(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸芯の周囲に、第１のセパレータ、正極電極、第２のセパレータおよび負極電極が前記軸芯の内周側から外周側に向けてこの順で積層されて捲回された電極群と、正極集電部材とを具備し、前記正極電極に前記正極集電部材に接続される正極リードが形成された円筒型二次電池であって、前記正極電極における正極リードに対向する箇所の内周面と該正極電極の内周側に隣接する前記第１のセパレータの外周面との間のみに、前記正極リードよりも幅広な絶縁層を設けたことを特徴とする円筒型二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載の円筒型二次電池において、前記絶縁層の厚さは、前記絶縁層が対面する正極電極の正極シート面に形成された正極合剤の厚さと同一か、またはそれより薄いことを特徴とする円筒型二次電池。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか１項に記載の円筒型二次電池において、前記絶縁層は、前記正極電極の内周側に隣接する前記第１のセパレータに設けられていることを特徴とする円筒型二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、円筒型二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウム二次電池等に代表される円筒型二次電池においては、正極合剤が形成された正極電極と負極合剤が形成された負極電極とをセパレータを介して軸芯の周囲に捲回して電極群を構成する。正極合剤は正極シートの両面に形成され、正極シートの長手方向の一側縁部は正極合剤が形成されない正極合剤未処理部とされる。正極合剤未処理部には、正極電極を正極集電部材に溶接するため、通常、タブと言われる正極リードがプレス等により、正極シートと一体に形成される。負極電極側においても同様で、負極合剤が負極シートの両面に形成され、負極シートの長手方向の一側縁部に設けられた負極合剤未処理部に、負極集電部材に溶接される負極リードがプレス等により、負極シートと一体に形成される。
【０００３】
電極群における正極電極と負極電極とは、例えば、正極リードまたは負極リードをプレスにより形成する際に発生するバリ等がセパレータを突き破ることによって短絡することがある。このように正極電極と負極電極とがスポット的に短絡すると、必要な電圧が得られないなど、電池性能が低下する。
このため、バリが発生しやすい正極シートにおける正極リードが設けられた長手方向の一側辺と反対側の側辺を、隣接するセパレータを折り返して被覆するようにした構造とするものが知られている。このようにすれば、バリ等が２枚のセパレータを突き破る虞がなくなり、内部短絡を防止することができる、としている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−４４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、電極群を電池容器内に収容し、電池容器内に非水電解液を注入した後においても内部短絡が発生する。この現象の詳細は後述するが、要は、非水電解液中に混入した異物が原因となって正極電極側からイオンが発生し、セパレータを浸透して負極電極で成長する、すなわち負極電極に析出して堆積する、という現象によるものである。この結果、負極電極に生じた堆積物により正極と負極の内部短絡が生じる。
上述した先行文献に記載された発明では、この現象により生じる内部短絡は解決しない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の円筒形二次電池は、軸芯の周囲に、第１のセパレータ、正極電極、第２のセパレータおよび負極電極が軸芯の内周側から外周側に向けてこの順で積層されて捲回された電極群と、正極集電部材とを具備し、正極電極に正極集電部材に接続される正極リードが形成された円筒型二次電池であって、正極電極における正極リードに対向する箇所の内周面と該正極電極の内周側に隣接する第１のセパレータの外周面との間に、正極リードよりも幅広な絶縁層を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の円筒型二次電池によれば、正極集電部材に接続される正極リードが、内周側、すなわち正極集電部材側に隣接するセパレータに形成された絶縁層に当接して変形を防止され、正極集電部材側に大きく傾くことがなくなる。これにより、正極シートと、この正極シートの外側に隣接するセパレータとの間の隙間が大きくなるのを防止する。このため、内部短絡の原因となる電極群内部への異物の侵入を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の円筒型二次電池の実施形態１を示す断面図。
【図２】図１に示された円筒型二次電池の分解斜視図。
【図３】図１の電極群の詳細を示すための一部を切断した状態の斜視図。
