(57)【要約】【課題】電極内部の温度分布の偏りを低減して、安全性を確保しつつ、高容量・高出力を得る。  【解決手段】捲回電極群の軸芯１０は、アルミニウム製の正極軸芯部１２と銅製の負極軸芯部１１とを絶縁材１３で絶縁しつつ接合して構成される。正極軸芯部１２は、一端部に正極集電板１２ｂが形成され、他端部に厚さ方向の「あいじゃくり継ぎ」の継ぎ手を形成し得る継ぎ手部１２Ｊが形成されており、負極軸芯部１１は、一端部に負極集電板１１ｂが形成され、他端部に継ぎ手部が１１Ｊ形成されている。正極軸芯部１２と負極軸芯部１１とは、継ぎ手部において、両面に粘着材料を塗布した絶縁材１３にて接着される。正極軸芯部１２と負極軸芯部１１の集電部１２ａ，１１ａには、アルミニウム製および銅製の電極接続板が超音波溶接にて接続されている。これによって、軸芯は、電気的、熱伝導的に外部熱負荷と接続されている。【選択図】図６
2011192476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極層が形成されるとともに、前記電極層が形成されない集電部が幅方向の一側にそれぞれ配置された正極板と負極板とをセパレータを介して前記集電部が互いに逆になるように捲回した捲回電極群と、
前記捲回電極群を収納し、負極外部端子および正極外部端子を有する電池外装容器と、
前記捲回電極群の中心部に延在し、前記負極板の前記集電部（負極集電部）に接続された負極軸芯部、前記正極板の集電部（正極集電部）に接続された正極軸芯部、および、前記負極軸芯部および前記正極軸芯部を電気的に絶縁する絶縁体を有する軸芯とを備え、
前記負極集電部は前記負極軸芯部を経由して前記負極外部端子に接続され、前記正極集電部は前記正極軸芯部を経由して前記正極外部端子に接続されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記電池外装容器は扁平角形であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項３】
請求項２に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記捲回電極群は、前記軸芯が前記電池外装容器の幅広方向に延在するように電池外装容器内に収容され、
前記負極軸芯部は、前記外部負極端子に接続されている負極接続部材に接続され、前記正極軸芯部は、前記正極外部端子に接続されている正極接続部材に接続されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項４】
請求項３に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記負極軸芯部は、前記負極集電部および前記負極接続部材に電気的、熱伝導的に接続され、
前記正極軸芯部は、前記正極集電部および前記正極接続部材に電気的、熱伝導的に接続されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項５】
請求項４に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記捲回電極群は前記軸芯を構成する前記負極軸芯部および前記正極軸芯部に捲回され、
前記負極軸芯部は、捲回された電極群の前記負極集電部が接続される巻芯部（負極巻芯部）と、前記巻芯部の端部に設けられ前記負極接続部材と接続される集電板（軸芯負極集電板）とを備え、
前記正極軸芯部は、捲回された電極群の前記正極集電部が接続される巻芯部（正極巻芯部）と、前記巻芯部の端部に設けられ前記正極接続部材と接続される集電板（軸芯正極集電板）とを備えていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項６】
請求項５に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記負極巻芯部と前記正極巻芯部は、扁平形電池外装容器の幅広側面に平行に配置された平板であり、前記軸芯負極集電板と前記軸芯正極集電板は、前記巻芯部と直交して配置され、扁平形電池外装容器の幅狭側面に平行に配置された平板であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項７】
請求項６に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記負極巻芯部は前記負極板の負極集電部に、前記軸芯負極集電板は前記負極接続部材にそれぞれ超音波溶接され、
前記正極巻芯部は前記正極板の正極集電部に、前記軸芯正極集電板は前記正極接続部材にそれぞれ超音波溶接されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記絶縁体は、前記負極軸芯部と前記正極軸芯部との間に所定長さに渡って設けられ、
前記負極軸芯部と前記正極軸芯部の幅は、前記正負極板の前記正負極集電部のそれぞれの幅以上であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記軸芯の外表面には、少なくとも一周以上のセパレータが捲回され、前記負極板の電極層および前記正極板の電極層を前記軸芯と絶縁したことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項１０】
