(57)【要約】捲回電極群の電極の捲回方向における始端部よりも内周のセパレータのズレを防止することができる二次電池を提供する。セパレータ３３，３４を介在させて正負の電極３１，３２を捲回した捲回電極群３０を備えた二次電池であって、電極３２の捲回方向Ｒにおける始端部３２Ｂよりも内周に捲回されたセパレータ３３，３４の少なくとも一部を固定する固定部５０を備える。
2016174991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介在させて電極を捲回した捲回電極群を備えた二次電池であって、
前記電極の捲回方向における始端部よりも内周に捲回された前記セパレータの少なくとも一部を固定する固定部を備えることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記固定部は、前記電極に固定されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記捲回電極群は、前記電極が平坦に積層された平坦部と、該平坦部の両側で前記電極が湾曲して積層された湾曲部とを有する偏平形状に成形され、
前記固定部は、前記平坦部に設けられることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記固定部は、前記セパレータの捲回方向における始端部に設けられることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
【請求項５】
前記固定部は、前記セパレータの前記始端部から前記捲回方向に一周以上に亘って設けられることを特徴とする請求項４に記載の二次電池。
【請求項６】
前記固定部は、前記湾曲部に設けられることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
【請求項７】
前記固定部は、前記セパレータの捲回方向に直交する前記セパレータの幅方向の少なくとも一部に設けられることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の二次電池。
【請求項８】
前記固定部は、前記幅方向の全幅に亘って設けられることを特徴とする請求項７に記載の二次電池。
【請求項９】
前記固定部は、前記幅方向の端部に設けられることを特徴とする請求項７に記載の二次電池。
【請求項１０】
前記固定部は、粘着テープであることを特徴とする請求項９に記載の二次電池。
【請求項１１】
前記固定部は、前記セパレータを溶融及び固化させた熱溶着部であることを特徴とする請求項７に記載の二次電池。
【請求項１２】
前記固定部は、粘着剤であることを特徴とする請求項７に記載の二次電池。
【請求項１３】
前記固定部は、接着剤であることを特徴とする請求項７に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、捲回電極群を備える二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ハイブリッド電気自動車や純粋な電気自動車等の動力源として大容量（Ｗｈ）の二次電池が開発されており、特に、エネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）の高い角形のリチウムイオン二次電池が注目されている。このような二次電池は、例えば、正極板と負極板とをセパレータを介在させて捲回した電極群を電解液とともに電池外装体に封入することによって構成されている（例えば、下記特許文献１を参照）。【０００３】
特許文献１には、非水二次電池が内部短絡する要因の一つとして、電極群を渦巻き状に捲回する際、電極板とセパレータの位置関係にズレが生じ、電極板が露出することが記載されている。また、特許文献１には、電極板とセパレータを重ねて巻芯に巻きつけることで渦巻き状に捲回した後、巻芯から抜く際、巻芯とセパレータの接触部分において摩擦が大きいために接触部のみが巻芯に残ること、そのため、その付近の電極板がセパレータで覆われなかったり、電極群の中心部分が捲回体からはみ出したりする現象が起こり、電極群として体を成さなくなること等が記載されている。【０００４】
特許文献１は、前記課題を解決するための手段として、表面の摩擦係数の異なる正極板と負極板とを備え、前記正極板と前記負極板を両面で摩擦係数の異なるセパレータを介して捲回してなる電池用の電極群であって、前記セパレータの摩擦係数の大きい面を正極板と負極板のうち表面の摩擦係数の大きい方と接するように捲回して構成したことを特徴とする電池用電極群を開示している。特許文献１には、前記構成により、電極群の製作時のセパレータのズレによる電極板の露出を抑制し、偏平形状に成形する際の合剤層の脱落を抑制することで、電極群の内部短絡を抑制することが可能である、と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−８９４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の図６及び図９を参照すると、特許文献１の電池用電極群は、最内周にセパレータのみが捲回された部分を有している。この部分には、正極板も負極板も存在しないため、セパレータの摩擦係数の大きい面と、正極板と負極板のうち表面の摩擦係数の大きい方との接触による摩擦力を得ることができない。したがって、特許文献１の電池用電極群は、例えば、巻芯から電極群を抜く際に、最内周のセパレータのみが捲回された部分においてセパレータのズレを防止することができない。【０００７】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、捲回電極群の最内周のセパレータのズレを防止することができる二次電池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】
