(57)【要約】【課題】捲回式扁平電極群の体積効率を向上する。【解決手段】正極板１２２と負極板１２４とを、ポリエチレン製微多孔性セパレータ１２１と共に捲回し、圧縮して捲回電極群１２０を作製する。扁平捲回電極群１２０は捲回中心に扁平空間１２０Ｓが形成され、空隙内の一端部には平板状に押しつぶされた扁平部材１２０Ｆが配置されている。扁平部材１２０Ｆは、当初、円筒状に形成された捲回補助部材１２０Ｃであったものが、捲回電極群の原型１２０Ｐの圧縮に際して、扁平空間とともに扁平化したものである。正極板１２２と負極板１２４とセパレータ１２１を積層して捲回して成る捲回電極群の原型１２０Ｐを、厚み方向に圧縮して押し潰すことによって、その体積が大幅に減少し、最終的に体積効率の高い捲回電極群１２０を得ることができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活物質が塗布された正極板と、負極活物質が塗布された負極板とがセパレータを介して扁平形状に捲回された後に押し潰されて中心部に扁平空間が形成され、両端部に前記正負極活物質が塗布されていない正負極未塗工部が正負極接続部として設けられた捲回電極群と、
前記捲回電極群が収納された容器と、
前記正負極接続部がそれぞれ接続された正極外部端子および負極外部端子と、
前記扁平空間の内周面の少なくとも一端側において前記捲回軸方向に延設され、絶縁性素材で筒状に形成され、前記捲回電極群の押し潰しにより扁平形状とされた捲回補助部材とを備えることを特徴とする角形二次電池。
【請求項２】
請求項1に記載の角形二次電池において、
前記捲回補助部材は、前記セパレータと同じ素材で作製されていることを特徴とする角形二次電池。
【請求項３】
請求項1または２に記載の角形二次電池において、
前記捲回補助部材は、押し潰される前は円筒状であり、押し潰されて扁平形状となることを特徴とする角形二次電池。
【請求項４】
請求項1乃至３のいずれか１項に記載の角形二次電池において、
前記捲回補助部材は、前記扁平空間の両端部にそれぞれ設けられていることを特徴とする角形二次電池。
【請求項５】
請求項1乃至３のいずれか１項に記載の角形二次電池において、
前記捲回補助部材は、前記セパレータの一端を丸めて一体的に形成されていることを特徴とする角形二次電池。
【請求項６】
平行に一体的に並置された第１および第２の捲き取りフォークを回転軸周りに一体に回転駆動して、前記第１および第２の巻き取りフォークの間に、正極板と負極板とを第１および第２のセパレータで絶縁しつつ捲回して捲回電極群を製造する方法であって、
前記第１および／または第２の捲き取りフォークに嵌装される可撓性筒状の捲回補助部材を予め製作する工程と、
前記捲回補助部材を前記第1および／または第２の捲き取りフォークに嵌装した状態で、前記正極板、負極板および第１および第２のセパレータの捲回を行って捲回電極群の原型を形成する工程と、
前記捲回電極群の原型を、前記捲回補助部材とともに前記第１および／または第２の捲き取りフォークから抜き取る工程と、
前記抜き取った前記捲回電極群の原型を厚み方向に圧縮する圧縮行程とを備えることを特徴とする捲回電極群の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の製造方法において、
前記捲回補助部材作製工程は、前記第1および第２のセパレータと同一素材のシートを円筒状に形成して前記捲回補助部材を形成する工程を含むことを特徴とする捲回電極群の製造方法。
【請求項８】
請求項６記載の製造方法において、
前記捲回補助部材作製工程は、第１または第２のセパレータの端部を丸め、そのセパレータと一体的に前記捲回補助部材を形成する工程を含むことを特徴とする捲回電極群の製造方法。
【請求項９】
請求項６記載の製造方法において、
前記捲回補助部材作製工程は、第１および第２のセパレータの先端部の所定間隔をあけた２箇所を接合し、前記接合した第１および第２のセパレータの間に前記捲回補助部材を形成する工程を含むことを特徴とする捲回電極群の製造方法。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれか１項に記載の製造方法において、
