(57)【要約】【課題】溶接を用いず容易に電極体を製造でき、かつ、電極体の負極と正極とセパレータとのずれを防止して、ずれによる短絡と集電の弱まりを抑えることにより、電圧低下を低減して高性能化を図ることができる二次電池を提供する。【解決手段】二次電池１は、互いに対向して配置された負極集電体３１および正極集電体３２を有する電池容器３と、そこに収納される電極体２とを備える。電極体２は、シート状の正極２２とシート状の負極２１とがセパレータ２３を介して渦巻き状に捲回されてなる。セパレータ２３は、正極２２と負極２１との間に介在し、負極２１の突出方向と反対側の他端部２１ｂを覆うように折り曲げられ、かつ、正極２２の突出方向と反対側の他端部２２ｂを覆うように折り曲げられた１枚のシートからなる。負極２１の突出方向側の一端部２１ａと負極集電体３１とが当接し、正極２２の突出方向側の一端部２２ａと正極集電体３２とが当接する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向して配置された正極集電体および負極集電体と、
前記正極集電体と前記負極集電体との間に配され、正極と負極とがセパレータを介して渦巻き状に捲回された電極体と、を備え、
前記電極体は、その軸方向の一端部に前記正極が、他端部に前記負極がそれぞれ突出するように、正極と負極とを軸方向にずらした状態で重ね合わされていて、
前記セパレータは、それぞれ、前記負極の突出方向と反対側の端部を覆うように折り曲げられ、かつ、前記正極の突出方向と反対側の端部を覆うように折り曲げられており、
前記正極において、その突出方向側の端部と前記正極集電体とが当接し、前記負極において、その突出方向側の端部と前記負極集電体とが当接した、
二次電池。
【請求項２】
前記セパレータは、
前記負極を挟み込む第一セパレータ部と第二セパレータ部と、
前記正極を挟み込む前記第二セパレータ部と第三セパレータ部と、
前記負極の突出方向と反対側の端部を覆うように、前記第一セパレータ部と前記第二セパレータ部とを繋ぐ第一折り曲げ部と、
前記正極の突出方向と反対側の端部を覆うように、前記第二セパレータ部と前記第三セパレータ部とを繋ぐ第二折り曲げ部と、を備える、
請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記電極体の軸方向において、前記第二セパレータ部の長さが、前記第一セパレータ部と前記第三セパレータ部とを足し合わせた長さよりも短い、
請求項２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記第三セパレータ部の前記第二折り曲げ部と反対側の端部から、スリットが設けられている、
請求項２または３に記載の二次電池。
【請求項５】
前記電極体は、絶縁性の軸心を備える、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項６】
前記電極体は、前記セパレータを介して前記負極が前記正極の外側にくるように渦巻き状に捲回された、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項７】
前記正極および前記負極の少なくとも一方は、前記電極体の周方向に分割された複数のシートからなり、
前記電極体における外側の前記正極または前記負極のシート厚が、内側のシート厚よりも厚い、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項８】
前記電極体は、
前記セパレータが、前記電極体の径方向に蛇腹状に形成され、
複数の正極と複数の負極とが前記セパレータに挟み込まれ、前記複数の正極と前記複数の負極とが前記セパレータを介して渦巻き状に捲回された、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項９】
前記複数の正極および前記複数の負極は、前記電極体における周方向の端部が外側ほど短くなるように、周方向に順にずらした状態で重ね合わされた、
請求項８に記載の二次電池。
【請求項１０】
前記電極体は、その外周部に巻き付けて結束する結束部材をさらに備える、
請求項１〜９のいずれか1項に記載の二次電池。
【請求項１１】
前記電極体を複数備え、
複数の電極体が、前記正極集電体および前記負極集電体を構成する２つの面を有する容器内に配され、
前記正極集電体が前記複数の電極体のそれぞれの前記正極の端部に当接し、前記負極集電体が前記複数の電極体のそれぞれの前記負極の端部に当接する、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項１２】
前記複数の電極体は、径の異なる電極体を含む、
請求項１１に記載の二次電池。
【請求項１３】