【図４】図１に図示された電極群と正極集電部材との接合状態を示す、本発明の要部に係る拡大断面図。
【図５】図４に図示された電極群の正極シートとセパレータの拡大平面図。
【図６】セパレータに絶縁層を形成する方法を説明するための斜視図。
【図７】電極群の作製方法を説明するための斜視図。
【図８】本発明の参考実施形態を示す拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施形態１）
−円筒型二次電池の構造−
以下、この発明の円筒型二次電池を、リチウムイオン円筒型二次電池を一実施形態として図面と共に説明する。
図１は、この発明の円筒型二次電池の一実施形態を示す断面図であり、図２は、図１に示された円筒型二次電池の分解斜視図である。
円筒型二次電池１は、例えば、外形４０ｍｍφ、高さ１００ｍｍの寸法を有する。
この円筒型二次電池１は、有底円筒型の電池容器２およびハット型の上蓋３の内部に、以下に説明する発電用の各構成部材を収容している。有底円筒型の電池容器２には、その開放側である上端部側に電池容器２の内側に突き出した溝２ａが形成されている。
【００１０】
１０は、電極群であり、中央部に軸芯１５を有し、軸芯１５の周囲に正極電極および負極電極が捲回されている。図３は、電極群１０の構造の詳細を示し、一部を切断した状態の斜視図である。図３に図示されるように、電極群１０は、軸芯１５の周囲に、正極電極１１、負極電極１２、および第１、第２のセパレータ１３、１４が捲回された構成を有する。
軸芯１５は、中空円筒状を有し、軸芯１５には、負極電極１２、第１のセパレータ１３、正極電極１１および第２のセパレータ１４が、この順に積層され、捲回されている。最内周の負極電極１２の内側には第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４が数周（図３では、１周）捲回されている。また、最外周は負極電極１２およびその外周に捲回された第１のセパレータ１３となっている。最外周の第１のセパレータ１３が接着テープ１９で止められる（図２参照）。
【００１１】
正極電極１１は、アルミニウム箔により形成され長尺な形状を有し、正極シート１１ａと、この正極シート１１ａの両面に正極合剤１１ｂが塗布された正極処理部を有する。正極シート１１ａの長手方向に沿う上方側の側縁は、正極合剤１１ｂが塗布されずアルミニウム箔が表出した正極合剤未処理部１１ｃとなっている。この正極合剤未処理部１１ｃには、軸芯１５と平行に上方に突き出す多数の正極リード１６が等間隔に一体的に形成されている。
【００１２】
正極合剤１１ｂは正極活物質と、正極導電材と、正極バインダとからなる。正極活物質はリチウム酸化物が好ましい。例として、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、リチウム複合酸化物（コバルト、ニッケル、マンガンから選ばれる２種類以上を含むリチウム酸化物）などが挙げられる。正極導電材は、正極合剤中におけるリチウムの吸蔵放出反応で生じた電子の正極電極への伝達を補助できるものであれば制限は無い。正極導電材の例として、黒鉛やアセチレンブラックなどが挙げられる。
【００１３】
正極バインダは、正極活物質と正極導電材を結着させ、また正極合剤と正極集電体を結着させることが可能であり、非水電解液との接触により、大幅に劣化しなければ特に制限はない。正極バインダの例としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やフッ素ゴムなどが挙げられる。正極合剤層の形成方法は、正極電極上に正極合剤が形成される方法であれば制限はない。正極合剤１１ｂの形成方法の例として、正極合剤１１ｂの構成物質の分散溶液を正極シート１１ａ上に塗布する方法が挙げられる。
【００１４】
正極合剤１１ｂを正極シート１１ａに塗布する方法の例として、ロール塗工法、スリットダイ塗工法、などが挙げられる。正極合剤１１ｂに分散溶液の溶媒例として、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）や水等を添加し、混練したスラリを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、裁断する。正極合剤１１ｂの塗布厚さの一例としては片側約４０μｍである。正極シート１１ａを裁断する際、正極リード１６を一体的に形成する。すべての正極リード１６の長さは、ほぼ同じである。
【００１５】
負極電極１２は、銅箔により形成され長尺な形状を有し、負極シート１２ａと、この負極シート１２ａの両面に負極合剤１２ｂが塗布された負極処理部を有する。負極シート１２ａの長手方向に沿う下方側の側縁は、負極合剤１２ｂが塗布されず銅箔が表出した負極合剤未処理部１２ｃとなっている。この負極合剤未処理部１２ｃには、正極リード１６とは反対方向に延出された、多数の負極リード１７が等間隔に一体的に形成されている。
【００１６】
