(57)【要約】【課題】捲回電極群への電解液浸透性が良好で、かつ、市場環境における振動や衝撃による正極未塗工部および負極未塗工部の破断を防ぐ角形二次電池の提供。【解決手段】角形二次電池Ｃ１は、正極未塗工部３１ｃの正極側溶接部３１ｄにおける電池缶１の底面２２側の端部７０から正極未塗工部３１ｃの電池缶１の底面２２側の湾曲部５０の頂点７１までの領域、および、負極未塗工部３２ｃの負極側溶接部３２ｄにおける電池缶１の底面２２側の端部７０から負極未塗工部３２ｃの電池缶１の底面２２側の湾曲部５０の頂点７１までの領域に電解液を捲回電極群３の内部に導く貫通孔４０を有する。さらに、貫通孔４０は、電解液の遊離液に浸漬されている。【選択図】図４
2015103420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液と、
正極箔に正極活物質が塗工された正極塗工部と塗工されていない正極未塗工部とを有する正極電極、および、負極箔に負極活物質が塗工された負極塗工部と塗工されていない負極未塗工部とを有する負極電極をセパレータを介在させて扁平形状に捲回した捲回電極群と、
前記捲回電極群を収容する電池缶と、
前記電池缶を封止する電池蓋と、
正極側溶接部を介して、前記正極未塗工部と接続される正極集電体と、
負極側溶接部を介して、前記負極未塗工部と接続される負極集電体とを備え、
前記捲回電極群は、
前記正極未塗工部における前記正極側溶接部と前記正極塗工部との間の領域外、または、
前記負極未塗工部における前記負極側溶接部と前記負極塗工部との間の領域外のいずれかに貫通孔を有し、
前記貫通孔の少なくとも一部は、前記電解液の遊離液に浸漬されている角形二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載の角形二次電池において、
前記貫通孔は、前記正極側溶接部の捲回方向前記電池缶底面側端部から捲回方向前記電池缶底面側の前記捲回電極群の湾曲部の頂点までの領域、前記正極未塗工部における前記正極側溶接部の捲回方向前記電池蓋側端部から捲回方向前記電池蓋側の前記捲回電極群の湾曲部の頂点までの領域、前記負極未塗工部における前記負極側溶接部の捲回方向前記電池缶底面側端部から捲回方向前記電池缶底面側の前記捲回電極群の湾曲部の頂点までの領域、および、前記負極未塗工部における前記負極側溶接部の前記捲回方向前記電池蓋側端部から捲回方向前記電池蓋側の前記捲回電極群の湾曲部の頂点までの領域のいずれかに設けられている角形二次電池。
【請求項３】
請求項１に記載の角形二次電池において、
前記貫通孔は、前記正極未塗工部における前記正極側溶接部の捲回方向前記電池缶底面側端部から捲回方向前記電池缶底面側の前記捲回電極群の湾曲部の頂点までの領域、および、前記負極未塗工部における前記負極側溶接部の捲回方向前記電池缶底面側端部から捲回方向前記電池缶底面側の前記捲回電極群の湾曲部の頂点までの領域のうち、少なくともいずれか一方に設けられる角形二次電池。
【請求項４】
請求項２に記載の角形二次電池において、
前記貫通孔は、前記捲回電極群の前記湾曲部に設けられる角形二次電池。
【請求項５】
請求項３に記載の角形二次電池において、
前記貫通孔は、前記捲回電極群の前記湾曲部の頂部に設けられる角形二次電池。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の角形二次電池において、
前記貫通孔は、複数設けられている角形二次電池。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の角形二次電池において、
前記貫通孔の形状は、丸形又は角形である角形二次電池。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の角形二次電池において、
前記貫通孔は、前記捲回電極群を構成する各層の積層方向に対して平行に設けられている角形二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角形二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池は他の二次電池と比較してエネルギー密度が高いため、昨今では主にデジタルカメラやノート型パソコン、携帯電話などのポータブル機器に多く使用されている。また近年は環境問題に対応すべく、電気自動車用や電力貯蔵用を目的とする、大型のリチウムイオン二次電池の研究開発が活発に行われている。特に、自動車産業界においては、動力源としてモータを用いる方式の電気自動車や内燃機関とモータとの両方を用いるハイブリッド方式の電気自動車の開発が進められており、その一部はすでに実用化されている。
