(57)【要約】  二次電池において、軸芯３０は幅方向の両端部の肉厚ＴＡ０より、中央部の肉厚ＴＢ０が大きい。捲回時には、正極１、負極２、セパレータ３ａ，３ｂには長さ方向に張力Ａ、Ａ’が付与されるが、この張力Ａ、Ａ’にともなって、軸芯３０の幅広面３０Ｗにおいて、正極１、負極２、セパレータ３ａ，３ｂには、軸芯３０に向かう、内向きの締付力Ｂが作用する。正極１、負極２、セパレータ３ａ，３ｂは、外周方向に広がる弾性力を有するが、締付力Ｂは、この弾性力に抗しつつ、正極１、負極２、セパレータ３ａ，３ｂは緊密に締め付ける。これによって、正極１、負極２の間に隙間が生じることはなく、扁平捲回形電極群４は密度が高められ、二次電池の容量を高めることができる。
2012004886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極および負極をセパレータで絶縁しつつ軸芯に捲回して形成される扁平捲回形電極群を備える二次電池であって、
前記正極、負極、およびセパレータの積層体は、前記軸芯の表裏面において、その捲回方向一端部から中央部へは上がり勾配で、中央部から捲回方向他端部へは下り勾配で捲回されている二次電池。
【請求項２】
請求項1記載の二次電池において、
前記捲回により前記積層体に長手方向に発生した内力により、前記積層体は軸芯中心部に締付力を発生している二次電池。
【請求項３】
請求項1記載の二次電池において、
前記軸芯には、その表裏面の中央部から捲回方向両端部に向かって下り勾配に傾斜する傾斜面が形成されている二次電池。
【請求項４】
請求項３記載の二次電池において、
前記傾斜面は、前記中央部から前記両端部まで緩やかな円弧面として延在する二次電池。
【請求項５】
請求項４記載の二次電池において、
前記両端部は円弧面または平面である二次電池。
【請求項６】
請求項４記載の二次電池において、
前記軸芯の断面形状は扁平楕円形または略楕円形である二次電池。
【請求項７】
請求項１記載の二次電池において、
前記軸芯の中央部断面形状は略長方形であり、その中央部から前記両端部に向かう傾斜面は平面または緩やかな円弧面である二次電池。
【請求項８】
請求項３記載の二次電池において、
前記傾斜面は、前記中央部から前記両端部まで平面として延在する二次電池。
【請求項９】
請求項８記載の二次電池において、
前記両端部は円弧面または平面である二次電池。
【請求項１０】
請求項８記載の二次電池において、
前記軸芯の断面形状は略菱形である二次電池。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項記載の二次電池において、
前記軸芯には肉抜きが設けられている二次電池。
【請求項１２】
二次電池の電極群であって、長尺物である正極および負極をセパレータで絶縁しつつ軸芯に積層しながら捲回され、前記軸芯の表裏面には、その中央部から両端部に向かって下り勾配で傾斜する捲回面が形成されている扁平捲回形電極群の製造方法において、
前記捲回面に最内周のセパレータの一端を溶着し、
前記セパレータの間に前記正極および負極を交互に積層しつつ張力を与えながら、前記軸芯を回転して捲回する扁平捲回形電極群の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の扁平捲回形電極群の製造方法において、
前記正極、負極およびセパレータの積層体に張力を与えながら前記軸芯を回転する際、前記軸芯の一端部から中央部の間に延在する積層体にはその長手方向の一方向に内力が与えられ、前記軸芯の中央部から他端部の間に延在する積層体には前記長手方向の他方向に内力が与えられるように、前記軸芯を回転して前記積層体を捲回する扁平捲回形電極群の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に搭載される二次電池および二次電池に使用される扁平捲回形電極群の製造方法に関する。
【技術背景】
【０００２】
地球環境保護の社会動向を受け、ハイブリッド車や電気自動車等の車両駆動用二次電池の実用化、普及が急務である。車両駆動用二次電池の構造としては、発電要素である正極、負極双方のシート（正負極板）と、正負極板間の絶縁用のセパレータと、電解液とが、金属製や樹脂製の密閉容器内に収容され、発電要素の両極とそれぞれ接合された外部端子を設けたものが広く知られている。
【０００３】
