(57)【要約】【課題】円筒型二次電池において、正極電極とセパレータとの隙間から異物が入り込み内部短絡するのを防止する。【解決手段】正極集電部材３１より外周に位置し、且つ、少なくとも負極シート１２ａに設けられた負極合剤１２ｂより上部側に位置する第１のセパレータ１３の上部側端部および第２のセパレータ１４の上部側端部を正極集電部材３１側に向けて傾斜させる。これにより、第２のセパレータ１４の上方側端部が正極電極１１の上部を覆う構造となり、第２のセパレータ１４と正極電極１１の間隔から、内部短絡を発生する原因となる異物が入ることを防止することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸芯の周囲に、第１のセパレータ、正極シートの両面に正極合剤が形成された正極電極、第２のセパレータおよび負極シートの両面に負極合剤が形成された負極電極が捲回された電極群と、前記軸芯の軸方向の上部側に配置された正極集電部材とを具備し、前記正極電極が、前記正極シートに一体に形成され、前記正極集電部材に接続された複数の正極リードを有する円筒型二次電池であって、
前記正極集電部材より外周に位置し、且つ、少なくとも前記負極シートに形成された前記負極合剤より上部側に位置する第１のセパレータの上部側端部および第２のセパレータの上部側端部が前記正極集電部材側に向けて傾斜していることを特徴とする円筒型二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載の円筒型二次電池において、前記電極群の最外周のセパレータにおける前記負極シートの前記負極合剤より上部側に位置する上部側端部が、前記正極集電部材側に向けて傾斜していることを特徴とする円筒型二次電池。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか１項に記載の円筒型二次電池において、前記第１のセパレータおよび前記第２のセパレータにおける前記負極合剤より下部側に位置する部分は、前記軸芯と平行とされ、前記正極集電部材側に向けて傾斜していないことを特徴とする円筒型二次電池。
【請求項４】
軸芯の周囲に、第１のセパレータ、正極シートの両面に形成された正極合剤および前記正極シートの一側辺に沿って前記正極シートに一体に形成された複数の正極リードを有する正極電極、第２のセパレータ、および負極シートの両面に負極合剤が形成された負極電極を捲回して電極群を形成する工程と、
前記電極群の前記軸芯の上部に正極集電部材を取り付ける工程と、
前記正極集電部材より外周に位置し、且つ、少なくとも前記負極シートに設けられた前記負極合剤より上部側に位置する第１のセパレータの上部側端部および第２のセパレータの上部側端部を、前記正極集電部材側に向けて傾斜させる工程と、
前記正極シートの複数の正極リードを前記正極集電部材に接続する工程と、
を含むことを特徴とする円筒型二次電池の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の円筒型二次電池の製造方法において、前記第１のセパレータの上部側端部および第２のセパレータの上部側端部を、前記正極集電部材側に向けて傾斜させる工程は、円筒型の中空部を有する整形用治具を前記電極群の最外周から前記正極集電部材側に移動して、前記第１のセパレータの上部側端部および第２のセパレータの上部側端部を加圧する工程を含むことを特徴とする円筒型二次電池の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の円筒型二次電池の製造方法において、前記正極シートの複数の正極リードを前記正極集電部材に接続する工程は、前記整形用治具により、前記第１のセパレータの上部側端部および第２のセパレータの上部側端部を加圧した状態で行うことを特徴とする円筒型二次電池の製造方法。
【請求項７】
請求項５または６のいずれか１項に記載の円筒型二次電池の製造方法において、
前記円筒型の中空部を有する整形用治具を前記電極群の最外周から前記正極集電部材側に移動して、前記第１のセパレータの上部側端部および第２のセパレータの上部側端部を加圧する工程は、それぞれが、軸方向に平行な合わせ面を有する複数の分割片を、前記円筒型の中空部の軸芯方向に向けて移動する工程を含むことを特徴とする円筒型二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、円筒型二次電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウム二次電池等に代表される円筒型二次電池においては、正極合剤が形成された正極電極と負極合剤が形成された負極電極とをセパレータを介して軸芯の周囲に捲回して電極群を構成する。正極合剤は正極シートの両面に形成され、正極シートの長手方向の一側縁部は正極合剤が形成されない正極合剤未処理部とされる。
【０００３】
正極合剤未処理部には、正極電極を正極集電部材に溶接するため、通常、タブと言われる正極リードがプレス等により、正極シートと一体に形成される。負極電極側においても同様で、負極合剤が負極シートの両面に形成され、負極シートの長手方向の一側縁部に設けられた負極合剤未処理部に、負極集電部材に溶接される負極リードがプレス等により、負極シートと一体に形成される
【０００４】
電極群における正極電極と負極電極とは、例えば、正極リードまたは負極リードをプレスにより形成する際に発生するバリ等がセパレータを突き破ることによって短絡することがある。このように正極電極と負極電極とがスポット的に短絡すると、必要な電圧が得られない等、電池性能が低下する。