請求項１に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記電池外装容器は円筒形であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項１１】
電極層が形成されるとともに、前記電極層が形成されない集電部が幅方向の一側にそれぞれ配置された正極板と負極板とをセパレータを介して前記集電部が互いに逆になるように捲回した捲回電極群と、
前記捲回電極群を収納し、負極外部端子および正極外部端子を有する電池外装容器と、
前記捲回電極群の中心部に延在し、前記負極板および正極板の電極層とは絶縁されつつ前記電池外装容器に接続されている金属製の軸芯とを有することを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項１２】
請求項１１に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記電池外装容器は扁平角形であり、前記軸芯の両端は、前記電池外装容器の対向幅狭側面間に突っ張るように設けられていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極板と負極板とをセパレータを介して軸芯周りに捲回した捲回電極群を電池容器に収容したリチウムイオン二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車用の電源などに使用される大型リチウムイオン電池では、正負極を離隔するセパレータに多孔質ポリエチレン製フィルムが用いられている。大型リチウムイオン二次電池の過充電時には、非水電解液と活物質との化学反応に伴う発熱でポリエチレンが軟化溶融してシャットダウン（多孔を閉塞してリチウムイオンの通過を遮断）する。そのため、充放電が遮断されるので、電池温度の急激な上昇等を未然に防ぐことができる。
【０００３】
しかしながら、過充電時には、捲回電極群内部での温度分布が偏る、多孔質セパレータのシャットダウンの進行にバラツキが生じる可能性がある。
【０００４】
電池温度の上昇を抑制するために、例えば、捲回電極群の捲回中心部に金属製軸芯を配置することで電池内部の熱を電池外部に放熱する円筒形電池が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−９２４６９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の二次電池は、金属製の軸芯により電池内部の熱を電池容器から放熱するが、軸芯と正負極板は接続されていないので、温度上昇が十分に抑制できない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）請求項１の発明によるリチウムイオン二次電池は、電極層が形成されるとともに、前記電極層が形成されない集電部が幅方向の一側にそれぞれ配置された正極板と負極板とをセパレータを介して前記集電部が互いに逆になるように捲回した捲回電極群と、前記捲回電極群を収納し、負極外部端子および正極外部端子を有する電池外装容器と、前記捲回電極群の中心部に延在し、前記負極板の前記集電部（負極集電部）に接続された負極軸芯部、前記正極板の集電部（正極集電部）に接続された正極軸芯部、および、前記負極軸芯部および前記正極軸芯部を電気的に絶縁する絶縁体を有する軸芯とを備え、前記負極集電部は前記負極軸芯部を経由して前記負極外部端子に接続され、前記正極集電部は前記正極軸芯部を経由して前記正極外部端子に接続されていることを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池において、前記電池外装容器は扁平角形であることを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項２に記載のリチウムイオン二次電池において、前記捲回電極群は、前記軸芯が前記電池外装容器の幅広方向に延在するように電池外装容器内に収容され、前記負極軸芯部は、前記外部負極端子に接続されている負極接続部材に接続され、前記正極軸芯部は、前記正極外部端子に接続されている正極接続部材に接続されていることを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項３に記載のリチウムイオン二次電池において、前記負極軸芯部は、前記負極集電部および前記負極接続部材に電気的、熱伝導的に接続され、前記正極軸芯部は、前記正極集電部および前記正極接続部材に電気的、熱伝導的に接続されていることを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項４に記載のリチウムイオン二次電池において、前記捲回電極群は前記軸芯を構成する前記負極軸芯部および前記正極軸芯部に捲回され、前記負極軸芯部は、捲回された電極群の前記負極集電部が接続される巻芯部（負極巻芯部）と、前記巻芯部の端部に設けられ前記負極接続部材と接続される集電板（軸芯負極集電板）とを備え、前記正極軸芯部は、捲回された電極群の前記正極集電部が接続される巻芯部（正極巻芯部）と、前記巻芯部の端部に設けられ前記正極接続部材と接続される集電板（軸芯正極集電板）とを備えていることを特徴とする。