【０００３】
従来のリチウムイオン二次電池として、帯状の正極と負極にセパレータを介して重ねて捲回してなる捲回電極群と、上記捲回電極群と電解液を缶に収容してなる角形二次電池が知られている。この種の角形二次電池において、主に高出力を必要とする車載用等のリチウムイオン二次電池として、捲回電極群の捲回軸方向の両端に正極と負極それぞれの未塗工部を突出させ、その突出させた未塗工部を集電体に接続することで簡便な構成を可能にしている。
【０００４】
リチウムイオン二次電池では、電池反応を進行させるために電解液を注入する。捲回電極群の内部に電解液が浸透して電池反応を起こすが、一般的な捲回電極群は主に捲回軸方向端部から電解液が浸透するため、電解液の浸透に時間がかかるという問題がある。
【０００５】
特許文献１には、正極未塗工部における正極集電体との溶接部と、正極塗工部との間に、複数の貫通孔が捲回方向に沿って形成され、負極未塗工部における負極集電体との溶接部と、負極塗工部との間に、複数の貫通孔が捲回方向に沿って形成された発明が開示されている。特許文献１に記載の発明によれば、貫通孔からも電解液が浸透するため、捲回電極群の電解液の浸透が早くなり、注液作業が短縮されるという効果を奏する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１７１７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の発明では、捲回電極群を保持している集電溶接部に対して捲回軸方向中心側に複数の貫通孔が設けられており、貫通孔によって未塗工部の面積が減少しているために機械的強度が低い。市場環境における振動や衝撃によって電池缶内で捲回電極群が振られる可能性があり、結果として、正極未塗工部または負極未塗工部が破断する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明による角形二次電池は、電解液と、正極箔に正極活物質が塗工された正極塗工部と塗工されていない正極未塗工部とを有する正極電極、および、負極箔に負極活物質が塗工された負極塗工部と塗工されていない負極未塗工部とを有する負極電極をセパレータを介在させて扁平形状に捲回した捲回電極群と、捲回電極群を収容する電池缶と、電池缶を封止する電池蓋と、正極側溶接部を介して、正極未塗工部と接続される正極集電体と、負極側溶接部を介して、負極未塗工部と接続される負極集電体とを備え、捲回電極群は、正極未塗工部における正極側溶接部と正極塗工部との間の領域外、または負極未塗工部における負極側溶接部と負極塗工部との間の領域外のいずれかに貫通孔を有し、貫通孔の少なくとも一部は、電解液の遊離液に浸漬されていることを特徴とする。即ち、貫通孔は、正極側溶接部の捲回方向電池缶底面側端部から捲回方向電池缶底面側の捲回電極群の湾曲部の頂点までの領域、正極未塗工部における正極側溶接部の捲回方向電池蓋側端部から捲回方向電池蓋側の捲回電極群の湾曲部の頂点までの領域、負極未塗工部における負極側溶接部の捲回方向電池缶底面側端部から捲回方向電池缶底面側の捲回電極群の湾曲部の頂点までの領域、および、負極未塗工部における負極側溶接部の捲回方向前記電池蓋側端部から捲回方向電池蓋側の捲回電極群の湾曲部の頂点までの領域のいずれかに設けられている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、市場環境における振動や衝撃による正極未塗工部および負極未塗工部の破断を防ぎつつ、捲回電極群への電解液浸透性が優れた角形二次電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】角形二次電池の外観斜視図。
【図２】角形二次電池の分解斜視図。
【図３】集電体を溶接する前の捲回電極群を示す図。
【図４】貫通孔を設けた第１実施形態の捲回電極群の図。
【図５】貫通孔を設ける工程を示す概略図。
【図６】貫通孔を湾曲部の頂部に設けた第２実施形態の捲回電極群の図。
【図７】捲回電極群未塗工部を一方の外周面からもう一方の外周面まで貫通させるような貫通孔を設けた第３実施形態の捲回電極群の図。
【図８】角形の貫通孔を設けた第４実施形態の捲回電極群の図。
【図９】複数の貫通孔を設けた第５実施形態の捲回電極群の図。
【図１０】貫通孔の設け方の変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
―第１実施形態―
図１は角形二次電池Ｃ１の外観を示す斜視図であり、図２は図１の角形二次電池Ｃ１の構成を示す分解斜視図である。
【００１２】