このため、バリが発生しやすい正極シートにおける正極リードが設けられた長手方向の一側辺と反対側の側辺を、隣接するセパレータを折り返して被覆するようにした構造とするものが知られている。このようにすれば、バリ等が２枚のセパレータを突き破る虞がなくなり、内部短絡を防止することができる、としている（例えば、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２００８−４４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、電極群を電池容器内に収容し、電池容器内に非水電解液を注入した後においても内部短絡が発生する。この現象の詳細は後述するが、要は、非水電解液中に混入した異物が原因となって正極電極側からイオンが発生し、セパレータを浸透して負極電極で成長する、すなわち負極電極に析出して堆積する、という現象によるものである。この結果、負極電極に生じた堆積物により正極と負極の内部短絡が生じる。
上述した先行文献に記載された発明では、この現象により生じる内部短絡は解決しない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の円筒型二次電池は軸芯の周囲に、第１のセパレータ、正極シートの両面に正極合剤が形成された正極電極、第２のセパレータおよび負極シートの両面に負極合剤が形成された負極電極が捲回された電極群と、軸芯の軸方向の上部側に配置された正極集電部材とを具備し、正極電極が、正極シートに一体に形成され、正極集電部材に接続された複数の正極リードを有する円筒型二次電池であって、正極集電部材より外周に位置し、且つ、少なくとも負極シートに形成された負極合剤より上部側に位置する第１のセパレータの上部側端部および第２のセパレータの上部側端部が正極集電部材側に向けて傾斜していることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の円筒型二次電池の製造方法は、軸芯の周囲に、第１のセパレータ、正極シートの両面に形成された正極合剤および正極シートの一側辺に沿って正極シートに一体に形成された複数の正極リードを有する正極電極、第２のセパレータ、および負極シートの両面に負極合剤が形成された負極電極を捲回して電極群を形成する工程と、電極群の前記軸芯の上部に正極集電部材を取り付ける工程と、正極集電部材より外周に位置し、且つ、少なくとも負極シートに設けられた負極合剤より上部側に位置する第１のセパレータの上部側端部および第２のセパレータの上部側端部を、正極集電部材側に向けて傾斜させる工程と、正極シートの複数の正極リードを正極集電部材に接続する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の円筒型二次電池およびその製造方法によれば、セパレータの上部側端部が正極集電部材側に向けて傾斜され、正極電極とセパレータの間の上部を覆う。このため、正極電極とセパレータの間から内部短絡を発生する原因となる異物が浸入することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の円筒型二次電池の一実施形態を示す断面図。
【図２】図１に示された円筒型二次電池の分解斜視図。
【図３】図１の電極群の詳細を示すための一部を切断した状態の斜視図。
【図４】図１に図示された電極群と正極集電部材との接合状態を示す、本発明の要部に係る拡大断面図。
【図５】図４に図示された電極群と正極集電部材とを接合状態にする前の状態を示す拡大平面図。
【図６】電極群を構成する各構成部材を正極集電部材に接続する方法を説明するための拡大斜視図。
【図７】図６に図示された円筒型の中空部を有する整形用治具の拡大斜視図。
【図８】図７に図示された整形用治具を分割した状態を示す拡大斜視図。
【図９】整形用治具を用いて正極リードを溶接する方法を説明するための斜視図。
【図１０】本発明の変形例を示す拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
−円筒型二次電池の構造−
以下、この発明の円筒型二次電池を、リチウムイオン円筒型二次電池を一実施形態として図面と共に説明する。
図１は、この発明の円筒型二次電池の一実施形態を示す断面図であり、図２は、図１に示された円筒型二次電池の分解斜視図である。
円筒型二次電池１は、例えば、外形４０ｍｍφ、高さ１００ｍｍの寸法を有する。この円筒型二次電池１は、有底円筒型の電池容器２およびハット型の上蓋３の内部に、以下に説明する発電用の各構成部材を収容している。
【００１２】
有底円筒型の電池容器２には、その開放側である上端部側に電池容器２の内側に突き出した溝２ａが形成されている。
１０は、電極群であり、中央部に軸芯１５を有し、軸芯１５の周囲に正極電極および負極電極が捲回されている。図３は、電極群１０の構造の詳細を示し、一部を切断した状態の斜視図である。図３に図示されるように、電極群１０は、軸芯１５の外周に、正極電極１１、負極電極１２、および第１、第２のセパレータ１３、１４が捲回された構成を有する。
【００１３】
軸芯１５は、中空円筒状を有し、軸芯１５の外周に接する最内周には第１のセパレータ１３が捲回され、その外側を、正極電極１１、第２のセパレータ１４および負極電極１２が、この順に積層され、捲回されている。そして、最外周は負極電極１２およびその外周に捲回された第１のセパレータ１３となっている。最外周を第２のセパレータ１４とすることもできる。最外周の第１のセパレータ１３が接着テープ１９で止められる（図２参照）。