前記捲回工程は、前記第１および第２のフォーク間に、前記第１および／または第２のセパレータを１周以上捲回する第１捲回工程と、前記第１捲回工程の後で、前記第１および第２のフォーク間に、前記正極板と前記負極板を前記セパレータで絶縁しつつ捲回する第２捲回工程とを含むことを特徴とする捲回電極群の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、捲回電極群を有する角形二次電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
捲回式扁平電極群は、帯状の正極電極板と負極電極板とを帯状のセパレータを介在させて巻物状に捲回して構成されている。この扁平電極群はリチウムイオン二次電池に用いて好適である。
【０００３】
一般に捲回式扁平電極群においては、樹脂成型品である軸芯に正極電極板および負極電極板がセパレータを介しつつ捲き取られている。軸芯は電気化学反応には関与しないため、電池容量を大きくする上で、軸芯が占める体積はデッドスペースである。
【０００４】
軸芯が占める体積を最小化するため、特許文献１では、断面が六角形の筒状のステンレス製軸芯に正負電極板とセパレータを捲回して成る電極群を軸芯に垂直の方向に押し潰している。特許文献１の捲回電極群によれば、押し潰された体積分だけ捲回電極群を小型化できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２８００５５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の製造方法では、押し潰されてはいるものの、捲回電極群の中心部分に残存する軸芯の体積がデッドスペースとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）請求項１の発明による角形二次電池は、正極活物質が塗布された正極板と、負極活物質が塗布された負極板とがセパレータを介して扁平形状に捲回された後に押し潰されて中心部に扁平空間が形成され、両端部に前記正負極活物質が塗布されていない正負極未塗工部が正負極接続部として設けられた捲回電極群と、前記捲回電極群が収納された容器と、前記正負極接続部がそれぞれ接続された正極外部端子および負極外部端子と、前記扁平空間の内周面の少なくとも一端側において前記捲回軸方向に延設され、絶縁性素材で筒状に形成され、前記捲回電極群の押し潰しにより扁平形状とされた捲回補助部材とを備えることを特徴とする。
（２）請求項６の発明は、平行に一体的に並置された第１および第２の捲き取りフォークを回転軸周りに一体に回転駆動して、前記第１および第２の巻き取りフォークの間に、正極板と負極板とを第１および第２のセパレータで絶縁しつつ捲回して捲回電極群を製造する方法であって、前記第１および／または第２の捲き取りフォークに嵌装される可撓性筒状の捲回補助部材を予め製作する工程と、前記捲回補助部材を前記第1および／または第２の捲き取りフォークに嵌装した状態で、前記正極板、負極板および第１および第２のセパレータの捲回を行って捲回電極群の原型を形成する工程と、前記捲回電極群の原型を、前記捲回補助部材とともに前記第１および／または第２の捲き取りフォークから抜き取る工程と、前記抜き取った前記捲回電極群の原型を厚み方向に圧縮する圧縮行程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、扁平捲回電極群の体積効率を向上させて電池の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態の角形二次電池の外観を示す斜視図。
【図２】図１の角形二次電池の分解斜視図。
【図３】図２の扁平形捲回電極群を示す斜視図。
【図４】図２の扁平形捲回電極群の扁平空間と扁平部材を示す模式的な斜視図。
【図５】電極板とセパレータを捲き取る捲き取りフォークの模式図。
【図６】第１実施形態における捲回工程示す説明図。
【図７】図６に続く工程を示す説明図。