図１および図２に示すように、角形二次電池Ｃ１は、扁平な直方体形状であって、電池缶１と電池蓋６とからなる電池容器を備えている。電池缶１および電池蓋６の材質は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などである。
【００１３】
図２に示すように、電池缶１には捲回電極群３が収容されている。電池缶１は、一対の幅広面２１ａと一対の幅狭面２１ｂと底面２２とを有し、一端が開口部１ａとして開口された有底箱状に形成されている。捲回電極群３は絶縁保護フィルム２に覆われた状態で電池缶１に収容されている。絶縁保護フィルム２の材質は、ポリプロピレンやポリエチレンテレフタレート等の絶縁性を有する樹脂である。これにより、電池缶１の底面および側面と、捲回電極群３とは電気的に絶縁されている。
【００１４】
図１および図２に示すように、電池蓋６は、矩形平板状であって、電池缶１の開口を塞ぐようにレーザ溶接されている。つまり、電池蓋６は、電池缶１の開口を封止している。電池蓋６には、正極外部端子８Ａおよび負極外部端子８Ｂが配設されている。
【００１５】
正極外部端子８Ａは正極集電体４Ａを介して捲回電極群３の正極側溶接部３１ｄに電気的に接続され、負極外部端子８Ｂは負極集電体４Ｂを介して捲回電極群３の負極側溶接部３２ｄに電気的に接続されている。このため、正極外部端子８Ａおよび負極外部端子８Ｂを介して外部負荷に電力が供給され、あるいは、正極外部端子８Ａおよび負極外部端子８Ｂを介して外部発電電力が捲回電極群３に供給されて充電される。
【００１６】
図２に示すように、電池蓋６には、電池容器内に電解液を注入するための注液口９が穿設されている。注液口９は、電解液注入後に注液栓１１によって封止される。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六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用いることができる。
【００１７】
図１に示すように、電池蓋６の表面には、ガス排出弁１０が凹設されている。ガス排出弁１０は、内圧作用時の応力集中度合が相対的に高くなるように、プレス加工によって電池蓋６を部分的に薄肉化することで形成されている。ガス排出弁１０は、角形二次電池Ｃ１が過充電等の異常により発熱してガスが発生し、電池容器内の圧力が上昇して所定圧力に達したときに開裂して、内部からガスを排出することで電池容器内の圧力を低減させる。
【００１８】
図２に示すように、電池蓋６には、正極外部端子８Ａ、負極外部端子８Ｂ、正極集電体４Ａ、および、負極集電体４Ｂが取り付けられる。正極外部端子８Ａと電池蓋６との間、および、負極外部端子８Ｂと電池蓋６との間のそれぞれには、ガスケット５が配置される。正極集電体４Ａと電池蓋６との間、および、負極集電体４Ｂと電池蓋６との間のそれぞれには、絶縁板７が配置される。
【００１９】
正極外部端子８Ａおよび正極集電体４Ａの材質は、アルミニウム系金属、すなわちアルミニウムまたはアルミニウム合金である。正極外部端子８Ａは、直方体形状の外部端子部と、外部端子部の電池蓋６側の面から電池蓋６側に向かって突出する突部とを有している。突部は、ガスケット５の貫通孔、電池蓋６の正極側貫通孔６Ａ、絶縁板７の貫通孔、および、正極集電体４Ａの正極集電体基部４１Ａの正極側開口孔４３Ａに挿通され、先端が電池容器内において正極集電体４Ａの正極集電体基部４１Ａにかしめられて正極接続部１２Ａが形成される。正極接続部１２Ａと正極集電体基部４１Ａとは、かしめ固定された後、レーザによりスポット溶接される。これにより、正極外部端子８Ａと正極集電体４Ａとが電気的に接続されるとともに、正極外部端子８Ａおよび正極集電体４Ａのそれぞれが電池蓋６に固定される。
【００２０】
負極外部端子８Ｂおよび負極集電体４Ｂの材質は、銅系金属、すなわち銅や銅合金である。負極外部端子８Ｂは、直方体形状の外部端子部と、外部端子部の電池蓋６側の面から電池蓋６側に向かって突出する突部とを有している。突部は、ガスケット５の貫通孔、電池蓋６の正極側貫通孔６Ａ、絶縁板７の貫通孔、および、負極集電体４Ｂの負極集電体基部４１Ｂの負極側開口孔４３Ｂに挿通され、先端が電池容器内において負極集電体４Ｂの負極集電体基部４１Ｂにかしめられて負極接続部１２Ｂが形成される。負極接続部１２Ｂと負極集電体基部４１Ｂとは、かしめ固定された後、レーザによりスポット溶接される。これにより、負極外部端子８Ｂと負極集電体４Ｂとが電気的に接続されるとともに、負極外部端子８Ｂおよび負極集電体４Ｂのそれぞれが電池蓋６に固定される。
【００２１】