【００１４】
正極電極１１は、アルミニウム箔により形成され長尺な形状を有し、正極シート１１ａと、この正極シート１１ａの両面に正極合剤１１ｂが塗布された正極処理部を有する。正極シート１１ａの長手方向に沿った上方側の側縁は、正極合剤１１ｂが塗布されずアルミニウム箔が表出した正極合剤未処理部１１ｃとなっている。この正極合剤未処理部１１ｃには、軸芯１５と平行に上方に突き出す多数の正極リード１６が等間隔に一体的に形成されている。
【００１５】
正極合剤１１ｂは正極活物質と、正極導電材と、正極バインダとからなる。正極活物質はリチウム酸化物が好ましい。例として、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、リチウム複合酸化物（コバルト、ニッケル、マンガンから選ばれる２種類以上を含むリチウム酸化物）等が挙げられる。正極導電材は、正極合剤中におけるリチウムの吸蔵放出反応で生じた電子の正極電極への伝達を補助できるものであれば制限は無い。正極導電材の例として、黒鉛やアセチレンブラックなどが挙げられる。
【００１６】
正極バインダは、正極活物質と正極導電材を結着させ、また正極合剤と正極集電体を結着させることが可能であり、非水電解液との接触により、大幅に劣化しなければ特に制限はない。正極バインダの例としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やフッ素ゴムなどが挙げられる。正極合剤層の形成方法は、正極電極上に正極合剤が形成される方法であれば制限はない。正極合剤１１ｂの形成方法の例として、正極合剤１１ｂの構成物質の分散溶液を正極シート１１ａ上に塗布する方法が挙げられる。
【００１７】
正極合剤１１ｂを正極シート１１ａに塗布する方法の例として、ロール塗工法、スリットダイ塗工法、等が挙げられる。正極合剤１１ｂに分散溶液の溶媒例として、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）や水等を添加し、混練したスラリを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、プレスにより裁断する。正極合剤１１ｂの塗布厚さの一例としては片側約４０μｍである。正極シート１１ａをプレスにより裁断する際、正極リード１６を一体的に形成する。すべての正極リード１６の長さは、ほぼ同じである。
【００１８】
負極電極１２は、銅箔により形成され長尺な形状を有し、負極シート１２ａと、この負極シート１２ａの両面に負極合剤１２ｂが塗布された負極処理部を有する。負極シート１２ａの長手方向に沿った下方側の側縁は、負極合剤１２ｂが塗布されず銅箔が表出した負極合剤未処理部１２ｃとなっている。この負極合剤未処理部１２ｃには、正極リード１６とは反対方向に延出された、多数の負極リード１７が等間隔に一体的に形成されている。
【００１９】
負極合剤１２ｂは、負極活物質と、負極バインダと、増粘剤とからなる。負極合剤１２ｂは、アセチレンブラックなどの負極導電材を有しても良い。負極活物質としては、黒鉛炭素を用いることが好ましい。黒鉛炭素を用いることにより、大容量が要求されるプラグインハイブリッド自動車や電気自動車向けのリチウムイオン二次電池が作製できる。負極合剤１２ｂの形成方法は、負極シート１２ａ上に負極合剤１２ｂが形成される方法であれば制限はない。負極合剤１２ｂを負極シート１２ａに塗布する方法の例として、負極合剤１２ｂの構成物質の分散溶液を負極シート１２ａ上に塗布する方法が挙げられる。塗布方法の例として、ロール塗工法、スリットダイ塗工法等が挙げられる。
【００２０】
負極合剤１２ｂを負極シート１２ａに塗布する方法の例として、負極合剤１２ｂに分散溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドンや水を添加し、混練したスラリを、厚さ１０μｍの圧延銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、プレスにより裁断する。負極合剤１２ｂの塗布厚さの一例としては片側約４０μｍである。負極シート１２ａをプレスにより裁断する際、負極リード１７を一体的に形成する。すべての負極リード１７の長さは、ほぼ同じである。
【００２１】
第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４の幅をＷS、負極シート１２ａに形成される負極合剤１２ｂの幅をＷC、正極シート１１ａに形成される正極合剤１１ｂの幅をＷAとした場合、下記の式を満足するように形成される。
ＷS＞ＷC＞ＷA（図３参照）
すなわち、正極合剤１１ｂの幅ＷAよりも、常に、負極合剤１２ｂの幅ＷCが大きい。これは、リチウムイオン二次電池の場合、正極活物質であるリチウムがイオン化してセパレータを浸透するが、負極側に負極活物質が形成されておらず負極シート１２ｂが表出していると負極シート１２ａにリチウムが析出し、内部短絡を発生する原因となるからである。
【００２２】
セパレータ１３は、例えば、厚さ４０μｍのポリエチレン製多孔膜である。
図１および図３において、中空な円筒形状の軸芯１５は軸方向（図面の上下方向）の上端部の内面に径大の溝１５ａが形成され、この溝１５ａに正極集電部材３１が圧入されている。正極集電部材３１は、例えば、アルミニウムにより形成され、円盤状の基部３１ａ、この基部３１ａの内周部において軸芯１５側に向かって突出し、軸芯１５の内面に圧入される下部筒部３１ｂ、および外周縁において上蓋３側に突き出す上部筒部３１ｃを有する。正極集電部材３１の基部３１ａには、電池内部で発生するガスを放出するための開口部３１ｄ（図２参照）が形成されている。