【図８】図７に続く工程を示す説明図。
【図９】（ａ）は、図８の捲回工程が終了した後、フォークから抜き取った捲回電極群の原形を示す図、（ｂ）は、抜き取った捲回電極群の原型を圧縮して作製されて捲回電極群を示す図。
【図１０】本発明による第２実施形態におけるセパレータの固定方法を示す説明図。
【図１１】本発明による第３実施形態におけるセパレータの固定方法を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１〜図１１を参照して、本発明による角形二次電池をリチウムイオン二次電池に適用した実施形態を説明する。まず、本発明による捲回電極群が用いられる角形二次電池の一般的構成について説明し、その後に、本発明による捲回電極群について詳細に説明する。
【００１１】
[第１実施形態］
図１および図２において、角形二次電池２０は、電池容器１３内に絶縁シート１２を介して扁平形捲回電極群１２０（図３参照）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８と、負極外部端子７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電極群１２０に充電される。
【００１２】
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１９によって封止されている。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。
【００１３】
捲回電極群１２０は、図３に示すように、正負極電極板１２２，１２４をセパレータ１２１を介在させつつ扁平状に捲回して成る。正負極電極板１２２，１２４は、活物質が塗布された活物質合剤層１２３，１２５を正負極集電箔上に形成したものであり、その幅方向（捲回方向に直交する方向）の両端部には、活物質合剤を塗布しない未塗工部１２２Ａ，１２４Ａが正負極接続部としてそれぞれ設けられている。集電箔が露出する未塗工部１２２Ａ，１２４Ａには集電体６，５が電気的に接続され、集電体６，５は、正負極外部端子８，７に接続されている。集電体６，５と外部端子８，７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。したがって、正負極接続部１２２Ａおよび１２４Ａは正負極外部端子８および７にそれぞれ接続されている。
【００１４】
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。正極側の集電体６、外部端子８はアルミニウム合金で製作され、負極側の集電体５、外部端子７は銅合金で製作されている。
【００１５】
次に、本発明による捲回電極群１２０について詳細に説明する。
【００１６】
捲回電極群１２０は、図４に示すように扁平形状を呈している。捲回電極群１２０は、セパレータ１２１を挟んで正極電極板１２２と負極電極板１２４とを複数層に捲回して作製した捲回電極群の原型（１２０Ｐ）をＰ方向に押し潰して作製することができる。捲回電極群１２０の捲回中心には扁平空間１２０Ｓが形成され、扁平空間１２０Ｓの内周面の一端部には平板状に押し潰された扁平部材１２０Ｆが配設されている。
【００１７】
扁平部材１２０Ｆは、当初、円筒状に形成された可撓性シース（可撓性円筒部材）１２０Ｃ（図５（ａ）参照）であったものが、捲回電極群１２０の圧縮に際して扁平空間１２０Ｓとともに扁平化したものである（図５（ｂ）参照）。すなわち、捲回装置により正極電極板１２２と負極電極板１２４とセパレータ１２１とを捲回して成る捲回電極群の原型１２０Ｐ（図９（ａ）参照）を、厚み方向（図４の白抜矢印で示すＰ方向）に圧縮して押し潰すことによって、その体積が大幅に減少し、最終的に体積効率の高い扁平形状の捲回電極群１２０（図9（ｂ）参照）を得ることができる。
【００１８】
可撓性シース１２０Ｃはセパレータ１２１と同一材料であるので、二次電池の電気的特性に悪影響を与えることはない。なお、可撓性シース１２０Ｃは、当初は円筒状であるが、捲回電極群の原型１２０Ｐの圧縮により圧縮されて扁平化され、当初の機能は無くなるので、捲回補助部材と呼ぶことにする。