（６）請求項６の発明は、請求項５に記載のリチウムイオン二次電池において、
前記負極巻芯部と前記正極巻芯部は、扁平形電池外装容器の幅広側面に平行に配置された平板であり、前記軸芯負極集電板と前記軸芯正極集電板は、前記巻芯部と直交して配置され、扁平形電池外装容器の幅狭側面に平行に配置された平板であることを特徴とする。
（７）請求項７の発明は、請求項６に記載のリチウムイオン二次電池において、前記負極巻芯部は前記負極板の負極集電部に、前記軸芯負極集電板は前記負極接続部材にそれぞれ超音波溶接され、前記正極巻芯部は前記正極板の正極集電部に、前記軸芯正極集電板は前記正極接続部材にそれぞれ超音波溶接されていることを特徴とする。
（８）請求項８の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池において、前記絶縁体は、前記負極軸芯部と前記正極軸芯部との間に所定長さに渡って設けられ、前記負極軸芯部と前記正極軸芯部の幅は、前記正負極板の前記正負極集電部のそれぞれの幅以上であることを特徴とする。
（９）請求項９の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池において、前記軸芯の外表面には、少なくとも一周以上のセパレータが捲回され、前記負極板の電極層および前記正極板の電極層を前記軸芯と絶縁したことを特徴とする。
（１０）請求項１０の発明は、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池において、前記電池外装容器は円筒形であることを特徴とする。
【０００８】
（１１）請求項１１の発明によるリチウムイオン二次電池は、電極層が形成されるとともに、前記電極層が形成されない集電部が幅方向の一側にそれぞれ配置された正極板と負極板とをセパレータを介して前記集電部が互いに逆になるように捲回した捲回電極群と、前記捲回電極群を収納し、負極外部端子および正極外部端子を有する電池外装容器と、前記捲回電極群の中心部に延在し、前記負極板および正極板の電極層とは絶縁されつつ前記電池外装容器に接続されている金属製の軸芯とを有することを特徴とする。
（１２）請求項１２の発明は、請求項１１に記載のリチウムイオン二次電池において、前記電池外装容器は扁平角形であり、前記軸芯の両端は、前記電池外装容器の対向幅狭側面間に突っ張るように設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電極群内部で発生した熱を電池外装容器の外部に効果的に放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明によるリチウムイオン二次電池の第１実施形態を示す外観図。
【図２】図４のリチウムイオン二次電池の捲回電極群と蓋との接続状況を示す斜視図。
【図３】図４のリチウムイオン二次電池の分解斜視図。
【図４】本発明によるリチウムイオン二次電池の第１実施形態における捲回電極群を示す斜視図。
【図５】図１の捲回電極群における電極板を示す正面図。
【図６】図１の捲回電極群における軸芯を示す斜視図。
【図７】本発明によるリチウムイオン二次電池の第２実施形態における軸芯を示す斜視図。
【図８】本発明によるリチウムイオン二次電池の第３実施形態における軸芯を示す斜視図。
【図９】本発明によるリチウムイオン二次電池の第４実施形態における軸芯を示す斜視図。
【図１０】本発明によるリチウムイオン二次電池の第５実施形態を示す分解斜視図。
【図１１】図１０のリチウムイオン二次電池の横断面図。
【図１２】図１０のリチウムイオン二次電池の軸芯を示す斜視図。
【図１３】本発明によるリチウムイオン二次電池の第６実施形態の軸芯を示す斜視図。
【図１４】本発明によるリチウムイオン二次電池の第７実施形態の軸芯を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１実施形態]
図１〜図６を参照して、本発明による角形電池の実施形態を説明する。
［角形電池の全体構成］
図１〜図３において、角形電池７０は、電池容器７８内に絶縁シート７９を介して扁平形捲回電極群２０を収納して構成される。電池容器７８の矩形開口は、矩形形状の電池蓋７５を電池容器７８にレーザ溶接して封止されている。電池蓋７５には、正極外部端子７３と、負極外部端子７１とが設けられている。外部端子７３，７１を介して外部負荷に電力が供給され、あるいは、外部端子７３，７１を介して外部発電電力が捲回電極群２０に充電される。
【００１２】
電池蓋７５で封止された電池容器７８を電池外装容器と呼ぶ。この電池外装容器は、一対の幅広側面ＰＷと、一対の幅狭側面ＰＮと、底面ＰＢと、電池蓋７５とで直方体形状の扁平角形容器を構成する。
【００１３】
図２、図３に示すように、正極軸芯部１２には正極接続部材７４が超音波溶接にて接続され、正極接続部材７４は、扁平形リチウムイオン二次電池の正極外部端子７３に接続されている。一方、負極軸芯部１１には負極接続部材７２が超音波溶接にて接続され、負極接続部材７２は扁平形リチウムイオン二次電池の負極外部端子７１に接続されている。