【００２３】
正極シート１１ａの正極リード１６は、すべて、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃに溶接される。この場合、図２に図示されるように、正極リード１６は、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃ上に重なり合って接合される。各正極リード１６は大変薄いため、１つでは大電流を取りだすことができない。このため、軸芯１５への巻き始めから巻き終わりまでの全長に亘り、多数の正極リード１６が所定間隔に形成されている。
【００２４】
正極集電部材３１は、電解液によって酸化されるので、アルミニウムで形成することにより信頼性を向上することができる。アルミニウムは、なんらかの加工により表面が露出すると、直ちに、表面に酸化アルミウム皮膜が形成され、この酸化アルミニウム皮膜により、電解液による酸化を防止することができる。
また、正極集電部材３１をアルミニウムで形成することにより、正極シート１１ａの正極リード１６を超音波溶接またはスポット溶接等により溶接することが可能となる。
【００２５】
軸芯１５の下端部の外周には、外径が径小とされた段部１５ｂが形成され、この段部１５ｂに負極集電部材２１が圧入されて固定されている。負極集電部材２１は、例えば、銅により形成され、円盤状の基部２１ａに軸芯１５の段部１５ｂに圧入される開口部２１ｂが形成され、外周縁に、電池容器２の底部側に向かって突き出す外周筒部２１ｃが形成されている。
負極シート１２ａの負極リード１７は、すべて、負極集電部材２１の外周筒部２１ｃに超音波溶接等により溶接される。各負極リード１７は大変薄いため、大電流を取りだすために、軸芯１５への巻き始めから巻き終わりまで全長にわたり、所定間隔で多数形成されている。
【００２６】
負極集電部材２１の外周筒部２１ｃの外周には、負極シート１２ａの負極リード１７およびリング状の押え部材２２が溶接されている。多数の負極リード１７は、負極集電部材２１の外周筒部２１ｃの外周に密着させておき、負極リード１７の外周に押え部材２２を巻き付けて仮固定し、この状態で溶接される。
【００２７】
負極集電部材２１の下面には、銅製の負極通電リード２３が溶接されている。負極通電リード２３は、電池容器２の底部において、電池容器２に溶接されている。電池容器２は、例えば、０．５ｍｍの厚さの炭素鋼で形成され、表面にニッケルメッキが施されている。このような材料を用いることにより、負極通電リード２３は、電池容器２に抵抗溶接等により溶接することができる。
【００２８】
正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの外周には、正極シート１１ａの正極リード１６およびリング状の押え部材３２が溶接されている。多数の正極リード１６は、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの外周に密着させておき、正極リード１６の外周に押え部材３２を巻き付けて仮固定し、この状態で溶接される。
【００２９】
多数の正極リード１６が正極集電部材３１に溶接され、多数の負極リード１７が負極集電部材２１に溶接されることにより、正極集電部材３１、負極集電部材２１および電極群１０が一体的にユニット化された発電ユニット２０が構成される（図２参照）。但し、図２においては、図示の都合上、負極集電部材２１、押え部材２２および負極通電リード２３は発電ユニット２０から分離して図示されている。
【００３０】
また、正極集電部材３１の基部３１ａの上面には、複数のアルミニウム箔が積層されて構成されたフレキシブルな接続部材３３が、その一端部を溶接されて接合されている。接続部材３３は、複数枚のアルミニウム箔を積層して一体化することにより、大電流を流すことが可能とされ、且つ、フレキシブル性を付与されている。つまり、大電流を流すには接続部材の厚さを大きくする必要があるが、１枚の金属板で形成すると剛性が大きくなり、フレキシブル性が損なわれる。そこで、板厚の小さな多数のアルミニウム箔を積層してフレキシブル性を持たせている。接続部材３３の厚さは、例えば、０．５ｍｍ程度であり、厚さ０．１ｍｍのアルミニウム箔を５枚積層して形成される。
【００３１】
正極集電部材３１の上部筒部３１ｃ上には、円形の開口部４１ａを有する絶縁性樹脂材料からなるリング状の絶縁板４１が載置されている。
絶縁板４１は、開口部４１ａ（図２参照）および下方に突出する側部４１ｂを有している。絶縁材４１の開口部４１ａ内には接続板３５が嵌合されている。接続板３５の下面には、接続部材３３の他端部が溶接されて接合されている。この場合、接続部材３３は他端部側において半周程度湾曲されて、正極集電部材３１に溶接された面と同じ面が接続板３５に溶接されている。
【００３２】
接続板３５は、アルミニウム合金で形成され、中央部を除くほぼ全体が均一でかつ、中央側が少々低い位置に撓んだ、ほぼ皿形状を有している。接続板３５の厚さは、例えば、１ｍｍ程度である。接続板３５の中心には、薄肉でドーム形状に形成された突起部３５ａが形成されており、突起部３５ａの周囲には、複数の開口部３５ｂ（図２参照））が形成されている。開口部３５ｂは、電池内部に発生するガスを放出する機能を有している。
【００３３】