【００１９】
正極電極板１２２は、厚さ２０μｍのアルミニウム箔集電体の両面の各々に厚さ５０μｍの正極合剤層を形成した幅６０ｍｍの帯状電極板である。この正極合剤層は、一般式ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２で表される正極活物質８５重量部と、黒鉛粉末１０重量部と、ポリフッ化ビニリデン樹脂５重量部から成り、正極合剤層の質量はアルミニウム箔集電体１ｍ２当たり、片面で１３０ｇとした。
【００２０】
負極電極板１２４は、厚さ１５μｍの銅箔集電体の両面の各々に厚さ４５μｍの負極合剤層を形成した幅６０ｍｍの帯状電極板である。この負極合剤層は、非晶質系炭素活物質９５重量部と、ポリフッ化ビニリデン樹脂５重量部から成り、負極合剤層の質量は、銅箔集電体１ｍ２当たり、片面で４５ｇとした。セパレータは、ポリオレフィンフィルムを一軸延伸した厚さ４０μｍ、幅６２ｍｍの帯状シートである。
【００２１】
なお、負極活物質合剤層１２５は正極活物質合剤層１２３より捲回軸と直交する方向に幅が大きく、正極活物質合剤層１２３の全ての領域は負極活物質合剤層１２５と対向する。
【００２２】
次に、本発明による捲回電極群１２０の製造工程について、図５〜図９を参照して説明する。なお、図３および図４で示すセパレータ１２１を便宜上、２つのセパレータ１２１Ａおよび１２１Ｂとして図示している。
【００２３】
捲回電極群１２０の製造工程は、捲回工程と圧縮工程とを含む。捲回工程は、円筒部材作製工程と、円筒部材装着工程と、セパレータ溶着工程と、セパレータ捲回工程と、セパレータ／電極板捲回工程とを含む。
【００２４】
捲回工程では、図５に示す捲回装置２００が用いられる。この捲回装置２００は、平行に並置され一体的に回転する少なくとも２本の捲き取りフォーク３２Ａおよび３２Ｂと、２本のフォーク３２Ａおよび３２Ｂを一体的に回転駆動するための回転軸３１と、回転軸３１を回転させることによりフォーク３２Ａおよび３２Ｂを一体的に回転させる回転駆動装置３３とを備える。捲き取りフォーク３２Ａおよび３２Ｂは、例えば、直径３ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋼製円柱２本からなり、３０ｍｍの間隔で互いに平行に配置されている。
【００２５】
［捲回工程］
（ａ）円筒部材作製工程
図５に示すような円筒形状の可撓性シース１２０Ｃを、予め、次のようにして作製する。すなわち、セパレータ１２１と同一のシート材（フィルム）を円筒状に丸め、端部を熱溶着することによって、例えば、直径５ｍｍ、長さ６２ｍｍの円筒状の可撓性シース１２０Ｃを作製する。
【００２６】
（ｂ）捲き取りフォークへのセット工程
図５に示すように、捲回装置２００のフォーク３２Ａに可撓性シース１２０Ｃを矢印の方向から嵌装する。後述するように、フォーク３２Ａおよび３２Ｂは、回転軸３１を中心に一体的に回転して、正極板１２２と負極板１２４とセパレータ１２１とを捲回して捲回電極群の原型１２０Ｐを製作する。
【００２７】
（ｃ）セパレータ溶着工程
図６に示すように、一方の捲き取りフォーク３２Ａに嵌装した可撓性シース１２０Ｃに２枚のセパレータ１２１Ａおよび１２１Ｂの端部１３０を溶着する。端部１３０は溶着部である。
【００２８】
（ｄ）セパレータ捲回工程
図７に示すように、フォーク３２Ａおよび３２Ｂを回転軸３１を中心に回転させて、セパレータ１２１Ａおよび１２１Ｂを、フォーク３２Ａに嵌挿した可撓性シース１２０とフォーク３２Ｂとの間に複数回、たとえば３回捲回されている。ただし、1回だけ捲回してもよい。
【００２９】
（ｅ）セパレータおよび電極板の捲回工程
次いで、図７に示すように、正極電極板１２２と負極電極板１２４を互いに接触しないようにセパレータ１２１Ａおよび１２１Ｂ間に挿入する。その後、フォーク３２Ａおよび３２Ｂを十数回、例えば１９回回転して、正極板１２２，負極板１２４，セパレータ１２１Ａおよび１２１Ｂを捲回する。以上の工程により、図８に示すような圧縮前の捲回電極群１２０Ｐを得る。圧縮前の捲回電極群１２０Ｐを捲回電極群の原型と呼ぶ。