正極を挟み込むための第一セパレータ部と第二セパレータ部とを形成するようにセパレータを長手方向に沿って折り曲げ、該第二セパレータ部とで負極を挟み込むための第三セパレータ部を形成するように該セパレータを長手方向に沿って折り曲げる第１工程と、
前記セパレータの一端側から前記正極の一端部が突出するように、前記第一セパレータ部と前記第二セパレータ部との間に該正極を配し、前記セパレータの他端側から前記負極の一端部が突出するように、前記第二セパレータ部と前記第三セパレータ部との間に該負極を配する第２工程と、
これら重ね合わされた前記正極と前記負極と前記セパレータとを、渦巻き状に捲回して電極体を形成する第３工程と、
前記電極体の軸方向の一端部と正極集電体とを当接させることにより、該正極集電体を前記第一セパレータ部と前記第二セパレータ部の間から突出している前記正極の端部に当接させ、前記電極体の軸方向の他端部と負極集電体とを当接させることにより、該負極集電体を前記第二セパレータ部と前記第三セパレータ部の間から突出している前記負極の端部に当接させる第４工程と、を備える、
二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池およびその製造方法に関する。
【０００２】
従来、携帯電話やモバイルＰＣ、電動工具、電動自転車など、さまざまな製品に二次電池が用いられている。近年では、風力発電や太陽光発電など自然エネルギーを利用した発電にも二次電池が使われている。これは不安定な出力を二次電池で補い、出力を平滑化するために用いられるもので、大容量の二次電池が使われている。その他、大容量の二次電池は、ハイブリッド車や電気自動車、電車などの車両に搭載されることが知られている。
【０００３】
このような車両に搭載する大容量の二次電池には、高出力、高エネルギー密度、電圧安定性などの面から、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池が広く採用されている。
【０００４】
従来のニッケル水素電池やリチウムイオン電池として、例えば捲回型の二次電池や角形の二次電池がある。また、ニッケル水素電池などに代表される円筒状の二次電池は、正極活物質（水酸化ニッケルなど）を含む正極活物質シートと、負極活物質（水素吸蔵合金など）を含む負極活物質シートとが、両シート間を電気絶縁し、その中に含まれる電解液を介してイオンを伝導させる板状のセパレータを介して渦巻き状に捲回された電極体を備える。そして、この電極体が、上方が開口し、負極外部端子を兼ねる底を有する有底筒状の電池容器に収納されている。電池容器の開口は、正極外部端子を兼ねる蓋で覆われており、これによって、正極外部端子が電池容器の一部を構成している（例えば、特許文献１参照）。また、正極外部端子と電極体の正極活物質シートとは、ニッケルなど導電性のタブを介してそれぞれ溶接されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、電解液が貯蔵されるハウジングに内装される電気エネルギー貯蔵装置において、隔離膜により分離され、一端に正極が突出し、他端に負極が突出するように巻回される電極体と、下部面に接触面積拡大手段を有し、前記電極体の正極及び負極に各々連結される正極端子及び負極端子とを備える電気エネルギー貯蔵装置がある（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
一方、本願の出願人は、電極体の軸方向の一端部に正極活物質シートが、他端部に負極活物質シートがそれぞれ突出するように、セパレータを介して両シートを軸方向にずらした状態で重ね合わされて渦巻き状に捲回されてなり、該セパレータが、正極活物質シートと負極活物質シートの間に介在し、負極活物質シートの突出方向と反対側の端部を覆うように一端部が折り曲げられた第１セパレータと、該第１セパレータとの間で正極活物質シートと負極活物質シートのいずれか一方を挟み込み、正極活物質シートの突出方向と反対側の端部を覆うように他端部が折り曲げられた第２セパレータとからなる巻き電池を発明している（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２７２５９３号公報
【特許文献２】特開平４−１３７３５６号公報
【特許文献３】特開２００２−０１５７６５号公報
【特許文献４】特許第４２９８２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１または２の電池は、電気が流れる正極側の経路に溶接部が２箇所存在する。この構成では、溶接部の電気抵抗により、電池を高出力放電する場合に電池の両端間の電圧が低下し、電池の性能を十分に確保することができない。また、溶接部があるために電池の製造時間や製造工程が多くなり、製造コストも高くなる。
