(57)【要約】【課題】偏平状の捲回電極群に適切に押圧をかけることができる二次電池の提供。【解決手段】本発明に係る二次電池において、捲回電極群３は、捲回軸方向の一方の端に形成されて正極集電板４４が接続される正極箔露出部３４ｃと、捲回軸方向の他方の端に形成されて負極集電板２４が接続される負極箔露出部３２ｃと、捲回軸方向と直交する方向の両端に形成された一対の湾曲部３０ａ，３０ｂと、を有し、充電時において、捲回電極群３の表裏両面の中央領域３０ｃが電池缶内表面に接触し、かつ、中央領域３０ｃよりも外側の周辺領域において電池缶１との間に隙間が生じるものである。押圧部材２００ａは、捲回電極群３の表裏両面において、中央領域３０ｃと正極箔露出部３４ｃとの間の前記周辺領域における隙間を埋め、中央領域３０ｃと負極箔露出部３２ｃとの間の前記周辺領域における隙間を埋める。【選択図】図２
2015118828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極箔に正極合材層が形成された正極電極、セパレータ、および負極箔に負極合材層が形成された負極電極を捲回した偏平な捲回電極群と、
前記捲回電極群を収納する略直方体形状の電池缶と、
前記偏平な捲回電極群の表裏両面と前記電池缶との間にそれぞれ配置された第１板状部材および第２板状部材と、を備え、
前記捲回電極群は、
捲回軸方向の一方の端に形成され、束ねられた正極箔露出部が互いに接続されて正極集電板が接続される正極集電板接続部と、
捲回軸方向の他方の端に形成され、束ねられた負極箔露出部が互いに接続されて負極集電板が接続される負極集電板接続部と、
前記捲回軸方向と直交する方向の両端に形成された一対の捲回湾曲部と、を有し、
充電時において、前記偏平な捲回電極群の表裏両面の中央領域が電池缶内表面に接触し、かつ、前記中央領域よりも外側の周辺領域において電池缶との間に隙間が生じるものであって、
前記第１板状部材は、前記捲回電極群の表裏両面において、前記中央領域と前記正極集電板接続部との間の前記周辺領域における前記隙間を埋め、
前記第２板状部材は、前記捲回電極群の表裏両面において、前記中央領域と前記負極集電板接続部との間の前記周辺領域における前記隙間を埋めることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載の二次電池において、
前記捲回電極群の表裏両面において、前記中央領域と前記一対の捲回湾曲部の一方との間の前記周辺領域における前記隙間をそれぞれ埋める第３板状部材と、
前記捲回電極群の表裏両面において、前記中央領域と前記一対の捲回湾曲部の他方との間の前記周辺領域における前記隙間をそれぞれ埋める第４板状部材と、をさらに備えたことを特徴とする二次電池。
【請求項３】
請求項２に記載の二次電池において、
前記第１板状部材は、前記正極集電板接続部と前記中央領域との間の前記周辺領域に対向配置され、前記中央領域から前記正極集電板接続部側にかけて厚さが増加し、
前記第２板状部材は、前記負極集電板接続部と前記中央領域との間の前記周辺領域に対向配置され、前記中央領域から前記負極集電板接続部側にかけて厚さが増加し、
前記第３板状部材は、前記一方の捲回湾曲部と前記中央領域との間の前記周辺領域に対向配置され、前記中央領域から前記一方の捲回湾曲部側にかけて厚さが増加し、
前記第４板状部材は、前記他方の捲回湾曲部と前記中央領域との間の前記周辺領域に対向配置され、前記中央領域から前記他方の捲回湾曲部側にかけて厚さが増加するように、それぞれ構成されていることを特徴とする二次電池。
【請求項４】
請求項３に記載の二次電池において、
前記第１、第２，第３および第４板状部材の外郭形状は台形状であって、台形上底側から台形下底側にかけて厚さが増加することを特徴とする二次電池。
【請求項５】
請求項４に記載の二次電池において、
前記捲回電極群を囲むように該捲回電極群と前記電池缶との間に配置された絶縁シートを備え、
前記第１、第２，第３および第４板状部材のそれぞれは、前記捲回電極群と前記絶縁シートとの間に配置されることを特徴とする二次電池。