【０００８】
前記目的を達成すべく、本発明の二次電池は、セパレータを介在させて電極を捲回した捲回電極群を備えた二次電池であって、前記電極の捲回方向における始端部よりも内周に捲回された前記セパレータの少なくとも一部を固定する固定部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の二次電池によれば、電極の捲回方向における始端部よりも内周に捲回されたセパレータの少なくとも一部を固定する固定部を備えることによって、捲回電極群のセパレータのズレを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１に係る二次電池の外観斜視図。
【図２】図１に示す二次電池の分解斜視図。
【図３】図２に示す二次電池の捲回電極群の分解斜視図。
【図４】図３に示すIV-IV線に沿う捲回電極群の拡大断面図。
【図５】図４に示す捲回電極群が巻芯に捲回された状態を示す拡大断面図。
【図６】図２に示すVI-VI線に沿う捲回電極群の拡大断面図。
【図７】実施形態１に係る固定部の変形例１を示す図６に相当する拡大断面図。
【図８】実施形態１に係る固定部の変形例２を示す図６に相当する拡大断面図。
【図９】実施形態１に係る固定部の変形例３を示す図４に相当する拡大断面図。
【図１０】本発明の実施形態２に係る二次電池の図４に相当する捲回電極群の拡大断面図。
【図１１】図１０に示す捲回電極群の固定部の変形例１を示す拡大断面図。
【図１２】図１０に示す捲回電極群の固定部の変形例２を示す拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の二次電池の実施の形態について説明する。
【００１２】
［実施形態１］
まず、本発明の二次電池の実施形態１について説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る二次電池１００の外観斜視図である。図２は、図１に示す二次電池１００の分解斜視図である。
【００１３】
本実施形態の二次電池１００は、例えば、ハイブリッド電気自動車や純粋な電気自動車等の動力源として用いられる大容量でエネルギー密度の高い角形のリチウムイオン二次電池である。詳細は後述するが、本実施形態の二次電池１００は、捲回電極群３０の負極電極３２の捲回の始端部３２Ｂよりも内周に捲回されたセパレータ３３，３４の少なくとも一部を固定する固定部５０（図４参照）を備えることを最大の特徴としている。
【００１４】
本実施形態の二次電池１００は、主に、偏平角形の電池容器１０と、該電池容器１０の外部に設けられた正極外部端子２０Ａ及び負極外部端子２０Ｂと、該電池容器１０に収容された捲回電極群３０と、該捲回電極群３０を正極外部端子２０Ａ及び負極外部端子２０Ｂに接続する正極集電板４０Ａ及び負極集電板４０Ｂとを有している。正極外部端子２０Ａ及び負極外部端子２０Ｂ、捲回電極群３０、並びに正極集電板４０Ａ及び負極集電板４０Ｂは、ガスケット１、絶縁板２、及び絶縁保護フィルム３によって、電池容器１０に対して電気的に絶縁されている。
【００１５】
電池容器１０、正極外部端子２０Ａ及び正極集電板４０Ａは、例えば、アルミニウム合金によって製作することができる。また、負極外部端子２０Ｂ及び負極集電板４０Ｂは、例えば、銅合金によって製作することができる。また、ガスケット１及び絶縁板２は、例えば、ポリブチレンテレフタレートやポリフェニレンサルファイド、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂等の絶縁性を有する樹脂材料によって製作することができる。絶縁保護フィルム３は、例えばＰＰ（ポリプロピレン）などの合成樹脂製の一枚のシートまたは複数のフィルム部材によって製作することができる。
【００１６】
本実施形態の二次電池１００は、正極側と負極側、例えば、正極外部端子２０Ａと負極外部端子２０Ｂ、及び、正極集電板４０Ａと負極集電板４０Ｂが、二次電池１００の幅方向Ｗにおける中心線に概ね対照な構成を有している。したがって、以下では、正極側と負極側において共通する構成については、正極外部端子２０Ａ及び負極外部端子２０Ｂを一括して外部端子２０と表記し、正極集電板４０Ａ及び負極集電板４０Ｂを一括して集電板４０と表記して説明する。
【００１７】
電池容器１０は、上部に開口部１１ａを有する偏平な有底角筒状の電池缶１１と、該電池缶１１の開口部１１ａを封止する矩形平板状の電池蓋１２とを有している。電池缶１１は、概ね長方形の底面１１ｂと、該底面１１ｂから垂直に立ち上がる概ね矩形の広側面１１ｃ及び狭側面１１ｄを有し、上部が開放されて概ね長方形の開口部１１ａを有している。電池缶１１は、内部に捲回電極群３０を収容した状態で、電池蓋１２が開口部１１ａを塞ぐように溶接されて封止される。
【００１８】
電池蓋１２は、二次電池１００の幅方向Ｗを長手方向とする概ね長方形の上面１２ａを有している。電池蓋１２の上面１２ａの長手方向の一端と他端には、正極外部端子２０Ａと負極外部端子２０Ｂが設けられている。電池蓋１２は、上面１２ａの長手方向の一端と他端に、それぞれ外部端子２０の柱状の接続部２２を挿通させる貫通孔１２ｂを有し、ガスケット１及び絶縁板２によって外部端子２０及び集電板４０に対して電気的に絶縁されている。
【００１９】