接続板３５の突起部３５ａはダイアフラム３７の中央部の底面に抵抗溶接または摩擦拡散接合により接合されている。ダイアフラム３７はアルミニウム合金で形成され、ダイアフラム３７の中心部を中心とする円形の切込み３７ａを有する。切込み３７ａはプレスにより上面側をＶ字形状に押し潰して、残部を薄肉にしたものである。ダイアフラム３７は、電池の安全性確保のために設けられており、電池の内圧が上昇すると、第１段階として、上方に反り、接続板３５の突起部３５ａとの接合を剥離して接続板３５から離間し、接続板３５との導通を絶つ。第２段階として、それでも内圧が上昇する場合は切込み３７ａにおいて開裂し、内部のガスを放出する機能を有する。
【００３４】
ダイアフラム３７は周縁部において上蓋３の周縁部を固定している。ダイアフラム３７は図２に図示されるように、当初、周縁部に上蓋３側に向かって垂直に起立する側部３７ｂを有している。この側部３７ｂ内に上蓋３を収容し、かしめ加工により、側部３７ｂを上蓋３の上面側に屈曲して固定する。
【００３５】
上蓋３は、炭素鋼等の鉄で形成してニッケルめっきが施されており、ダイアフラム３７に接触する円盤状の周縁部３ａと、この周縁部３ａから上方に突出す有頭無底の筒部３ｂを有するハット型を有する。筒部３ｂには開口部３ｃが形成されている。この開口部３ｃは、電池内部に発生するガス圧によりダイアフラム３７が開裂した際、ガスを電池外部に放出するためのものである。
なお、上蓋３が鉄で形成されている場合には、別の円筒型二次電池と直列に接合する際、鉄で形成された別の円筒型二次電池とスポット溶接により接合することが可能である。
【００３６】
ダイアフラム３７の側部３７ｂと周縁部を覆ってガスケット４３が設けられている。ガスケット４３は、当初、図２に図示されるように、リング状の基部４３ａの周側縁に、上部方向に向けてほぼ垂直に起立して形成された外周壁部４３ｂと、内周側に、基部４３ａから下方に向けてほぼ垂直に垂下して形成された筒部４３ｃとを有する形状を有している。
【００３７】
そして、詳細は後述するが、プレス等により、電池容器２と共にガスケット４３の外周壁部４３ｂを折曲して基部４３ａと外周壁部４３ｂにより、ダイアフラム３７と上蓋３を軸方向に圧接するようにかしめ加工される。これにより、上蓋３とダイアフラム３７とがガスケット４３を介して電池容器２に固定される。
【００３８】
電池容器２の内部には、非水電解液が所定量注入されている。非水電解液の一例としては、リチウム塩がカーボネート系溶媒に溶解した溶液を用いることが好ましい。リチウム塩の例として、フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ６）、等が挙げられる。また、カーボネート系溶媒の例として、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、或いは上記溶媒の１種類以上から選ばれる溶媒を混合したもの、が挙げられる。
【００３９】
図４は、図１に図示された電極群１０と正極集電部材３１との接合状態を示し、本発明の要部に係る拡大断面図である。
上述した如く、正極電極１１に形成された多数の正極リード１６は、すべて、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの外周に超音波溶接等により溶接される。この場合、従来では、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの外周の全周囲に亘り、正極リード１６をほぼ均等に配分して密着し、正極リード１６の外周に押え部材３２を巻き付ける。そして、超音波溶接等により、正極集電部材３１に正極リード１６および押えリング３２を溶接する、という方法を用いていた。
【００４０】
上記した従来の方法の場合、正極集電部材３１に溶接される各正極リード１６が、正極集電部材３１側に引っ張られる。このため、各正極リード１６の基部に対応する正極シート１１ａの正極合剤未処理部１１ｃの部位が各正極リード１６と共に正極集電部材３１側に寄せられる。このため、正極合剤未処理部１１ｃの各正極リード１６に対応する部分と、その外側に隣接する第２のセパレータ１４との間隔が広くなる。
【００４１】
ところで、電池容器２の内部に注入された非水電解液中には、多数の微小な導電性の異物が混在している。このような異物は、正極シート１１および負極シート１２の作製工程、電池容器２の加工工程、正極リード１６の正極集電部材３１への溶接工程等において発生し、非水電解液中に混入する。そして、従来の構造の如く、正極リード１６と、その外側に隣接する第２のセパレータ１４との間隔が広くなると、この広くなった間隔から、上記各工程で発生し、非水電解液中に混入した異物が正極電極１１と第２のセパレータ１４との間に入り込む。
【００４２】
正極電極１１と負極電極１２間には、所定の電位、例えば４．１Ｖがかかっているため、正極電極１１と第２のセパレータ１４との間に入り込んだ異物はイオン化され、セパレータを浸透して負極電極１２側に流れる。そして、負極電極１２で成長して析出し、堆積されていく。この堆積物により、正極と負極が短絡する現象が生じる。
【００４３】
そこで、本発明の円筒型二次電池においては、図４に図示される如く、負極電極１２の負極合剤１２ｂの上部側の端部よりも上方側に位置する第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４の端部（上部側端部）が、正極電極１１の正極合剤未処理部１１ｃと共に、正極集電部材３１側に向けて傾斜されている。第２のセパレータ１４の上部側端部が正極集電部材３１側に向けて傾斜しているため、正極電極１１の上部が、外側に隣接する第２のセパレータ１４の上部側端部で覆われる。
【００４４】