【０００９】
また、特許文献３の電気エネルギー貯蔵装置では、正極及び負極の両端部は軸方向外側に露出しており、正極端子と負極との短絡及び負極端子と正極との短絡の防止を有効に行うことができない。ところで、正極と負極とセパレータ（隔離膜）を重ね合わせ電極体を製造する場合や、充放電によって正極や負極が膨張収縮した場合など、正極、負極、セパレータにずれが生じる場合がある。特許文献３の電気エネルギー貯蔵装置では、セパレータにずれが生じると、集電が弱くなり、また正極と負極とが接触すると短絡する。
【００１０】
また、特許文献４の巻き電池は、正極と負極とにこれらの端部を覆うセパレータが重ね合わされてなる構造であるため、正極および負極の端部の接触による短絡を有効に防止できる。しかしながら、このセパレータは、正極と負極とにそれぞれ重ね合わされる第一セパレータと第二セパレータとに分割されているので、これらを重ね合わせて捲回する際に作業性が悪い。また、正極、負極、第一セパレータまたは第二セパレータにずれが生じるおそれがあり、これらにずれが生じると集電が弱くなるおそれがある。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、電極体の正極を正極集電体に、負極を負極集電体に、それぞれ溶接せず当接により電気的に接続することによって、極めて容易に製造することができ、かつ電圧低下を低減して高性能化を図るとともに、正極、負極、セパレータのずれを防止する二次電池およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明に係る二次電池は、互いに対向して配置された正極集電体および負極集電体と、前記正極集電体と前記負極集電体との間に配され、正極と負極とがセパレータを介して渦巻き状に捲回された電極体と、を備え、前記電極体は、その軸方向の一端部に前記正極が、他端部に前記負極がそれぞれ突出するように、正極と負極とを軸方向にずらした状態で重ね合わされていて、前記セパレータは、それぞれ、前記負極の突出方向と反対側の端部を覆うように折り曲げられ、かつ、前記正極の突出方向と反対側の端部を覆うように折り曲げられており、前記正極において、その突出方向側の端部と前記正極集電体とが当接し、前記負極において、その突出方向側の端部と前記負極集電体とが当接したことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、正極と正極集電体の間、および、負極と負極集電体の間に溶接箇所がないので、高出力放電しても電圧低下が少なく高性能な二次電池を得られる。また、本発明のセパレータは、正極と負極の突出方向と反対側の端部をそれぞれ覆うように折り曲げられて構成されている。したがって、セパレータが正極と負極とを物理的に分離して、何らかの外力等によって突出している正極および負極のいずれかが変形した場合にも、正極−負極間の電気絶縁を維持する。
【００１４】
さらに、このセパレータは、シート状等のセパレータを折り曲げるだけで構成できるので、正極と負極をセパレータに挟み込んで電極体を製造する際に作業性が非常によく、ずれが生じる可能性も極めて低く、ずれによる集電の弱まりを抑える。
【００１５】
また、本発明に係る二次電池は、前記セパレータが、前記負極を挟み込む第一セパレータ部と第二セパレータ部と、前記第二セパレータ部とで前記正極を挟み込む第三セパレータ部と、前記負極の突出方向と反対側の端部を覆うように前記第一セパレータ部と前記第二セパレータ部とを繋ぐ第一折り曲げ部と、前記正極の突出方向と反対側の端部を覆うように前記第二セパレータ部と前記第三セパレータ部とを繋ぐ第二折り曲げ部と、を備える。この構成によれば、第二セパレータ部が正極と負極とを確実に電気絶縁し、第一セパレータ部と第二セパレータ部とで、捲回時の正極と負極との重なり部分を確実に電気絶縁する。
【００１６】
また、本発明に係る二次電池は、前記電極体の軸方向において、前記第二セパレータ部の長さが、前記第一セパレータ部と前記第三セパレータ部とを足し合わせた長さよりも短い。ここで、「前記第二セパレータ部の長さが、前記第一セパレータ部と前記第三セパレータ部とを足し合わせた長さよりも短い」とは、すなわち、捲回時に第一セパレータ部と第三セパレータ部とが重なる際に、重なり部分が確実にできることをいう。例えば、第一セパレータ部および第三セパレータ部を第二セパレータ部の１／２よりも長い構成としたり、第一セパレータ部および第三セパレータ部を第二セパレータ部と同じ長さで構成してもよい。これにより、第一セパレータ部と第三セパレータ部とで、捲回時の正極と負極との重なりを確実に防ぎ、正極と負極とを電気絶縁する。
【００１７】