【請求項６】
請求項５に記載の二次電池において、
前記第１、第２，第３および第４板状部材のそれぞれは、前記絶縁シートに貼り付けられていることを特徴とする二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏平状の捲回電極群を角形の電池缶に収容した二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両駆動用電池としてリチウムイオン二次電池が広く知られている。リチウムイオン二次電池の構造としては、例えば、特許文献１に記載のような構造が知られている。特許文献１に記載の構造では、偏平な容器内に、正極板と負極板とをセパレータを介して捲回した捲回電極群と電解液とが収容され、正極板および負極板のそれぞれには外部端子が接合されている。正極板および負極板の各端部には活物質合材が塗工されない未塗工部に該当する集電箔が露出しており、集電箔は超音波接合や抵抗溶接により集電接続体に接合及び溶接されている。その集電接続体は、電池の蓋に装着された外部端子に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１７８２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、リチウムイオン二次電池には、二次電池の充電・放電の状態によって捲回電極群が変形し、電池性能が十分に発揮されないという問題がある。
【０００５】
ところで、電池を組み立てた直後は、電池内部における捲回電極群と電池缶との間のすき間は均一となっているが、充電時に、正極活物質からリチウムイオンが放出されて負極活物質にリチウムイオンが挿入された状態になると負極活物質の粒子径が増大し、負極電極の負極活物質合材部の厚みが厚くなる。そのため、充電状態における正極電極の厚さと負極電極の厚さの和は、放電状態（すなわち、負極活物質からリチウムイオンが放出されて正極活物質にリチウムイオンが挿入された状態）の正極電極の厚さと負極電極の厚さの和よりも大きくなる。
【０００６】
上述のように、捲回された正極および負極の捲回軸方向端部の金属箔露出部分は、正極集電板および負極集電板とそれぞれ溶接等により接続されて拘束されている。そのため、
充電状態において捲回電極群が厚さ方向に膨張・変形すると、捲回電極群は、幅方向中央部分が最も厚くなり、電池缶の内壁に接触するような形状に変形する。この時、電池缶内では電池缶内壁と充電状態の捲回電極群との間に生じるすき間が均一ではなく、捲回電極群の平面部が電池缶から受ける押圧は捲回電極群の中央部の電池缶と接触している部分のみとなり、電池性能が十分に発揮されない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る二次電池は、正極箔に正極合材層が形成された正極電極、セパレータ、および負極箔に負極合材層が形成された負極電極を捲回した偏平な捲回電極群と、前記捲回電極群を収納する略直方体形状の電池缶と、前記偏平な捲回電極群の表裏両面と前記電池缶との間にそれぞれ配置された第１板状部材および第２板状部材と、を備え、前記捲回電極群は、捲回軸方向の一方の端に形成され、束ねられた正極箔露出部が互いに接続されて正極集電板が接続される正極集電板接続部と、捲回軸方向の他方の端に形成され、束ねられた負極箔露出部が互いに接続されて負極集電板が接続される負極集電板接続部と、前記捲回軸方向と直交する方向の両端に形成された一対の捲回湾曲部と、を有し、充電時において、前記偏平な捲回電極群の表裏両面の中央領域が電池缶内表面に接触し、かつ、前記中央領域よりも外側の周辺領域において電池缶との間に隙間が生じるものであって、前記第１板状部材は、前記捲回電極群の表裏両面において、前記中央領域と前記正極集電板接続部との間の前記周辺領域における前記隙間を埋め、前記第２板状部材は、前記捲回電極群の表裏両面において、前記中央領域と前記負極集電板接続部との間の前記周辺領域における前記隙間を埋めることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、捲回電極群に適切に押圧をかけることができ、電池性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明に係る二次電池の一実施の形態を示す外観斜視図である。