これまでに実用化された二次電池では、その外形が円柱状をなしたものが殆どであったが、車両駆動用二次電池では、高出力、大容量が要求されるため、数十個から百超個の二次電池をまとめた組電池が必要とされた。そこで実装密度の向上を図るため、角型状の二次電池が盛んに実用化検討されており、この角型二次電池に使用する電極群の形状は扁平形が採用されている。
【０００４】
特許文献１に記載の二次電池は、扁平捲回形電極群を構成する方法として、電極群の中心部に板状の芯材を配し、これに正極板、負極板およびこれらの間に介在配置されたセパレータを捲回して構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８-４７３０４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の二次電池にあっては、正負極板の両端部は電極間を隙間なく密着可能だが、平面部では、正負極板が半径方向に拘束されないため、正負極板間に隙間が生じて密度が低下し、容量低下を招く可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第1の態様による二次電池は、正極および負極をセパレータで絶縁しつつ軸芯に捲回して形成される扁平捲回形電極群を備える二次電池であって、正極、負極、およびセパレータの積層体は、軸芯の表裏面において、その捲回方向一端部から中央部へは上がり勾配で、中央部から捲回方向他端部へは下り勾配で捲回されている。この二次電池では、捲回により積層体に長手方向に発生した内力により、積層体は軸芯中心部に締付力を発生している。
軸芯には、その表裏面の中央部から捲回方向両端部に向かって下り勾配に傾斜する傾斜面を形成することができる。傾斜面は、中央部から両端部まで緩やかな円弧面として延在するのが好ましい。たとえば、軸芯の断面形状は扁平楕円形または略楕円形である。軸芯両端部は円弧面または平面とすることが好ましい。
軸芯は、その中央部断面形状を略長方形とし、その中央部から両端部に向かう傾斜面を平面または緩やかな円弧面としてもよい。この例では、傾斜面は、中央部から両端部まで平面として延在してもよい。この例でも、軸芯の両端部は円弧面または平面とすることが好ましい。また、軸芯の断面形状を略菱形としてもよい。
以上種々の形態の軸芯に肉抜きを設け、軽量化を図ることが好ましい。
本発明の第２の態様は、二次電池の捲回形電極群の製造方法である。捲回形電極群は、長尺物である正極および負極がセパレータで絶縁しつつ軸芯に積層しながら捲回され、軸芯の表裏面には、その中央部から両端部に向かって下り勾配で傾斜する捲回面が形成されている。このような捲回形電極群の製造方法において、捲回面に最内周のセパレータの一端を溶着し、セパレータの間に正極および負極を交互に積層しつつ張力を与えながら、軸芯を回転して捲回する。
正極、負極およびセパレータの積層体に張力を与えながら軸芯を回転する際、軸芯の一端部から中央部の間に延在する積層体にはその長手方向の一方向に内力が与えられ、軸芯の中央部から他端部の間に延在する積層体には長手方向の他方向に内力が与えられるように、軸芯を回転して積層体を捲回するのが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、扁平捲回形電極群の密度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施の形態による二次電池の外観を示す斜視図。
【図２】図１の二次電池の分解斜視図。
【図３】図１の扁平捲回形電極群の構成を示す斜視図。
【図４】図1の扁平捲回形電極群を示す斜視図。
【図５】図１の二次電池の軸芯を示す斜視図。
【図６】図５の軸芯に正負極およびセパレータを配置した状態を示す斜視図。
【図７】（ａ）は、図５の軸芯に正負極およびセパレータを巻き付ける時の状態を示す断面図、（ｂ）は軸芯の仮想傾斜面を説明する断面模式図。
【図８】図７（ａ）の状態よりも捲回を進めた状態を示す断面図。
【図９】本発明による二次電池の第２実施形態における軸芯を示す断面図。
【図１０】本発明による二次電池の第３実施形態における軸芯を示す断面図。
【図１１】本発明による二次電池の第４実施形態における軸芯を示す断面図。
【図１２】本発明による二次電池の第５実施形態における軸芯を示す断面図。
【図１３】本発明による二次電池の第６実施形態における軸芯を示す断面図。
【図１４】本発明による二次電池の第７実施形態における軸芯を示す断面図。