また、本発明に係る二次電池は、前記第三セパレータ部の前記第二折り曲げ部と反対側の端部から、スリットが設けられていてもよい。この構成によれば、電極体の製造時、正極と負極とセパレータとを捲回する際、セパレータの撓みをスリットで逃がすことができ、効率良く捲回できる。
【００１８】
また、本発明に係る二次電池は、前記電極体が、絶縁性の軸心を備えてもよい。この構成によれば、電極体の製造時に捲回が容易にできる。また、軸心は中実でも中空でもよく、捲回後に軸心を取り除いてもよい。また、軸心は絶縁性であり、電解液に耐性を有するものが望ましい。
【００１９】
また、本発明に係る二次電池は、前記電極体が、前記セパレータを介して前記負極が前記正極の外側にくるように渦巻き状に捲回されることが好ましい。この構成によれば、正極規制の二次電池となる。
【００２０】
また、本発明に係る二次電池は、前記正極および前記負極の少なくとも一方が、前記電極体の周方向に分割された複数のシートからなり、前記電極体における外側の前記正極または前記負極のシート厚が、内側のシート厚よりも厚くてもよい。この構成によれば、電極体の外側の電極が厚くなり、捲回の締め付けがよく、電極体の形態が安定する。
【００２１】
また、本発明に係る二次電池は、前記電極体が、前記セパレータが前記電極体の径方向に蛇腹状に形成され、複数の正極と複数の負極とが前記セパレータに挟み込まれ、前記複数の正極と前記複数の負極とが前記セパレータを介して渦巻き状に捲回されてもよい。この構成によれば、捲回数を減らすことができる。
【００２２】
また、本発明に係る二次電池は、前記複数の正極および前記複数の負極が、前記電極体における周方向の端部が外側ほど短くなるように、周方向に順にずらした状態で重ね合わされてもよい。この構成によれば、複数の正極および負極と蛇腹状のセパレータとを重ね合わせ捲回して電極体を構成する際に、正極および負極の外側端部が面一になることを防ぎ、これら端部における短絡を抑える。
【００２３】
また、本発明に係る二次電池は、前記電極体が、その外周部に巻き付けて結束する結束部材をさらに備える。この構成によれば、結束部材が電極体の外周部に巻き付き電極体の形態を拘束し、これによって電極体の捲回状態を維持する。なお、結束部材には耐電解液性の素材を用いることが望ましい。
【００２４】
また、本発明に係る二次電池は、前記電極体を複数備え、複数の電極体が、前記正極集電体および前記負極集電体を構成する２つの面を有する容器内に配され、前記正極集電体が前記複数の電極体のそれぞれの前記正極の端部に当接し、前記負極集電体が前記複数の電極体のそれぞれの前記負極の端部に当接する構成である。また、本発明に係る二次電池は、前記複数の電極体が、径の異なる電極体を含んでもよい。
【００２５】
この構成によれば、複数の電極体が容器内に並列に配されることによって電気的に並列接続されるので、電池容量を大きくできる。なお、容器内に複数の同径の電極体を配列してもよいし、径の異なる電極体を配列してもよい。また、上記複数の電極体が、充放電特性の異なる複数の種類の電極体であってもよい。このように径の異なる電極体や充放電特性の異なる複数の電極体を組み合わせることにより、使用目的に応じた二次電池を構成することができる。例えば、一種類の電極体では実現不可能である瞬間的な大電流と大きな電池容量とを同時に満足する二次電池を提供できる。
【００２６】
また、本発明に係る二次電池の製造方法は、正極を挟み込むための第一セパレータ部と第二セパレータ部とを形成するようにセパレータを長手方向に沿って折り曲げ、該第二セパレータ部とで負極を挟み込むための第三セパレータ部を形成するように該セパレータを長手方向に沿って折り曲げる第１工程と、前記セパレータの一端側から前記正極の一端部が突出するように、前記第一セパレータ部と前記第二セパレータ部との間に該正極を配し、前記セパレータの他端側から前記負極の一端部が突出するように、前記第二セパレータ部と前記第三セパレータ部との間に該負極を配する第２工程と、これら重ね合わされた前記正極と前記負極と前記セパレータとを、渦巻き状に捲回して電極体を形成する第３工程と、前記電極体の軸方向の一端部と正極集電体とを当接させることにより、該正極集電体を前記第一セパレータ部と前記第二セパレータ部の間から突出している前記正極の端部に当接させ、前記電極体の軸方向の他端部と負極集電体とを当接させることにより、該負極集電体を前記第二セパレータ部と前記第三セパレータ部の間から突出している前記負極の端部に当接させる第４工程とを備えることを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、セパレータに対して正極と負極とを相互に反対方向にずらした状態で重ね合わせ渦巻き状に捲回するので、これにより形成される電極体の各端部には互いに異なる極性を突出させることができる。すなわち、電極体の一端部には正極が、他端部には負極が突出する。また、電極体の突出している正極を正極集電体に、電極体の突出している負極を負極集電体にそれぞれ当接させ電気的に接続しているので、従来の二次電池で行っていた溶接工程が不要となる。その結果、二次電池の製造が極めて容易となり、その製造期間も短縮でき、さらにコストも低減することができる。