【図２】図２は、偏平捲回形二次電池１００の分解斜視図である。
【図３】図３は、捲回電極群３を示す図である。
【図４】図４は、押圧部材２００ａ，２００ｂの配置を示す図である。
【図５】図５は、押圧部材２００ａ，２００ｂの形状を示す図である。
【図６】図６は、電池缶１内に収納された捲回電極群３および押圧部材２００ａ，２００ｂを示す断面図であり、捲回軸方向に沿って断面した場合を示す。
【図７】図７は、電池缶１内に収納された捲回電極群３および押圧部材２００ａ，２００ｂを示す断面図であり、捲回軸に直交する方向に沿って断面した場合を示す。
【図８】図８は、充電時における押圧部材２００ａ，２００ｂの配置を示す図である。
【図９】図９は、充電前と充電後の捲回電極群３の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。本実施の形態では、本発明を具体化した角型リチウムイオン二次電池を例に説明する。まず、図１〜３を参照して、偏平捲回形二次電池１００の全体構成を説明する。図１は、偏平捲回形二次電池１００の外観斜視図である。図２は、偏平捲回形二次電池１００の分解斜視図である。図３は捲回電極群３を示す図であり、捲回電極群３の一部を展開した状態で示したものである。
【００１１】
偏平捲回形二次電池１００は、電池容器として電池缶１および電池蓋６を備える。図２に示すように、電池缶１は、相対的に面積の大きい一対の対向する幅広の側面１ｂと、相対的に面積の小さい一対の対向する幅の狭い側面１ｃとを有している。これらの側面１ｂ、１ｃは底面１ｄから立ち上がるように形成され、角筒状の側面を構成している。底面１ｄと対向する部分は開口部１ａになっている。電池缶１内には、図３に示す捲回電極群３が収納され、電池缶１の開口部１ａが電池蓋６によって封止されている。略矩形平板状の電池蓋６を略矩形状の開口部１ａに溶接することで、開口部１ａを塞がれ、電池缶１が封止される。
【００１２】
図１に示すように、電池蓋６には、正極外部端子１４と、負極外部端子１２とが設けられている。正極外部端子１４と負極外部端子１２を介して捲回電極群３に充電され、また外部負荷に電力が供給される。電池蓋６には、ガス排出弁１０が一体的に設けられている。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。これによって、偏平捲回形二次電池１００の安全性が確保される。
【００１３】
図２に示すように、角筒状の電池缶１内には、絶縁シート２を介して捲回電極群３が収容されている。偏平状の捲回電極群３は、図２の左右方向（一方の側面１ｃから他方の側面１ｃに向かう方向）を軸（以下では、捲回軸と呼ぶ）として偏平形状に捲回されており、捲回電極群３の図示上下に一対の湾曲部３０ａ，３０ｂが形成されている。捲回電極群３は、図２に示すように一方の湾曲部３０ｂが底面１ｄ側に、他方の湾曲部３０ａが開口部１ａ側に配置されるように電池缶１内に挿入される。
【００１４】
捲回電極群３の正極箔露出部３４ｃは、正極集電板（集電端子）４４を介して電池蓋６に設けられた正極外部端子１４と電気的に接続されている。また、捲回電極群３の負極箔露出部３２ｃは、負極集電板（集電端子）２４を介して電池蓋６に設けられた負極外部端子１２と電気的に接続されている。これにより、正極集電板４４および負極集電板２４を介して捲回電極群３から外部負荷へ電力が供給され、逆に、正極集電板４４および負極集電板２４を介して捲回電極群３へ外部発電電力が供給され充電される。
【００１５】
正極外部端子１４から正極集電板４４までの構造、および、負極外部端子１２から負極集電板２４までの構造について説明する。正極外部端子１４および負極外部端子１２は、バスバー等に溶接接合される溶接接合部を有している。各々の溶接接合部は、電池蓋６から上方に突出する直方体のブロック形状を有しており、下面が電池蓋６の表面に対向し、上面が所定高さ位置で電池蓋６と平行になる構成を有している。