【００１４】
接続部材７４，７２と外部端子７３，７１は、図示しない絶縁材によって電池蓋７５と電気的に絶縁されている。また、電池蓋７５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。
【００１５】
電池蓋７５には、電池容器７８内に電解液を注入する注液口７６が穿設され、注液口７６は、電解液注入後に注液栓８０によって封止される。電池蓋７５にはガス排出弁７７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７７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。
【００１６】
電池容器７８、電池蓋７５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７４、外部端子７３はアルミニウム合金で製作され、負極側の接続部材７２、外部端子７１は銅合金で製作されている。
【００１７】
［捲回電極群全体構成］
捲回電極群２０は、図４に示すように、正極軸芯部１２と負極軸芯部１１で構成される軸芯１０の周りにセパレータ６０を介在させつつ正負極板４０，３０を扁平状に捲回して構成される。軸芯１０は、後述するように、正極軸芯部を構成する正極軸芯部１２と負極軸芯部を構成する負極軸芯部１１とを絶縁材１３（図６参照）を介して一体化したものである。正負極板４０，３０はそれぞれ軸芯１０に電気的、熱伝導的に接続されている。
【００１８】
正負極板４０，３０は、正負極集電箔上に活物質合剤を塗布した電極層４１，３１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集電部５０ａ，５０ｂがそれぞれ設けられている。したがって、正負極集電部５０ａ，５０ｂは、捲回電極群２０の幅方向（軸芯延在方向）の反対位置にそれぞれ形成されている。正極板４０の正極集電部５０ａは正極軸芯部１２に、負極板３０の負極集電部５０ｂは負極軸芯部１１にそれぞれ接続され、したがって、正負極板４０，３０はそれぞれ正負極軸芯部１２，１１に電気的、熱伝導的に接続されている。
【００１９】
［電極板］
図５に正負電極板の正面図を示す。
正負極板４０，３０は正負極集電箔５０上に活物質合剤４１，３１を塗布して構成され、その幅方向（捲回方向に直交する方向）の一端部には、活物質合剤４１，３１を塗布しない正負極集電部５０ａ，５０ｂが設けられている。正負極集電部５０ａ，５０ｂは、捲回電極群２０の幅方向の反対位置にそれぞれ形成される。
【００２０】
負極板３０においては、負極活物質として非晶質炭素粉末１００重量部に対して、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。）を添加し、これに分散溶媒としてＮ−メチルビロリドン（以下、ＮＭＰという。）を添加、混練した負極合剤３１を作製した。この負極合剤３１を厚さ１０μｍの銅箔の両面に無地の集電部５０ｂを残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断して銅箔を含まない負極活物質塗布部厚さ７０μｍの負極板３０を得た。
【００２１】
なお、本実施形態では、負極活物質に非晶質炭素を例示したが、これに限定されるものではなく、リチウムイオンを挿入、脱挿入可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料等でよく、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されるものではない。
【００２２】
また本実施形態では、結着材にＰＶＤＦを用いた例を示したが、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、アクリル系樹脂などの重合体およびこれらの混合体などを用いることができる。
【００２３】
正極板４０に関しては、正極活物質としてマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ２Ｏ４）１００重量部に対し、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛と結着剤として１０重量部のＰＶＤＦとを添加し、これに分散溶媒としてＮＭＰを添加、混練した正極合剤４１を作製した。この正極合剤４１を厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に無地の集電部５０ａを残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断してアルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部厚さ９０μｍの正極板４０を得た。
【００２４】
［電解液］