負極合剤１２ｂは、負極活物質と、負極バインダと、増粘剤とからなる。負極合剤１２ｂは、アセチレンブラックなどの負極導電材を有しても良い。負極活物質としては、黒鉛炭素を用いることが好ましい。黒鉛炭素を用いることにより、大容量が要求されるプラグインハイブリッド自動車や電気自動車向けのリチウムイオン二次電池が作製できる。負極合剤１２ｂの形成方法は、負極シート１２ａ上に負極合剤１２ｂが形成される方法であれば制限はない。負極合剤１２ｂを負極シート１２ａに塗布する方法の例として、負極合剤１２ｂの構成物質の分散溶液を負極シート１２ａ上に塗布する方法が挙げられる。塗布方法の例として、ロール塗工法、スリットダイ塗工法などが挙げられる。
【００１７】
負極合剤１２ｂを負極シート１２ａに塗布する方法の例として、負極合剤１２ｂに分散溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドンや水を添加し、混練したスラリを、厚さ１０μｍの圧延銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、裁断する。負極合剤１２ｂの塗布厚さの一例としては片側約４０μｍである。負極シート１２ａを裁断する際、負極リード１７を一体的に形成する。すべての負極リード１７の長さは、ほぼ同じである。
【００１８】
第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４の幅をＷS、負極シート１２ａに形成される負極合剤１２ｂの幅をＷC、正極シート１１ａに形成される正極合剤１１ｂの幅をＷAとした場合、下記の式を満足するように形成される。
ＷS＞ＷC＞ＷA（図３参照）
すなわち、正極合剤１１ｂの幅ＷAよりも、常に、負極合剤１２ｂの幅ＷCが大きい。これは、リチウムイオン二次電池の場合、正極活物質であるリチウムがイオン化してセパレータを浸透するが、負極側に負極活物質が形成されておらず負極シート１２ａが露出していると負極シート１２ａにリチウムが析出し、内部短絡を発生する原因となるからである。
【００１９】
セパレータ１３は、例えば、厚さ４０μｍのポリエチレン製多孔膜である。
図１および図３において、中空な円筒形状の軸芯１５は軸方向（図面の上下方向）の上端部の内面に径大の溝１５ａが形成され、この溝１５ａに正極集電部材３１が圧入されている。正極集電部材３１は、例えば、アルミニウムにより形成され、円盤状の基部３１ａ、この基部３１ａの内周部において軸芯１５側に向かって突出し、軸芯１５の内面に圧入される下部筒部３１ｂ、および外周縁において上蓋３側に突き出す上部筒部３１ｃを有する。正極集電部材３１の基部３１ａには、電池内部で発生するガスを放出するための開口部３１ｄ（図２参照）が形成されている。
【００２０】
正極シート１１ａの正極リード１６は、すべて、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃに溶接される。この場合、図２に図示されるように、正極リード１６は、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃ上に重なり合って接合される。各正極リード１６は大変薄いため、１つでは大電流を取りだすことができない。このため、軸芯１５への巻き始めから巻き終わりまでの全長に亘り、多数の正極リード１６が所定間隔に形成されている。
【００２１】
正極集電部材３１は、電解液によって酸化されるので、アルミニウムで形成することにより信頼性を向上することができる。アルミニウムは、なんらかの加工により表面が表出すると、直ちに、表面に酸化アルミウム皮膜が形成され、この酸化アルミニウム皮膜により、電解液による酸化を防止することができる。
また、正極集電部材３１をアルミニウムで形成することにより、正極シート１１ａの正極リード１６を超音波溶接またはスポット溶接等により溶接することが可能となる。
【００２２】
軸芯１５の下端部の外周には、外径が径小とされた段部１５ｂが形成され、この段部１５ｂに負極集電部材２１が圧入されて固定されている。負極集電部材２１は、例えば、銅により形成され、円盤状の基部２１ａに軸芯１５の段部１５ｂに圧入される開口部２１ｂが形成され、外周縁に、電池容器２の底部側に向かって突き出す外周筒部２１ｃが形成されている。
負極シート１２ａの負極リード１７は、すべて、負極集電部材２１の外周筒部２１ｃに超音波溶接等により溶接される。各負極リード１７は大変薄いため、大電流を取りだすために、軸芯１５への巻き始めから巻き終わりまで全長にわたり、所定間隔で多数形成されている。
【００２３】
負極集電部材２１の外周筒部２１ｃの外周には、負極シート１２ａの負極リード１７およびリング状の押え部材２２が溶接されている。多数の負極リード１７は、負極集電部材２１の外周筒部２１ｃの外周に密着させておき、負極リード１７の外周に押え部材２２を巻き付けて仮固定し、この状態で溶接される。
負極集電部材２１の下面には、銅製の負極通電リード２３が溶接されている。