【００１６】
正極接続部１４ａは、正極外部端子１４の下面から突出し、その先端が電池蓋６の正極側貫通孔４６に挿入可能な円柱形状となっている。正極接続部１４ａは、電池蓋６を貫通すると共に、正極集電板４４の正極集電板基部４１に設けられた貫通孔４３を貫通して、電池缶１の内部側に突出している。その正極接続部１４ａの先端はかしめられ、正極外部端子１４および正極集電板４４が電池蓋６に一体に固定されている。なお、正極外部端子１４と電池蓋６との間にはガスケット５が介在されており、正極集電板４４と電池蓋６との間には絶縁板７が介在されている。
【００１７】
同様に、負極接続部１２ａは、負極外部端子１２の下面から突出し、その先端が電池蓋６の負極側貫通孔２６に挿入可能な円柱形状となっている。負極接続部１２ａは、電池蓋６を貫通すると共に、負極集電板２４の負極集電板基部２１に設けられた貫通孔２３を貫通して、電池缶１の内部側に突出している。その負極接続部１２ａの先端はかしめられ、負極外部端子１２および負極集電板２４が電池蓋６に一体に固定されている。
【００１８】
なお、負極外部端子１２と電池蓋６との間にはガスケット５が介在され、負極集電板２４と電池蓋６との間には絶縁板７が介在されている。ガスケット５および絶縁板７は、正極集電板４４と負極集電板２４、及び、正極外部端子１４と負極外部端子１２を、それぞれ電池蓋６から電気的に絶縁するために設けられている。
【００１９】
正極集電板４４に設けられた矩形板状の正極集電板基部４１は、電池蓋６の下面に対向して配置される。正極集電板基部４１には、電池缶１の幅広面に沿って底面側に向かって延びた正極側接続端部４２が形成されている。正極側接続端部４２は、捲回電極群３の正極箔露出部３４ｃに対向して重ね合わされた状態で接続される。同様に、負極集電板２４に設けられた矩形板状の負極集電板基部２１は、電池蓋６の下面に対向して配置され、電池缶１の幅広面に沿って底面側に向かって延びた負極側接続端部２２が形成されている。負極側接続端部２２は、捲回電極群３の負極箔露出部３２ｃに対向して重ね合わされた状態で接続される。
【００２０】
捲回電極群３の偏平面、すなわち電池缶１の側面１ｂ、１ｃに対向する面には、板状の押圧部材２００ａ，２００ｂが複数配置される。そして、押圧部材２００ａ，２００ｂの上から、捲回電極群３の周囲に、すなわち電池缶１の側面１ｂ、１ｃおよび底面１ｄと対向する面に、絶縁シート２が巻き付けられる。絶縁シート２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から成る。押圧部材２００ａ，２００ｂの詳細については後述する。
【００２１】
捲回電極群３が固定された電池蓋６は、捲回電極群３が電池缶１内に配置されるように開口部１ａに取り付けられ、電池蓋６の周囲がレーザ溶接等により開口部１ａに接合される。そして、電池蓋６の注液口９から電池缶１内に電解液を注入した後、注液栓１１をレーザ溶接により電池蓋６に接合して注液口９を封止し、偏平捲回形二次電池１００を密閉する。
【００２２】
ここで、正極外部端子１４および正極集電板４４の形成素材としては、例えば、アルミニウム合金が挙げられる。一方、負極外部端子１２および負極集電板２４の形成素材としては、例えば、銅合金が挙げられる。また、絶縁板７およびガスケット５の形成素材としては、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が挙げられる。また、電池缶１内に注入される電解液としては、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。
【００２３】