以上の正負極電極板４０，３０を使用する第１実施形態のリチウムイオン二次電池では、以下に例示する電解液を使用することできる。例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の体積比１：１：１の混合溶液中に六フッ化リン酸リチウムを１ｍｏｌ／Ｌとなるように溶解したものを用いる。
【００２５】
［軸芯］
図６に示すように捲回電極群２０の軸芯１０は、正極板４０と同様にアルミニウムもしくはアルミニウム合金を素材とした正極軸芯部１２と、負極板３０と同様に銅もしくは銅合金を用いた負極軸芯部１１とを絶縁材１３を介して接合してなる。正極軸芯部１２は、正極巻芯部１２ａと正極集電板１２ｂとを有し、負極軸芯部１１は、負極巻芯部１１ａと負極集電板１１ｂとを有する。
【００２６】
正極巻芯部１２ａの一端部に正極集電板１２ｂがＴ字状に接続され、他端部に厚さ方向の「あいじゃくり継ぎ」の継ぎ手を形成する継ぎ手部１２Ｊが形成されている。負極巻芯部１１ａの一端部に負極集電板１１ｂがＴ字状に接続され、他端部に厚さ方向の「あいじゃくり継ぎ」の継ぎ手を形成する継ぎ手部１１Ｊが形成されている。正極軸芯部１２と負極軸芯部１１とは、継ぎ手部１２Ｊ、１１Ｊにおいて、両面に粘着材料を塗布した絶縁材（絶縁体）１３にて接着されている。絶縁材１３は、例えば、耐熱性の高いＰＰＳ樹脂を使用し、粘着材料にアクリル樹脂を使用した。
このように軸芯１０は、正極軸芯部１２と負極軸芯部１１との絶縁を確保した３層構造の平板状に形成されている。
【００２７】
すなわち、負極巻芯部１１ａと正極巻芯部１２ａは、扁平形電池外装容器の幅広側面ＰＷに平行に配置された平板である。また、負極集電板１１ｂと正極集電板１２ｂは、巻芯部１１ａ，１２ａと直交して配置され、扁平形電池外装容器の幅狭側面ＰＮに平行に配置された平板である。
【００２８】
捲回電極群２０の一側長辺に沿って延在する正極集電部５０ａは、正極軸芯部１２の正極巻芯部１２ａに超音波溶接にて接続され、捲回電極群２０の他側長辺に沿って延在する負極集電部５０ｂは、負極軸芯部１１の負極巻芯部１１ａに超音波溶接にて接続される。これによって、正極軸芯部１２と正極集電部５０ａ、負極軸芯部１１と負極集電部５０ｂとは、それぞれ電気的、熱伝導的に接続されている。
【００２９】
正負極集電板１２ｂ、１１ｂを形成したことによって、正極接続部材７４と正極集電板１２ｂ、および負極接続部材７２と負極集電板１１ｂは充分な接触面積で溶接でき、良好な溶接品質を確保することができる。
【００３０】
軸芯１０の幅Ｗは、捲回電極群２０の両端部の集電部５０ａと５０ｂで正負極板４０、３０に接続する必要性から、捲回電極群２０の幅以上である。また、正負極巻芯部１２ａ，１１ａの最小幅Ｗ１２min，Ｗ１１minは集電部５０ａ，５０ｂの幅よりも大きい。
【００３１】
なお、正極軸芯部１２と負極軸芯部１１は絶縁材１３によって絶縁されているから、正極外部端子７３、負極外部端子７１は、軸芯１０の絶縁材１３によって互いに絶縁される。
【００３２】
［作用効果］
以上説明した第１の実施形態のリチウムイオン二次電池２０の作用効果を説明する。
（１）捲回電極群２０の捲回中心には、正極接続部材７４と同一材質の金属製軸芯１２と、負極接続部材７２と同一材質の金属製軸芯１１とを絶縁材１３で接続しつつ一体化した一つの軸芯１０が配置され、正負極軸芯部１２，１１が正極および負極の接続部材７４，７２に接合されている。このような構造により、捲回電極群２０内部の熱は、正極集電部５０ａに接続されている正極軸芯部１２と、負極集電部５０ｂに接続されている負極軸芯部１１から、各々接続部材７４、７２を通り、電池蓋７５の両端部上方に突出して設置されている各極の外部端子７３、７１から放熱される。
【００３３】
したがって、軸芯１０から外部端子７３，７１にいたる経路の熱抵抗を小さくできる。その結果、例えば、過充電等の電池異常時に非水電解液と活物質との化学反応に伴う発熱で発生した熱を軸芯１０から接続部材７４、７２を介して熱伝導して放熱しやすくなり、電池内部温度の上昇を抑制できる。
【００３４】
また、捲回電極群全体の温度分布の偏りが低減されるので、多孔質セパレータのシャットダウンがほぼ一様に進行し電池異常時の安全性を確保することができる。
【００３５】
（２）正極軸芯部１２と正極集電部５０ａ、負極軸芯部１１と負極集電部５０ｂとが、それぞれ独立して電気的、熱伝導的に接続されているので、正負極板３０、４０で発生した熱は速やかに軸芯１０から外部端子７３，７１に伝熱されて放熱されるので、温度分布の均一化が促進される。
【００３６】
［比較評価］
上述の効果を確認するために、電池の電池容器７８の側面部に熱電対を取り付け、外気温度を２５℃に保ち、１０時間率での電流値（１０ＣＡ）で充放電を５回繰り返した後、側面部温度が外気温度と同じ２５℃になるまでの時間を測定した。
【００３７】
また、比較のために、第１実施形態の軸芯１０と同一形状、寸法の軸芯（比較例１）を絶縁剤１３と同一の素材のみによって一体形成した。この比較例１の軸芯は電極集電部５０ａ，５０ｂと接合せず、電極集電部５０ａ，５０ｂは直接、接続部材７４、７２に接合した。
このような比較例１の軸芯を備えた比較扁平形リチウムイオン二次電池について、第１実施形態と同様の試験を行った。
【００３８】