ガスケット５および絶縁板７の材質は、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である。正極外部端子８Ａおよび負極外部端子８Ｂのそれぞれと、電池蓋６との間にはガスケット５が配置される。このため、正極外部端子８Ａおよび負極外部端子８Ｂのそれぞれと、電池蓋６とは電気的に絶縁される。正極集電体４Ａの正極集電体基部４１Ａおよび負極集電体４Ｂの負極集電体基部４１Ｂのそれぞれと、電池蓋６との間には、絶縁板７が配置される。このため、正極集電体４Ａおよび負極集電体４Ｂのそれぞれと、電池蓋６とは電気的に絶縁される。
【００２２】
図２に示すように、正極集電体４Ａは、電池蓋６の内面に沿って配置される矩形平板状の正極集電体基部４１Ａと、正極集電体基部４１Ａの長辺側部から略直角に曲がって、電池缶１の幅広面２１ａに沿いながら電池缶１の底面２２に向かって延在する正極側平板部４４Ａと、正極側平板部４４Ａの下端に設けた正極側連結部４５Ａにより接続される正極側接続端部４２Ａとを備えている。正極側接続端部４２Ａは、捲回電極群３の正極側溶接部３１ｄに超音波溶接される部分である。
【００２３】
同様に、負極集電体４Ｂは、電池蓋６の内面に沿って配置される矩形平板状の負極集電体基部４１Ｂと、負極集電体基部４１Ｂの長辺側部から略直角に曲がって、電池缶１の幅広面２１ａに沿いながら電池缶１の底面２２に向かって延在する負極側平板部４４Ｂと、負極側平板部４４Ｂの下端に設けた負極側連結部４５Ｂにより接続される負極側接続端部４２Ｂとを備えている。負極側接続端部４２Ｂは、捲回電極群３の負極側溶接部３２ｄに超音波溶接される部分である。
【００２４】
図３（ａ）は、正極未塗工部３１ｃに正極集電体４Ａが溶接される前で、かつ、負極未塗工部３２ｃに負極集電体４Ｂが溶接される前の捲回電極群３の巻き終わり側を展開した状態を示す分解斜視図である。捲回電極群３は、負極電極３２と正極電極３１の間にセパレータ３３を介して扁平状に捲回することによって構成されている。捲回するための軸芯としては、正極箔３１ａ、負極箔３２ａ、セパレータ３３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などを用いることができる。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３３が捲回される。セパレータ３３は、正極電極３１と負極電極３２との間を絶縁する役割を有している。正極未塗工部３１ｃと負極未塗工部３２ｃは、電極箔の金属面が露出した領域である。捲回電極群３において、正極未塗工部３１ｃは捲回軸方向の一方側に配置され、また、負極未塗工部３２ｃは、捲回軸方向の他方側に配置されるように捲回される。
【００２５】
ここで、捲回方向について述べる。捲回方向は、捲回軸方向と用語が似ているが、概念は異なる。図３（ａ）に示すように、捲回軸方向が捲回電極群の捲回軸と平行な方向であるのに対し、捲回方向とは、捲回電極群が捲回される方向を意味する。
【００２６】
正極電極３１を作製するために、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重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）とを添加し、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、混練した正極合剤を作製した。厚さ２０μｍのアルミニウム箔よりなる正極箔３１ａの両面に、この正極合剤を塗工して正極合剤塗工部３１ｂを設けた。その際、正極箔３１ａの幅方向の一方の端部の両面には、正極合剤を塗工しないことで正極未塗工部３１ｃを設けた。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、正極電極３１を得た。なお、正極箔３１ａの厚さを差し引いた正極合剤塗工部３１ｂの厚さは、９０μｍであった。
【００２７】
負極電極３２を作製するために、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ＰＶＤＦを添加し、これに分散溶媒としてＮＭＰを添加、混練した負極合剤を作製した。厚さ１０μｍの銅箔よりなる負極箔３２ａの両面にこの負極合剤を塗工して負極合剤塗工部３２ｂを設けた。その際、負極箔３２ａの幅方向の一方の端部の両面には、負極合剤を塗工しないことで負極未塗工部３２ｃを設けた。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、負極電極３２を得た。なお、負極箔３２ａの厚さを差し引いた負極合剤塗工部３２ｂの厚さは、７０μｍであった。