このように、本発明の円筒型二次電池においては、正極電極１１の外側に隣接する第２のセパレータ１４の上方側端部が正極集電部材３１側に向かって傾斜し、正極電極の上部を覆うため、正極電極１１と第２のセパレータ１４との間隔が狭くなる。このため、正極シート１１ａと第２のセパレータ１４との間から内部短絡を発生する原因となる異物が入り込むのを防止することができる。
【００４５】
次に、図４に図示された如く、第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４の上部側端部を、正極集電部材３１側に向けて傾斜させた状態で正極リード１６を正極集電部材３１に接合する方法について説明する。
図５は、正極電極１１の正極リード１６を正極集電電極３１に接合する前の状態を示す拡大断面図であり、図６は、第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４の上部側端部を、正極集電部材３１側に向けて傾斜させる方法を説明するための拡大断面図である。
【００４６】
電極群１０は、軸芯１５の周囲に、第１のセパレータ１３、正極電極１１、第２のセパレータ１４および負極電極１２が、この順に積層され、捲回されている。そして、最外周は負極電極１２およびその外周に捲回された第１のセパレータ１３となっている。最外周を第２のセパレータ１４とすることもできる。
【００４７】
正極電極１１の正極リード１６を正極集電部材３１に接続する前は、第１のセパレータ１３、正極電極１１、第２のセパレータ１４および負極電極１２は、図５に図示する如く、軸芯１５の軸方向と平行に整列されている。図５の状態において、第１のセパレータ１３または第２のセパレータ１４における負極合剤１２ｂの上端面より上方側の部分の幅Ａは２ｍｍ程度である。また、負極電極１２における正極合剤１１ｂの上端面より上方側の部分の幅Ｂは２ｍｍ程度である。
【００４８】
図５における、第１のセパレータ１３および第２のセパレータの幅Ａの部分を、内側に円筒型の中空部５１を有する整形用治具５３を用いて正極集電部材３１側に向けて傾斜させる。
【００４９】
図７は整形用治具５３の斜視図であり、図８は整形用治具５３を、各分割片に分割した状態の斜視図である。整形用治具５３は、断面円形の中空を有する薄い円筒形状を有し、内側に弾性体で形成された押圧部５２を有する。整形用治具５３は、３つの分割片５３ａ、５３ｂ、５３ｃから構成され、図８に図示されるように、各分割片５３ａ〜５３ｃは、軸方向に平行な２つの合わせ面５４を有している。つまり、分割片５３ａ、５３ｂ、５３ｃを相互に合わせ面５４を接面させることにより、中心軸を中心とする１個のリング状の整形用治具５３が構成される。
【００５０】
各分割片５３ａ、５３ｂ、５３ｃを、押圧部５２の内面５１を正極集電部材３１側に向けて、図示はしないが、圧着用装置の移動可能な３箇所の取付部に、各合わせ面５４が相互に離間した状態に取り付ける。そして、図５に図示された状態における第１のセパレータ１３および第２のセパレータの幅Ａの部分を、各分割片５３ａ、５３ｂ、５３ｃの押圧部５２の内面５１で押圧する。つまり、各分割片５３ａ、５３ｂ、５３ｃを中心軸に向けて、換言すれば、図６における矢印方向に、各分割片５３ａ、５３ｂ、５３ｃの合わせ面５４が、相互に密着するまで移動する。このようにすることにより、図６に図示されるように、第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４における、負極電極１２の負極合剤１２ｂの上部側の端部よりも上方側に位置する端部が、正極電極１１の正極合剤未処理部１１ｃと共に、正極集電部材３１側に向けて傾斜された状態となる。
【００５１】
整形用治具５３により、第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４の上部側端部を正極集電部材３１側に向けて傾斜させた状態で、正極電極１１の正極リード１６を正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの外面に密着させる。この状態を図９に図示する。この状態で、正極リード１６の外周に押え部材３２を巻き付ける。そして、超音波溶接等により、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃに正極リード１６および押えリング３２を溶接する。
この後、整形用治具５３の各分割片５３ａ〜５３ｃを相互に離間する方向に移動する。
【００５２】
このようにして、図４に図示される如く、正極電極１１の外側に隣接する第２のセパレータ１４の上部側端部が、正極電極１１の上部を覆った状態とすることができる。このため、前述した如く、正極電極１１と第２のセパレータ１４との間隔が狭くなり、内部短絡を発生する原因となる異物が正極電極１１と第２のセパレータ１４との間隔から入ることを防止することができる。
次に、上記構成の円筒型二次電池の製造方法の一例を説明する。
【００５３】
−円筒型二次電池の製造方法−
正極シート１１ａの両面に、正極合剤１１ｂおよび正極合剤未処理部１１ｃが形成され、また、多数の正極リード１６が正極シート１１ａに一体に形成された正極電極１１を作製する。また、負極シート１２ａの両面に負極合剤１２ｂおよび負極処理部１２ｃが形成され、多数の負極リード１７が負極シート１２ａに一体に形成された負極電極１２を作製する。
【００５４】