電池蓋１２の長手方向の中間部には、ガス排出弁１３と注液口１４が設けられている。ガス排出弁１３は、例えば、電池蓋１２を薄肉化することによって電池蓋１２と一体的に設けられ、電池容器１０の内部圧力が所定の値を超えて上昇したときに開裂してガスを排出し、電池容器１０の内部圧力を低下させて二次電池１００の安全性を確保する。注液口１４は、電池容器１０内に電解液を注入するのに用いられ、電解液の注入後に、注液栓１５が、例えばレーザ溶接によって溶接されて封止される。電池容器１０内に注入する電解液としては、例えば、エチレンカーボネート等の炭酸エステル系の有機溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）等のリチウム塩が溶解された非水電解液を適用することができる。
【００２０】
外部端子２０は、バスバー等に溶接接合される溶接接合部２１と、集電板４０に接続される接続部２２とを有している。溶接接合部２１は、電池蓋１２の外側に配置される直方体のブロック形状を有し、下面が電池蓋１２の上面に対向し、上面が所定高さ位置で電池蓋１２の上面と平行になる構成を有している。接続部２２は、溶接接合部２１の下面から電池蓋１２を貫通する方向に突出し、電池蓋１２の円形の貫通孔１２ｂに挿通可能な円柱形状を有している。
【００２１】
集電板４０は、電池蓋１２の下面に対向して配置される矩形板状の基部４１と、基部４１の側端で折曲されて電池缶１１の広側面１１ｃに沿って底面に向かう方向に延びる接続端部４２を有している。集電板４０の基部４１は、外部端子２０の接続部２２を挿通させる貫通孔４３を有している。集電板４０の接続端部４２は、捲回電極群３０の捲回軸方向の両端部の箔露出部３１ｃ，３２ｃに対向して重ね合わされた状態で例えば超音波圧接や抵抗溶接等によって箔露出部３１ｃ，３２ｃに接合され、捲回電極群３０を構成する正極電極３１、負極電極３２（図３参照）と電気的に接続される。
【００２２】
外部端子２０の接続部２２は、ガスケット１の貫通孔１ａ、電池蓋１２の貫通孔１２ｂ、絶縁板２の貫通孔２ａ、及び集電板４０の基部４１の貫通孔４３に順次挿通され、集電板４０の基部４１の下面すなわち電池蓋１２と反対側の面に突出した先端が拡径するようにかしめられる。これにより、外部端子２０及び集電板４０がガスケット１及び絶縁板２を介して電池蓋１２に一体に固定され、捲回電極群３０が集電板４０及び絶縁板２を介して電池蓋１２に固定される。また、外部端子２０が集電板４０を介して捲回電極群３０を構成する正極電極３１、負極電極３２（図３参照）と電気的に接続される。
【００２３】
捲回電極群３０は、集電板４０及び絶縁板２を介して電池蓋１２に固定された状態で絶縁保護フィルム３によって覆われ、電池缶１１の開口部１１ａから電池缶１１内に挿入され、電池蓋１２の全周が電池缶１１の開口部１１ａの全周に亘って、例えばレーザ溶接によって接合されて、電池容器１０内に封入される。その後、電池蓋１２の注液口１４を介して電池容器１０内に電解液を注入し、注液口１４に注液栓１５を、例えばレーザ溶接によって接合し、電池容器１０を密閉する。
【００２４】
図３は、図２に示す二次電池１００の捲回電極群３０の分解斜視図である。図４は、図３に示すIV-IV線に沿う捲回電極群３０の最内周部分の拡大断面図である。図５は、図４に示す捲回電極群３０が巻芯６０に捲回された状態を示す拡大断面図である。図６は、図２に示すVI-VI線に沿う捲回電極群３０の拡大断面図である。なお、図４及び図６は、図５に示す巻芯６０が抜き取られた状態を示している。
【００２５】
捲回電極群３０は、最内周に捲回されたセパレータ３３，３４の周りに、該セパレータ３３，３４を介在させて正極電極３１及び負極電極３２を捲回することによって構成される。セパレータ３３，３４は、正極電極３１と負極電極３２との間を絶縁する役割を有している。
【００２６】
図４から図６に示すように、セパレータ３３，３４は、正極電極３１及び負極電極３２よりも先に巻芯６０の周りに捲回され、捲回電極群３０の最内周にセパレータ３３，３４が一周以上に亘って捲回される。したがって、本実施形態の二次電池１００において、捲回電極群３０の最内周に捲回されたセパレータ３３，３４とは、広義には、最内周の負極電極３２の捲回方向Ｒの始端部３２Ｂよりも内周側に捲回されたセパレータ３３，３４を意味する。本実施形態では、この広義の最内周のセパレータ３３，３４を、セパレータ３３，３４の先捲部３５という。
【００２７】
セパレータ３３，３４の先捲部３５のうち、巻芯６０の周りに捲回される際に、巻芯６０の外表面に対向する最も内側のセパレータ３３の始端部３３Ｂから捲回方向Ｒに一周するまでの部分が、狭義の最内周に捲回されたセパレータ３３である。この狭義の最内周に捲回されたセパレータ３３を、セパレータ３３の最内周部３３Ａという。セパレータ３３の最内周部３３Ａは、捲回電極群３０から巻芯６０が抜き取られた後は、捲回電極群３０の中心部に形成される中空部３０ｃに面している。
【００２８】
前記したように、本実施形態の二次電池１００は、捲回電極群３０の負極電極３２の捲回方向Ｒにおける始端部３２Ｂよりも内周に捲回されたセパレータ３３，３４の少なくとも一部を固定する固定部５０を備えることを最大の特徴としている。また、本実施形態の二次電池１００において、固定部５０は、セパレータ３３の最内周部３３Ａをその外周側のセパレータ３４に固定し、さらにそのセパレータ３４をその外周側の負極電極３２又はセパレータ３３に固定している。すなわち、固定部５０は、セパレータ３３，３４の先捲部３５において、内周側のセパレータ３３を外周側のセパレータ３４に固定している。また、固定部５０は、負極電極３２に固定され、セパレータ３３，３４の先捲部３５を負極電極３２に固定している。
【００２９】
固定部５０の材質は、セパレータ３３，３４を正極電極３１及び負極電極３２の少なくとも一方に固定できるものであれば特に限定されないが、例えば、粘着剤、接着剤、又は、正極電極３１及び負極電極３２に用いられる結着材と同様の材料を用いることができる。粘着剤としては、特に、アクリル系粘着剤が好ましい。これらの材料を、例えば、セパレータ３３，３４の表裏面の少なくとも一方に塗布又は配置した状態で、セパレータ３３，３４を捲回することで、固定部５０を形成することができる。また、セパレータ３３，３４の少なくとも一部を溶融及び固化させた熱溶着部を固定部５０としてもよい。