負極通電リード２３は、電池容器２の底部において、電池容器２に溶接されている。電池容器２は、例えば、０．５ｍｍの厚さの炭素鋼で形成され、表面にニッケルメッキが施されている。このような材料を用いることにより、負極通電リード２３は、電池容器２に抵抗溶接等により溶接することができる。
【００２４】
正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの外周には、正極シート１１ａの正極リード１６およびリング状の押え部材３２が溶接されている。多数の正極リード１６は、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの外周に密着させておき、正極リード１６の外周に押え部材３２を巻き付けて仮固定し、この状態で溶接される。
多数の正極リード１６が正極集電部材３１に溶接され、多数の負極リード１７が負極集電部材２１に溶接されることにより、正極集電部材３１、負極集電部材２１および電極群１０が一体的にユニット化された発電ユニット２０が構成される（図２参照）。但し、図２においては、図示の都合上、負極集電部材２１、押え部材２２および負極通電リード２３は発電ユニット２０から分離して図示されている。
【００２５】
また、正極集電部材３１の基部３１ａの上面には、複数のアルミニウム箔が積層されて構成されたフレキシブルな第１の接続部材３３が、その一部を溶接されて接合されている。第１の接続部材３３は、複数枚のアルミニウム箔を積層して一体化することにより、大電流を流すことが可能とされ、且つ、フレキシブル性を付与されている。つまり、大電流を流すには接続部材の厚さを大きくする必要があるが、１枚の金属板で形成すると剛性が大きくなり、フレキシブル性が損なわれる。そこで、板厚の小さな多数のアルミニウム箔を積層してフレキシブル性を持たせている。接続部材３３の厚さは、例えば、０．５ｍｍ程度であり、厚さ０．１ｍｍのアルミニウム箔を５枚積層して形成される。
【００２６】
正極集電部材３１の上部筒部３１ｃ上には、円形の開口部４１ａを有する絶縁性樹脂材料からなるリング状の絶縁板４１が載置されている。
絶縁板４１は、開口部４１ａ（図２参照）と下方に突出す側部４１ｂを有している。絶縁材４１の開口部４１ａ内には接続板３５が嵌合されている。接続板３５の下面には、フレキシブルな第２の接続部材３４が、その一部が接続板３５に溶接されて固定されている。第２の接続部材３４は、多数のアルミニウム箔を積層して一体化することにより、大電流を流すことが可能とされ、且つ、フレキシブル性を付与されている。
【００２７】
第１の接続部材３３と第２の接続部材３４は、電池容器２内に非水電解液を注入する前は、図２に図示されるように、それぞれ、溶接により一端側が固定されているに対し、他端側が開放端部となっている。非水電解液を注入した後は、図１に図示されるように、第１の接続部材３３と第２の接続部材３４の開放端部同士が溶接される。
【００２８】
接続板３５は、アルミニウム合金で形成され、中央部を除くほぼ全体が均一でかつ、中央側が少々低い位置に撓んだ、ほぼ皿形状を有している。接続板３５の厚さは、例えば、１ｍｍ程度である。接続板３５の中心には、薄肉でドーム形状に形成された突起部３５ａが形成されており、突起部３５ａの周囲には、複数の開口部３５ｂ（図２参照））が形成されている。開口部３５ｂは、電池内部に発生するガスを放出する機能も有している。また、接続板３５には、第１の接続部材３３と第２の接続部材３４を溶接するための開口部３６が形成されている。
【００２９】
接続板３５の突起部３５ａはダイアフラム３７の中央部の底面に抵抗溶接または摩擦拡散接合により接合されている。ダイアフラム３７はアルミニウム合金で形成され、ダイアフラム３７の中心部を中心とする円形の切込み３７ａを有する。切込み３７ａはプレスにより上面側をＶ字形状に押し潰して、残部を薄肉にしたものである。ダイアフラム３７は、電池の安全性確保のために設けられており、電池の内圧が上昇すると、第１段階として、上方に反り、接続板３５の突起部３５ａとの接合を剥離して接続板３５から離間し、接続板３５との導通を絶つ。第２段階として、それでも内圧が上昇する場合は切込み３７ａにおいて開裂し、内部のガスを放出する機能を有する。
【００３０】
ダイアフラム３７は周縁部において上蓋３の周縁部を固定している。ダイアフラム３７は図２に図示されるように、当初、周縁部に上蓋３側に向かって垂直に起立する側部３７ｂを有している。この側部３７ｂ内に上蓋３を収容し、かしめ加工により、側部３７ｂを上蓋３の上面側に屈曲して固定する。
上蓋３は、炭素鋼等の鉄で形成してニッケルめっきが施されており、ダイアフラム３７に接触する円盤状の周縁部３ａとこの周縁部３ａから上方に突出す有頭無底の筒部３ｂを有するハット型を有する。筒部３ｂには複数の開口部３ｃが形成されている。この開口部３ｃは、電池内部に発生するガス圧によりダイアフラム３７が開裂した際、ガスを電池外部に放出するためのものである。
なお、上蓋３が鉄で形成されている場合には、別の円筒型二次電池と直列に接合する際、鉄で形成された別の円筒型二次電池とスポット溶接により接合することが可能である。