【００２８】
また、上記第１工程が、正極および負極の突出方向と反対側の端部をそれぞれ覆うように、セパレータをそれぞれ折り曲げる工程を含むことにより、正極と負極とが電気絶縁性のセパレータによって物理的に分離され、正極−負極間の電気絶縁を確実に行う。ここで、セパレータの折り曲げは、例えば断面が略Ｎ字状になるように山折りと谷折りとをして、折り曲げられたセパレータの間隙に正極と負極とをそれぞれ挟み込む。なお、このセパレータは、１枚のシートを折り曲げて、第一セパレータ部と第二セパレータ部とで負極が、第二セパレータ部と第三セパレータ部とで正極が、確実に挟持されるので、電極体の製造時等にずれが生じにくい。したがって、電極体の製造がさらに容易となり、くわえて、これにより製造された二次電池はその運用時にもずれが生じにくいので、集電が弱まらず高性能な二次電池を得られる。
【発明の効果】
【００２９】
以上のように、本発明に係る二次電池は、電極体の正極を正極集電体に、負極を負極集電体にそれぞれ溶接せず当接により電気的に接続することによって、電圧低下を低減して高性能化を図ることができる。また、正極、負極、セパレータのずれを抑えて、短絡を防止するとともに、集電の弱まりを防止する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る二次電池の部分破断斜視図である。
【図２】図２は、図１の電極体の部分切欠斜視図である。
【図３】図３は、図１の電極体の断面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｄ）は、図２の電極体の製造工程を示す説明図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、図２の電極体の変形例を示す図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は、図２の電極体の変形例を示す図である。
【図７】図７（ａ）は、図１のＡＡ断面図である。図７（ｂ）は、径の異なる複数の電極体を電池容器に配列した二次電池の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づき説明するが、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。
【００３２】
［１．二次電池の構造］
（１−１．電池全体および電池容器の構造）
図１に示すように、本実施形態の二次電池１は、複数の略円筒状の電極体２が、電解液とともに角形形状の電池容器３に収納されて構成されている。電池容器３は、絶縁性の矩形の枠形部材３３と、枠形部材３３の二つの開口部を覆うようにＸ方向に対向して配置された負極集電体３１および正極集電体３２と、によって内部が密閉されている。負極集電体３１および正極集電体３２は、平板状の本体部３１ａ、３２ａと、その周縁部からＸ方向に突設された側壁部３１ｂ、３２ｂとを有する。なお、負極集電体３１と正極集電体３２とが対向する内側の面が負極集電面、正極集電面となり、外側に露出した面が、負極端子面、正極端子面となる。
【００３３】
なお、枠形部材３３を形成する絶縁素材として、本実施形態では変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂を用いているが、機械的強度、耐熱性および耐電解液性の観点から種々の材料を選択できる。また、負極集電体３１、正極集電体３２を形成する素材として、導電素材であるニッケルメッキを施した鋼板を用いているが、電気化学的な特性や機械的強度、耐食性などを考慮して、適宜選択することができる。
【００３４】
（１−２．電極体の構造）
図２に示すように、電極体２は、シート状の負極２１と、シート状の正極２２と、シート状のセパレータ２３と、絶縁性で略円筒状の軸心２４とを備える。セパレータ２３は１枚のシートからなり、長手方向に沿って谷折りと山折りと２箇所で折り曲げられ、第一セパレータ部２３ａ、第二セパレータ部２３ｂ、第三セパレータ部２３ｃとが形成されている。また、第一セパレータ部２３ａと第二セパレータ部２３ｂとの折り曲げ部が第一折り曲げ部２３ｄとなり、第二セパレータ部２３ｂと第三セパレータ部２３ｃとの折り曲げ部が第二折り曲げ部２３ｅとなる。
【００３５】
