の規制を行うことができるため、捲回電極体１２０の生産性を容易に向上させることができる。
【００４５】
次いで、捲回電極体１２０と正極及び負極集電板１１５，１１６を一体化する前に、捲回電極体１２０の正極１２２及び負極１２４の金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａを厚さ方向（Ｚ方向）に押圧して変形させておく。すなわち、正極１２２及び負極１２４の金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａを束ねた後、捲回電極体１２０と正極及び負極集電板１１５，１１６を一体化する。
【００４６】
図７は、正極及び負極集電板１１５，１１６と捲回電極体１２０の接続工程を説明する図であり、図７（ａ）は正極及び負極集電板に電極箔積層部を挿入した状態を示す図、図７（ｂ）は電極箔積層部を拡げた状態を示す図である。また、図８は、捲回電極体と集電板を超音波溶接する状況を説明する図であり、図８（ａ）は金属箔露出部と接続片を超音波溶接機で挟んだ状態を示す図、図８（ｂ）は溶接後の要部を拡大した図である。
【００４７】
捲回電極体１２０と正極及び負極集電板１１５，１１６を一体化するに当たり、図７（ａ）に示すように、捲回電極体１２０の正極金属箔露出部（接続部）１２２Ａの外側表面と正極集電板１１５の一対の二股状の正極接続片１１５Ｂの内面１１５Ｃとが対向するように、かつ、負極金属箔露出部（接続部）１２４Ａの外側表面と負極集電板１１６の一対の二股状の負極接続片１１６Ｂの内面１１６Ｃとが対向するように、正極集電板１１５の一対の正極接続片１１５Ｂの間と、負極集電板１１６の一対の負極接続片１１６Ｂの間に捲回電極体１２０の金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａを配置する。
【００４８】
正極及び負極集電板１１５，１１６の間に捲回電極体１２０を配置した後、図７（ｂ）に示すように、正極拡開操作板９０Ｐの一対の金属製薄板（羽根）９１，９１をその操作突片９１Ａ，９１Ｂを掴んで拡げることによって、捲回電極体１２０の扁平端面において正極金属箔露出部１２２Ａの電極箔積層部を捲回電極体１２０の厚さ方向である外側へ向けて押し拡げ、捲回電極体１２０の最内周に連続したＶ字状の開口１２０Ｖを形成する。また、同様に、負極拡開操作板９０Ｎの一対の金属製薄板（羽根）９２，９２をその操作突片９２Ａ，９２Ｂを掴んで拡げることによって、捲回電極体１２０の捲回軸方向の反対側の扁平端面において負極金属箔露出部１２４Ａの電極箔積層部を捲回電極体１２０の厚さ方向である外側へ向けて押し拡げ、捲回電極体１２０の最内周に連続したＶ字状の開口１２０Ｖを形成する。
【００４９】
上記するように捲回電極体１２０の両端面に位置する正極及び負極金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａの電極箔積層部を拡開操作板９０Ｐ，９０Ｎで外側へ押し拡げ、それぞれ２つの電極箔積層部に分割した後、図８（ａ）に示すように、超音波接合の振動子（ホーン）ＷＨと固定子（アンビル）ＷＡによって、捲回電極体１２０と正極及び負極集電板１１５，１１６とを電気的に接続する。なお、図８（ａ）は負極側のみについて超音波溶接する状況を示しているが、正極側についても同様の工程により超音波溶接する。
【００５０】
具体的には、二股状の負極接続片１１６Ｂと金属製薄板（羽根）９２との間に、負極金属箔露出部（負極集電部）１２４Ａの電極箔積層部を挟み込んだ状態で、超音波接合の振動子（ホーン）ＷＨと固定子（アンビル）ＷＡによって負極接続片１１６Ｂと金属製薄板（羽根）９２とを挟持して超音波接合する。図示は省略するが、正極側についても同様に、二股状の正極接続片１１５Ｂと金属製薄板（羽根）９１との間に、正極金属箔露出部（正極集電部）１２２Ａの電極箔積層部を挟み込んだ状態で、超音波接合の振動子（ホーン）ＷＨと固定子（アンビル）ＷＡによって正極接続片１１５Ｂと金属製薄板（羽根）９１とを挟持して超音波接合する。
【００５１】
以上の組立手順により、捲回電極体１２０の端面に露出した負極金属箔露出部（接続部）１２４Ａは、金属製薄板（羽根）９２及び負極集電板１１６の負極接続片１１６Ｂと溶接によって接続されて一体化される（図８（ｂ）参照）。また、図示は省略するが、捲回電極体１２０の他方の端面に露出した正極金属箔露出部（接続部）１２２Ａは、金属製薄板（羽根）９１及び正極集電板１１５の正極接続片１１５Ｂと溶接によって接続されて一体化される。
【００５２】
ここで、正極集電板１１５はアルミニウムで製作されており、正極１２２を構成する金属箔はアルミニウム箔であり、このアルミニウム箔によって、捲回電極体１２０の何重にも積層された正極金属箔露出部１２２Ａの電極箔積層部が形成されている。また、負極集電板１１６は銅で製作されており、負極１２４を構成する金属箔は銅箔であり、この銅箔によって、捲回電極体１２０の何重にも積層された負極金属箔露出部１２４Ａの電極箔積層部が形成されている。
