(57)【要約】【課題】捲回型二次電池を長寿命させる。【解決手段】軸芯と、軸芯に捲回される電極群と、を有する捲回型二次電池であって、電極群は、正極および負極を有し、軸芯は、シート材を円筒状に巻いた構造であり、軸芯には、電極群の捲回方向において、軸芯の最外周端部にスリットが設けられ、スリットは、電極群の捲回方向において、軸芯の最内周までは到達せず、軸芯の外径をＲ、スリットの長さをＬとしたとき、Ｌ≧πＲの関係を満たし、スリットの本数は２本以上２０本以下であり、シート材の捲き数は１捲き以上５捲き以下である捲回型二次電池。【選択図】  図１
2014002836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸芯と、
前記軸芯に捲回される電極群と、を有する捲回型二次電池であって、
前記電極群は、正極および負極を有し、
前記軸芯は、シート材を円筒状に巻いた構造であり、
前記軸芯には、前記電極群の捲回方向において、前記軸芯の最外周端部に前記スリットが設けられる捲回型二次電池。
【請求項２】
請求項１において、
前記スリットは、前記電極群の捲回方向において、前記軸芯の最内周までは到達しない捲回型二次電池。
【請求項３】
請求項２において、
前記軸芯の最内周端に補強材が設けられている捲回型二次電池。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記軸芯の外径をＲ、前記スリットの長さをＬとしたとき、
Ｌ≧πＲの関係を満たす捲回型二次電池。
【請求項５】
請求項１において、
前記軸芯は、短冊状の複数のシート材を前記電極群の捲回方向と垂直な方向に並べて円筒状に巻いた構造であり、
前記軸芯の最内周端に補強材が設けられている捲回型二次電池。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記スリットの本数は２本以上２０本以下であり、
前記シート材の捲き数は１捲き以上５捲き以下である捲回型二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、捲回型二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
充放電反応にリチウムイオンの吸蔵・放出を利用するリチウムイオン二次電池（以下、リチウムイオン電池）は、従来の鉛電池やニッケルカドミウム電池よりも大きなエネルギー密度が得られること、充放電反応に寄与するリチウムがほとんど金属リチウムとして電極に析出しないこと、充放電を繰り返した際の容量の再現性に優れており安定な充放電特性を得ることができること等の理由から、携帯電話やノートパソコンなどのポータブル電子機器用電源、災害時補助用電源、自動車や二輪車等の移動体用電源等様々な用途へ適用できる電池として大いに期待されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に、非水電解質二次電池において、電極群の中空部に筒状のセンターピンが挿通されている。センターピンは、中空部の内壁面の一部分に沿う本体部１１と、軸方向に延びるスリット部と、周方向における端に設けられたＲ部１３とを有しており、Ｒ部１３の半径ｒは、本体部１１におけるセンターピンの厚みをｄとしたときにｒ≧（ｄ／２）を満たす構造とすることにより、大容量となった場合であってもセンターピンが電極群にささることを抑制でき、且つ、ガスの排気効率を高めることができる非水電解質二次電池を提供する技術が提案されている。また、特許文献２に、帯状の正負極を帯状のセパレータを介して巻回した発電要素を備え、前記発電要素の中心にはシート材を筒状に巻いた巻芯を有し、前記発電要素の巻回方向と前記巻芯の巻回方向とが逆である電池とすることにより、組み立て作業性がよく、かつ電池性能のばらつきの少ない電池を提供する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−６４６８９号公報