【００３１】
ダイアフラム３７の側部３７ｂと周縁部を覆ってガスケット４３が設けられている。ガスケット４３は、当初、図２に図示されるように、リング状の基部４３ａの周側縁に、上部方向に向けてほぼ垂直に起立して形成された外周壁部４３ｂと、内周側に、基部４３ａから下方に向けてほぼ垂直に垂下して形成された筒部４３ｃとを有する形状を有している。
そして、詳細は後述するが、プレス等により、電池容器２と共にガスケット４３の外周壁部４３ｂを折曲して基部４３ａと外周壁部４３ｂにより、ダイアフラム３７と上蓋３を軸方向に圧接するようにかしめ加工される。これにより、上蓋３とダイアフラム３７とがガスケット４３を介して電池容器２に固定される。
【００３２】
電池容器２の内部には、非水電解液が所定量注入されている。非水電解液の一例としては、リチウム塩がカーボネート系溶媒に溶解した溶液を用いることが好ましい。リチウム塩の例として、フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）、などが挙げられる。また、カーボネート系溶媒の例として、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、或いは上記溶媒の１種類以上から選ばれる溶媒を混合したもの、が挙げられる。
【００３３】
図４は、図１に図示された電極群と正極集電部材との接合状態を示し、本発明の要部に係る拡大断面図である。また、図５は、図４に図示された電極群の正極シートとセパレータの拡大平面図である。
上述した如く、正極電極１１に形成された正極リード１６は、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの外周に超音波溶接などにより溶接される。この場合、従来の構造では、正極リード１６’が正極集電部材３１側に引っ張られ、二点鎖線に図示されるように、正極リード１６’の部位側が正極集電部材３１側に傾斜した状態で正極集電部材３１に溶接される。このため、正極リード１６’と正極リード１６’に隣接する外側の第２のセパレータ１４との間に、大きな隙間Ｇが生じる。ここで、正極集電部材３１の中心側が軸芯１５側であるので、正極集電部材３１側を内側、正極集電部材３１側と反対側を外側という。
【００３４】
ところで、電池容器２の内部に注入された非水電解液中には、多数の微小な導電性の異物が混在している。このような異物は、正極シート１１および負極シート１２の作製工程、電池容器２の加工工程、正極リード１６の正極集電部材３１への溶接工程等において発生し、非水電解液中に混入する。そして、従来の構造の如く、正極リード１６’と外側の隣接する第２のセパレータ１４との間に大きな隙間Ｇが生じると、この隙間Ｇから上記各工程で発生し、非水電解液中に混入した異物が正極電極１１と第２のセパレータ１４との間に入り込む。正極電極１１と負極電極１２間には、所定の電位、例えば４．１Ｖがかかっているため、正極電極１１と第２のセパレータ１４との間に入り込んだ異物はイオン化され、セパレータを浸透して負極電極１２側に流れる。そして、負極電極１２で成長して析出し、堆積されていく。この堆積物により、正極と負極が短絡する現象が生じる。
【００３５】
そこで、本発明の円筒型二次電池においては、正極リード１６に隣接する内側の第１のセパレータ１３における、正極電極１１に対面する側の正極リード１６に対応する側縁の長手方向に沿って、異物が正極リード１６と第２のセパレータ１４の間に入り込むのを防止するための絶縁層１８が形成されている。この絶縁層１８は、図５に図示されるように、正極リード１６に対応する箇所に正極リード１６より僅かに幅広に形成したものである。
【００３６】
このように、本発明の円筒型二次電池において、正極リード１６の内側に隣接して配置された第１のセパレータ１３には、正極リード１６に対面する側における正極リード１６と対向する位置に、絶縁層１８が形成されている。このため、図４に図示されるように、正極リード１６が絶縁層１８に当接し、正極リード１６の根元部分が内側に傾斜することがない。正極リード１６の根元部分が内側に傾斜しないので、正極リード１６が形成された部分の正極シート１１ａと第２のセパレータ１４との間に大きな隙間が生じることがない。よって、正極シート１１ａと第２のセパレータ１４との間から異物が入り込むのを防止することができる。
【００３７】
この場合、各絶縁層１８は、正極リード１６間に対応する部分では分離された非連続状に形成される。このように、各絶縁層１８を正極リード１６間に対応する部分で分離して形成することにより、正極電極１１等を軸芯１５の周囲に捲回して電極群１０を作製する際、絶縁層１８の厚さが捲回の障害となることがないので、電極群１０を形成しやすくなる。
【００３８】
絶縁層１８は、例えばポリエチレン等の樹脂材料で形成することができる。有機樹脂材料に限らず無機材料でもよい。不織布であっても織布であってもよい。また、多孔膜であってもよい。