【００５３】
正極拡開操作板９０Ｐ及び負極拡開操作板９０Ｎを構成する金属製薄板９１，９２は、上記するように捲回電極体１２０の金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａに溶接されて電気的に接続（分割溶接）されるため、金属製薄板９１，９２はそれぞれ正極１２２、負極１２４と同一材質の材料で製作することが好ましい。具体的には、正極側の金属製薄板９１はアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔で形成し、負極側の金属製薄板９２は銅箔もしくは銅合金箔で形成することが好ましい。
【００５４】
上記をまとめると、蓄電要素組立体の製造工程は、扁平状（板状）の巻芯１２６に正極１２３と負極１２５をセパレータ１２１を介して捲回した扁平状の捲回電極体１２０を形成する工程と、捲回電極体１２０の捲回軸方向の巻芯両端部に位置する正極金属箔及び負極金属箔の活物質合剤が塗布されていない正極金属箔露出部（接続部）１２２Ａ及び負極金属箔露出部（接続部）１２４Ａの電極箔積層部の内側に、この電極箔積層部を内側から外側へ押し拡げる拡開操作板（拡開部材）９０Ｐ，９０Ｎを設ける工程と、拡開操作板９０Ｐ，９０Ｎを拡開して捲回電極体１２０の正極金属箔露出部１２２Ａ及び負極金属箔露出部１２４Ａの電極箔積層部を内側から外側へ押し拡げてそれぞれ２つの電極箔積層部に分割する工程と、分割された２つの電極箔積層部を正極集電板１１５と負極集電板１１６に接続する工程と、からなるものである。
【００５５】
［角形電池の組立］
蓋組立体１１０と捲回電極体１２０を前記のように一体化して組み立てた蓄電要素組立体１１を容器１０に挿入する（図２参照）。次いで、蓄電要素組立体１１の蓋組立体１１０の蓋１１１を容器１０にレーザ溶接して容器１０の開口を封止し、蓋１１１の注液口１１１Ｃから容器１０内に電解液（図示省略）を注入する。電解液を注入した後、注液口１１１Ｃを注液栓１１１Ａでレーザ溶接により封止する。なお、正極外部端子１１３及び負極外部端子１１４には絶縁シール部材１１２が装着されており、正極外部端子１１３及び負極外部端子１１４が蓋１１１に対して電気的に絶縁されているとともに、正極外部端子１１３及び負極外部端子１１４と蓋１１１の間の封止がなされている。また、蓋１１１のガス排出口１１１Ｂには開裂弁が設けられており、容器１０の内圧が所定の値よりも上昇した際にはこの開裂弁が破断して内部のガスが容器１０の外部へ放出される。
【００５６】
以上説明した第１実施形態の角形電池（リチウムイオン二次電池）５００によれば、巻芯１２６の中央部１２６Ａの板厚を端部１２６Ｂの板厚よりも相対的に薄くすることで、正負極の電極合剤層の捲回数を多くすることができ、電池サイズを小型化しながら電池容量を高めることができる。また、この巻芯１２６の中央部１２６Ａにおいては正負極の電極合剤層が捲回されていることから、巻芯１２６の板厚を薄くしたとしても比較的高い強度を保持することができる。また、巻芯１２６の端部１２６Ｂにおいては、その板厚を中央部１２６Ａの板厚よりも相対的に厚くすることで、金属箔露出部のみが捲回されて強度が低下する可能性のある端部１２６Ｂにおいてその強度を効果的に高めることができる。このように、巻芯１２６の中央部１２６Ａの板厚を端部１２６Ｂの板厚よりも相対的に薄くすることで、小型化しながら電池容量を大きくすることができるとともに耐衝撃性や耐振動性を効果的に高めることができる。
【００５７】
また、角形電池５００に対して捲回軸方向（Ｘ方向）の衝撃が加わった際には、蓄電要素組立体１１がＸ方向へ変位し、正極及び負極集電板１１５、１１６が容器１０の内面短側面に当接して破損あるいは変形して短絡する危険性があるものの、巻芯１２６の端部１２６ＢのＸ方向最端部の少なくとも一部を金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａから突出させ、その突出部において容器１０の内側短側面との隙間が蓄電要素組立体１１の中で最も狭い位置となるように設定することで、上記するようなＸ方向の衝撃が加わった際にも端部１２６ＢのＸ方向最端部によって支持されることとなり、正極及び負極集電板１１５、１１６の破損あるいは変形を効果的に防止することができる。
【００５８】
［第２実施形態］
次に、図９を参照して、本発明に係る角形電池の第２実施形態について詳細に説明する。
【００５９】
図９は、本発明に係る角形電池の第２実施形態に適用する巻芯を示したものである。なお、第２実施形態の角形電池を構成する巻芯以外の構成やその製造方法は第１実施形態の角形電池と同様であるため、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００６０】