【００３０】
本実施形態の二次電池１００において、固定部５０は、セパレータ３３の最内周部３３Ａを含むセパレータ３３，３４の先捲部３５において、セパレータ３３，３４間に設けられ、セパレータ３３，３４を相互に固定している。また、固定部５０は、セパレータ３３，３４の先捲部３５のうち、最も外側に捲回されたセパレータ３４と負極電極３２との間に設けられ、セパレータ３３の最内周部３３Ａを含むセパレータ３３，３４の先捲部３５を負極電極３２に固定している。
【００３１】
すなわち、本実施形態の二次電池１００は、捲回電極群３０のセパレータ３３の最内周部３３Ａが、複数の固定部５０と先捲部３５のセパレータ３３，３４とを介して、負極電極３２の最内周部３２Ａに固定されている。ここで、負極電極３２の最内周部３２Ａとは、負極電極３２の捲回の始端部３２Ｂから捲回方向Ｒに巻芯６０又は中空部３０ｃを一周するまでの部分を意味する。より詳細には、固定部５０は、負極電極３２の最内周部３２Ａの負極合剤層３２ｂに対してセパレータ３３，３４の先捲部３５を固定している。また、複数の固定部５０は、セパレータ３３，３４の積層方向、すなわちセパレータ３３，３４の厚さ方向に互いに重なる位置に設けられている。
【００３２】
また、本実施形態の二次電池１００において、固定部５０は、図６に示すように、捲回電極群３０の平坦部３０ａに設けられ、湾曲部３０ｂには設けられていない。また、本実施形態の二次電池１００において、固定部５０は、図４及び図５に示すように、セパレータ３３，３４の捲回方向Ｒに直交するセパレータ３３，３４の幅方向Ｗにおいて、幅方向Ｗの端部を含む幅方向Ｗの全幅に亘って設けられている。
【００３３】
さらに、セパレータ３３，３４の先捲部３５の外側に負極電極３２の始端部３２Ｂが配置され、負極電極３２の内側のセパレータ３４と、負極電極３２の外側のセパレータ３３との間に挟み込まれる。負極電極３２は、その内側のセパレータ３４及びその外側のセパレータ３３とともに、図５に示す巻芯６０の周りに一周以上に亘って捲回される。
【００３４】
本実施形態の二次電池１００では、図６に示すように、捲回電極群３０の平坦部３０ａに位置する負極電極３２の始端部３２Ｂを含む部分に、セパレータ３３，３４の先捲部３５の最外周のセパレータ３４が固定部５０を介して固定されている。また、固定部５０は、負極電極３２の始端部３２Ｂを含む部分とセパレータ３３，３４の厚さ方向に重なる先捲部３５のセパレータ３３，３４間に設けられている。これにより、捲回電極群３０の平坦部３０ａにおいて、セパレータ３３の最内周部３３Ａが、負極電極３２の始端部３２Ｂを含む部分に、複数の固定部５０と先捲部３５のセパレータ３３，３４とを介して固定されている。
【００３５】
さらに、一周以上に亘って捲回された負極電極３２の外側のセパレータ３３，３４との間に、図５に示すように、正極電極３１の始端部３１Ｂが挟み込まれる。そして、正極電極３１及び負極電極３２は、セパレータ３３，３４を介在させて、巻芯６０の周りに複数周に亘って捲回される。捲回電極群３０の最外周部分では、正極電極３１の外側にセパレータ３４を介して負極電極３２が一周以上に亘って捲回され、さらにその外側にセパレータ３３，３４が一周以上に亘って捲回される。セパレータ３３，３４の終端部は、粘着テープによって捲回電極群３０の最外周のセパレータ３４に固定される。
【００３６】
セパレータ３３，３４は、基材３６と、基材３６の少なくとも一方の面に設けられた耐熱層３７と、を備えている。基材３６は、例えば、電解液を通すことが可能な多孔質フィルムによって構成されている。多孔質フィルムとしては、例えば、ポリオレフィン系の樹脂材料からなる多孔質フィルムを用いることができる。多孔質フィルムの樹脂材料としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等を用いることができる。
また、多孔質フィルムは、単層多孔質フィルムであってもよく、同一または異種材料からなる複数の多孔質フィルムが積層された積層多孔質フィルムであってもよい。
【００３７】
耐熱層３７は、微粒子からなるフィラーと、無機又は有機酸化物からなるバインダとによって構成されている。耐熱層３７は、例えば、フィラーおよびバインダを混合した樹脂溶液を多孔質フィルム等の基材３６の少なくとも一方の面に塗布し、溶剤を気化させることによって製作することができる。フィラーとしては、例えば、アルミナ（Al2O3）、シ
リカ（SiO2）等の微粒子を用いることができ、耐熱性および絶縁性を有していることが好ましい。また、フィラーは、窒化アルミニウム等の無機窒化物や、ベーマイト（アルミナ水和物）等の微粒子でも良く、耐熱性及び絶縁性を有する微粒子であれば特に制限はない。無機又は有機酸化物を含むバインダとしては、例えば、アクリル系、ポリオレフィン系、フッ素樹脂系、ＳＢＲ系の樹脂材料等を用いることができる。
【００３８】
正極電極３１は、正極集電体である正極箔３１ａと、正極箔３１ａの両面に塗布された正極活物質合剤からなる正極合剤層３１ｂとを有している。正極電極３１の幅方向Ｗの一側は、正極合剤層３１ｂが形成されず、正極箔３１ａが露出した箔露出部３１ｃとされている。正極電極３１は、箔露出部３１ｃが負極電極３２の箔露出部３２ｃと巻芯６０の軸方向すなわち捲回軸方向の反対側に配置されて巻芯６０の周りに捲回される。
【００３９】