負極２１は、第一セパレータ部２３ａと第二セパレータ部２３ｂとの間に挟み込まれ、正極２２は、第二セパレータ部２３ｂと第三セパレータ部２３ｃとの間に挟み込まれ、負極２１が外側になるようにこれらを渦巻き状に捲回して電極体２が形成されている（図３参照）。このようにして、セパレータ２３を負極２１と正極２２との間に介在させ、負極２１−正極２２間を電気絶縁するとともに、その中に含まれる電解液を介してイオンを伝導させる。なお、本実施形態の電極体２は、負極２１を外側に配しているが、正極２２を外側に配する構成としてもよい。
【００３６】
また、電極体２の軸方向であるＸ方向の一方端部（図２の上方端部）には、負極２１の一端部２１ａが突出しており、他方端部（図２の下方端部）には、正極２２の一端部２２ａが突出している。負極２１の突出方向と反対側の他端部２１ｂは、第一折り曲げ部２３ｄにより覆われ、正極２２の突出方向と反対側の他端部２２ｂは、第二折り曲げ部２３ｅにより覆われている。そして、電極体２を電池容器３に収納した状態で、負極２１の一端部２１ａが負極集電体３１と当接し、正極２１の一端部２１ａが正極集電体３２と当接し、これらが電気的に接続されている。
【００３７】
以上の構成により、セパレータ２３によって負極２１と正極２２との接触を防ぎ、短絡を防止することができる。
【００３８】
（１−３．電極体の材料）
次に、ニッケル水素電池を一例として、本実施形態の電極体２を構成する各材料について説明する。なお、以下に示す材料は、二次電池１の種類に応じて適宜変更される。
【００３９】
負極２１は、導電性のパンチングメタルなどの板状体に、負極活物質となる水素吸蔵合金粉末を塗布して、乾燥したあと所定の厚みに圧延して形成されている。正極２２は、導電性の発泡ニッケルなどの板状体に、正極活物質となる水酸化ニッケルを塗布して、乾燥したあと所定の厚みに圧延して形成されている。
【００４０】
セパレータ２３は、電気絶縁物質であるポリプロピレン、ポリエチレンまたはポリアミド系の親水性の不織布からなる。これにより、セパレータ２３は多くの電解液を保持することができる。その結果、負極２１と正極２２との間でのイオンの伝導が容易となる。電解液には、アルカリ系の水酸化カリウムを使用する。
【００４１】
この構成における電池反応を簡単に説明すると、放電状態では、負極２１に吸蔵されている水素が水素イオンとなって、セパレータ２３内に含まれる電解液中を通り正極２２に達する。そこで、オキシ水酸化ニッケルと反応して水酸化ニッケルになる。充電状態では、この逆の反応が起こる。
【００４２】
［２．電極体の製造方法］
次に、電極体２の製造方法について説明する。
（２−１．工程１）
図４（ａ）に示すように、１枚の矩形シート状のセパレータ２３を、長手方向に沿って谷折りし、第一セパレータ部２３ａを形成する。同様に、セパレータ２３を、長手方向に沿って山折りし、第三セパレータ部２３ｃを形成する。同時に、第一セパレータ部２３ａと第三セパレータ部２３ｃとを繋ぐ第二セパレータ部２３ｂが形成される。また、第一セパレータ部２３ａと第二セパレータ部２３ｂとの折り曲げ部が第一折り曲げ部２３ｄとして、第二セパレータ部２３ｂと第三セパレータ部２３ｃとの折り曲げ部が第二折り曲げ部２３ｅとして形成される。
【００４３】
（２−２．工程２）
次に、図４（ｂ）に示すように、負極２１の他端部２１ｂ（図４（ｂ）の下方端部）を第一折り曲げ部２３ｄに合わせ、負極２１を第一セパレータ部２３ａと第二セパレータ部２３ｂの間に挟む。これにより、負極２１の一端部２１ａ（図４（ｂ）の上方端部）が第一セパレータ部２３ａと第二セパレータ部２３ｂの上方に突出する。一方、正極２２の他端部２２ｂ（図４（ｂ）の上方端部）を第二折り曲げ部２３ｅに合わせ、正極２２を第二セパレータ部２３ｂと第三セパレータ部２３ｃの間に挟む。これにより、正極２２の一端部２２ａ（図４（ｂ）の下方端部）が第二セパレータ部２３ｂと第三セパレータ部２３ｃの下方に突出する。
【００４４】
（２−３．工程３）
次に、図４（ｃ）に示すように、負極２１、正極２２、セパレータ２３を重ね合わせたものを、その長手方向に沿って軸心２４を中心に渦巻き状に捲回する。なお、正極規制の電池となるように、負極２１が電極体２の外側にくるように捲回する。これにより、略円筒状の電極体２が形成され、その各端部に互いに異なる極性が形成される。すなわち、電極体２の軸方向の一方端部に負極２１が、他方端部に正極２２がそれぞれ突出する。
【００４５】
（２−４．工程４）
次に、図４（ｄ）に示すように、電極体２の形態安定性を考慮して電極体２の外周部に帯状の結束部材２５を巻き付け、結束部材２５の両端部を熱融着などで接着する。なお、環状の結束部材を用いてもよい。また、本実施形態では、一例として、１箇所に結束部材２５を巻き付けているが、その数は電極体２の構成材料等に応じて適宜設定すればよい。また、結束部材２５も、セパレータ２３と同じく耐電解液性（本実施形態では耐アルカリ性）が望ましい。したがって、本実施形態の結束部材２５は、一例として、電気絶縁物質であるポリプロピレン、ポリエチレンまたはポリアミド系の親水性の不織布で構成する。なお、結束部材２５を電極体２に巻き付ける工程は、捲回された電極体２の形態が安定している場合は省略してもよい。