【図１５】本発明による二次電池の第８実施形態における軸芯を示す断面図。
【図１６】本発明による二次電池の第９実施形態における軸芯を示す斜視図。
【図１７】本発明による二次電池の第１０実施形態における軸芯を示す斜視図。
【図１８】本発明による二次電池の変形例を示す断面図。
【図１９】本発明による二次電池の変形例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１実施形態]
図１〜図８を参照して、本発明を扁平角形リチウムイオン二次電池に適用した第１実施形態について説明する。
【００１１】
［角形電池の全体構成］
図１〜図４において、角形電池２０は、電池容器１３内に絶縁シート１２を介して扁平捲回形電極群４を収納して構成される。電池容器１３の矩形開口は、矩形形状の電池蓋９を電池容器１３にレーザ溶接して封止されている。電池蓋９には、正極外部端子７と、負極外部端子８とが設けられている。外部端子７，８を介して外部負荷に電力が供給され、あるいは、外部端子７，８を介して外部発電電力が捲回形電極群４に充電される。
【００１２】
図２に示すように、捲回形電極群４の正極リード１ａには正極接続部材５が超音波溶接にて接続され、正極接続部材５は、扁平形リチウムイオン二次電池の正極外部端子７に接続されている。一方、捲回形電極群４の負極リード２ａには負極接続部材６が超音波溶接にて接続され、負極接続部材６は扁平形リチウムイオン二次電池の負極外部端子８に接続されている。
【００１３】
接続部材５，６と外部端子７，８は、図示しない絶縁材によって電池蓋９と電気的に絶縁されている。また、電池蓋９の貫通孔には図示しないシール材が設けられ、電池容器からの液漏れを防止している。
【００１４】
電池蓋９には、電池容器１３内に電解液を注入する注液口１１が穿設され、注液口１１は、電解液注入後に注液栓によって封止される。電池蓋９にはガス排出弁１０も設けられている。電池容器内の圧力が上昇すると、ガス排出弁１０が開いて内部からガスが排出され、電池容器内の圧力が低減される。
【００１５】
電池容器１３、電池蓋９は、共にアルミニウム合金で製作されている。正極側の接続部材５、外部端子７はアルミニウム合金で製作され、負極側の接続部材６、外部端子８は銅合金で製作されている。
【００１６】
［捲回形電極群全体構成］
捲回形電極群４は、図３，４に示すように、軸芯３０の周りにセパレータ３ａ，３ｂを介在させつつ正負極１，２を互いに絶縁状態で扁平状に捲回して構成される。軸芯３０は、図５に示すように断面が略扁平楕円形である。軸芯３０の詳細は後述する。
【００１７】
図３に示すように、正負極１，２は、シート状の正負極集電箔上に活物質合剤を塗布した電極層１ｂ，２ｂを有し、各電極箔の幅方向（捲回方向に直交する方向）の一端部には、活物質合剤を塗布しない正負極リード１ａ，２ａがそれぞれ設けられている。したがって、正負極リード１ａ，２ａは、捲回形電極群４の幅方向（軸芯延在方向）の互いに反対側の位置にそれぞれ形成されている。図２により上述したように、捲回形電極群４の正極リード１ａには正極接続部材５が超音波溶接にて接続され、正極接続部材５は、扁平形リチウムイオン二次電池の正極外部端子７に接続されている。一方、捲回形電極群４の負極リード２ａには負極接続部材６が超音波溶接にて接続され、負極接続部材６は扁平形リチウムイオン二次電池の負極外部端子８に接続されている。
【００１８】
正極１の製作に際しては、正極活物質としてリチウム含有複酸化物粉末と、導電材として鱗片状黒鉛と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とを重量比８５：１０：５で混合し、これに分散溶媒のＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を添加、混練したスラリを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に塗布する。その後、乾燥、プレス、裁断することにより、活物質合剤層が配された部分の幅８０ｍｍ、厚さ１３０μｍ、長さ４ｍの正極１を得た。
なお、アルミニウム箔の長手方向に延在する一端側には連続して形成した活物質合剤層が配されない部分を有し、その部分を正極リード１ａとした。
【００１９】