正極電極３１は、例えば、正極活物質に導電材、結着剤及び分散溶媒を添加して混練した正極活物質合剤を、正極箔３１ａの両面に幅方向Ｗの一側を除いて塗布し、乾燥、プレス、裁断することによって製作することができる。正極箔３１ａとしては、例えば、厚さ約２０μｍのアルミニウム箔を用いることができる。正極箔３１ａの厚みを含まない正極合剤層３１ｂの厚さは、例えば、約９０μｍである。
【００４０】
正極活物質合剤の材料としては、例えば、正極活物質として１００重量部のマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ２Ｏ４）を、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛を、結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）を、分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰという。）を、それぞれ用いることができる。正極活物質は、前記したマンガン酸リチウムに限定されず、例えば、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウム、一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムマンガン複合酸化物を用いてもよい。また、正極活物質として、層状結晶構造を有するコバルト酸リチウムやチタン酸リチウム、及びこれらの一部を金属元素で置換又はドープしたリチウム−金属複合酸化物を用いてもよい。
【００４１】
負極電極３２は、負極集電体である負極箔３２ａと、負極箔３２ａの両面に塗布された負極活物質合剤からなる負極合剤層３２ｂとを有している。負極電極３２の幅方向Ｗの一側は、負極合剤層３２ｂが形成されず、負極箔３２ａが露出した箔露出部３２ｃとされている。負極電極３２は、その箔露出部３２ｃが正極電極３１の箔露出部３１ｃと巻芯６０の軸方向すなわち捲回軸方向の反対側に配置されて、巻芯６０の周りに捲回される。
【００４２】
負極電極３２は、例えば、負極活物質に結着剤及び分散溶媒を添加して混練した負極活物質合剤を、幅方向Ｗの一側を除く負極箔３２ａの両面に塗布し、乾燥、プレス、裁断することによって製作することができる。負極箔３２ａとしては、例えば、厚さ約１０μｍの銅箔を用いることができる。負極箔３２ａの厚みを含まない負極合剤層３２ｂの厚さは、例えば、約７０μｍである。
【００４３】
負極活物質合剤の材料としては、例えば、負極活物質として１００重量部の非晶質炭素粉末を、結着剤として１０重量部のＰＶＤＦを、分散溶媒としてＮＭＰをそれぞれ用いることができる。負極活物質は、前記した非晶質炭素に限定されず、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料やＳｉやＳｎなどの化合物（例えば、ＳｉＯ、ＴｉＳｉ２等）、又はそれらの複合材料を用いてもよい。
負極活物質の粒子形状についても特に限定されず、鱗片状、球状、繊維状又は塊状等の粒子形状を適宜選択することができる。
【００４４】
なお、前記した正極合剤層３１ｂ及び負極合剤層３２ｂに用いる結着材は、ＰＶＤＦに限定されない。前記した結着材として、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン、アクリル系樹脂などの重合体及びこれらの混合体などを用いてもよい。
【００４５】
捲回電極群３０の巻芯６０の軸方向すなわち捲回軸方向において、負極電極３２の負極合剤層３２ｂの幅は、正極電極３１の正極合剤層３１ｂの幅よりも広くなっている。また、捲回電極群３０の最内周と最外周には負極電極３２が捲回されている。これにより、正極電極３１の始端部から終端部まで、正極合剤層３１ｂが負極合剤層３２ｂの間に挟まれている。
【００４６】
前述のように、捲回電極群３０は、偏平形状の巻芯６０の周りにセパレータ３３，３４を介在させて正極電極３１及び負極電極３２を捲回することによって製作される。これにより、捲回電極群３０は、正極電極３１及び負極電極３２が平坦に積層された平坦部３０ａと、平坦部３０ａの両側で正極電極３１及び負極電極３２が湾曲して積層された湾曲部３０ｂとを有する偏平形状に成形される。すなわち、捲回電極群３０は、捲回軸方向から見て、平坦な平坦部３０ａの両端に一対の半円形状の湾曲部３０ｂが形成されている。
【００４７】
正極電極３１及び負極電極３２の箔露出部３１ｃ，３２ｃはそれぞれ捲回電極群３０の平坦部３０ａで束ねられ、例えば超音波圧接、抵抗溶接等によって、集電板４０の接続端部４２に接合される。これにより、正極外部端子２０Ａ及び負極外部端子２０Ｂが、それぞれ正極集電板４０Ａ及び負極集電板４０Ｂを介して、捲回電極群３０を構成する正極電極３１及び負極電極３２とそれぞれ電気的に接続される。これにより、捲回電極群３０は、一方の湾曲部３０ｂが電池蓋１２に対向して配置され、捲回軸方向が二次電池１００の幅方向Ｗに沿うように電池缶１１内に挿入され、他方の湾曲部３０ｂが電池缶１１の底面１１ｂに対向して配置される。
【００４８】
なお、捲回電極群３０の捲回軸方向において、セパレータ３３，３４の幅は負極合剤層３２ｂの幅よりも広いが、正極電極３１及び負極電極３２の箔露出部３１ｃ，３２ｃは、それぞれセパレータ３３，３４の幅方向Ｗ端部よりも幅方向Ｗ外側に突出している。したがって、セパレータ３３，３４は、箔露出部３１ｃ，３２ｃを束ねて溶接する際の支障にはならない。
【００４９】
このような構成を有する二次電池１００は、例えば、外部端子２０の溶接接合部２１の上面にバスバーが溶接され、複数の二次電池１００を直列に接続した組電池として用いられる。二次電池１００は、例えば、発電機等の電力供給源から供給された電力を、外部端子２０及び集電板４０を介して捲回電極群３０に蓄積することで充電される。また、二次電池１００は、捲回電極群３０に蓄積した電力を、集電板４０及び外部端子２０を介して、例えば、モーター等の電力を消費する装置に供給する。