【特許文献２】特開２００３−３４６８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、電極群の捲回方向と垂直な方向にセンターピンのスリットが形成されているため、センターピンによって捲回型二次電池の充放電に伴う電極の膨張・収縮に追随させることが難しく、捲回型二次電池の長寿命化を図ることが難しい。特許文献２では、シート材を筒状に巻いた巻芯にスリットが形成されていないため、センターピンによって捲回型二次電池の充放電に伴う電極の膨張・収縮に追随させることが難しく、捲回型二次電池の長寿命化を図ることが難しい。
【０００６】
そこで、本発明では捲回型二次電池の長寿命化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の特徴は、例えば以下の通りである。  
軸芯と、軸芯に捲回される電極群と、を有する捲回型二次電池であって、電極群は、正極および負極を有し、軸芯は、シート材を円筒状に巻いた構造であり、軸芯には、電極群の捲回方向において、軸芯の最外周端部にスリットが設けられる捲回型二次電池。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、捲回型二次電池の長寿命化を達成できる。上記した以外の課題、構成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】
【０００９】
【図１】円筒型リチウムイオン二次電池の長手方向断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ水平断面図。
【図３】軸芯の展開図。
【図４】圧縮応力印加時の軸芯変形図。
【図５】軸芯の一実施形態を表す図。
【図６】軸芯の水平断面図。
【図７】軸芯の一実施形態を表す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体的な実施例によって説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また、実施例における図は、略図であり、図中の位置関係や寸法等に正確さを保証するものではない。本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明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、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【００１１】
本発明における「平行」や「垂直」は必ずしも厳密な平行や垂直ではなく、基準となる方向に対してある程度の傾きがあっても良い。基準となる方向に対して、平行の場合は０度、垂直の場合は９０度となることが望ましい。また、明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態の円筒型のリチウムイオン二次電池１は、正極と負極とがセパレータを介して対向するように捲回された電極群３と電解液が電池缶４の内部に収納された捲回式の電池である。電極群３の捲始め部には軸芯２、上端と下端には電気絶縁板５が備えられており、正極の導電リード７は電池蓋６、また負極の導電リード８は電池缶４の底部に接合され、除湿雰囲気あるいは不活性雰囲気に制御されたところで電解液が注入され、電池缶４と電池蓋６の間に電気絶縁とガスシールを兼ねたガスケット９が施されて密閉されている。
【００１３】
セパレータを正極及び負極の間に挿入し、軸芯２に捲回した電極群３を作製する。軸芯２は、正極、セパレータ及び負極を担持できるものであれば、公知の任意のものを用いることができる。電極群３は、図１に示した円筒形状の他に、正極と負極を扁平状等の任意の形状に捲回したもの等、種々の形状にすることができる。
【００１４】
電池缶４の形状は、電極群３の形状に合わせ、円筒形、偏平長円形状、扁平楕円形状、角形等の形状を選択してもよい。電池缶４の材質は、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼製等、非水電解質に対し耐食性のある材料から選択される。また、電池缶４を正極又は負極に電気的に接続する場合は、非水電解質と接触している部分において、電池缶４の腐食やリチウムイオンとの合金化による材料の変質が起こらないように、電池缶４の材料の選定を行う。
【００１５】