絶縁層１８の厚さは、正極合剤１１ｂの厚さと同一か、またはそれ以下とすることが望ましい。絶縁層１８の厚さが正極合剤１１ｂの厚さよりも厚いと、正極リード１６が正極集電部材３１に溶接された状態で、正極リード１６が逆方向に傾斜する等、変形をするので、内部応力が増大し、正極リード１６の強度を確保する上で好ましくない。
【００３９】
図６は、絶縁層１８の形成方法の一例を示す斜視図である。絶縁層１８は、リボン５１に所定間隔に配列されて形成されている。絶縁層１８のピッチは、正極リード１６のピッチと同一である。リボン５１は、繰出しローラ６１から繰り出され加熱ローラ５２を介して巻取りローラ６２に巻き付けられている。第１のセパレータ１３は案内ローラ６４および６５に案内されて図６のＡ方向に移送される。
【００４０】
加熱ローラ５２および案内ローラ６５により第１のセパレータ１３および絶縁層１８が形成されたリボン５１を加圧加熱しながらＡ方向に移送する。これにより、リボン５１に形成された絶縁層１８が第１のセパレータ１３に転写される。絶縁層１８が転写された第１のセパレータ１３は、図示しない巻取りローラに巻き取られる。絶縁層１８が第１のセパレータ１３に転写された後、リボン５１は、巻取りローラ６２により巻き取られる。
【００４１】
上記において、リボン５１の全面に絶縁層１８を形成しておき、加熱ローラ５２を、加熱圧着部が突き出した形状を有し、且つ、加熱圧着部間の寸法が正極リード１６間の寸法とされた構造のものとしてもよい。このような加熱ローラを用いれば、リボン５１の全面に形成された絶縁層１８は、正極リード１６に対応する部分のみが正極リード１６のピッチと同一のピッチで第１のセパレータ１３に転写される。
【００４２】
図７は、上記のようにして形成された絶縁層１８を有する第１のセパレータ１３を用いて電極群１０を形成する方法の一例を示す斜視図である。
図７において、軸芯１５の外側から内側に向かって、正極電極１１、第１のセパレータ１３、負極電極１２および第２のセパレータ１４の順に積層され、案内ローラ６６に案内されて軸芯１５に捲回される。
【００４３】
図７には図示されていないが、上述した如く、正極電極１１は正極シート１１ａと、正極シート１１ａの両面に形成された正極合剤１１ｂを含んでいる。正極シート１１ａには正極リード１６が一体に形成されている。また、負極リード１２は負極シート１２ａと、負極シート１２ａの両面に形成された負極合剤１２ｂが形成されている。負極シート１２ａには負極リード１７が一体に形成されている。
【００４４】
軸芯１５は、軸方向に形成された中空部に嵌入された回転軸６７により図７における反時計方向に回転される。この軸芯１５の回転に伴い、案内ローラ６６に案内されて第１のセパレータ１３、正極電極１１、第２のセパレータ１４、負極電極１２が軸芯１５に捲回される。
この場合、第１のセパレータ１３は、絶縁層１８が形成された面を正極シート１１ａ側に向け、絶縁層１８が正極リード１６に対応する箇所に位置決めされた状態で軸芯１５に捲回される。
【００４５】
なお、図７においては、第２のセパレータ１４が最も軸芯１５側に近接して図示されているが、これは、正極シート１１と第１のセパレータ１３との位置関係を明確に図示するための都合である。実際は、図３および図４に図示される如く、第２のセパレータ１４の内側に正極電極１１、そのさらに内側に第１のセパレータ１３が積層されており、第１のセパレータ１３が最も内側に配置されている。
次に、上記構成の円筒型二次電池の製造方法の一例を説明する。
【００４６】
−円筒型二次電池の製造方法−
正極シート１１ａの両面に、正極合剤１１ｂおよび正極合剤未処理部１１ｃが形成され、また、多数の正極リード１６が正極シート１１ａに一体に形成された正極電極１１を作製する。また、負極シート１２ａの両面に負極合剤１２ｂおよび負極処理部１２ｃが形成され、多数の負極リード１７が負極シート１２ａに一体に形成された負極電極１２を作製する。
【００４７】
また、第１のセパレータ１３と第２のセパレータ１４を準備する。この際、図６に図示されるように、第１のセパレータ１３に、正極リード１６のピッチと同一のピッチで、正極リード１６の幅よりも少し幅広い絶縁層１８を形成する。
そして、第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４の最も内側の側縁部を軸芯１５に溶接する。次に、第１のセパレータ１３と第２のセパレータ１４を軸芯１５に１〜数周捲回し、次に、図７に図示するように、第２のセパレータ１４と第１のセパレータ１３との間に負極電極１２を挟み、所定角度、軸芯１５を捲回する。次に、第１のセパレータ１３と第２のセパレータ１４との間に正極電極１１を挟む。そして、この状態で、所定の巻数分、捲回して電極群１０を作製する。
【００４８】
この電極群１０の軸芯１５の下部に負極集電部材２１を取り付ける。負極集電部材２１の取り付けは、負極集電部材２１の開口部２１ｂを軸芯１５の下端部に設けられた段部１５ｂに嵌入して行う。次に、負極集電部材２１の外周筒部２１ｃの外周の全周囲に亘り、負極リード１７をほぼ均等に配分して密着し、負極リード１７の外周に押え部材２２を巻き付ける。そして、超音波溶接等により、負極集電部材２１に負極リード１７および押え部材２２を溶接する。次に、軸芯１５の下端面と負極集電部材２１とに跨る負極通電リード２３を負極集電部材２１に溶接する。