【００２８】
負極合剤塗工部３２ｂは正極合剤塗工部３１ｂよりも幅方向において大きく、正極合剤塗工部３１ｂは、捲回電極群３において負極合剤塗工部３２ｂから捲回軸方向にはみ出さないように配置されている。正極未塗工部３１ｃ、負極未塗工部３２ｃは、それぞれ束ねられて溶接により正極集電体４Ａ、負極集電体４Ｂにそれぞれ接続される。なお、セパレータ３３は、負極合剤塗工部３２ｂよりも幅方向において大きい。しかし、捲回電極群３における正極未塗工部３１ｃと負極未塗工部３２ｃはセパレータ３３よりも捲回軸方向外側に向けて突出して配置されているため、セパレータ３３は正極未塗工部３１ｃと負極未塗工部３２ｃが溶接する場合の支障にはならない。
【００２９】
図３（ｂ）は、正極未塗工部３１ｃに正極集電体４Ａが溶接される前で、かつ、負極未塗工部３２ｃに負極集電体４Ｂが溶接される前の捲回電極群３を捲回軸方向から見た図である。本明細書において、湾曲部とは、図示上方と図示下方に設けた点線で囲んだ領域５０、すなわち捲回電極群３の湾曲している両端の領域５０を指し、以降、湾曲部５０と呼ぶ。正極未塗工部３１ｃの溶接後と負極未塗工部３２ｃの溶接後のことも考慮して湾曲部５０を定義すると、「正極合剤塗工部３１ｂと、負極合剤塗工部３２ｂと、セパレータ３３とで構成される捲回電極群３の捲回軸方向中央部の湾曲している領域、および、当該領域から捲回軸方向に延設された正極未塗工部３１ｃと負極未塗工部３２ｃの領域」となる。このような定義としているのは、正極未塗工部３１ｃや負極未塗工部３２ｃは、図３（ｂ）の図示中央に示す正極未塗工部３１や負極未塗工部３２ｃの中央部５１付近が束ねられて溶接され変形するため、正極未塗工部３１ｃや負極未塗工部３２ｃを基準とするのは好ましくないからである。なお、湾曲部５０の図示上下方向の端部を頂点７１と呼ぶ。
【００３０】
図４（ａ）は、第１実施形態の捲回電極群３の正面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図は、図４（ｂ）と同様なので省略する。すなわち、捲回電極群３の負極未塗工部３２ｃに設けられた貫通孔４０についての説明は、捲回電極群３の正極未塗工部３１ｃに設けられた貫通孔４０についての説明と同様であるので省略する。
【００３１】
図４（ａ）に示すように、第１実施形態の捲回電極群３においては、負極未塗工部３２ｃの負極側溶接部３２ｄにおける電池缶１の底面２２側の端部７０から負極未塗工部３２ｃの電池缶１の底面２２側の湾曲部５０の頂点７１までの領域に、電解液を捲回電極群３の内部に導くための通路として丸形の貫通孔４０が設けられている。貫通孔４０は、捲回電極群による負荷を受けにくい位置に設けられているが、より影響を少なくするには、負極未塗工部３２ｃの負極側溶接部３２ｄにおける電池缶１の捲回方向底面２２側の端部７０から、負極未塗工部３２ｃの電池缶１の捲回方向底面２２側の湾曲部５０の頂点７１までの領域に貫通孔４０を設ければよい。捲回方向底面２２側とすることで、負極側溶接部３２ｄの捲回軸方向端部７２から負極側溶接部３２ｄの捲回軸方向端部７３の領域という限定が追加される。なお、正極未塗工部３１ｃに設けられた貫通孔４０においても、負極側と同様に設けられる。すなわち、正極未塗工部３１ｃの正極側溶接部３１ｄにおける電池缶１の底面２２側の端部７０から正極未塗工部３１ｃの電池缶１の底面２２側の湾曲部５０の頂点７１までの領域に貫通孔４０が設けられる。
【００３２】
図４（ｂ）に示すように、貫通孔４０は捲回電極群３の正極未塗工部３１ｃの外周側表面から内周側表面まで貫通して設けられている。したがって、貫通孔４０は、電池缶１の幅広面２１ａと対向する捲回電極群３の２面ある外周面のうち、一方だけが開口することになる。このように外周面を開口することで、電解液を捲回電極群３の内部に導くことができる。
【００３３】
角形二次電池Ｃ１は、一般的には、電池缶１の底面２２が重力方向と垂直になるように、すなわち、いわゆる縦置きで載置される。よって、電解液の遊離液が電池缶１の底面２２側に溜まることになるので、電池缶１の底面２２側に貫通孔４０を設けたほうが、電池缶１の底部に溜まった電解液、すなわち、遊離液に浸漬されやすくなる。
【００３４】
図５（ａ）は、貫通孔４０を設ける工程を示す概略図である。図５（ｂ）は、貫通孔４０を設けた後でプレス成形をする前の捲回電極群３を示している。捲回電極群３は、セパレータ３３を介して負極電極３２と正極電極３１とを扁平状に捲回することによって作製される。貫通孔４０は、捲回工程後でかつプレス成形前に設けられる。図５（ａ）に示すように、捲回工程後、プレス成形前の捲回電極群３に対し、通路加工用パンチ６１および通路加工用治具６２を用いて正極箔３１ａおよび負極箔３２ａに貫通孔４０を設ける。そして、図５（ｂ）に示すように、正極未塗工部３１ｃおよび負極未塗工部３２ｃに設けた貫通孔４０が上述の領域に位置するようにするために、捲回軸を回転軸とした回転により捲回電極群３を回転させることで貫通孔４０の位置を調整した後に、捲回電極群３をプレス成形する。