電池缶４に電極群３を収納し、電池缶４の内壁に正極の導電リード７を接続し、電池蓋６の底面に負極の導電リード８を接続する。電解液は、電池の密閉の前に電池缶４内部に注入する。電解液の注入方法は、電池蓋６を解放した状態にて電極群に直接添加する方法、又は電池蓋６に設置した注入口から添加する方法がある。
【００１６】
その後、電池蓋６を電池缶４に密着させ、電池全体を密閉する。電解液の注入口がある場合は、それも密封する。電池を密閉する方法には、溶接、かしめ等公知の技術がある。
【００１７】
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、例えば、下記のような負極と正極とをセパレータを介して対向して配置し、電解質を注入することによって製造することができる。
【００１８】
＜正極＞
正極は、正極活物質、導電剤、バインダ、及び集電体から構成される。正極活物質を例示すると、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、及びＬｉＭｎ2Ｏ4が代表例である。他に、ＬｉＭｎＯ3、ＬｉＭｎ2Ｏ3、ＬｉＭｎＯ2、Ｌｉ4Ｍｎ5Ｏ12、ＬｉＭｎ2-xＭｘＯ2（ただし、Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉからなる群から選ばれる少なくとも１種、ｘ＝０.０１〜０.２）、Ｌｉ2Ｍｎ3ＭＯ8（ただし、Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎからなる群から選ばれる少なくとも１種）、Ｌｉ1-xＡxＭｎ2Ｏ4（ただし、Ａ＝Ｍｇ、Ｂ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｃａからなる群から選ばれる少なくとも１種、ｘ＝０.０１〜０.１）、ＬｉＮｉ1-xＭxＯ2（ただし、Ｍ＝Ｃｏ、Ｆｅ、Ｇａからなる群から選ばれる少なくとも１種、ｘ＝０.０１〜０.２）、ＬｉＦｅＯ2、Ｆｅ2(ＳＯ4)3、ＬｉＣｏ1-xＭxＯ2（ただし、Ｍ＝Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎからなる群から選ばれる少なくとも１種、ｘ＝０.０１〜０.２）、ＬｉＮｉ1-xＭxＯ2（ただし、Ｍ＝Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｇａ、Ｃａ、Ｍｇからなる群から選ばれる少なくとも１種、ｘ＝０.０１〜０.２）、Ｆｅ(ＭｏＯ4)3、ＦｅＦ3、ＬｉＦｅＰＯ4、及びＬｉＭｎＰＯ4等を列挙することができる。
【００１９】
正極活物質の粒径は、正極活物質、導電剤、及びバインダから形成される合剤層の厚さ以下になるように通常は規定される。正極活物質の粉末中に合剤層厚さ以上のサイズを有する粗粒がある場合、予めふるい分級や風流分級等により粗粒を除去し、合剤層厚さ以下の粒子を作製することが好ましい。
【００２０】
また、正極活物質は、一般に酸化物系であるために電気抵抗が高いので、電気伝導性を補うための炭素粉末からなる導電剤を利用する。正極活物質及び導電剤はともに通常は粉末であるので、粉末にバインダを混合して、粉末同士を結合させると同時に集電体へ接着させることができる。
【００２１】
正極の集電体には、厚さが１０〜１００μｍのアルミニウム箔、厚さが１０〜１００μｍで孔径が０.１〜１０mmのアルミニウム製穿孔箔、エキスパンドメタル、又は発泡金属板等が用いられる。アルミニウムの他に、ステンレスやチタン等の材質も適用可能である。本発明では、材質、形状、製造方法等に制限されることなく、任意の集電体を使用することができる。
【００２２】
正極活物質、導電剤、バインダ、及び有機溶媒を混合した正極スラリーを、ドクターブレード法、ディッピング法、又はスプレー法等によって集電体へ付着させた後、有機溶媒を乾燥させ、ロールプレスによって加圧成形することにより、正極を作製することができる。また、塗布から乾燥までを複数回行うことにより、複数の合剤層を集電体に積層化させることも可能である。
【００２３】
＜負極＞
負極は、負極活物質、バインダ、及び集電体からなる。高レート充放電が必要な場合に、導電剤を添加することもある。本発明で使用可能な負極活物質としては、黒鉛と非黒鉛炭素や例えばアルミニウム、シリコン、スズ等の金属及びこれらの合金、リチウム含有の遷移金属窒化物Ｌｉ(3-x)ＭxＮ、ケイ素の低級酸化物ＬｉxＳｉＯy（０≦ｘ、０＜ｙ＜２）、及びスズの低級酸化物ＬｉxＳｎＯyのリチウムと合金を形成する材料又は金属間化合物を形成する材料等を選択することができる。