【００４９】
次に、正極集電部材３１の基部３１ａに第１の接続部材３３の一端部を、例えば超音波溶接等により溶接する。次に、第１の接続部材３３が溶接された正極集電部材３１の下部筒部３１ｂを軸芯１５の上端側に設けられた溝１５ａに嵌合する。この状態で、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの外周の全周囲に亘り、正極リード１６をほぼ均等に配分して密着し、正極１６の外周に押え部材３２を巻き付ける。そして、超音波溶接等により、正極集電部材３１に正極リード１６および押え部材３２を溶接する。このようにして、図２に図示される発電ユニット２０が作製される。
【００５０】
次に、発電ユニット２０を収容可能なサイズを有する金属製の有底円筒部材に、上述の工程を経て作製された発電ユニット２０を収容する。有底円筒部材は、電池容器２となるものである。以下において、説明を簡素にして明瞭にするために、この有底円筒部材を電池容器２として説明する。
電池容器２内に収納した発電ユニット２０の負極通電リード２２を、電池容器２に抵抗溶接等により溶接する。この場合、図示はしないが、電池容器２の外部から、軸芯１５の中空軸に電極棒を挿通し、電極棒により負極通電リード２３を電池容器２の底部に押し付けて溶接する。次に、電池容器２の上端部側の一部を絞り加工して内方に突出し、外面にほぼＶ字状の溝２ａを形成する。
電池容器２の溝２ａは、発電ユニット２０の上端部、換言すれば、正極集電部材３１の上端部近傍に位置するように形成する。
【００５１】
次に、発電ユニット２０が収容された電池容器２の内部に、非水電解液を所定量注入する。非水電解液を注入する際、第１の接続部材３３は、注入の邪魔とならない位置に曲げておく。また、非水電解液の注入が終わった後は変形させて、その開放端部が接続板３５の開口部３６に対応する位置に配置する。
【００５２】
一方、ダイアフラム３７に上蓋３を固定しておく。ダイアフラム３７と上蓋３との固定は、かしめ等により行う。図２に図示された如く、当初、ダイアフラム３７の側壁３７ｂは基部３７ａに垂直に形成されているので、上蓋３の周縁部３ａをダイアフラム３７の側壁３７ｂ内に配置する。そして、ダイアフラム３７の側壁３７ｂをプレス等により変形させて、上蓋３の周縁部の上面および下面、および外周側面を覆って圧接する。
【００５３】
また、接続板３５を絶縁板４１の開口部４１ａに嵌合して取り付けておく。そして、接続板３５の突起部３５ａを、上蓋３が固定されたダイアフラム３７の底面に溶接する。この場合の溶接方法は、抵抗溶接または摩擦拡散接合を用いることができる。接続板３５とダイアフラム３７を溶接することにより、接続板３５が嵌合された絶縁板４１および接続板３５に固定された上蓋３が接続板３５およびダイアフラム３７に一体化される。次に、接続板３５に第２の接続部材３４の一端部を超音波溶接等により溶接しておく。第２の接続部材３４の開放端部は接続板３５の開口部３６に対応する位置に配置する。
【００５４】
次に、電池容器２の溝２ａの上にガスケット４３を収容する。この状態におけるガスケット４３は、図２に図示するように、リング状の基部４３ａの上方に、基部４３ａに対して垂直な外周壁部４３ｂを有する構造となっている。この構造で、ガスケット４３は、電池容器２の溝２ａ上部の内側に留まっている。ガスケット４３は、ゴムで形成されており、限定する意図ではないが、１つの好ましい材料の例として、エチレンプロピレン共重合体（ＥＰＤＭ）をあげることができる。また、例えば、電池容器２が厚さ０．５ｍｍの炭素鋼製で、外径が４０ｍｍΦの場合、ガスケット４３の厚さは１０ｍｍ程度とされる。
【００５５】
次に、ガスケット４３の筒部４３ｃ上に、上蓋３、接続板３５、絶縁板４１が一体化されたダイアフラム３７を、その周縁部をガスケット４３の筒部４３ｃ上に対応させて載置する。この場合、絶縁板４１の側部４１ｂの外周に正極集電部材３１の上部筒部３１ｃが嵌合されるようにする。この状態で、第２の接続部材３４の開放端部を第１の接続部剤３３の開放端部と重合させ、第１の接続部材３３と第２の接続部材３４の開放端部同士をスポット溶接により溶接する。第１の接続部材３３と第２の接続部材３４の溶接に際しては、上述した如く、それぞれの開放端部の位置を変位させるために、第１の接続部材３３および第２の接続部材３４を変形させる必要があるが、それぞれが、アルミニウム箔等の薄い金属箔を複数積層して形成されているので、変形に十分な可撓性を有している。
【００５６】
この状態で、電池容器２の溝２ａと上端面の間の部分をプレスにより圧縮する、いわゆる、かしめ加工により、ガスケット４３と共にダイアフラム３７を電池容器２に固定する。