そして、図３に図示するように、軸芯１５に、第１のセパレータ１３、正極電極１１、第２のセパレータ１４、負極電極１２を、この順に捲回して電極群１０を作製する。この場合、第１のセパレータ１３、正極電極１１、第２のセパレータ１４、負極電極１２は最も内側の側縁部を軸芯１５に溶接しておくと、捲回時に加える荷重に抗して捲回することが容易となる。
【００５５】
この電極群１０の軸芯１５の下部に負極集電部材２１を取り付ける。負極集電部材２１の取り付けは、負極集電部材２１の開口部２１ｂを軸芯１５の下端部に設けられた段部１５ｂに嵌入して行う。次に、負極集電部材２１の外周筒部２１ｃの外周の全周囲に亘り、負極リード１７をほぼ均等に配分して密着し、負極リード１７の外周に押え部材２２を巻き付ける。そして、超音波溶接等により、負極集電部材２１に負極リード１７および押えリング２２を溶接する。次に、軸芯１５の下端面と負極集電部材２１とに跨る負極通電リード２３を負極集電部材２１に溶接する。
【００５６】
次に、軸芯１５の正極集電部材３１の下部筒部３１ｂを軸芯１５の上端側に設けられた溝１５ａに嵌合する。そして、上述した如く、整形用治具５３を用いて、
第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４における、負極電極１２の負極合剤１２ｂの上部側の端部よりも上方側に位置する端部を、正極電極１１の正極合剤未処理部１１ｃと共に、正極集電部材３１側に向けて傾斜させる。
【００５７】
この方法は、上述した如く、整形用治具５３を用いて、第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４の上部側端部を押圧することにより行う。この状態で、正極電極１１の正極リード１６を正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの外面に密着させる。そして、正極リード１６の外周に押え部材３２を巻き付け、超音波溶接等により、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃに正極リード１６および押えリング３２を溶接する。
正極リード１６を正極集電部材３１の上部筒部３１ｃに溶接した後は、整形用治具５３を取り外す。このようにして、発電ユニット２０が構成される。
【００５８】
次に、発電ユニット２０を収容可能なサイズを有する金属製の有底円筒部材に、上述の工程を経て作製された発電ユニット２０を収容する。有底円筒部材は、電池容器２となるものである。以下において、説明を簡素にして明瞭にするために、この有底円筒部材を電池容器２として説明する。
電池容器２内に収納した発電ユニット２０の負極通電リード２２を、電池容器２に抵抗溶接等により溶接する。この場合、図示はしないが、電池容器２の外部から、軸芯１５の中空軸に電極棒を挿通し、電極棒により負極通電リード２２を電池容器２の底部に押し付けて溶接する。
【００５９】
次に、電池容器２の上端部側の一部を絞り加工して内方に突出し、外面にほぼＶ字状の溝２ａを形成する。
電池容器２の溝２ａは、発電ユニット２０の上端部、換言すれば、正極集電部材３１の上端部近傍に位置するように形成する。
次に、発電ユニット２０が収容された電池容器２の内部に、非水電解液を所定量注入する。
【００６０】
一方、ダイアフラム３７に上蓋３を固定しておく。ダイアフラム３７と上蓋３との固定は、かしめ等により行う。図２に図示された如く、当初、ダイアフラム３７の側壁３７ｂは基部３７ａに垂直に形成されているので、上蓋３の周縁部３ａをダイアフラム３７の側壁３７ｂ内に配置する。そして、ダイアフラム３７の側壁３７ｂをプレス等により変形させて、上蓋３の周縁部の上面および下面、および外周側面を覆って圧接する。
【００６１】
また、接続板３５を絶縁板４１の開口部４１ａに嵌合して取り付けておく。そして、接続板３５の突起部３５ａを、上蓋３が固定されたダイアフラム３７の底面に溶接する。この場合の溶接方法は、抵抗溶接または摩擦拡散接合を用いることができる。接続板３５とダイアフラム３７を溶接することにより、接続板３５が嵌合された絶縁板４１および接続板３５に固定された上蓋３が接続板３５およびダイアフラム３７に一体化された蓋ユニットは構成される。
【００６２】
次に、正極集電部材３１の基部３１ａに接続部材３３の一端部を、例えば超音波溶接等により溶接する。そして、上蓋３、ダイアフラム３７、接続板３５および絶縁板４１が一体化された蓋ユニットを、接続部材３３の他端部に近接して配置する。そして、接続部材３３の他端部を接続板３５の下面に、レーザ溶接により溶接ずる。この溶接は、接続部材３３の他端部における接続板３５との接合面が、正極集電部材３１に溶接された接続部材３３の一端部の接合面と同じ面となるようにして行う。
【００６３】
次に、電池容器２の溝２ａの上にガスケット４３を収容する。この状態におけるガスケット４３は、図２に図示するように、リング状の基部４３ａの上方に、基部４３ａに対して垂直な外周壁部４３ｂを有する構造となっている。この構造で、ガスケット４３は、電池容器２の溝２ａ上部の内側に留まっている。ガスケット４３は、ゴムで形成されており、限定する意図ではないが、１つの好ましい材料の例として、エチレンプロピレン共重合体（ＥＰＤＭ）をあげることができる。また、例えば、電池容器２が厚さ０．５ｍｍの炭素鋼製で、外径が４０ｍｍΦの場合、ガスケット４３の厚さは１０ｍｍ程度とされる。
【００６４】
次に、ガスケット４３の筒部４３ｃ上に、上蓋３、ダイアフラム３７、接続板３５および絶縁板４１が一体化された蓋ユニットを配置する。詳細には、蓋ユニットのダイアフラム３７を、その周縁部をガスケット４３の筒部４３ｃ上に対応させて載置する。この場合、絶縁板４１の側部４１ｂの外周に正極集電部材３１の上部筒部３１ｃが嵌合されるようにする。