【００２４】
負極活物質の材料には特に制限がなく、上記の材料以外でも利用可能であるが、膨張収縮が大きい材料等の一部材料を選択した場合には、負極の利用する範囲を大きくし過ぎると抵抗上昇が大きくなることがある。この場合、電池電圧を変更する場合の条件に負極電位が一定以下であるかどうかを確認するのが好ましい。
【００２５】
ただし、黒鉛を含むことが好ましく、当該黒鉛は黒鉛層間距離（ｄ００２）が０.３３５nm以上０.３３８nm以下であることが好ましい。このような黒鉛を負極が含むことにより、黒鉛の電位曲線にはステージ構造を有するため、リチウムイオン二次電池のサイクル特性の向上をより大きなものにすることができる。負極に用いる黒鉛は、リチウムイオンを化学的に吸蔵・放出可能な天然黒鉛、人造黒鉛、メソフェーズ炭素、膨張黒鉛、炭素繊維、気相成長法炭素繊維、ピッチ系炭素質材料、ニードルコークス、石油コークス、及びポリアクリロニトリル系炭素繊維等を原料として製造される。なお、上記の黒鉛層間距離（ｄ００２）は、ＸＲＤ（Ｘ線粉末回折法）（Ｘ−Ray Diffraction Method）等を用いて測定することができる。
【００２６】
また、負極に用いる非黒鉛炭素は、上記の黒鉛を除く炭素材料であって、リチウムイオンを吸蔵又は放出することができるものである。これには、黒鉛層の間隔が０.３４nm以上であって、２０００℃以上の高温熱処理により黒鉛に変化する炭素材料や、５員環又は６員環の環式炭化水素や、環式含酸素有機化合物を熱分解によって合成した非晶質炭素材料等が含まれる。
【００２７】
このように正極と異なる電圧変化率を有する負極に、リチウムと合金を形成する材料又は金属間化合物を形成する材料を、第３の負極活物質として添加してもよい。第３の負極活物質としては、例えばアルミニウム、シリコン、スズ等の金属及びこれらの合金、リチウム含有の遷移金属窒化物Ｌｉ(3-x)ＭxＮ、ケイ素の低級酸化物ＬｉxＳｉＯy（０≦ｘ、０＜ｙ＜２）、及びスズの低級酸化物ＬｉxＳｎＯyが挙げられる。第３の負極活物質の材料には特に制限がなく、上記の材料以外でも利用可能である。
【００２８】
一般に使用される負極活物質は粉末であるため、それにバインダを混合して、粉末同士を結合させると同時に集電体へ接着させている。本実施形態に係る電池が有する負極では、負極活物質の粒径を、負極活物質及びバインダから形成される合剤層の厚さ以下にすることが望ましい。負極活物質の粉末中に合剤層厚さ以上のサイズを有する粗粒がある場合、予めふるい分級や風流分級等により粗粒を除去し、合剤層厚さ以下の粒子を使用することが好ましい。
【００２９】
負極の集電体には、厚さが１０〜１００μｍの銅箔、厚さが１０〜１００μｍで孔径０.１〜１０mmの銅製穿孔箔、エキスパンドメタル、又は発泡金属板等が用いられる。銅の他に、ステンレス、チタン、又はニッケル等の材質も適用可能である。本発明では、材質、形状、製造方法等に制限されることなく、任意の集電体を使用することができる。
【００３０】
負極活物質、バインダ、及び有機溶媒を混合した負極スラリーを、ドクターブレード法、ディッピング法、又はスプレー法等によって集電体へ付着させた後、有機溶媒を乾燥させ、ロールプレスによって加圧成形することにより、負極を作製することができる。また、塗布から乾燥までを複数回行うことにより、多層合剤層を集電体に形成させることも可能である。
【００３１】
＜セパレータ＞
上記の方法で作製した正極及び負極の間にセパレータを挿入し、正極及び負極の短絡を防止する。セパレータには、ポリエチレン、ポリプロピレン等からなるポリオレフィン系高分子シート、又はポリオレフィン系高分子と４フッ化ポリエチレンを代表とするフッ素系高分子シートを溶着させた２層構造等を使用することが可能である。電池温度が高くなったときにセパレータが収縮しないように、セパレータの表面にセラミックス及びバインダの混合物を薄層状に形成してもよい。これらのセパレータは、電池の充放電時にリチウムイオンを透過させる必要があるため、一般に細孔径が０.０１〜１０μｍ、気孔率が２０〜９０％であれば、リチウムイオン電池に使用可能である。