なお、図7において、正極板１２２と負極板１２４の配置を逆にしてもよい。
【００３０】
このとき、正極電極板１２２、負極電極板１２４、セパレータ１２１Ａおよび１２１Ｂには張力が加えられ、フォーク３２Ａおよび３２Ｂはこの張力に対向しつつ、正極電極板１２２、負極電極板１２４、セパレータ１２１Ａおよび１２１Ｂを支持する。これによって、矩形平板状の１枚の芯材を用いることなく安定した電極板の捲回が可能となる。
【００３１】
（ｆ）捲回電極群原型の抜き取り工程
捲回完了後、フォーク３２Ａおよび３２Ｂから、捲回電極群の原型１２０Ｐを可撓性シース１２０Ｃとともに抜き取る（図９（ａ）参照）。
【００３２】
可撓性シース１２０Ｃはフォーク３２Ａに嵌装されているので、捲回電極群の原型１２０Ｐをフォーク３２Ａから抜き取る作業は容易である。また、フォーク３２Ａおよび３２Ｂの離間配置によって扁平空間１２０Ｓ（図８および図９参照）が充分幅広に形成されているので、フォーク３２Ｂは幅方向について拘束されていない。従って、フォーク３２Ａ側の捲回電極群の原型１２０Ｐの端部をフォーク３２Ａから抜き取り、その後、捲回電極群の原型１２０Ｐの他端部をフォーク３２Ｂから抜き取ることによって、フォーク３２Ｂ側の捲回電極群の原型１２０Ｐも円滑にフォーク３２Ｂから抜き取ることができる。
従って、フォーク３２Ａおよび３２Ｂの抜き取りに際して、捲回電極群１２０に損傷等生じることはない。
【００３３】
［圧縮工程］
図９で得られた捲回電極群の原型１２０Ｐを厚み方向（図４の白抜き矢印Ｐ方向）に圧縮し、高さ４６ｍｍ、幅６２ｍｍ、厚さ１２ｍｍの捲回電極群１２０が得られた。この圧縮時に、可撓性シース１２０Ｃは圧縮、変形された扁平部材１２０Ｆ（図４および図９参照）となる。
【００３４】
扁平部材１２０Ｆはセパレータ１２１Ａおよび１２１Ｂと同一材料であり、充分な可撓性を有するため、充分肉薄に圧縮される。これによって、捲回電極群１２０を最小限の厚さに圧縮することができる。
【００３５】
一方、扁平空間１２０Ｓは充分幅広であるので、扁平部材１２０Ｆは幅方向について、捲回電極群１２０の体積に影響を与えることはない。
これによって、捲回電極群１２０の体積効率は最大限に高められる。
【００３６】
以上説明した角形リチウムイオン二次電池の作用効果を説明する。
（１）捲回電極群の中心部に芯材を設ける必要がない。そのため、高容量の角形リチウムイオン二次電池を小型化することができ、捲回電極群の体積効率を向上することができる。
（２）押し潰された扁平部材１２０Ｆは捲回電極群１２０の中心に残存するが、扁平部材１２０Ｆは樹脂製のフィルムであり、かつ、捲回時にのみ使用されて捲回後は押し潰される捲回補助部材であり、従来技術の芯材とは機能が異なる。したがって、断面が六角形の筒状のステンレス製軸芯を潰した従来技術に比べて、捲回電極群の捲回中心部に形成された扁平空間内で占有する割合を格段に小さくできる。
【００３７】
（３）一方のフォーク３２Ａには、セパレータ１２１と同じポリオレフィンフィルムを複数回巻き回して円筒状に形成した可撓性シース１２０Ｃが嵌装されている。可撓性シース１２０Ｃと他方のフォーク３２Ｂとの間に、電極板１２２，１２４とセパレータ１２１を複数回掛け回して（捲回して）捲回電極群の原型１２０Ｐを作製した。この捲回電極群の原型１２０Ｐをフォーク３２Ａ，３２Ｂから抜き取り、圧縮して扁平電極群１２０を作製した。可撓性シース１２０Ｃをフォーク３２Ａから抜き取ることで捲回電極群の原型１２０Ｐをフォークから抜き取るようにしたので、捲回電極群の原型１２０Ｐの抜き取り作業が容易であり、かつ、捲回電極群の原型１２０Ｐを損傷する恐れもない。
【００３８】
軸芯を用いて捲回式電極群を構成した後に、軸芯を除去する従来例では、工程が煩雑となるし、軸芯を除去する工程で電極やセパレータの変形や破損を招きかねない。
【００３９】
［第２実施形態］
次に、本発明による角形リチウムイオン二次電池の第２実施形態を、図１０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】