図３は捲回電極群３を示す図である。捲回電極群３は、セパレータ３３、３５を介して積層された負極電極３２および正極電極３４を偏平状に捲回することによって構成されている。セパレータ３３、３５は、正極電極３４と負極電極３２との間を絶縁する役割を有している。捲回電極群３は、最外周の電極が負極電極３２であり、さらにその外側にセパレータ３５が捲回される。負極電極３２の負極合材層３２ｂが塗布された部分の幅寸法（すなわち、捲回電極群３の軸方向寸法）は、正極電極３４の正極合材層３４ｂが塗布された部分の幅寸法よりも大きく設定されている。このように設定することで、正極合材層３４ｂが塗布された部分は、必ず負極合材層３２ｂが塗布された部分に挟まれるように構成されている。
【００２４】
正極電極３４は、正極集電体である正極電極箔の両面に正極活物質合材を有するものであり、正極電極箔の幅方向一方側の端部には、正極活物質合材を塗布しない正極箔露出部３４ｃが設けられている。負極電極３２は、負極集電体である負極電極箔の両面に負極活物質合材を有するものであり、負極電極箔の幅方向他方側の端部には、負極活物質合材を塗布しない負極箔露出部３２ｃが設けられている。正極箔露出部３４ｃおよび負極箔露出部３２ｃは、電極箔の金属面が露出した領域である。正極電極３４および負極電極３２は、正極箔露出部３４ｃと負極箔露出部３２ｃとが捲回軸方向の一方側と他方側の位置に振り分けて配置されるように、捲回される。
【００２５】
正極箔露出部３４ｃは、図２に示すように、湾曲部３０ａと湾曲部３０ｂとの間の平面部分で束ねられて溶接等により互いに接続される。負極箔露出部３２ｃも正極箔露出部３４ｃと同様に、湾曲部３０ａと湾曲部３０ｂとの間の平面部分で束ねられて溶接等により互いに接続される。尚、セパレータ３３、３５の幅方向寸法は負極合材層３２ｂが塗布された部分の幅方向寸法よりも大きく設定されているが、セパレータ３３、３５は、正極箔露出部３４ｃおよび負極箔露出部３２ｃの両端部の金属箔面が露出するように捲回されるため、束ねて溶接する場合の支障にはならない。
【００２６】
負極電極３２に関しては、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−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰという。）を添加、混練した負極合材を作製した。この負極合材を厚さ１０μｍの銅箔（負極電極箔）の両面に溶接部（負極未塗工部）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、銅箔を含まない負極活物質塗布部厚さ７０μｍの負極電極３２を得た。
【００２７】
なお、本実施形態では、負極活物質に非晶質炭素を用いる場合について例示したが、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）、またはそれの複合材料でもよく、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。
【００２８】
一方、正極電極３４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、混練した正極合材を作製した。この正極合材を、厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極電極箔）の両面に溶接部（正極未塗工部）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、アルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部厚さ９０μｍの正極電極３４を得た。
【００２９】
また、本実施形態では、正極活物質にマンガン酸リチウムを用いる場合について例示したが、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウムや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。
【００３０】