【００３５】
特許文献１に記載の発明のような電極を捲回する前に孔を設ける場合では電極の捲回の際に貫通孔を構成するための位置合わせが必要である。しかし、本発明の第１実施形態の貫通孔４０は電極を捲回した後に設けるため、上述の位置合わせが必要なく、容易に正極未塗工部３１ｃに貫通孔４０を設けることができる。
【００３６】
正極未塗工部３１ｃ、負極未塗工部３２ｃは、図３（ｂ）で示した中央部５１で束ねられて溶接により、正極集電体４Ａ、負極集電体４Ｂと接続される。この時、溶接位置と、貫通孔４０が設けられた箇所は干渉しないようにすることが好ましい。溶接方法としては、超音波溶接、抵抗溶接を用いることができる。集電体の材質による影響を考慮すると超音波溶接が好ましい。
【００３７】
貫通孔４０を設け、正極未塗工部３１ｃおよび負極未塗工部３２ｃを溶接した後、捲回電極群３は貫通孔４０を電池缶１の底に向けた状態で電池缶１に挿入する。捲回電極群３は構成する正極電極３１、負極電極３２、および、セパレータ３３のそれぞれに空孔を有しており、この空孔に電解液が含浸することで電池特性を発揮する。したがって電解液の量は捲回電極群３の空孔体積以上の電解液量を注液することが好ましい。しかし、軽量化の観点から、電池缶１の容積をすべて満たす量の電解液を入れないことが好ましい。
【００３８】
第１実施形態に示した角形二次電池Ｃ１によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）角形二次電池Ｃ１においては、正極未塗工部３１ｃの正極側溶接部３１ｄにおける電池缶１の底面２２側の端部７０から正極未塗工部３１ｃの電池缶１の底面２２側の湾曲部５０の頂点７１までの領域、および、負極未塗工部３２ｃの負極側溶接部３２ｄにおける電池缶１の底面２２側の端部７０から負極未塗工部３２ｃの電池缶１の底面２２側の湾曲部５０の頂点７１までの領域に、電解液を捲回電極群３の内部に導くための通路として丸形の貫通孔４０が設けられている。
これにより、正極溶接部および負極溶接部に対し捲回軸方向に貫通孔がないため、未塗工部の機械的強度を維持し、振動や衝撃による正極未塗工部および負極未塗工部の破断を抑制することができる。
【００３９】
（２）貫通孔４０は、電池缶１の底面２２側に設けられ、さらに捲回電極群３の外周面側が開口しているため、電解液の遊離液に貫通孔４０が浸漬されやすくなる。それによって、捲回電極群３の内部に電解液を導きやすくなり、さらには、捲回電極群３の電解液の交換が容易に行われる。
【００４０】
第１実施形態に示した貫通孔４０の別形態として、以下に示す第２実施形態〜第５実施形態の貫通孔４０について説明する。第１実施形態と同様の説明箇所は省略する。
【００４１】
―第２実施形態―
図６（ａ）は、貫通孔４０を捲回電極群３の正極未塗工部３１ｃおよび負極未塗工部３２ｃの湾曲部５０の頂部に設けた捲回電極群３の正面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図は、図６（ｂ）と同様なので省略する。すなわち、捲回電極群３の負極未塗工部３２ｃに設けられた貫通孔４０についての説明は、捲回電極群３の正極未塗工部３１ｃに設けられた貫通孔４０についての説明と同様であるので省略する。
【００４２】
第１実施形態では、正極未塗工部３１ｃの正極側溶接部３１ｄにおける電池缶１の底面２２側の端部７０から正極未塗工部３１ｃの電池缶１の底面２２側の湾曲部５０の頂点７１までの領域、および、負極未塗工部３２ｃの負極側溶接部３２ｄにおける電池缶１の底面２２側の端部７０から負極未塗工部３２ｃの電池缶１の底面２２側の湾曲部５０の頂点７１までの領域に、貫通孔４０を設けた。第２実施形態では、そのうちの湾曲部５０の頂部に設けた。これにより、貫通孔４０が電解液の遊離液により浸漬しやすくなり、捲回電極群３に電解液がより浸透しやすくなる。
【００４３】
―第３実施形態―
図７（ａ）は、捲回電極群３の正極未塗工部３１ｃおよび負極未塗工部３２ｃにおいて一方の外周面から他方の外周面まで貫通するような貫通孔４０を設けた捲回電極群の正面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、図７（ａ）のＢ−Ｂ断面図は、図７（ｂ）と同様なので省略する。すなわち、捲回電極群３の負極未塗工部３２ｃに設けられた貫通孔４０についての説明は、捲回電極群３の正極未塗工部３１ｃに設けられた貫通孔４０についての説明と同様であるので省略する。