【００３２】
＜電解質＞
本発明の一実施形態で使用可能な電解液の代表例として、エチレンカーボネートにジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、又はエチルメチルカーボネート等を混合した溶媒に、電解質として６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、又はホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ4）を溶解させた溶液がある。本発明は、溶媒や電解質の種類、溶媒の混合比に制限されることなく、他の電解液も利用可能である。
【００３３】
なお、電解液に使用可能な非水溶媒の例としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド、１，３−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、３−メチル−２−オキサゾリジノン、テトラヒドロフラン、１，２−ジエトキシエタン、クロルエチレンカーボネート、又はクロルプロピレンカーボネート等の非水溶媒がある。本発明の電池に内蔵される正極又は負極上で分解しなければ、これ以外の溶媒を用いてもよい。
【００３４】
また、電解質の例としては、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＣＯ2、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＳｂＦ6、又はリチウムトリフルオロメタンスルホンイミドで代表されるリチウムのイミド塩等、多種類のリチウム塩がある。これらの塩を、上記の溶媒に溶解してできた非水電解液を電池用電解液として使用することができる。本実施形態に係る電池が有する正極及び負極上で分解しなければ、これ以外の電解質を用いてもよい。
【００３５】
固体高分子電解質（ポリマー電解質）を用いる場合には、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリメタクリル酸メチル、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド等のイオン伝導性ポリマーを電解質に用いることができる。これらの固体高分子電解質を用いた場合、セパレータ１１を省略することができる利点がある。
【００３６】
さらに、イオン性液体を用いることができる。例えば、１−ethyl−３−methylimidazolium tetrafluoroborate（ＥＭＩ−ＢＦ４）、リチウム塩ＬｉＮ(ＳＯ2ＣＦ3)2（ＬｉＴＦＳＩ）とトリグライムとテトラグライムとの混合錯体、環状四級アンモニウム系陽イオン（Ｎ−methyl−Ｎ−propylpyrrolidiniumが例示される。）、及びイミド系陰イオン（bis(fluorosulfonyl)imideが例示される。）より、正極及び負極にて分解しない組み合わせを選択して、本実施形態に係る電池に用いることができる。
【００３７】
＜軸芯＞
図２は、図１のＡ−Ａ水平断面図である。正極、セパレータ、負極からなる電極群３の中心部に、シート材を円筒状に捲いた軸芯２を有している。
【００３８】
軸芯２の展開図を図３に示す。このシート材の一端（図３中のａ）から、軸芯２の軸方向と垂直な方向にスリット１００が入っており、このスリット１００は図３中のｂまで形成されているが、他端（図３中のｃ）まで達していない。換言すれば、軸芯２には電極群３の捲回方向と平行な方向であり軸芯２の最外周端部にスリット１００が設けられ、スリット１００は軸芯２の最内周までは到達しない。電極群３の捲回方向と平行な方向に対してある程度傾きを持って斜めにスリット１００が形成されると、軸芯２に圧縮応力がかかった場合、軸芯２が電極群３の捲回方向と垂直な方向（軸芯２の長軸方向）に伸びてしまう可能性がある。よって、スリットの形成される方向と電極群３の捲回方向と平行な方向との角度は、およそ０度以上１０度以下であることが望ましい。但し、軸芯２が電極群３の捲回方向と垂直な方向に伸びた場合でも、軸芯２の長軸方向への伸縮に対応するようなコイルばねを軸芯２の上下に設けることにより、軸芯２の電極群３の捲回方向と垂直な方向への伸びを軽減できる。