第１実施形態では、可撓性シース１２０Ｃは、セパレータ１２１Ａおよび１２１Ｂとは独立した円筒状部材として予め作製した。第２実施形態では、一方のセパレータ１２１Ａの先端を円筒状に丸めて可撓性シース１２０Ｃを一体的に形成したものである。
【００４１】
図１０に示すように、第２実施形態の可撓性シース１２０Ｃは、一方のセパレータ１２１Ｂの端部１２１ＢＥを円筒状に丸めて熱溶着（溶着部を符号１４０で示す。）することによって、セパレータ１２１Ｂと一体に形成されている。その直径、長さは第１実施形態と同様、直径５ｍｍ、長さ６２ｍｍである。そして、セパレータ１２１Ａは溶着部１４０において、セパレータ１２１Ｂに溶着されている。
【００４２】
その後の捲回電極群の製造工程は第１実施形態と同様であり、第２実施形態の角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。
【００４３】
［第３実施形態］
次に、本発明による角形リチウムイオン二次電池の第３実施形態を、図１１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。
【００４４】
第１実施形態では、可撓性シース１２０Ｃは、セパレータ１２１Ａおよび１２１Ｂとは独立の円筒状部材として予め作製した。第３実施形態では、可撓性シース１２０Ｃを、セパレータ１２１を２カ所で溶着して形成するものである。
【００４５】
図１１に示すように、セパレータ１２１Ａおよび１２１Ｂは、その端部１２１ＡＥ、１２１ＢＥにおいて、所定の間隔（例えば８ｍｍ）を置いて、２カ所の溶着部（接着部）１５０、１５２で溶着されている。溶着部１５０、１５２は、充分な溶着強度が得られるように、セパレータ１２１Ａおよび１２１Ｂの幅方向に所定長さ形成されている。
【００４６】
その結果、溶着部１５０、１５２の間の部分に、捲き取りフォーク３２Ａを挿入することができる可撓性シース１２０Ｃが形成される。可撓性シース１２０Ｃは、可撓性材料より成るセパレータ１２１によって形成されるので、可撓性を有する。
【００４７】
その後、可撓性シース１２０Ｃを捲き取りフォーク３２Ａに挿入するとともに、捲き取りフォーク３２Ａおよび３２Ｂを回転軸３１を中心に一体に旋回させて第１実施形態と同様の捲回を行う。
【００４８】
その後の捲回電極群の製造工程は第１実施形態と同様であり、第３実施形態の角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。
【００４９】
［比較例］
以上の実施形態の効果を確認するために、以下の比較例を製作した。
比較例の捲回式扁平電極群を構成するに当たり、ポリプロピレン製軸芯を用い、正極板と負極板とセパレータの捲回を行った。この軸芯は扁平な短冊状であり、長さ６２ｍｍ、幅３２ｍｍ、厚み２.３ｍｍを有する。
【００５０】
軸芯は、その長さ方向に平行に位置する音叉状の保持器具に、軸芯の幅方向から挟まれ、保持される。この保持器具が、軸芯の長さ方向を軸として回転することで、軸芯に固着されたセパレータと正極板と負極板が捲回される。軸芯の平面上に捲回式扁平電極群を構成するセパレータ２枚の端部を熱溶着することで、一体化した。
【００５１】
次に、正極板と負極板を互いに接触しないようにセパレータを介在させて十数回、例えば１６回捲回した。捲回完了後、保持器具から電極群を抜き取り、高さ４６ｍｍ、幅６２ｍｍ、厚さ１２ｍｍの捲回式扁平電極群が得られた。なお、この電極群の中心部分にはポリプロピレン製軸芯が残存している。
【００５２】
実施例１〜３及び比較例１で得られた捲回式扁平電極群は、いずれも高さ４６ｍｍ、幅６２ｍｍ、厚さ１２ｍｍであった。一方、各々の捲回式扁平電極群の中心部分には、実施形態１〜３ではセパレータ３巻分に相当するデッドスペースが存在し、比較例１では軸芯に相当するデッドスペースが存在する。それらの体積は、実施例１〜３では約０．９ｃｍ３であり、比較例１では約４．５ｃｍ３であって、実施形態１〜３の方が比較例１よりも体積効率に優れていることが分かる。
【００５３】