その結果、第１実施形態の電池の側面温度は、比較例１の扁平形リチウムイオン二次電池の側面温度に比較して３９％早い時間で、２５℃に到達した。この結果により、第１実施形態のリチウムイオン二次電池の放熱性が改善されたことが証明された。
【００３９】
［第２実施形態］
次に、本発明を扁平形リチウムイオン二次電池に適用した第２実施形態を、図７を参照して説明する。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。
【００４０】
軸芯１０は、総幅および長さにおいて第１実施形態と同一とした。図７に示すように、正極軸芯部１２、負極軸芯部１１は共にＴ字形状に形成され、正極軸芯部１２と負極軸芯部１１との間に、正極軸芯部１２、負極軸芯部１１にモールド加工により一体化された絶縁板１４が形成されている。
【００４１】
正極軸芯部１２と負極軸芯部１１とは、絶縁板１４によって相互に絶縁され、また両者は絶縁板１４の長さだけ離間しているので、極めて高い絶縁性が確保されている。第２実施形態は、このように軸芯１０が変更された以外は、第１実施形態の扁平形リチウムイオン二次電池と同様に構成される。
【００４２】
本実施形態の効果を確認するために、第１実施形態と同様の試験を行った。
また、比較のために、第２実施形態の軸芯１０と同一形状、寸法の比較例２の軸芯を絶縁板１４と同一の素材のみによって一体形成した。この比較例２の軸芯は電極集電部５０ａ，５０ｂと接合せず、電極集電部５０ａ，５０ｂは直接、接続部材７４、７２を接合した。
【００４３】
このような比較例２の軸芯を備えた扁平形リチウムイオン二次電池について、第２実施形態と同様の試験を行った。その結果、第２実施形態の電池の側面温度は、比較例２の扁平形リチウムイオン二次電池の側面温度に比較して２％早い時間で、２５℃に到達した。この結果により、第２実施形態の放熱性は比較例２の軸芯を用いた電池とほぼ同程度であったといえる。この原因は、軸芯の金属部分が短いため、比較対象の電池と比べ放熱効果に大きな差が生まれなかったからと考えられる。
【００４４】
［第３実施形態］
次に、本発明を扁平形リチウムイオン二次電池に適用した第３実施形態を、図８を参照して説明する。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。
【００４５】
第３実施形態は、第２実施形態同様、モールド加工により間に絶縁板１４を介在させて正極軸芯部１２と負極軸芯部１１とを接続したものである。絶縁板１４の幅Ｗ１４は、第２実施形態の絶縁材１４より短くし、正極軸芯部１２、負極軸芯部１１の幅Ｗ１２，Ｗ１１と略同一長さとした。すなわち、正極軸芯部１２および負極軸芯部１１の幅Ｗ１２，Ｗ１１は、第２実施形態の幅Ｗ１２，Ｗ１１よりも長い。その他の構成は第２実施形態と同様である。
【００４６】
本実施形態の効果を確認するために、第１実施形態と同様の試験を行った。
また、比較のために、第３実施形態の軸芯１０と同一形状、寸法の比較例３の軸芯を絶縁板１４と同一の素材のみによって一体形成した。この比較例３の軸芯は電極集電部５０ａ、５０ｂと接合せず、電極集電部５０ａ，５０ｂは直接、接続部材７４、７２を接合した。
【００４７】
このような比較例３の軸芯を備えた扁平形リチウムイオン二次電池について、第３実施形態と同様の試験を行った。その結果、第３実施形態の電池の側面温度は、比較例３の扁平形リチウムイオン二次電池の側面温度に比較して１７％早い時間で、２５℃に到達した。
【００４８】
この結果により、第３実施形態の放熱性は改善されたといえる。ただし、捲回電極群２０の中心部まで軸芯１０の金属部が存在する第１実施形態に比較し、ある程度の範囲に絶縁板１４が存在するため、第１実施形態よりも放熱効果が劣る。
【００４９】
［第４実施形態］
次に、本発明を扁平形リチウムイオン二次電池に適用した第４実施形態を、図９を参照して説明する。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。
【００５０】
第４実施形態は、第１実施形態の厚さ方向「あいじゃくり継ぎ」の継ぎ手部１１Ｊ、１２Ｊに代えて、幅方向の「あいじゃくり継ぎ」の継ぎ手部１１Ｊ、１２Ｊを採用している。
その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００５１】
本実施形態の効果を確認するために、第１実施形態と同様の試験を行った。
また、比較のために、第４実施形態の軸芯１０と同一形状、寸法の比較例４の軸芯を絶縁材１３と同一の素材のみによって一体形成した。この比較例４の軸芯は電極集電部５０ａ，５０ｂと接合せず、電極集電部５０ａ、５０ｂは直接、接続部材７４、７２を接合した。
【００５２】
このような比較例４の軸芯を備えた扁平形リチウムイオン二次電池について、第４実施形態と同様の試験を行った。その結果、第４実施形態の電池の側面温度は、比較扁平形リチウムイオン二次電池の側面温度に比較して３６％早い時間で、２５℃に到達した。
この結果により第４実施形態の放熱性は改善されたといえる。
【００５３】
［第５実施形態］
次に、本発明を扁平形リチウムイオン二次電池に適用した第５実施形態を、図１０〜図１２を参照して説明する。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。