【００３９】
シート材を円筒状に捲くことにより、シート材の反発力によって捲きバネとしての機能を有する。電極群３から軸芯２に圧縮応力が生じると、図４のように円筒状に捲かれたシート材の一端が内部へ滑り込むことにより、その応力が緩和される。圧縮応力が弱まると、バネの反発力により捲回軸から電池缶４の方向に応力が印加され元に戻る。このように、電極の膨張収縮に軸芯２が追随することにより、電極群３の緩みを抑制するが期待できる。シート材を円筒型に捲回したバネの反発力は、シート材の材質、板厚、スリットの数および捲き数で調整することができる。
【００４０】
活物質の膨張収縮方向は集電体に対して常に垂直方向でなく、ランダムに向いていることが多いため、電極の膨張収縮方向は集電体に対し、垂直方向だけでなく、水平方向にも生じる。塗布で形成された電極の軸芯の方向における上下端に位置する部位では、上下方向に応力を分散させることができるが、電極中央部ほど、上下端からの応力が集中しやすい傾向がある。そのため、円柱やスリットが入っていない円筒型軸芯、軸芯の軸方向へスリットが入っている軸芯を用いると、軸芯の軸方向と垂直方向への圧縮応力の分布が生じた場合、圧縮応力が強い電極中心部程、電極の合材層の圧壊が顕著である。シート材を円筒状に丸めた軸芯（スリットの入っていないシート材）を用いた場合、圧縮応力が最も強い部位に対応して軸芯が収縮するため、圧縮応力の弱い部位と軸芯との間に空間が生じてしまう恐れがある。
【００４１】
それに対して、軸芯に軸芯の軸方向と垂直方向にスリットを設けることで、電極群の圧縮応力分布に応じて軸芯の収縮量を調整することができる。このとき、シート材に設けたスリットが他端まで達している、すなわち、シート材を分割した軸芯を用いた場合、それぞれの軸芯が独立して作用することができるため、電極群の応力分布に応じて各軸芯が収縮する作用が期待される。しかし、独立した軸芯を用いた場合、サイクルを繰り返すことにより、電極群の圧縮応力勾配にそって移動してしまい、軸芯の継ぎ目に大きな空間を生じ、電極群が坐折する恐れがある。それに対して、図３のようにシート材の一端に入れたスリット１００が、他端まで達しないようにすることにより、軸芯２の分裂を防ぐことができる。
【００４２】
軸芯２の作製方法としては、スリット１００が入っていない一端を内側にし、円筒状に捲回する。シート材を重ねて円筒状に捲くことにより、バネの反発力を高めても良い。スリット１００の先端部は、軸芯２が変形時にセパレータおよび電極を突き破らないように、面取りしていることが望ましい。
【００４３】
軸芯２の作製後、セパレータを軸芯２に捲回させる際、軸芯２とセパレータは溶着されていたり、粘着剤などで接着されていないことが望ましい。これにより、電極の膨張収縮に伴い軸芯２が動いた際に、セパレータが軸芯２の動きに追従してセパレータにしわができることを防げる。
【００４４】
図５に示すように、スリット１００が入っていない一端（図５では軸芯２の最内周端）に補強板１１０を設けていても良い。補強板１１０を設けることによりスリット１００が到達していない部位の剛性が高まり、軸芯２の軸方向と垂直方向への強い外部応力が印加された場合の軸芯２の屈折が抑制される。補強板１１０として金属や樹脂などが挙げられるが、これに限られない。
【００４５】
スリット１００が到達していない部位の剛性を高める手法として、補強板１１０を用いる他、スリット１００の入っていない一端を、軸芯２の内径よりも小さな外径を持つ円筒または円注に接続する方法、スリット１００が到達していない部位をスリット１００が入っている部位よりも曲率を上げて捲回する方法がある。スリット１００が入っていない部位の曲率を上げて捲回する場合、捲回数が多いほど、剛性を高めることができる。
【００４６】
分割されたシート材の一端を別のシート材の他、上述の補強板、円筒、円注等により接続していてもよい。この場合、軸芯２は、図７のように短冊状のシート材を軸芯２の方向にならべ、その一端を補極材で接続されたものを円筒状に捲回された構造となる。スリット１００の本数が多くなると、スリット１００の間隔が狭くなり、スリット１００を入れる際の応力で捻じれて変形してしまう。そこで、短冊状のシート材を並べて補極板１１０に溶接することで上記の変形を抑制し、軸芯２の加工が容易になる。