【００４４】
第１実施形態では、電池缶１の幅広面２１ａと対向する捲回電極群３の２面ある外周面のうち、一方だけが開口するように貫通孔４０を設けた（図４（ｂ））。第３実施形態では、図７（ｂ）に示すように、一方の外周面から他方の外周面まで貫通するように、貫通孔４０を設けた。これにより、第１実施形態よりも捲回電極群３の内部に電解液が浸透しやすくなる。
【００４５】
―第４実施形態―
図８は角形の貫通孔４０を設けた捲回電極群３の正面図である。第１実施形態の貫通孔４０の形状は、丸形であった。本実施形態の貫通孔４０の形状は、角形である。角形は、丸形に比べて、角形の四隅分だけ、正極未塗工部３１ｃおよび負極未塗工部３２ｃに大きな通路を設けることができるので、その分だけ電解液が捲回電極群３内部に浸透しやすくなる。角形の貫通孔４０は、角形の孔加工用パンチ６１により設けることができる。
【００４６】
―第５実施形態―
図９は複数の貫通孔４０を設けた捲回電極群３の正面図である。第１実施形態では、正極未塗工部３１ｃと負極未塗工部３２ｃのそれぞれに１つずつ貫通孔４０を設けた。本実施形態では、それぞれの未塗工部に対して複数の貫通孔４０を設けるようにした。これにより、第１実施形態と比較して、通路の断面積の総面積が同じ場合、大きな貫通孔を１つ設けるよりも小さな貫通孔を複数設ける方が機械的強度を保つことができる。また、貫通孔４０の内周面の面積が増えるため、電解液が捲回電極群３の内部により浸透しやすくなる。電解液が浸透し、かつ加工が可能な孔径は１ｍｍが好ましく、また孔間隔は、未塗工部の強度を考慮すると孔径の２倍以上が好ましい。捲回電極群よりセパレータから突出した正極未塗工部の幅または負極未塗工部の幅が６ｍｍであり、貫通孔４０の位置はセパレータより２ｍｍの位置であれば、加工時にセパレータを巻き込むことはない。溶接部端部から湾曲部の頂点までの長さが２０ｍｍであるので、貫通孔４０を捲回軸方向に対し同位置かつ捲回方向に複数形成する場合は一つの未塗工部に対して２〜３か所、捲回軸方向に対し位置をずらしかつ捲回方向に複数形成する場合は５〜７か所が好ましい。捲回方向に対し同位置かつ捲回軸方向に複数の貫通孔を設ける場合、捲回軸方向外側の孔から浸透した電解液が内側の孔で排出されるため、貫通孔を増やしても電解液浸透の効果は期待できない。また複数の貫通孔は、プレス成形すると湾曲部の頂点を中心に内周側は外周側よりも溶接部に近くなることも考慮する必要がある。このため貫通孔４０を８か所以上設ける場合、孔間隔が狭くなることによる機械的強度の低下や、貫通孔が溶接部に干渉する可能性がある。
【００４７】
―貫通孔４０の設け方の変形例―
図１０は、貫通孔４０の設け方の変形例を示す図である。第１実施形態では、捲回電極群３をプレス成形して扁平させる前に貫通孔４０を設けたのに対して、本変形例では、捲回電極群３をプレス成形して扁平させた後に貫通孔４０を設けた。これにより、プレス成形時の孔の位置ずれを防ぐことができる。図７に示す第３実施形態の貫通孔４０は、本変形例を適用したほうが容易に貫通孔４０を設けることができる。
【００４８】
―その他の変形例―
その他、本発明においては以下に示すような変形を施してもよい。
【００４９】
第１、第３〜第５実施形態において、正極未塗工部３１ｃの正極側溶接部３１ｄにおける電池缶１の底面２２側の端部７０から正極未塗工部３１ｃの電池缶１の底面２２側の湾曲部５０の頂点７１までの領域、および、負極未塗工部３２ｃの負極側溶接部３２ｄにおける電池缶１の底面２２側の端部７０から負極未塗工部３２ｃの電池缶１の底面２２側の湾曲部５０の頂点７１までの領域に貫通孔４０を設けるようにしたが、その中でも湾曲部５０に設けるほうが好ましい。このようにすることで、貫通孔４０が電解液の遊離液により浸漬されやすくなる。
【００５０】
貫通孔４０が形成される角度は、未塗工部外周側表面に対して垂直、すなわち、捲回電極群３を構成する未塗工部の各層の積層方向に対して平行であることが好ましいが、これに限られるものではない。未塗工部表面に対して、貫通孔４０を垂直に設けることで、容易に効率よく設けることができる。これに対して、貫通孔４０を未塗工部表面に対して角度をつけて設けることで、垂直に設けた場合と比較して、貫通孔４０の内周面の表面積が増えるため、電解液との接触面積が増え、電解液浸透効率が高まる。
【００５１】
貫通孔４０の大きさは、電解液の遊離液を通しやすくする観点から未塗工部の幅の範囲でなるべく大きいことが好ましい。ただし、貫通孔４０が電解液の遊離液が流れる通路が十分に確保されているならば、貫通孔４０は小さくても構わない。