【００５４】
図１０〜図１２に示すように、第５実施形態は、一体的な平板状の軸芯１０Ａを備える。軸芯１０Ａは、軸芯本体部１０ａと、軸芯本体部１０ａの両端部に設けられ、電池容器７８の内面に接する接触板１０ｂ、１０ｃとを一体に成形して形成されている。軸芯１０Ａはアルミニウム等の金属によって形成され、セパレータによって正負極板４０、３０の集電部５０ａ，５０ｂと絶縁されている。軸芯１０Ａは、正負極板４０、３０に接続されず、熱伝導体としてのみ機能する。
【００５５】
図１０および図１１において、正負極接続部材７４Ａ，７２Ａのそれぞれは、第１実施形態の正負極接続部材７４，７２のそれぞれと異なった形状とされている。すなわち、正負極接続部材７４Ａ，７２Ａのそれぞれは、上部平板部７４ａ，７２ａと、上部平板部７４ａ，７２ａから下方に二股に延在する下部二股部７４ｂ、７２ｂとを備えている。下部二股部７４ｂ、７２ｂは、捲回電極群２０の正負集電部５０ａ、５０ｂにそれぞれ超音波溶接にて接合されている。
【００５６】
軸芯１０Ａの接触板１０ａ，１０ｂは、電池容器７８の内面に突っ張るようにして直接接触されている。これによって、捲回電極群２０内部で発生した熱は、軸芯１０Ａを経由して、直ちに電池容器７８に伝達される。これによって高い放熱性能が得られる。また、捲回電極群２０の容器内部での振動抑制効果も期待できる。
【００５７】
［第６実施形態］
図１３は、本発明を円筒形リチウムイオン二次電池に適用した場合の軸芯１１０を示す図である。
【００５８】
円筒型リチウムイオン二次電池は、一端に開口部が設けられた有底円筒形容器の内部に捲回電極群を収納し、容器内部に電解液を注入した後、開口部を封口体によって塞いで構成される。捲回電極群は、図１３に示す軸芯１１０の周りに、正極板と負極板とをセパレータで絶縁しつつ捲回して構成される。
円筒形リチウムイオン二次電池の内部構造は周知であり、詳細な説明、図示は省略する。
【００５９】
図１３に示す軸芯１１０は、アルミニウム製の正極パイプ１1２と、銅製の負極パイプ１１１とを有する。正極パイプ１１２と負極パイプ１１１は「あいじゃくり継ぎ」の継ぎ手１１２Ｊ、１１１Ｊを有し、継ぎ手部１１２Ｊ、１１１Ｊは第１実施形態同様、絶縁材（絶縁体）１１３によって接着されて「あいじゃくり継ぎ」で接合されている。
【００６０】
正極パイプ１１２には、正極板の正極合剤が塗布していない正極集電部が溶接され、負極パイプ１１１には、負極板の負極合剤が塗布していない負極集電部が溶接される。正極パイプ１１２は正極集電部に電気的、熱伝導的に接続され、負極パイプ１１１は負極集電部に電気的、熱伝導的に接続される。
【００６１】
軸芯１１０は円筒形電池容器の軸方向に延在し、正極パイプ１１２は正極外部端子に電気的、熱伝導的に接続され、負極パイプ１１１は負極外部端子に電気的、熱伝導的に接続され、捲回電極群の熱を外部に放熱する。正極パイプ１１２の上端には正極集電部品が嵌合され、正極集電部品が正極リードにより正極外部端子となる上蓋に接続される。銅パイプ１１１の下端には負極集電部品が嵌合され、負極集電部品が負極リードにより負極外部端子となる容器底面に接続される。
【００６２】
第６の実施形態の円筒形リチウムイオン二次電池も第１実施形態と同様の効果を奏する。また、本実施形態の軸芯１１０は容易に作製でき、コストも安価であり、所望の特性も得られた。ロッド上にしてもよい。
［第７実施形態］
【００６３】
図１４は、本発明を円筒形リチウムイオン二次電池に適用した場合の軸芯２１０を示す図で９４ある。
【００６４】
第７実施形態は、第６実施形態における「あいじゃくり継ぎ」に代えて、第３実施形態と同様に、モールド加工により、正極ロッド２１２と負極ロッド２１１が絶縁ロッド２１４により接続されている。絶縁ロッド２１４は、正極ロッド２１２と負極ロッド２１１との間にモールド加工により一体化されている。正極ロッド２１２、負極ロッド２１１の長さは略等しく、絶縁ロッド２１４は正極ロッド２１２、負極ロッド２１１の長さの半分程度である。
【００６５】
正極ロッド２１２と負極ロッド２１１とは、絶縁ロッド（絶縁体）２１４によって相互に絶縁され、また両者は絶縁ロッド２１４の長さだけ離間しているので、高い絶縁性が確保されている。本実施形態は、このように軸芯２１０が変更された以外は、第６実施形態の円筒形リチウムイオン二次電池と同様に構成される。
【００６６】
第７の実施形態の円筒形リチウムイオン二次電池も第１実施形態と同様の効果を奏する。また、本実施形態の軸芯１１０は容易に作製でき、コストも安価であり、所望の特性も得られた。
（変形例）
【００６７】
（１）以上説明した第１〜第７の実施形態では、正極板４０、負極板３０における合剤層３１、４１の結着材としてＰＶＤＦを用いたが、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、アクリル系樹脂などの重合体およびこれらの混合体などを用いることができる。
【００６８】