これにより、ダイアフラム３７、上蓋３、接続板３５および絶縁板４１がガスケット４３を介して電池容器２に固定され、また、正極集電部材３１と上蓋３が第１の接続部材３３、第２の接続部材３４、接続板３５およびダイアフラム３７を介して導電接続され、図１に図示された円筒型二次電池が作製される。
【００５７】
以上の通り、本発明の実施形態１の円筒型二次電池では、正極リード１６の内側、すなわち、正極集電部材３１側に隣接する第１のセパレータ１３に、正極リード１６に対応する箇所に位置する絶縁層１８を形成した。正極集電部材３１に接続される正極リード１６は、第１のセパレータ１３に形成された絶縁層１８に当接する。このため、正極リード１６が正極集電部材３１側に引っ張られて変形するのを防止することができる。このように、正極リード１６の変形が防止されるので、正極リード１６とその外側に隣接する第２のセパレータ１４との隙間が大きくなるのを防止することができる。これにより、正極リード１６とその外側に隣接する第２のセパレータ１４との隙間から異物が入り込むことを防止することができ、その結果、正極電極による異物のイオン化に起因して生じる内部短絡を防止するという効果を奏する。
【００５８】
また、第１のセパレータ１３に形成する絶縁層１８を、各絶縁層１８間で分離するように非連続に設けたので、軸芯１５に捲回して電極群１０を形成する際、絶縁層１８の厚さが捲回の障害となることがないので、電極群１０の作製が容易である。また、絶縁層１８の厚さを正極合剤１１ｂの厚さと同一か、もしくはそれ以下にしたので、正極リード１６が正極集電部材３１に溶接された状態で、正極リード１３が逆方向に傾斜するようなことがなく、無理な応力が作用するのを防止するので、接続強度を確保することが可能である。
【００５９】
（参考実施形態）
図８は、本発明の円筒型二次電池の参考実施形態を示す拡大断面図である。
参考実施形態においては、絶縁層１８は、正極シート１１ａの外側に隣接する第２のセパレータ１４における、正極電極１１に対面する側の正極リード１６に対応する側縁の長手方向に沿って形成されている。
参考実施形態では、正極集電部材３１に溶接された正極リード１６は、正極集電部材３１側に引っ張られて傾斜する。このため、正極リード１６と、この正極リード１６の外側に隣接する第２のセパレータ１４との間には、隙間が生じる。しかし、第２のセパレータ１４の正極リード１６と対面する側には、絶縁層１８が形成されているため、絶縁層１８の厚さの分だけ、第２のセパレータ１４と正極リード１６との隙間は小さくなる。
【００６０】
参考実施形態において、絶縁層１８を設けることにより、第２のセパレータ１４と正極シート１１ａとの間の隙間を小さくすることは、内部短絡の原因となる比較的大きな異物が入り込むのを防止する。
このため、図８に図示される構造によっても、正極シート１１ａと第２のセパレータ１４との間に異物が入り込むのを防止し、内部短絡を防ぐ効果を得ることができる。
なお、参考実施形態において、他の構成は、実施形態１と同様であり、同一の構成には同一の図面参照番号を付し、その説明を省略する。
【００６１】
上記については、参考実施形態においても同様であり、絶縁層１８を、正極シート１１ａの外側に隣接する第２のセパレータ１４における、正極電極１１に対面する側の正極リード１６に対応する側縁の長手方向に沿って、連続的に形成するようにしてもよい。
【００６２】
また、上記各実施形態では、円筒型二次電池として、リチウム電池を例として説明したが、この発明は、リチウム電池に限られるものではなく、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池など、他の円筒型二次電池にも適用をすることができる。
【００６３】
その他、本発明の円筒型二次電池は、発明の趣旨の範囲内において、種々、変形して構成することが可能であり、要は、第１のセパレータ、正極電極、第２のセパレータおよび負極電極が積層されて軸芯の周囲に捲回された電極群と、正極集電部材とを具備し、正極電極に正極集電部材に接続される正極リードが形成された円筒型二次電池であって、正極電極に隣接する第１のセパレータまたは第２のセパレータにおける、少なくとも正極電極に対面する側の正極リードに対応する箇所に絶縁層を設けたものであればよい。
【符号の説明】
【００６４】
１    円筒型二次電池
２    電池容器
３    上蓋
１０  電極群
１１  正極電極
１１ａ  正極シート
１１ｂ  正極合剤
１２    負極電極
１２ａ  負極シート
１２ｂ  負極合剤
１３  第１のセパレータ
１４  第２のセパレータ
１５  軸芯
１６  正極リード
１７  負極リード
１８  絶縁層
２０  発電ユニット
２１  負極集電部材
３１  正極集電部材
３３  第１の接続部材
３４  第２の接続部材
３５  接続板
３７  開裂板
４１  絶縁板
４３  ガスケット
【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】
0005512303.tif 000008
【図８】
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