【００５０】
以下、本実施形態の二次電池１００の作用について説明する。
【００５１】
本実施形態の二次電池１００は、前述のように、最内周に捲回されたセパレータ３３，３４の周りに該セパレータ３３，３４を介在させて正極電極３１及び負極電極３２を捲回した捲回電極群３０を備えている。この捲回電極群３０の製作時に、図５に示すように、セパレータ３３，３４、正極電極３１及び負極電極３２は、巻芯６０の周りに捲回され、捲回終了後に、巻芯６０は捲回電極群３０から抜き取られる。
【００５２】
前記特許文献１に記載された従来の電池用電極群では、最内周のセパレータのみが捲回された部分に、正極板も負極板も存在せず、正極板又は負極板との接触による摩擦力を得ることができない。また、電極群の最内周のセパレータのみが捲回された部分は、固定されておらず、始端部が自由端になっている。そのため、前記従来の電池用電極群は、巻芯を抜く際に、最内周のセパレータのみが捲回された部分においてセパレータにズレが生じ、内部短絡する要因になったり、電極群としての体を成さなくなったりする虞がある。
【００５３】
これに対し、本実施形態の二次電池１００は、負極電極３２の捲回方向Ｒにおける始端部３２Ｂよりも内周に捲回されたセパレータ３３，３４の少なくとも一部固定する固定部５０を備えている。そのため、本実施形態の二次電池１００は、捲回電極群３０から巻芯６０を抜き取る際に、セパレータ３３の最内周部３３Ａと巻芯６０との間に摩擦力が生じた場合でも、固定部５０によって負極電極３２の始端部３２Ｂよりも内周に捲回されたセパレータ３３，３４のズレを防止できる。
【００５４】
また、本実施形態の二次電池１００は、セパレータ３３，３４の先捲部３５において、固定部５０が、内周側のセパレータ３３を外周側のセパレータ３４に固定している。これにより、固定部５０によって負極電極３２の始端部３２Ｂよりも内周に捲回されたセパレータ３３，３４のズレを防止でき、セパレータ３３の最内周部３３Ａのズレを防止することができる。また、本実施形態の二次電池１００は、固定部５０が負極電極３２に固定されている。このように、セパレータ３３，３４と比較して剛性の高い負極電極３２に対してセパレータ３３，３４を固定する固定部５０を有することで、負極電極３２の剛性によってセパレータ３３，３４のズレを防止できる。
【００５５】
特に、捲回電極群３０の最内周に捲回されたセパレータ３３，３４の先捲部３５のうち、巻芯６０に面するセパレータ３３の最内周部３３Ａは、巻芯６０を抜き取る際に巻芯６０に接して摩擦力を受ける可能性のある摩擦領域ＲＡとなる。このような摩擦領域ＲＡを有し、巻芯６０を抜き取る際に最もズレやすいセパレータ３３の最内周部３３Ａの少なくとも一部を、固定部５０及びセパレータ３３，３４を介して負極電極３２に対して固定することで、セパレータ３３の最内周部３３Ａのズレを効果的に防止することができる。
【００５６】
さらに、本実施形態の二次電池１００は、固定部５０が、図６に示すように、最内周に捲回されたセパレータ３３，３４の先捲部３５の捲回方向Ｒにおける始端部３３Ｂ，３４Ｂに設けられている。セパレータ３３，３４の始端部３３Ｂ，３４Ｂは、特にずれが生じやすいことから、セパレータ３３，３４の始端部３３Ｂ，３４Ｂに固定部５０を設けることによって、より効果的にセパレータ３３，３４のズレを防止することができる。特に、セパレータ３３の最内周部３３Ａの始端部３３Ｂを、固定部５０及びセパレータ３３，３４を介して負極電極３２に固定することで、より確実にセパレータ３３，３４のズレを防止することができる。なお、固定部５０が固定される負極電極３２の最内周部３２Ａは、正極電極３１と対向していない不活領域であることから、固定部５０による電池特性などへの影響はない。
【００５７】
また、本実施形態の二次電池１００において、捲回電極群３０は、平坦部３０ａと湾曲部３０ｂとを有する偏平形状に成形され、固定部５０は、平坦部３０ａに設けられている。巻芯６０の周りに偏平形状に捲回された捲回電極群３０は、捲回が終了して巻芯６０が抜き取られた後、プレスされてより偏平な形状に成形され、捲回電極群３０の大部分が平坦部３０ａとなる。このように、捲回電極群３０の大部分を占める平坦部３０ａに固定部５０を設けることで、最内周のセパレータ３３，３４を負極電極３２に対して固定する面積を十分に確保することができ、セパレータ３３，３４のズレをより確実に防止することができる。
【００５８】
また、本実施形態の二次電池１００において、固定部５０は、セパレータ３３，３４の幅方向Ｗの全幅に亘って設けられる。これにより、最内周のセパレータ３３，３４を負極電極３２に対して固定する面積を十分に確保することができ、セパレータ３３，３４のズレをより確実に防止することができる。
【００５９】
また、固定部５０が、セパレータ３３，３４を溶融及び固化させた熱溶着部である場合には、新たな部材を追加することなく、セパレータ３３，３４の一部を固定部５０にすることができる。また、固定部５０が、粘着剤である場合には、固定部５０を加熱したり乾燥させたりする必要がなく、二次電池１００の製造に要する時間を短縮し、生産性を向上させることが可能になる。また、固定部５０が、接着剤である場合には、セパレータ３３，３４を負極電極３２に対して粘着剤よりも強固に固定することが可能になる。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態の二次電池１００によれば、捲回電極群３０の最内周に捲回されたセパレータ３３，３４の少なくとも一部を正極電極３１及び負極電極３２の少なくとも一方に固定する固定部５０を備えることによって、捲回電極群３０の最内周のセパレータ３３，３４のズレを防止することができる。したがって、本実施形態の二次電池１００によれば、従来よりも二次電池１００の生産性及び歩留りを向上させ、内部短絡をより確実に防止することができる。