負極２の作製に際しては、負極活物質として非晶質炭素粉末、結着剤としてＰＶＤＦを添加し、これに分散溶媒のＮＭＰを添加、混練したスラリを、厚さ１０μｍの圧延銅箔の両面に塗布した。その後、乾燥プレス、裁断することにより活物質合剤層が配された部分の幅８４ｍｍ、長さ４．４ｍ、所定の厚さ、所定の密着強度とした負極２を得た。
【００２０】
負極２の活物質合成層の片側厚みは６０μｍ以上１００μｍ以下が望ましい。６０μｍ未満の場合、電池の容量が不十分であり、１００μｍ以上の場合、最内周電極のコーナー部の活物質合剤層が剥離および脱落する恐れがある。
【００２１】
また、負極２の活物質合剤層と負極金属箔との密着強度は０.０５N/ｍｍ以上１.００N/mmが望ましい。０.０５N/ｍｍ未満の場合、最内周電極のコーナー部の活物質合剤層が剥離および脱落する恐れがある。１.００N/mm以上とするためには、結着剤の量を過剰に混合する必要があるため電池の性能が十分に発揮できなくなる。
なお、圧延銅箔の長手方向に延在する一端側には連続して形成した活物質合剤層が配されない部分を有し、その部分を負極リード２ａとした。
【００２２】
正極接続部材５、負極接続部材６は正極１、負極２にそれぞれ接続され、これによって扁平捲回形電極群４は、正極外部端子７、負極外部端子８に接続される。正極１と正極接続部材５との接続に際しては、正極リード１ａを変形して正極接続部材５に接触させた後、正極リード１ａと正極接続部材５とを超音波溶接した。負極２と負極接続部材６との接続工程も同様である。
このような接続工程によって、正負極接続部材５、６、電池蓋９、正負極外部端子７、８よりなる電池蓋組立て品に、扁平捲回形電極群４が取りつけられる。
【００２３】
扁平捲回形電極群４の電池ケースへの収納に際しては、扁平捲回形電極群４を絶縁袋１２に入れた後、電池ケース１３内に挿入する。その後、電池蓋９を溶接等により電池ケース１３に接合する。
【００２４】
なお、本明細書において、正負極１，２はシート状の金属箔を素材とした長尺物であり、正極シート、負極シートあるいは正極体、負極板とも呼ぶ。
【００２５】
［軸芯の構成と捲回方法］
図５〜図８を参照して、軸芯３０の形状と正負極１，２を軸芯３０に捲回する捲回方法を説明する。なお、図７（ａ）および図８は、セパレータ３ａ、負極２、セパレータ３ｂ、正極１が明瞭になるように、これらの厚さを誇張して示している。
【００２６】
図５に示すように、断面が略扁平楕円形である軸芯３０は、捲回方向になだらかに（緩やかに）湾曲した１対の幅広面３０Ｗと、これら幅広面３０Ｗを連結する面取部３０Ｒとを有する。幅広面３０Ｗと面取部３０Ｒは軸芯３０の外周面に形成され、幅広面３０Ｗは正負極１，２が密接に捲回される面となる。すなわち、正極１、負極２、およびセパレータ３ａ，３ｂが捲回される軸芯３０の表裏面には、その中央部から両端部に向かって下り勾配で傾斜する捲回面３０Ｗが形成されている。第１実施形態の二次電池では、捲回面３０Ｗは、少なくとも軸芯中央部から両端部に下り勾配で広がる円弧面である。
【００２７】
軸芯３０の軸方向の一端面（Ｃ矢視部）には、捲回装置（図示省略）の回転軸（図示省略）に係合する穴３１が、回転中心から離間した位置に穿設されている。
【００２８】
なお、軸芯３０は絶縁性材料、例えばポリプロピレンで構成されているが、正負極１，２と互いに絶縁する構造を採用すれば金属材料で構成してもよい。
【００２９】
図６，７は、軸芯３０に正負極１，２およびセパレータ３ａ，３ｂを捲回し始めるときの様子を示す図である。なお、図７は、図６のVII−VII線断面図である。
図６，７に示すように、軸芯３０に正負極１，２およびセパレータ３ａ，３ｂを捲回する際には、一方の幅広面３０Ｗの幅方向中央部に、セパレータ３の端部３Ｅを熱溶着して固定し、内側から、セパレータ３ａ、負極２、セパレータ３ｂ、正極１の順序で重ねる。積層に際しては、セパレータ３ａの端部より少しずらした状態で、セパレータ３ａの上に負極２の端部が配置される。負極２の上には、負極２の端部を覆うようセパレータ３ｂが配置され、セパレータ３ｂの上には、正極１が配置される。
【００３０】
この積層状態で、軸芯３０を回転軸中心にＴ方向に回転させて、正極１、負極２、セパレータ３ａ，３ｂを張力をかけながら渦巻き状に捲回して扁平捲回形電極群４が得られる。  正極１、負極２、およびセパレータ３ａ，３ｂの積層体は、軸芯３０の表裏面において、その捲回方向一端部から中央部へは上がり勾配で、中央部から捲回方向他端部へは下り勾配で捲回されている。
【００３１】