さらにまた、本実施形態では、正極電極、負極電極における塗工部の結着材としてＰＶＤＦを用いる場合について例示したが、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、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。また、軸芯としては、例えば、正極箔、負極箔、セパレータのいずれよりも曲げ剛性の高い樹脂シートを捲回して構成したものを用いることができる。
【００３１】
（押圧部材２００ａ，２００ｂの説明）
次いで、押圧部材２００ａ、２００ｂについて説明する。図４は、押圧部材２００ａ、２００ｂの配置を示す図であり、押圧部材２００ａ、２００ｂが設けられた捲回電極群３を示したものである。図４では、偏平な捲回電極群３の一方の面（電池缶１の一方の側面１ｂ）に設けられた４つの押圧部材２００ａ，２００ｂが図示されているが、捲回電極群３の他方の面にも押圧部材２００ａ，２００ｂが同様に設けられている。
【００３２】
図５は、押圧部材２００ａの形状を示す図である。押圧部材２００ｂも押圧部材２００ａと同様の形状を有しており、押圧部材２００ａ，２００ｂのいずれも台形状を成す板状部材で形成されている。本実施の形態では、押圧部材２００ａ，２００ｂは、例えばＰＰ（ポリプロピレン）などの電解液によって侵されない合成樹脂により形成される。図５に示すように、台形状の押圧部材２００ａは、上底２０１側から下底２０２側にかけて厚さが増大している。押圧部材２００ａを側面から見た形状は楔形状となっており、下底２０２側から見た形状は長方形となっている。図５に示す例では、側面形状は直角三角形になっている。
【００３３】
図６は、電池缶１内に収納された捲回電極群３および押圧部材２００ａ，２００ｂを示す断面図であり、捲回軸方向に沿って断面した場合を示す。一方、図７は、捲回軸に直交する方向、すなわち、電池缶１の開口部１ａから底面１ｄに向かう方向に沿って断面した図である。図６，７では、絶縁シート２の図示を省略している。なお、図６，７の捲回電極群３の形状は、充電されて膨張変形する前の状態を示している。
【００３４】
上述したように、捲回電極群３は偏平状に捲回されており、図７に示すように、湾曲部３０ａが電池蓋６側に配置され、湾曲部３０ｂが電池缶１の底面１ｄ側に配置されるように電池缶１内に収納されている。そのため、湾曲部３０ａと湾曲部３０ｂとの間の偏平状部分（ここでは、偏平部３０ｅと呼ぶ）の表面は、電池缶１の幅広の側面１ｂに対向している。
【００３５】
図６に示すように、捲回電極群３の捲回軸方向一方の端においては、負極箔露出部３２ｃが束ねられて互いに接続され、さらに負極集電板２４の負極側接続端部２２が接続されている。一方、他方の端においては、正極箔露出部３４ｃが束ねられて互いに接続され、さらに正極集電板４４の正極側接続端部４２が接続されている。充電されて変形する前の捲回電極群３は、湾曲部３０ａと湾曲部３０ｂとの間の領域、および負極箔露出部３２ｃと正極箔露出部３４ｃとの間の領域における厚さ、すなわち偏平部３０ｅの厚さがほぼ等しい平板状となっている。
【００３６】
しかしながら、前述したように、充電時に、正極活物質からリチウムイオンが放出されて負極活物質にリチウムイオンが挿入された状態になると負極活物質の粒子径が増大し、負極電極の負極活物質合材部の厚みが厚くなる。その結果、図９（ｂ）に示すように、偏平部３０ｅの厚さが増加するように捲回電極群３の形状が変化する。図９は、充電前と充電後の捲回電極群３の形状を示す図であり、押圧部材２００ａ，２００ｂを配置しない場合について示したものである。
【００３７】
図９は、電池缶１を捲回軸方向に断面した図であり、図９（ａ）は充電前を示し、図９（ｂ）は充電により最も変形した場合を示している。充電前の捲回電極群３の偏平部３０ｅは、厚さがほぼ等しい平板状になっている。しかし、充電を行うと、偏平部３０ｅは図９（ｂ）のように変形する。捲回電極群３は、両端において負極箔露出部３２ｃおよび正極箔露出部３４ｃがそれぞれ溶接等により接続されているため、厚さ寸法の増加は偏平部３０ｅの中央部で最も大きく、負極箔露出部３２ｃおよび正極箔露出部３４ｃに近づくほど小さくなっている。そのため、捲回電極群３と電池缶１との間には、断面形状が楔状の隙間が形成される。また、図７に示す捲回軸と直交する方向の断面においても、図９に示す捲回軸方向の断面の場合と同様に、厚さ寸法の増加は偏平部３０ｅの中央部で最も大きく、湾曲部３０ａ，３０ｂに近づくほど小さくなっている。