【００６１】
以下、本実施形態の二次電池１００の固定部５０の変形例１から変形例３について、図７から図９を用いて説明する。
【００６２】
（変形例１）
図７は、本実施形態の二次電池１００の固定部５０の変形例１を示す図６に相当する拡大断面図である。本変形例において、固定部５０は、セパレータ３３，３４の先捲部３５のうち、セパレータ３３，３４の厚さ方向において、セパレータ３３，３４の始端部３３Ｂ，３４Ｂ、及び、該始端部３３Ｂ，３４Ｂと重なる領域に設けられている。なお、セパレータ３３，３４の先捲部３５の最も外側の負極電極３２に隣接するセパレータ３４の表裏面に設けられた固定部５０の捲回方向Ｒの幅ＷＲ２は、セパレータ３３，３４の始端部３３Ｂ，３４Ｂに設けられた固定部５０の捲回方向Ｒの幅ＷＲ１よりも広くなっている。
【００６３】
前述のように、捲回電極群３０の最内周のセパレータ３３，３４の始端部３３Ｂ，３４Ｂが自由端になると、最内周のセパレータ３３，３４がズレやすくなる。したがって、セパレータ３３，３４の始端部３３Ｂ，３４Ｂを、固定部５０及びセパレータ３３，３４を介して負極電極３２に固定することで、捲回電極群３０の最内周のセパレータ３３，３４のズレを防止することができる。
【００６４】
（変形例２）
図８は、本実施形態の二次電池１００の固定部５０の変形例２を示す図６に相当する拡大断面図である。本変形例において、固定部５０は、セパレータ３３，３４の始端部３３Ｂ，３４Ｂからセパレータ３３，３４の捲回方向Ｒに一周以上に亘って設けられている。これにより、最内周のセパレータ３３，３４を負極電極３２に対して固定する面積をより拡大することができ、セパレータ３３，３４の始端部３３Ｂ，３４Ｂから捲回方向Ｒの一周以上に亘って、セパレータ３３，３４のズレをより確実に防止することができる。また、本変形例において、固定部５０は、捲回電極群３０の湾曲部３０ｂに設けられている。これにより、捲回電極群３０の平坦部３０ａと比較して締め付けの強い湾曲部３０ｂのセパレータ３３，３４のズレを確実に防止することができる。
【００６５】
（変形例３）
図９は、本実施形態の二次電池１００の固定部５０の変形例３を示す図４に相当する拡大断面図である。本変形例において、固定部５０は、セパレータ３３，３４の捲回方向Ｒに直交するセパレータ３３，３４の幅方向Ｗの一部に設けられている。より具体的には、固定部５０は、セパレータ３３，３４の幅方向Ｗの端部に設けられている。
【００６６】
このように、固定部５０をセパレータ３３，３４の幅方向Ｗの一部に設けることで、セパレータ３３，３４よりも剛性の高い負極電極３２によって、セパレータ３３，３４の幅方向Ｗのズレが防止される。したがって、巻芯６０を抜き取る方向によらずセパレータ３３，３４の幅方向Ｗのズレを防止することができる。また、固定部５０をセパレータ３３，３４の幅方向Ｗの全幅に亘って設ける場合と比較して、固定部５０の材料の使用量を削減することができ、コスト的に有利である。固定部５０は、セパレータ３３，３４の幅方向Ｗの端部に設けることで、固定部５０をセパレータ３３，３４の幅方向Ｗの中央部に設ける場合と比較して、固定部５０の形成を容易にすることができる。
【００６７】
以上の固定部５０の変形例１から変形例３は、前述の実施形態１の二次電池１００に適宜組み合わせて適用することができる。
【００６８】
［実施形態２］
次に、本発明の二次電池の実施形態２について、図１から図３を援用し、図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の実施形態２に係る二次電池の図４に相当する捲回電極群３０の拡大断面図である。
【００６９】
本実施形態の二次電池は、固定部が粘着テープ５０Ａである点で、前述の実施形態１で説明した二次電池１００と異なっている。本実施形態の二次電池のその他の点は、前述の実施形態１の二次電池１００と同一であるため、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７０】
粘着テープ５０Ａは、一端がセパレータ３３の最内周部３３Ａの巻芯６０に対向する基材３６側の表面に貼付され、他端がセパレータ３３，３４の先捲部３５の外側に捲回された負極電極３２の最内周部３２Ａの箔露出部３２ｃに貼付されている。これにより、粘着テープ５０Ａは、捲回電極群３０の最内周に捲回されたセパレータ３３，３４の少なくとも一部、より詳細には、セパレータ３３の最内周部３３Ａの少なくとも一部を、負極電極３２に固定している。
【００７１】
粘着テープ５０Ａによって捲回電極群３０の最内周に捲回されたセパレータ３３，３４を負極電極３２に固定するには、まず、粘着テープ５０Ａをセパレータ３３の最内周部３３Ａの幅方向Ｗの端部から突出させた状態で、粘着テープ５０Ａの一端をセパレータ３３の最内周部３３Ａの巻芯６０に対向する面に貼付する。この状態で、前述の実施形態１と同様に、最内周に捲回されたセパレータ３３，３４の周りに、該セパレータ３３，３４を介在させて正極電極３１及び負極電極３２を捲回する。これにより、セパレータ３３の最内周部３３Ａの幅方向Ｗの端部から突出した粘着テープ５０Ａの他端が、負極電極３２の箔露出部３２ｃに貼付される。
【００７２】
本実施形態の二次電池によれば、前述の実施形態１の二次電池と同様に、セパレータ３３，３４よりも剛性の高い負極電極３２にセパレータ３３の最内周部３３Ａを固定することで、前述の実施形態１の二次電池１００と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の二次電池によれば、捲回電極群３０の最内周に捲回されたセパレータ３３，３４の少なくとも一部を正極電極３１及び負極電極３２の少なくとも一方に固定する粘着テープ５０Ａを備えることによって、捲回電極群３０の最内周のセパレータ３３，３４のズレを防止することができる。