図５に示すように、軸芯３０の回転軸方向の長さはＬ１、幅方向（捲回方向）の長さはＬ２（＜Ｌ１）である。また、図７（ａ）に示すように、軸芯３０の中央部の肉厚はＴＢ０、幅方向の両端部の肉厚はＴＡ０（＜ＴＢ０）である。図７（ｂ）を参照するに、幅広面３０Ｗの最大厚みＴＢ０を規定する軸芯外周面上の点Ｐ１と両端部の厚みＴＡ０を規定する軸芯外周面上の点Ｐ２とを結ぶ仮想線ＶＬの傾斜角θ１は、正負極１，２の締付力に影響を与える要因である。図7（ｂ）において、Ｌ３は、軸芯両端の点Ｐ２間の距離である。
【００３２】
図8に示すように、捲回時には、正極１、負極２、セパレータ３ａ，３ｂには長手方向に張力Ａ、Ａ’が付与されるが、この張力Ａ、Ａ’にともなって、軸芯３０の幅広面３０Ｗにおいて、正極１、負極２、セパレータ３ａ，３ｂの積層体には、軸芯３０に向かう内向きの締付力Ｂが作用する。締付力Ｂは式（１）で表される。
締付力Ｂ＝Ａsinθ１またはＡ’sinθ１          式（１）
【００３３】
正極１、負極２、セパレータ３ａ，３ｂの積層体は、外周方向に広がる弾性力を有するが、式（１）で示される締付力Ｂは、この弾性力に抗しつつ、正極１、負極２、セパレータ３ａ，３ｂを緊密に締め付ける。すなわち、積層体に張力を与えながら軸芯３０を回転する際、軸芯３０の一端部から中央部の間の積層体には、その長手方向の一方向に内力Ａが与えられ、一方、軸芯３０の中央部から他端部の間の積層体には、長手方向の他方向に内力A’が与えられるように、軸芯３０を回転して積層体を捲回する。
【００３４】
このように、軸芯３０の表裏面で積層されている正負極１，２は、それらの長手方向に作用する内力Ａ，A’によって軸芯３０の中心部に向けて締付力（付勢力）Ｂを発生する。これによって、正極１、負極２の間に隙間が生じることはなく、扁平捲回形電極群４は密度が高められ、二次電池の容量を高めることができる。締付力Ｂは、傾斜角θ１が大きいほど大きくできる。
【００３５】
幅広面３０Ｗに沿った正負極１，２に、捲回時の張力で発生する内力Ａ、Ａ’にともなう締付力Ｂが生じるためには、図７（ｂ）に示す仮想線ＶＬが所定の傾斜角θ１で軸芯３０の両端部に向かって傾斜するように、軸芯中央部の肉厚ＴＢ０を両端部の肉厚ＴＡ０よりも大きくすればよい。
【００３６】
以上説明した第１実施形態の扁平捲回形電極群４の軸芯３０には、正極１、負極２、およびセパレータ３ａ，３ｂの積層体が捲回される表裏面にその中央部から両端部に向かって下り勾配で傾斜する捲回面が形成されている。そして、上記扁平捲回形電極群の製造方法は、捲回面に積層体の一端であるセパレータの端部を溶着する工程と、積層体に張力を与えながら、軸芯３０を回転して積層体を捲回する工程とを含む。そして、積層体に張力を与えながら軸芯３０を回転する際、軸芯３０の一端部から中央部の間の積層体には、その長手方向の一方向に内力Ａが与えられ、軸芯３０の中央部から他端部の間の積層体には、長手方向の他方向に内力Ａ’が与えられる。軸芯３０を繰り返し回転することにより、積層体が軸芯３０に捲回される。
【００３７】
軸芯３０の断面形状は第１実施形態に限定されるものではない。以下、図９〜図１７を参照して第２〜第１０実施形態による軸芯を説明する。なお、図中、第１実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【００３８】
［第２実施形態］
図９に示すように、第２実施形態による捲回形電極群４の軸芯３０の断面形状は略楕円状である。軸芯３０の両端部の肉厚をＴＡ１、中央部の肉厚ＴＢ１とするとき、締付力Ｂは、式（１）で示されるように、幅広面３０Ｗの最大厚みＴＢ１を規定する点Ｐ１と、両端部の厚みＴＡ１を規定する点Ｐ２とを結ぶ仮想線ＶＬの傾斜角θ２に依存する。
【００３９】
第２実施形態による捲回形電極群４は、第１実施形態による捲回形電極群４と同様の効果を奏する。第２実施形態の軸芯３０の傾斜角θ２を第１実施形態の軸芯３０の傾斜角θ１と等価とすれば、同様の締付力Ｂが得られるし、傾斜角θ２＜θ１とすれば締付力Ｂを小さくすることができる。
【００４０】
なお、第２実施形態による捲回形電極群４では、軸芯３０の諸寸法Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は第１実施形態による捲回形電極群４における諸寸法Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と等しい。