（２）以上説明した第１〜第７の実施形態では、量論組成のマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）を正極活物質として例示したが、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウム（例えば、Ｌｉ１＋ｘＭｎ２−ｘＯ４）やマンガン酸リチウムの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（例えば、Ｌｉ１＋ｘＭｙＭｎ２−ｘ−ｙＯ４，ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｖ、Ｇａ、Ｂ、Ｆの少なくとも１種）や層状結晶構造を有すコバルト酸リチウムやチタン酸リチウムやこれらの一部を金属元素で置換またはドープしたリチウム-金属複合酸化物を用いるようにしてもよい。
【００６９】
（３）以上説明した第１〜第７の実施形態では、軸芯の絶縁材１３、１１３や絶縁板１４，２１４は、例えば、耐熱性の高いＰＰＳ樹脂を使用し、粘着材料にアクリル樹脂を使用したが、絶縁性を保てかつ粘着強度が高いものであればこれに限らない。
【００７０】
（４）以上説明した第１〜第７の実施形態では、軸芯にアルミミウムと銅を使用した例を示したが、これに限定されるものではなく、例えばアルミニウム合金や銅合金・ニッケル等、各極の電池電位によって腐食されること無く、導電性を持つものであれば特に限定されない。
【００７１】
（５）以上説明した第１〜第７の実施形態では、軸芯１０にセパレータ６０のみを１周以上、先行して捲回することにより、正極軸芯部１２と負極集電部５０ｂ、負極軸芯部１１と正極集電部５０ａとの間の絶縁を確保したが、セパレータ６０とは別の絶縁性セパレータを軸芯１０に捲回しても良い。
【００７２】
（６）以上説明した第１〜第７の実施形態では、正負極板４０、３０の集電部５０ａ，５０ｂと、軸芯１０の正極軸芯部１２、負極軸芯部１１とを超音波溶接により接合したが、抵抗溶接やその他の接合方法により、電気的・熱伝導的に接合できれば、特に限定はしない。正負接続部材７４，７２と軸芯集電板１１２ｂ、１１ｂとをねじなどで機械的に締結してもよい。
【００７３】
（７）以上説明した第１〜第５の実施形態では、電解質としてＬｉＰＦ６を使用した例を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）４、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、ＣＦ３ＳＯＬｉなどやこれらの混合物を用いることができる。また、本実施形態では、非水電解液の溶媒にＥＣとＤＭＣとの混合溶媒を用いた例を示したが、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、γ―ブチルラクトン、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、プロピオニトリル、プロピオニトリルなど少なくとも１種以上の混合溶媒を用いるようにしてもよく、また混合配合比についても限定されるものではない。
【００７４】
（８）第５実施形態では、軸芯１０を金属により一体形成したが、第１〜第４実施形態同様、中央において絶縁、分離した２個の金属部材により構成してもよい。この場合、電池容器の電位と同一電位の軸芯部のみ容器と電気的、熱伝導的に接続し、他の電位の軸芯部は電気的、熱伝導的に絶縁する必要がある。
【００７５】
（９）第６、第７実施形態では、本発明の特徴である軸芯に図１３、図１４の形状を採用したが、正極の電位に耐えうる金属と負極の電位に耐えうる金属とを絶縁材料にて絶縁した構造を有すればこれに限定されるものではない。
【００７６】
（１０）第１〜第５の実施形態では、軸芯１０の正極軸芯部１２と外部正極７３とを正極接続部材７４により電気的、熱伝導的に接続し、軸芯１０の負極軸芯部１１と外部負極７１とを負極接続部材７２により電気的、熱伝導的に接続するようにしたが、この接続構造は実施形態の形状、構造に限定されない。
【符号の説明】
【００７７】
１０，１０Ａ、１１０，２１０：軸芯
１１,１１０，２１０：負極軸芯部
１１ａ：負極巻芯部
１１ｂ：負極集電板
１２，１１２，２１２：正極軸芯部
１２ａ：負極巻芯部
１２ｂ：負極集電板
１３：絶縁材
１４：絶縁板
２０：捲回電極群
３０：負極板
３１：負極合剤層
４０：正極板
４１；正極合剤層
５０：電極箔
５０ａ，５０ｂ：集電部
６０：セパレータ
７０：電池
７１：外部負極端子
７２：負極接続板
７３：外部正極端子
７４：正極接続板
７５：蓋
７８：電池容器
【図１】
2011192476.tif 000003
【図２】
2011192476.tif 000004
【図３】
2011192476.tif 000005
【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】
2011192476.tif 000011
【図１０】
2011192476.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2011192476.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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