【００３８】
図９（ｂ）のように、捲回電極群３の中央部分のみが電池缶１と接触している場合には、電池缶１から受ける押圧は電池缶１と接触している中央部分のみとなり、電池性能が十分に発揮されない。
【００３９】
そのため、本実施の形態では、図２，６および７に示すように押圧部材２００ａ，２００ｂを配置することにより、捲回電極群３が充電により変形した場合に、偏平部３０ｅの全面がほぼ均一に押圧されるような構成とした。なお、図６，７に示す例では、押圧部材２００ａ，２００ｂは、捲回電極群３の偏平部３０ｅに貼り付けられている。上述したように、略矩形の偏平部３０ｅにおいて、負極箔露出部３２ｃおよび正極箔露出部３４ｃの部分、および湾曲部３０ａ，３０ｂの部分で厚さ増加が抑えられる。そのため、捲回電極群３が充電により変形すると、偏平部３０ｅの表面形状は角錐台のような形状となる。
【００４０】
そこで、図５に示すように台形状の押圧部材２００ａ，２００ｂの下底２０２側を厚くし、図４に示すように、押圧部材２００ａ，２００ｂの上底２０１が偏平部３０ｅの中央部側に、下底２０２が湾曲部３０ａ，３０ｂ側および負極箔露出部３２ｃおよび正極箔露出部３４ｃ側となるように、配置するようにした。なお、捲回電極群３が充電により膨張変形したときに電池缶１の側面１ｂに当接する中央領域３０ｃには、押圧部材２００ａ，２００ｂは配置されていない。
【００４１】
図８（ａ）は充電の途中の段階における捲回電極群３の形状を示しており、図８（ｂ）は捲回電極群３が最も変形し、偏平部３０ｅの中央部分が電池缶１の側面１ｂに当接している場合を示している。図８（ａ）に示す状態では、偏平部３０ｅの中央部分の厚さが増加しているが、押圧部材２００ａおよび偏平部３０ｅの中央領域３０ｃと電池缶１の側面１ｂとの間には隙間が出来ている。さらに、充電により捲回電極群３が変形して偏平部３０ｅの中央領域３０ｃが側面１ｂに接触すると、押圧部材２００ａ，２００ｂも側面１ｂに接触するようになる。
【００４２】
その結果、電池缶１からの押圧力は、偏平部３０ｅの全領域にほぼ均一に加わることになり、押圧部材２００ａ，２００ｂを使用しない図９の場合と比べ、電池性能の向上を図ることができる。なお、押圧部材２００ａ，２００ｂの厚さを調整することで、捲回電極群３の変形量が最も大きくなる充電状態における押圧力を、調整することができる。
【００４３】
図６〜９による説明では絶縁シート２を省略して説明したが、図６，７の状態では、絶縁シート２は、押圧部材２００ａ，２００ｂが設けられた捲回電極群３を包み込むように捲回電極群３と電池缶１との間に配置され、図８（ｂ）の状態では、押圧部材２００ａ，２００ｂおよび中央領域３０ｃと側面１ｂとの間に挟まれることになる。
【００４４】
なお、上述した例では、押圧部材２００ａ，２００ｂを捲回電極群３の偏平部３０ｅに貼り付けたが、単に偏平部３０ｅと対向するように押圧部材２００ａ，２００ｂを配置して、絶縁シート２でそれらを包み込むようにしても良い。また、押圧部材２００ａ，２００ｂを絶縁シート２側に貼り付けるようにしても良い。上述したように偏平部３０ｅの表面は充電により変形するので、捲回電極群３の変形によって押圧部材２００ａ，２００ｂの貼り付け状態が変化するおそれがある、しかし、絶縁シート２側に貼り付けた場合には、そのような問題を避けることが出来る。さらには、絶縁シート２を設ける代わりに、電池缶１の内周面に絶縁コートを施すようにしても良い。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態の二次電池は、正極箔に正極合材層３４ｂが形成された正極電極３４、セパレータ３３，３５、および負極箔に負極合材層３２ｂが形成された負極電極３２を捲回した偏平な捲回電極群３と、捲回電極群３を収納する略直方体形状の電池缶１と、捲回電極群３の表裏両面と電池缶１との間にそれぞれ配置された第１板状部材および第２板状部材である押圧部材２００ａと、を備える。