図示する巻芯２２６は、第１実施形態の巻芯１２６のうち金属箔露出部１２２Ａ，１２４Ａが捲回される部分に設けたテーパー部１２６ｂに代えて、巻芯２２６のうち金属箔露出部が捲回される部分（端部２２６Ｂ）と塗工部が捲回される部分（中央部２２６Ａ）との間に捲回軸方向へ向かってステップ状に厚さが変化する段差部２２６ｓを設けたものである。すなわち、巻芯２２６は矩形状の板材で形成されており、捲回軸方向端部２２６Ｂは捲回軸方向中心部２２６Ａよりも板厚が段付きで厚くなっている。さらに、この捲回軸方向中心部２２６Ａの両端に設けられた段付きの位置は、正極の正極合剤層端部(金属箔露出部の相対側)及び負極の負極合剤層端部(金属箔露出部の相対側)の位置に一致している。これにより、この段差部２２６ｓを１巻目の捲回のガイドとすることができ、捲回開始時の巻芯２２６と電極の捲回軸方向（Ｘ方向）の位置決めが容易となり、電極の捲回状態を安定化させることができる。特に、図示するように、この段差部２２６ｓを巻芯２２６の幅方向（Ｙ方向）の端部にも設け、巻芯２２６の金属箔露出部が捲回される部分（端部２２６Ｂ）の幅が塗工部が捲回される部分（中央部２２６Ａ）の幅よりも大きくなっていることで、捲回開始時の巻芯２２６と電極の捲回軸方向（Ｘ方向）の位置決めがより一層容易となり、電極の捲回状態を更に安定化させることができる。なお、この巻芯２２６の中央部２２６Ａに対する端部２２６Ｂの段差部２２６ｓの高さは、電極合剤層の厚み相当分、具体的には２枚のセパレータと正極及び負極の厚さを合計した厚さにほぼ相当していることが好ましく、電極の２巻き目からはこの段差がなくなっている程度であることが好ましい。
【００６１】
この第２実施形態の角形電池（リチウムイオン二次電池）の蓄電要素組立体の製造方法は、第１実施形態と同様に、蓋１１１の正極外部端子１１３及び負極外部端子１１４と正極集電板１１５及び負極集電板１１６をそれぞれ接続して蓋組立体１１０を製作する工程と、正極１２２と負極１２４をセパレータ１２１を介して巻芯２２６に捲回して扁平状の捲回電極体１２０を形成する工程と、蓋組立体１１０を捲回電極体１２０と一体化する工程と、からなるものである。
【００６２】
なお、本発明は上記した第１，２実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、種々の構造の角形電池に本発明を適用することができ、リチウムイオン二次電池に限定されず、キャパシタへも適用することができる。
【００６３】
したがって、金属箔の一方の長辺に沿って金属箔の露出部を設けて帯状の金属箔の両面に活物質合剤を塗布した正極と負極と、扁平状（板状）の巻芯に正極と負極がセパレータを介して捲回された扁平状の捲回電極体と、巻芯の両面で各電極の金属箔の露出部をそれぞれ束ねて集電板に溶接する角形電池であって、電極箔の露出部(金属箔露出部)が捲回される部分の巻芯の板厚を、活物質合剤が塗工されている電極箔が捲回される部分の巻芯の板厚よりも厚くした各種の角形電池に本発明を適用することができる。さらに、巻芯の少なくとも一部が金属箔露出部よりも外側へ突出している形状を備える各種の角形電池に本発明を適用することができる。
【００６４】
また、上記した第１，２実施形態においては角形電池として角形のリチウムイオン二次電池を例示したため蓄電要素組立体１１としたが、二次電池でなく一次電池の場合には発電要素組立体となることは勿論である。
【００６５】
なお、本発明は上記した第１，２実施形態に限定されるものではなく、様々な変形形態が含まれる。例えば、上記した第１，２実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各第１，２実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１０：容器
１１：蓄電要素組立体
１１０：蓋組立体
１１１：蓋
１１３：正極外部端子
１１４：負極外部端子
１１５：正極集電板
１１６：負極集電板
１１７：正極接続端子
１１８：負極接続端子
１２０：捲回電極体
１２１：セパレータ
１２２：正極
１２２Ａ：正極金属箔露出部
１２３：正極合剤層（正極合剤塗工部）
１２４：負極
１２４Ａ：負極金属箔露出部
１２５：負極合剤層（負極合剤塗工部）
１２６，２２６：巻芯
１２６Ａ，２２６Ａ：中央部（捲回軸方向中央部）
１２６Ｂ，２２６Ｂ：端部（捲回軸方向端部）
１２６ｂ：テーパー部
２２６ｓ：段差部
９０Ｎ，９０Ｐ：拡開操作板（拡開部材）
９１，９２：金属製薄板（羽根）
５００：角形電池（リチウムイオン二次電池）
ＷＡ：アンビル（固定子）
ＷＨ：ホーン（超音波振動子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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