【００４６】
上記工程１〜４により、電極体２が完成する。このようにして製造した複数の電極体２を、電池容器３に並列的に配置して収納し、電池容器３内に電解液を充填し、電池容器３を密封して二次電池１が完成する（図１参照）。また、電極体２を電池容器３に収納する際、複数の電極体２のＸ方向の各端部と、負極集電体３１および正極集電体３２とをそれぞれ当接させる。これにより、電極体２が電気的に並列接続される。
【００４７】
以上のように本実施形態の電極体２の製造には溶接工程がない。したがって、その製造は従来よりも極めて容易となる。その結果、製造時間を短縮でき、製造コストも低減できる。なお、上記の電極体２の製造工程は一例であり、これに限定されるものではない。
【００４８】
［３．変形例］
（３−１．変形例１）
次に、電極体２の変形例について説明する。
なお、同一の構造については同一の符号を付す。
図５（ａ）に示すように、変形例１は、セパレータ２３の変形例である。セパレータ１２３は、スリット２３ｆを設けたセパレータである。セパレータ１２３は、第三セパレータ部２３ｃの第二折り曲げ部２３ｅと反対側の端部から切り込まれたスリット２３ｆが、長手方向に２箇所設けられている。これにより、負極２１と正極２２とセパレータ１２３とを捲回する際に、セパレータ１２３の撓みを抑えて、効率良く捲回することができる。
【００４９】
（３−２．変形例２）
図５（ｂ）に示すように、変形例２は、セパレータ２３の変形例である。前記のセパレータ２３は、第一セパレータ部２３ａと第二セパレータ部２３ｂと第三セパレータ部２３ｃとがＸ方向の長さが略同一であるのに対し、変形例のセパレータ２２３は、第一セパレータ部２２３ａと第三セパレータ部２２３ｃのＸ方向の長さが、第二セパレータ部２２３ｂの長さの１／２よりも少しだけ長く構成している。これにより、第一セパレータ部２２３ａと第三セパレータ部２２３ｃとを重ね合わせた場合に重なり部分ができ、負極２１と正極２２とセパレータ２２３とを捲回した際に負極２１と正極２２との接触を防止し、また前記のセパレータ２３よりも重なり部分を小さくできる。
【００５０】
（３−３．変形例３）
図５（ｃ）に示すように、変形例３は、負極２１および正極２２の変形例である。負極１２１は、シート厚の異なる負極１２１Ａと負極１２１Ｂとからなる。正極１２２は、シート厚の異なる正極１２２Ａと正極１２２Ｂとからなる。なお、負極１２１Ｂおよび正極１２２Ｂが、負極１２１Ａおよび正極１２２Ａよりもシート厚が厚い。これら負極１２１Ａおよび負極１２１Ｂをセパレータ２３の第一セパレータ部２３ａと第二セパレータ部２３ｂとの間に長手方向Ｙに順に挟み込み、同様に、正極１２２Ａおよび正極１２２Ｂとを第二セパレータ部２３ｂと第三セパレータ部２３ｃとの間に長手方向Ｙに順に挟み込む。そして、これらを電極体２の外側にシート厚の厚い負極１２１Ａ、正極１２２Ａがくるように捲回する。これにより、負極１２１が、電極体２の周方向Ｃに負極１２１Ａと負極１２１Ｂとに分割され、正極１２２が、電極体２の周方向Ｃに正極１２２Ａと正極１２２Ｂとに分割された構成となり、電極体２の外側にシート厚の厚い負極１２１Ａ、正極１２２Ａが位置し、電極体２の形態が安定する。
【００５１】
（３−４．変形例４）
図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、変形例４は、負極２１および正極２２が複数備え、セパレータ２３が蛇腹状に形成された変形例である。セパレータ３２３は、１枚のシートを複数回折り曲げて、断面が電極体２の径方向Ｒに蛇腹状に形成されたセパレータである。そして、蛇腹状のセパレータ３２３の間隙に複数の負極２１と正極２２とを交互に挟み込み、これらを捲回する。これにより、前記の電極体２よりも捲回数を少なくした電極体１２０を形成できる。
【００５２】
また、変形例４の電極体１２０では、負極２１および正極２２をセパレータ３２３に挟み込む際、負極２１と正極２２の長手方向Ｙの端部を順にずらして構成している。これにより、電極体１２０の外周における負極２１および正極２２の端部が順にずれるので、端部を面一とした場合よりも、端部における短絡を抑制できる。
【００５３】
（３−５．変形例５）