【００４１】
［第３実施形態］
第１および第２の軸芯の基本断面は扁平楕円または略楕円とした。図１０に示すように、第３実施形態による捲回形電極群４の軸芯３０は、基本断面を略長方形としたものである。軸芯３０の周面は、捲回方向になだらかに湾曲した１対の幅広面３０Ｗと、これら幅広面を連結する大径の円弧面３０Ａと、幅広面３０Ｗと円弧面３０Ａとを連結する面取部３０Ｒとよりなる。
【００４２】
軸芯３０の両端部の肉厚をＴＡ２、中央部の肉厚ＴＢ２とするとき、締付力Ｂは、式（１）で示されるように、幅広面３０Ｗの最大厚み点Ｐ１と両端部の点Ｐ２とを結ぶ仮想線ＶＬの傾斜角θ３に依存する。
【００４３】
第３実施形態による捲回形電極群４は、第１実施形態による捲回形電極群４と同様の効果を奏する。第３実施形態の軸芯３０の傾斜角θ３を第１実施形態の軸芯３０の傾斜角θ１と等価とすれば、同様の締付力Ｂが得られるし、傾斜角θ２＜θ1とすれば締付力Ｂを小さくすることができる。
【００４４】
［第４実施形態］
図１１に示すように、第４実施形態による捲回形電極群４の軸芯３０は、断面が略菱形である。この軸芯３０の周面は、中央部の最大厚みを規定する点Ｐ１から、両端部の厚みを規定する点Ｐ２に向かって傾斜角θ４で傾斜する山形の一対の幅広面３０Ｗと、これら幅広面３０Ｗを連結する大径の円弧面３０Ａと、幅広面３０Ｗと円弧面３０Ａとを連結する面取部３０Ｒとよりなる。幅広面３０Ｗは、軸芯表裏中央部から両端部の表裏面にそれぞれ傾斜する平面である。
【００４５】
軸芯３０の両端部の肉厚はＴＡ３、中央部の肉厚はＴＢ３である。幅広面３０Ｗは、両端部方向に比較的急峻な角度θ４を有する傾斜平面であり、角度θ４は、第１実施形態による捲回形電極群４の傾斜角θ１よりも大きい。なお、幅広面３０Ｗの山形の頂点Ｐ１はＲ面取りされ、正負極１，２等の捲回時に正負極１，２等と軸芯３０との摩擦が軽減されている。
【００４６】
第４実施形態による捲回形電極群４の傾斜角θ4は第１実施形態による捲回形電極群４の傾斜角θ1よりも大きいので、式（１）から分かるように、第４実施形態による捲回形電極群４は、第１実施形態による捲回形電極群４よりも締付力Ｂが大きくなる。
【００４７】
［第５実施形態］
図１２に示すように、軸芯３０は、断面が扁平な略八角形である。その外周面は、軸芯３０の中央部領域Ｌ４に広がる厚みＴＢ４一定の平面３０Ｗ１と、この平面３０Ｗ１の両側から軸芯両端部に延在する円弧面３０Ｗ２と、軸芯表裏に広がるこれら円弧面３０Ｗ２を連結する大径の円弧面３０Ａと、円弧面３０Ｗ２と円弧面３０Ａとを連結する面取部３０Ｒとを有する。平面３０Ｗ１と円弧面３０Ｗ２との連接点Ｐ１から、両端部の厚みＴＡ４を規定する点Ｐ２を結ぶ仮想傾斜面ＶＬの傾斜角θ５は図示の通りであり、締付力Ｂは傾斜角θ５の大きさに依存する。
【００４８】
軸芯３０の両端部の肉厚はＴＡ４、中央部の肉厚はＴＢ４である。平面３０Ｗ１と円弧面３０Ｗ２との連接点はＲ面取りされ、正負極１，２等の捲回時に正負極１，２等と軸芯３０との摩擦が軽減されている。
第５実施形態による捲回形電極群４は、第１実施形態による捲回形電極群４と同様の効果を奏する。
【００４９】
［第６実施形態］
図１３に示すように、第６実施形態による捲回形電極群４の軸芯３０は、第３実施形態による捲回形電極群４の軸芯３０における円弧面３０Ａを平面３０Ｆとしたものである。第６実施形態による捲回形電極群４は、第３実施形態による捲回形電極群４と同様の効果を奏する。
【００５０】
［第７実施形態］
図１４に示すように、第７実施形態による捲回形電極群４の軸芯３０は、第４実施形態による捲回形電極群４の軸芯３０における円弧面３０Ａを平面３０Ｆとしたものである。第７実施形態による捲回形電極群４は、第４実施形態による捲回形電極群４と同様の効果を奏する。
【００５１】
［第８実施形態］
図１５に示すように、第８実施形態による捲回形電極群４の軸芯３０は、第５実施形態による捲回形電極群４の軸芯３０における円弧面３０Ａを平面３０Ｆとしたものである。第８実施形態による捲回形電極群４は、第５実施形態による捲回形電極群４と同様の効果を奏する。
【００５２】
［第９実施形態］
図１６に示すように、第９実施形態による捲回形電極群４の軸芯３０は、第１実施形態による捲回形電極群４の軸芯３０と同様な形状、寸法であり、その幅広面３０Ｗに肉抜き１０１を穿設したものである。肉抜き１０１は、貫通孔あるいは凹部であり、これによって軸芯３０は軽量化される。すなわち、第９実施形態による捲回形電極群４は第１実施形態による捲回形電極群４の効果に加え、二次電池を軽量化し得るという効果を奏する。