実施形態１〜３及び比較例１で得られた捲回式扁平電極群を用い、高さ５０ｍｍ、幅７３ｍｍ、厚さ１４ｍｍのアルミニウム缶角型電池を構成した。電解液には、エチレンカーボネート３０重量部、ジメチルカーボネート３０重量部、エチルメチルカーボネート４０重量部からなる混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウムが１モル／リットルとなるように調整されたものを用いた。２５℃における１Ｃ放電容量を比較すると、実施形態１〜３で得られた捲回式扁平電極群を用いた電池を１００とした場合に、比較例１で得られた捲回式扁平電極群を用いた電池では８５であり、実施形態１〜３の方が比較例１よりも体積効率に優れていることが分かる。
【００５４】
本発明によれば、軸芯を用いること無く、安定して捲回式扁平電極群を得ることができ、軸芯を用いた従来の捲回式扁平電極群の場合と比較して、電気化学反応に関与しないデッドスペースを極めて少なくすることができ、電池の体積効率を向上させることができる。
【００５５】
［変形例］
第１および第２実施形態では、扁平部材１２０Ｆの原形は、円筒状の可撓性シース１２０Ｃであったが、円筒以外の形状、例えば、楕円筒体、六角筒等多角形筒体、扁平部材への圧縮が可能な任意の筒体を採用することができる。
また、多数の孔が形成されたシート材、ネット材等により、より軽量な可撓性シース１２０Ｃを形成することも可能である。
さらに、可撓性シース１２０Ｃをセパレータとは異なる絶縁性の素材を用いて作製してもよい。
【００５６】
以上の実施形態では、捲き取りフォーク３２Ａおよび３２Ｂの一方のみに可撓性シース１２０Ｃを嵌装したが、両フォーク３２Ａおよび３２Ｂに可撓性シース１２０Ｃを嵌装して、両フォーク３２Ａおよび３２Ｂの抜き取りをさらに円滑化してもよい。
【００５７】
以上の実施形態では、２本の捲き取りフォーク３２Ａおよび３２Ｂを備えた捲回装置２００を使用したが、三角形、四角形、その他の多角形の頂点に平行な捲き取りフォークを配置した捲回装置を使用してもよい。
この場合、１本あるいは２本以上のフォークに可撓性シースを嵌装することによって同様の効果を得ることができる。
【００５８】
以上の実施形態では、溶着によって可撓性シースを形成したが、接着剤その他の手段による接着を行ってもよい。
【００５９】
電池蓋９が帯状の矩形開口を封止するものとして説明したが、幅広面に開口を設け、電池蓋９が幅広開口を封止するような角形電池にも本発明を適用できる。この場合、正負極接続部１２２Ａおよび１２４Ａが接続される外部端子８および７の設置面はいずれの側面であってもよい。
【００６０】
以上の説明は一例であり、本発明は実施形態や変形例に限定されない。したがって、正極活物質１２３が塗布された正極板１２２と、負極活物質１２５が塗布された負極板１２４とがセパレータ１２１を介して扁平形状に捲回された後に押し潰されて中心部に扁平空間１２０Ｓが形成され、両端部に正負極活物質１２３および１２５が塗布されていない正負極未塗工部が正負極接続部１２２Ａおよび１２４Ａとして設けられた捲回電極群１２０と、捲回電極群１２０が収納された容器１３と、正負極接続部１２２Ａおよび１２４Ａがそれぞれ接続された正極外部端子および負極外部端子と、扁平空間１２０Ｓの内周面の少なくとも一端側において捲回軸方向に延設され、絶縁性素材で筒状に形成され、捲回電極群１２０の押し潰しにより扁平形状とされた捲回補助部材１２０Ｆとを備えるあらゆる形態の角形二次電池にも、本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００６１】
３１：回転軸
３２Ａ、３２Ｂ：捲き取りフォーク
３３：回転駆動装置
１２０：扁平捲回電極群
１２０Ｐ：捲回電極群
１２０Ｓ：扁平空間
１２０Ｆ：扁平部材
１２０Ｃ：可撓性シース
１２１，１２１Ａ，１２１Ｂ：セパレータ
１２２：正極板
１２４：負極板
２００：捲回装置
【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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