図７（ａ）は、図１の二次電池１のＡＡ断面図であり、図７（ｂ）は、電池容器３に収納する電極体の配列を変更した二次電池１１０の同断面図である。変形例５は、異なる径の電極体を電池容器３に配列して収納した変形例であって、図７（ｂ）に示すように、二次電池１１０は、電池容器３内に径の大きい電極体２２０Ａと、その周りに径の小さい電極体２２０Ｂと、さらに径の小さい電極体２２０Ｃとを配している。これにより、電池１１０は、前記同径の電極体２を複数配した二次電池１よりも、電池容器３内に収納する電極体の数を減らすことができ、したがって、１つの電極体に係る短絡等のリスク×電極体数で表される電池全体に係るリスクを減少できる。
【００５４】
（３−６．変形例６）
また、図示はしないが、電池容器３に収納される複数の電極体を、異なる充放電特性を有する電極体の組合せとしてもよい。一例として、瞬間的に大電流を充放電する特性を有する電極体と、小電流しか流せないが長時間充放電する（電気容量が大きい）特性を有する電極体との組合せとする。これにより、二次電池が、瞬間的に大電流を充放電し、かつ長時間充放電することができる二次電池となり、例えば加速する際に瞬間的な大電流を要し、走行距離を長くするために大きな電気容量を要するような電気自動車または電気自転車などに適用する。なお、充放電特性の異なる電極体の組合せは、二次電池の用途に応じて適宜設定するとよい。
【００５５】
（３−７．変形例７）
また、図示はしないが、略円筒状の電池容器を用いて、これに１つの電極体２を収納した略円筒状の二次電池とすることもできる。
【００５６】
［４．本実施形態の効果］
以上説明したように、本実施形態の二次電池１は、電極体２の負極２１を負極集電体３１に、正極２２を正極集電体３２にそれぞれ溶接せず当接により電気的に接続することによって、高出力放電する場合にあっても電圧低下を低減して高性能化を図ることができる。また、セパレータ２３は、１枚のシートを折り曲げて第一セパレータ部２３ａと第二セパレータ部２３ｂと第三セパレータ部２３ｃとを形成し、第一セパレータ部２３ａと第二セパレータ部２３ｂの間に負極２１を、第二セパレータ部２３ｂと第三セパレータ部２３ｃの間に正極２２を挟む構造のため、電極体２の製造過程や二次電池１の運用時に、負極２１、正極２２、セパレータ２３のずれを防止できる。したがって、これらのずれによる短絡を防止するとともに、集電の弱まりを防止する。
【００５７】
また、本実施形態の二次電池１の製造方法は、負極２１と負極集電体３１の接続、および正極２２と正極集電体３２の接続が溶接によらず当接によるものであり、製造に溶接工程が不要であるため、二次電池１を極めて容易に製造できる。また、セパレータ２３が１枚のシートを２箇所折り曲げ、その間に負極２１と正極２２を挟み込み、これらを捲回して電極体２を製造するため、捲回時の負極２１、正極２２、セパレータ２３がずれにくい。したがって、電極体２の製造が容易となるうえ、負極２１と正極２２との接触を確実に防止する。
【００５８】
［５．その他の実施形態］
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、本実施形態では、二次電池１がニッケル水素電池の場合について説明したが、ニッケルカドミウム電池、リチウム電池、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、マンガン電池、電気二重層キャパシタなどに適用してもよい。また、電極には、発泡ニッケルやパンチングメタル以外に、ニッケルメッキ鋼板あるいはカーボンファイバーを集電基板とした電極を用いてもよい。また、電極体２の軸心２４は、中空の軸心以外に、中実の軸心でもよく、軸心がなくともよい。また、電極体２の断面形状は、略真円形状以外にも、楕円形状、長円形状、多角形状などに適用してもよい。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明に係る二次電池は、電気鉄道車両、その他の車両、重機、マイクログリッド、自然エネルギー発電の補助、系統電力の平滑化用等の二次電池として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１  二次電池
２  電極体
２１  負極
２１ａ  一端部
２１ｂ  他端部
２２  正極
２２ａ  一端部
２２ｂ  他端部
２３  セパレータ
２３ａ  第一セパレータ部
２３ｂ  第二セパレータ部
２３ｃ  第三セパレータ部
２３ｄ  第一折り曲げ部
２３ｅ  第二折り曲げ部
２３ｆ  スリット
２４  軸心
２５  結束部材
３  電池容器
３１  負極集電体
３２  正極集電体
３３  枠形部材
１１０  二次電池
１２０  電極体
１２１  負極
１２２  正極
１２３、２２３、３２３  セパレータ
【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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