【００４７】
シート材の材質は限定されず、弾性力を有する材料、例えばセルロース等の天然高分子のシート、樹脂シート、カーボンシート、グラスファイバー製シート、金属シート等用いることができる。正極および負極を絶縁するために用いられるセパレータは弾性力に乏しいため、シート材として弾性力の高い材料を用いることが望ましい。シート材としてセパレータのようにリチウムイオンを通すための空隙が形成されていても良いし、稠密構造になっていても良い。
【００４８】
シート材の厚みは限定されないが、捲回時に降伏応力により屈曲しない厚さ、バネとして反発力が損なわれない厚さ以下が望ましい。
【００４９】
スリット１００の本数は限定されないが、スリット本数が少ないと、一つのスリット１００からなるバネの反発力が強くなる半面、圧力分布に対応できるバネの数が少なくなる。スリット１００の数が多い程電池軸方向の圧力分布に細かく対応しやすくなる半面、一つ一つのバネの反発力が弱くなる傾向がある。よって、スリット１００の本数としては、２本以上２０本以下、より好ましくは５本以上１０本以下が望ましい。
【００５０】
シート材の捲き数は特に限定されないが１捲き以上、５捲き以下が望ましい。１捲以下だとシート材の両端が重ならず。５捲き以上になると、軸芯２の強度およびバネの反発力は上がるものの、シート材の重複面積が大きいため、摩擦による抵抗が大きくなり、圧縮応力が掛った際に軸芯が収縮しにくい。
【００５１】
軸芯２の外径をＲ、スリット１００の長さをＬとしたとき、Ｌ≧πＲの関係を満たすことが望ましい。スリット１００の長さＬがπＲ以下であると、スリット１００が入っていない部位が電極群３と接する。スリット１００が入っていない部位は連続体なので、圧縮応力分布に応じて変形する量は少ない。そこで、スリット１００の長さＬをπＲ以上とすることで、圧力分布に応じて変化する部位と変化しない部位が生じてしまうのを防ぐことができる。スリット１００の到達していない一端がシート材に完全に重なっている必要はなく中心部側程曲率を上げて、スリット１００の到達していない一端を円筒の中心部に浮かせても良い。
【００５２】
本発明による捲回式二次電池の用途は、特に限定されない。例えば、パーソナルコンピュータ、ワープロ、コードレス電話子機、電子ブックプレーヤ、携帯電話、自動車電話、ハンディターミナル、トランシーバ、携帯無線機等の携帯情報通信機器の電源として使用することができる。また、携帯コピー機、電子手帳、電卓、液晶テレビ、ラジオ、テープレコーダ、ヘッドホンステレオ、ポータブルＣＤプレーヤ、ビデオムービー、電気シェーバー、電子翻訳機、音声入力機器、メモリーカード等の各種携帯機器の電源として使用できる。その他、冷蔵庫、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、オーブン電子レンジ、食器洗い機、乾燥器、洗濯機、照明器具、玩具等の家庭用電気機器として使用できる。また、家庭用、業務用を問わずに、電動工具や介護用機器（電動式車いす、電動式ベッド、電動式入浴設備など）の用電池としても利用可能である。さらに、産業用途として、医療機器、建設機械、電力貯蔵システム、エレベータ、無人移動車両などの電源として、さらには電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、ゴルフカート、ターレット車などの移動体用電源として、本発明を適用することができる。さらには、太陽電池や燃料電池から発生させた電力を本発明の電池モジュールに充電し、宇宙ステーション、宇宙船、宇宙基地などの地上以外で利用可能な蓄電システムとして用いることも可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１  リチウムイオン二次電池
２  軸芯
３  電極群
４  電池缶
５  電気絶縁板  
６  電池蓋
７  正極の導電リード
８  負極の導電リード
９  ガスケット
１００  スリット
１１０  補強板
【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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