【００７３】
また、粘着テープ５０Ａは、セパレータ３３，３４の幅方向Ｗの端部に設けられている。したがって、巻芯６０を抜き取る方向によらずセパレータ３３，３４の幅方向Ｗのズレを防止することができる。また、粘着テープ５０Ａを用いることで、粘着テープ５０Ａを貼り付けるだけで負極電極３２に対してセパレータ３３，３４を固定することができ、二次電池の製造を容易にすることができる。
【００７４】
また、捲回電極群３０の捲回の捲き終わりに位置するセパレータ３３，３４の終端部と最外周のセパレータ３４を固定する粘着テープと同様の粘着テープ５０Ａを固定部として流用することが可能となり、二次電池１００の材料の共通化の観点からも有益である。なお、粘着テープ５０Ａは、捲回電極群３０の平坦部３０ａの少なくとも一部に貼付することが好ましく、負極電極３２の箔露出部３２ｃの集電板４０が接合されない領域に貼付することがより好ましい。
【００７５】
以下、本実施形態の二次電池の固定部である粘着テープ５０Ａの変形例１及び変形例２について、図１１及び図１２を用いて説明する。
【００７６】
（変形例１）
図１１は、本実施形態の二次電池の固定部である粘着テープ５０Ａの変形例１を示す図１０に相当する拡大断面図である。本変形例において、粘着テープ５０Ａは、一端がセパレータ３３の最内周部３３Ａの巻芯６０に対向する基材３６側の表面に貼付され、負極電極３２の最内周部３２Ａの外側に捲回された正極電極３１の箔露出部３１ｃに貼付されている。これにより、粘着テープ５０Ａは、捲回電極群３０の最内周に捲回されたセパレータ３３，３４の少なくとも一部、より詳細には、セパレータ３３の最内周部３３Ａの少なくとも一部を、正極電極３１に固定している。
【００７７】
粘着テープ５０Ａを正極電極３１に貼付する方法は、前述の負極電極３２に貼付する場合と同様であるが、粘着テープ５０Ａの長さをやや長くする必要がある。また、捲回電極群３０から巻芯６０を抜き取る方向が捲回軸方向の何れの方向になっても、巻芯６０を抜き取る方向の端部又はその反対方向の端部に正極電極３１の箔露出部３１ｃ又は負極電極３２の箔露出部３２ｃの何れかが存在する。したがって、捲回電極群３０を捲回する捲回機の構造上、粘着テープ５０Ａの貼付機構を設けやすい捲回電極群３０の捲回軸方向の端部において、粘着テープ５０Ａによる固定部を形成することができる。
【００７８】
（変形例２）
図１２は、本実施形態の二次電池の固定部である粘着テープ５０Ａの変形例２を示す図１０に相当する拡大断面図である。なお、図１２においては、図１０に示す捲回電極群３０の中空部３０ｃの下方側の部分に対応する部分のみを拡大して示している。本変形例において、捲回電極群３０は、最外周にセパレータ３３，３４が複数周に亘って捲回された後捲部３８を有している。
【００７９】
粘着テープ５０Ａは、一端がセパレータ３３の最内周部３３Ａの巻芯６０に対向する基材３６側の表面に貼付され、他端がセパレータ３３，３４の後捲部３８の内側に捲回された負極電極３２の最外周部３２Ｃの箔露出部３２ｃに貼付されている。これにより、粘着テープ５０Ａは、捲回電極群３０の最内周に捲回されたセパレータ３３，３４の少なくとも一部、より詳細には、セパレータ３３の最内周部３３Ａの少なくとも一部を、負極電極３２の最外周部３２Ｃに固定している。
【００８０】
粘着テープ５０Ａによって捲回電極群３０の最内周に捲回されたセパレータ３３，３４を負極電極３２の最外周部３２Ｃに固定するには、まず、捲回電極群３０の捲回終了後に、巻芯６０の径を捲回電極群３０の内径よりも縮小させる。そして、巻芯６０と捲回電極群３０の先捲部３５のセパレータ３３の最内周部３３Ａとの間に空間を形成し、セパレータ３３の最内周部３３Ａと負極電極３２の最外周部３２Ｃの箔露出部３２ｃとを、粘着テープ５０Ａを保持したクランプ機構によって挟持する。
【００８１】
これにより、粘着テープ５０Ａは、一端がセパレータ３３の最内周部３３Ａに貼付され、他端が負極電極３２の最外周部３２Ｃの箔露出部３２ｃに貼付され、粘着テープ５０Ａによって捲回電極群３０の最内周に捲回されたセパレータ３３，３４が負極電極３２の最外周部３２Ｃに固定される。なお、粘着テープ５０Ａは、捲回電極群３０の平坦部３０ａの少なくとも一部に貼付することが好ましく、負極電極３２の箔露出部３２ｃの集電板４０が接合されない領域に貼付することがより好ましい。
【００８２】
本変形例の粘着テープ５０Ａを備えた二次電池によれば、前述の実施形態２及びその変形例１の二次電池と同様の効果を得ることができる。また、本変形例の粘着テープ５０Ａを備えた二次電池によれば、二次電池の実使用環境化における捲回電極群３０の正極電極３１とセパレータ３３，３４との間への金属異物の混入を防ぐことが可能となり、短絡現象による電圧低下を抑制することができる。
【００８３】
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８４】
３０  捲回電極群
３０ａ  平坦部
３０ｂ  湾曲部
３１  正極電極（電極）
３２  負極電極（電極）
３３  セパレータ
３３Ｂ  始端部
３４  セパレータ
３４Ｂ  始端部
５０  固定部
５０Ａ  粘着テープ（固定部）
１００  二次電池
Ｒ  捲回方向
Ｗ  幅方向
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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