なお、第２〜第８実施形態による捲回形電極群４の軸芯３０に同様の肉抜き１１０を穿設することも当然可能であり、同様の効果が得られる。
【００５３】
［第１０実施形態］
図１７に示すように、第１０実施形態による捲回形電極群４の軸芯３０は、第１実施形態による捲回形電極群４の軸芯３０と同様な形状、寸法であり、軸方向の両端面に肉抜き１１１を穿設したものである。肉抜き１１１は貫通孔あるいは凹部であり、これによって軸芯３０は軽量化される。
【００５４】
すなわち、第１０実施形態による捲回形電極群４は第１実施形態による捲回形電極群４の効果に加え、二次電池を軽量化し得るという効果を奏する。
なお、第２〜第８実施形態による捲回形電極群４の軸芯３０に同様の肉抜き１１１を穿設することも当然可能であり、同様の効果が得られる。
【００５５】
以上の実施形態では、バインダとしてＰＶＤＦを例示したが、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等の重合体およびこれらの混合体などを使用するようにしてもよい。
【００５６】
以上の実施形態では、ＥＣ、ＤＥＣ、ＤＭＣの混合溶液中にＬｉＰＦ６を溶解した非水電解液を例示したが、一般的なリチウム塩を電解質とし、これを有機溶媒に溶解した非水電解液を用いるようにしてもよく、本発明は用いられるリチウム塩や有機溶媒には特に制限されない。
【００５７】
例えば、電解質としては、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）４、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ等やこれらの混合物を用いることができる。また、有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトニル等またはこれら２種類以上の混合溶媒を用いるようにしてもよく、混合配合比についても限定されるものではない。
【００５８】
以上では、本発明による二次電池における軸芯３０について第１〜１０実施形態を説明した。しかし、本発明はそれらの実施形態に限定されない。すなわち、正負極１，２をセパレータ３ａ，３ｂで絶縁しつつ重ねて捲回して構成される扁平捲回形電極群において、正負極１，２および３ａ，３ｂの積層体の長手方向に発生する内力によって軸芯３０の中心部に向かう締付力Ｂが発生するような軸芯の形状、寸法であれば、あらゆる形状、寸法の軸芯にも本発明を適用することができる。
【００５９】
たとえば、第１〜第１０実施形態の軸芯は一体的に形成されているが、図１８に示すように、軸芯３００は、軸芯本体３０１と、軸芯本体３０１の表裏面に設けた厚み形成部材３０２とを備え、軸芯中央部から両端部にかけて傾斜面ＲＬを形成してもよい。あるいは、図１９に示すように、軸芯３００は、軸芯本体３０１と、軸芯本体３０１の表裏中央部に設けた厚み形成部材３０２とを備え、軸芯中央部から両端部にかけて仮想傾斜面ＶＬを形成してもよい。
【産業上の利用分野】
【００６０】
本発明による二次電池は、特にハイブリッド自動車や電気自動車など中大容量（たとえば、４〜５０Ａｈ）の二次電池に用いて好適である。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年10月31日(2012.10.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸芯にセパレータを溶着で固定し、正極および負極を前記セパレータで絶縁しつつ軸芯に捲回して形成される扁平捲回形電極群を電池容器に収納した二次電池であって、
前記正極、負極、およびセパレータの積層体は、前記軸芯の表裏面において、その捲回方向一端部から中央部へは上がり勾配で、中央部から捲回方向他端部へは下り勾配で捲回されている二次電池。
【請求項２】
請求項1記載の二次電池において、
前記捲回により前記積層体に長手方向に発生した内力により、前記積層体は軸芯中心部に締付力を発生している二次電池。
【請求項３】
請求項1記載の二次電池において、
前記軸芯には、その表裏面の中央部から捲回方向両端部に向かって下り勾配に傾斜する傾斜面が形成されている二次電池。
【請求項４】
請求項３記載の二次電池において、