【００６５】
この状態で、電池容器２の溝２ａと上端面の間の部分をプレスにより圧縮する、いわゆる、かしめ加工により、ガスケット４３と共にダイアフラム３７を電池容器２に固定する。
これにより、ダイアフラム３７、上蓋３、接続板３５および絶縁板４１がガスケット４３を介して電池容器２に固定され、また、正極集電部材３１と上蓋３が接続部材３３、接続板３５およびダイアフラム３７を介して導電接続され、図１に図示された円筒型二次電池が作製される。
【００６６】
（変形例）
上記実施形態では、第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４を、負極電極１２の負極合剤１２ｂよりも上方側に位置する部分、すなわち、図５における幅Ａの部分を正極集電部材３１側に向けて傾斜する構造とした。
図１０に図示された変形例では、第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４を、正極電極１１の正極合剤１１ｂよりも上部側、すなわち、図５における幅Ｂの部分を含めて正極集電部材３１側に向けて傾斜する構造としたものである。
【００６７】
この場合、負極電極１２の負極合剤１２ｂも、正極集電部材３１側に向けて傾斜する構造となる。このため、負極合剤１２ｂが傷まないように留意する必要はあるが、第１のセパレータ１３または第２のセパレータ１４の幅と、負極電極１２の負極合剤１２ｂの幅との差が小さい場合、すなわち、図５における幅Ａが小さい場合には有効である。
図１０におけるその他の構成は、実施形態と同様であるので、同一構成要素に同一の図面参照番号を付して説明を省略する。
【００６８】
以上の通り、本発明の円筒型二次電池では、正極電極１１の外側に隣接する第２のセパレータ１４の上方側端部が、正極電極１１の上方を覆った構造としている。このため、正極電極１１と第２のセパレータ１４との間隔が狭くなり、内部短絡を発生する原因となる異物が正極電極１１と第２のセパレータ１４との間隔から入ることを防止することができる。
【００６９】
なお、上記各実施形態では、第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４の幅Ａまたは幅Ａおよび幅Ｂの全体を正極集電部材３１側に向けて傾斜させる場合で説明したが、幅Ａの上部側の一部または幅Ｂの上部側の一部のみを正極集電部材３１側に向けて傾斜させるようにしてもよい。
【００７０】
整形用治具５３は３個の分割片５３ａ〜５３ｃにより構成されるものであったが、分割片の数に限定がある訳ではなく、複数の分割片により構成されるようにすればよい。また、整形用治具５３は、内側の中空部が円筒形状であればよく、外周形状は多角形状としてもよい。
【００７１】
また、上記各実施形態では、円筒型二次電池として、リチウム電池を例として説明したが、この発明は、リチウム電池に限られるものではなく、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池など、他の円筒型二次電池にも適用することが可能である。
【００７２】
その他、本発明の円筒型二次電池は、発明の趣旨の範囲内において、種々、変形して構成することが可能であり、要は、軸芯の周囲に、第１のセパレータ、正極シートの両面に正極合剤が形成された正極電極、第２のセパレータおよび負極シートの両面に負極合剤が形成された負極電極が捲回された電極群と、軸芯の軸方向の上部側に配置された正極集電部材とを具備し、正極電極が、正極シートに一体に形成され、正極集電部材に接続された複数の正極リードを有する円筒型二次電池であって、正極集電部材より外周に位置し、且つ、少なくとも負極シートに形成された負極合剤より上部側に位置する第１のセパレータの上部側端部および第２のセパレータの上部側端部が正極集電部材側に向けて傾斜しているものであればよい。
【００７３】
また、本発明の円筒型二次電池の製造方法は、軸芯の周囲に、第１のセパレータ、正極シートの両面に形成された正極合剤および正極シートの一側辺に沿って正極シートに一体に形成された複数の正極リードを有する正極電極、第２のセパレータ、および負極シートの両面に負極合剤が形成された負極電極を捲回して電極群を形成する工程と、電極群の前記軸芯の上部に正極集電部材を取り付ける工程と、正極集電部材より外周に位置し、且つ、少なくとも負極シートに設けられた負極合剤より上部側に位置する第１のセパレータの上部側端部および第２のセパレータの上部側端部を、正極集電部材側に向けて傾斜させる工程と、正極シートの複数の正極リードを正極集電部材に接続する工程と、を含むものであればよい。
【符号の説明】
【００７４】
１    円筒型二次電池
２    電池容器
３    上蓋
１０  電極群
１１  正極電極
１１ａ  正極シート
１１ｂ  正極合剤
１２    負極電極
１２ａ  負極シート
１２ｂ  負極合剤
１３  第１のセパレータ
１４  第２のセパレータ
１５  軸芯
１６  正極リード
１７  負極リード
２０  発電ユニット
２１  負極集電部材
３１  正極集電部材
３１ｃ  正極集電部材の上部筒部
３３  接続部材
３５  接続板
３７  ダイアフラム
４１  絶縁板
４３  ガスケット
５３  整形用治具
５３ａ、５３ｂ、５３ｃ  分割片
【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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