そして、捲回電極群３は、捲回軸方向の一方の端に形成され、束ねられた正極箔露出部３４ｃが互いに接続されて正極集電板４４が接続される正極集電板接続部（３４ｃ）と、捲回軸方向の他方の端に形成され、束ねられた負極箔露出部３２ｃが互いに接続されて負極集電板２４が接続される負極集電板接続部（３２ｃ）と、捲回軸方向と直交する方向の両端に形成された一対の湾曲部３０ａ，３０ｂと、を有し、充電時において、捲回電極群３の表裏両面の中央領域３０ｃが電池缶内表面に接触し、かつ、中央領域３０ｃよりも外側の周辺領域（偏平部３０ｅの中央領域３０ｃを除く領域）において電池缶１との間に隙間が生じるものであって、押圧部材２００ａは、捲回電極群３の表裏両面において、中央領域３０ｃと正極集電板接続部（３４ｃ）との間の前記周辺領域における隙間を埋め、中央領域３０ｃと負極集電板接続部（３２ｃ）との間の前記周辺領域における隙間を埋める。
【００４６】
捲回電極群３は、捲回軸方向に正極箔露出部３４ｃおよび負極箔露出部３２ｃがあるため、充電により捲回電極群３が膨張変形すると、図９（ｂ）に示すように偏平部３０ｅの中央領域３０ｃ（図８（ａ）参照）が電池缶１の側面１ｂに接触し、中央領域３０ｃの周辺に断面形状が楔形の隙間Ｓが形成される。本実施の形態では、この隙間Ｓを埋めるように押圧部材２００ａを配置することにより、中央領域３０ｃの押圧力および中央領域３０ｃの捲回軸方向の周辺領域における押圧力をほぼ均一にすることができる。
【００４７】
さらに、捲回電極群３の表裏両面において、中央領域３０ｃと一対の湾曲部３０ａ，３０ｂとの間の前記周辺領域における隙間をそれぞれ埋める押圧部材２００ｂをさらに備えることで、押圧力を偏平部３０ｅの表裏面の全面においてほぼ均一にすることができる。
【００４８】
押圧部材２００ａ，２００ｂは、中央領域３０ｃから正極箔露出部３４ｃ、負極箔露出部３２ｃおよび湾曲部３０ａ，３０ｂにかけて厚さが増加するような形状とするのが好ましい。このような形状とすることで、充電変形時に捲回電極群３と電池缶１の側面１ｂとの間に生じる隙間を、適切に埋めることができる。
【００４９】
押圧部材２００ａ，２００ｂの形状は、図５に示すような台形状とし、台形の上底２０１から下底２０２にかけて厚さが増加するようにするのが好ましい。このような形状とすることで、図４に示すように、偏平部３０ｅの中央領域３０ｃを除く領域を覆うように押圧部材２００ａ，２００ｂを配置することが可能となる。その結果、図８（ｂ）のようの充電により捲回電極群３が変形した場合に、押圧部材２００ａ，２００ｂおよび電池缶１の側面１ｂにより、偏平部３０ｅの全面をほぼ均一に押圧することができる。
【００５０】
また、捲回電極群３と電池缶１との間に配置された絶縁シート２を備え、第１、第２，第３および第４の押圧部材２００ａ，２００ｂのそれぞれを、捲回電極群３と絶縁シート２との間に配置するようにしても良い。さらに、絶縁シート２に第１、第２，第３および第４の押圧部材２００ａ，２００ｂを貼り付けることで、押圧部材２００ａ，２００ｂの位置ずれを防止できると共に、電池組立作業性の向上を図ることができる。
【００５１】
上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５２】
１，電池缶、１ｂ、１ｃ：側面、１ｄ：底面、２：絶縁シート、３：捲回電極群、６：電池蓋、２４：負極集電板、３０ａ，３０ｂ：湾曲部、３０ｃ：中央領域、３０ｅ：偏平部、３２：負極電極、３２ｃ：負極箔露出部、３２ｂ：負極合材層、３３，３５：セパレータ、３４：正極電極、３４ｃ：正極箔露出部、３４ｂ：正極合材層、４４：正極集電板、１００：偏平捲回形二次電池、２００ａ，２００ｂ：押圧部材
【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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