前記傾斜面は、前記中央部から前記両端部まで緩やかな円弧面として延在する二次電池。
【請求項５】
請求項４記載の二次電池において、
前記両端部は円弧面または平面である二次電池。
【請求項６】
請求項４記載の二次電池において、
前記軸芯の断面形状は扁平楕円形または略楕円形である二次電池。
【請求項７】
請求項１記載の二次電池において、
前記軸芯の中央部断面形状は略長方形であり、その中央部から前記両端部に向かう傾斜面は平面または緩やかな円弧面である二次電池。
【請求項８】
請求項３記載の二次電池において、
前記傾斜面は、前記中央部から前記両端部まで平面として延在する二次電池。
【請求項９】
請求項８記載の二次電池において、
前記両端部は円弧面または平面である二次電池。
【請求項１０】
請求項８記載の二次電池において、
前記軸芯の断面形状は略菱形である二次電池。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項記載の二次電池において、
前記軸芯には肉抜きが設けられている二次電池。
【請求項１２】
二次電池の電極群であって、長尺物である正極および負極をセパレータで絶縁しつつ軸芯に積層しながら捲回され、前記軸芯の表裏面には、その中央部から両端部に向かって下り勾配で傾斜する捲回面が形成されている扁平捲回形電極群の製造方法において、
前記捲回面に最内周のセパレータの一端を溶着し、
前記セパレータの間に前記正極および負極を交互に積層しつつ張力を与えながら、前記軸芯を回転して捲回する扁平捲回形電極群の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の扁平捲回形電極群の製造方法において、
前記正極、負極およびセパレータの積層体に張力を与えながら前記軸芯を回転する際、前記軸芯の一端部から中央部の間に延在する積層体にはその長手方向の一方向に内力が与えられ、前記軸芯の中央部から他端部の間に延在する積層体には前記長手方向の他方向に内力が与えられるように、前記軸芯を回転して前記積層体を捲回する扁平捲回形電極群の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の第1の態様による二次電池は、軸芯にセパレータを溶着で固定し、正極および負極を前記セパレータで絶縁しつつ軸芯に捲回して形成される扁平捲回形電極群を電池容器に収納した二次電池であって、正極、負極、およびセパレータの積層体は、軸芯の表裏面において、その捲回方向一端部から中央部へは上がり勾配で、中央部から捲回方向他端部へは下り勾配で捲回されている。この二次電池では、捲回により積層体に長手方向に発生した内力により、積層体は軸芯中心部に締付力を発生している。
軸芯には、その表裏面の中央部から捲回方向両端部に向かって下り勾配に傾斜する傾斜面を形成することができる。傾斜面は、中央部から両端部まで緩やかな円弧面として延在するのが好ましい。たとえば、軸芯の断面形状は扁平楕円形または略楕円形である。軸芯両端部は円弧面または平面とすることが好ましい。
軸芯は、その中央部断面形状を略長方形とし、その中央部から両端部に向かう傾斜面を平面または緩やかな円弧面としてもよい。この例では、傾斜面は、中央部から両端部まで平面として延在してもよい。この例でも、軸芯の両端部は円弧面または平面とすることが好ましい。また、軸芯の断面形状を略菱形としてもよい。
以上種々の形態の軸芯に肉抜きを設け、軽量化を図ることが好ましい。
本発明の第２の態様は、二次電池の捲回形電極群の製造方法である。捲回形電極群は、長尺物である正極および負極がセパレータで絶縁しつつ軸芯に積層しながら捲回され、軸芯の表裏面には、その中央部から両端部に向かって下り勾配で傾斜する捲回面が形成されている。このような捲回形電極群の製造方法において、捲回面に最内周のセパレータの一端を溶着し、セパレータの間に正極および負極を交互に積層しつつ張力を与えながら、軸芯を回転して捲回する。
正極、負極およびセパレータの積層体に張力を与えながら軸芯を回転する際、軸芯の一端部から中央部の間に延在する積層体にはその長手方向の一方向に内力が与えられ、軸芯の中央部から他端部の間に延在する積層体には長手方向の他方向に内力が与えられるように、軸芯を回転して積層体を捲回するのが好ましい。
【国際調査報告】
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