【００５２】
貫通孔４０は、正極集電体４Ａまたは負極集電体４Ｂの下端よりも電池缶１の底側に設けられることが好ましい。その理由は２つある。１つ目の理由は、正極集電体４Ａ、負極集電体４Ｂと貫通孔４０との接近を避けるためである。正極集電体４Ａ、負極集電体４Ｂは、それぞれ正極未塗工部３１ｃ、負極未塗工部３２ｃにおける電池缶１の底−電池蓋６方向中央部付近に設けられる。正極未塗工部３１ｃおよび負極未塗工部３２ｃの電池缶１の底−電池蓋６方向における中央（図３（ｂ）の中央部５１）付近に、貫通孔４０が設けられた場合、貫通孔４０の上に正極集電体４Ａまたは負極集電体４Ｂを溶接することになるため、溶接強度が下がる可能性があるからである。２つ目は、電解液の遊離液が電池缶１の底側にたまるため、貫通孔４０が電解液の遊離液に浸漬しやすくなるためである。貫通孔４０を電池缶１の底側に設けることで、貫通孔４０と正極集電体４Ａまたは負極集電体４Ｂとの干渉を避けることができるため、溶接強度の低下や金属箔の破断などを防ぎ、安定的に溶接できるようになり、さらに、電解液の遊離液に浸漬しやすくなる。
【００５３】
貫通孔４０は、正極未塗工部３１ｃ、負極未塗工部３２ｃの捲回軸方向中央部に設けられていることが好ましい。図３（ａ）から分かるように、貫通孔４０が、正極未塗工部３１ｃと正極合剤塗工部３１ｂとの境界付近、または、負極未塗工部３２ｃと負極合剤塗工部３２ｂとの境界付近に設けられると、セパレータ３３と貫通孔４０とが干渉する可能性がある。
【００５４】
角形二次電池Ｃ１は、一般的には、電池缶１の底面２２が重力方向と垂直になるように、すなわち、いわゆる縦置きで載置される。そのため、以上の実施形態で示したように、電池缶１の底面２２側に貫通孔４０を設けるのが好ましいと考えられる。しかし、貫通孔４０が電解液の遊離液に浸漬されるならば、正極未塗工部３１ｃにおける溶接部以外の領域、および、負極未塗工部３２ｃにおける溶接部以外の領域の電池蓋６側に貫通孔４０を設けてもよい。このようなことが可能な例としては、例えば、角形二次電池Ｃ１の幅広面２１ａが重力方向に垂直になるように、角形二次電池Ｃ１が載置されること、すなわち、角形二次電池Ｃ１がいわゆる横置きで載置されることなどが考えられる。
【００５５】
正極未塗工部３１ｃにおける溶接部以外の領域、および、負極未塗工部３２ｃにおける溶接部以外の領域のいずれか一方だけに貫通孔４０を設けてもよい。正極未塗工部３１ｃにおける溶接部以外の領域、および、負極未塗工部３２ｃにおける溶接部以外の領域のいずれにも貫通孔４０を設けない捲回電極群３よりは、電解液が浸透するからである。
【００５６】
正極活物質として、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また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る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。
【００５７】
負極活物質として、リチウムイオンを挿入したり脱離したりすることが可能な天然黒鉛や、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、それらの複合材料を用いることができる。それらの粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されない。
【００５８】
正極電極および負極電極における塗工部の結着材として、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。
【符号の説明】
【００５９】
Ｃ１：角形二次電池、  １：電池缶、  １a： 開口部、  ２：絶縁保護フィルム、
３：捲回電極群、  ４Ａ：正極集電体、  ４Ｂ：負極集電体、  ５：ガスケット、
６：電池蓋、  ６Ａ：正極側貫通孔、  ６Ｂ：負極側貫通孔、  ７：絶縁板、
８Ａ：正極外部端子、  ８Ｂ：負極外部端子、  ９：注液口、  １０：ガス排出弁、
１１：注液栓、  １２Ａ：正極接続部、  １２Ｂ：負極接続部、  ２１ａ：幅広面、
２１ｂ：幅狭面、  ２２：底面、  ３１：正極電極、  ３１ａ：正極箔、
３１ｂ：正極合剤塗工部、  ３１ｃ：正極未塗工部、  ３１ｄ：正極側溶接部、
３２：負極電極、  ３２ａ：負極箔、  ３２ｂ：負極合剤塗工部、
３２ｃ：負極未塗工部、  ３２ｄ：負極側溶接部、  ３３：セパレータ、
４０：貫通孔、  ５０：湾曲部、５１：中央部、  ６１：通路加工用パンチ、
６２：通路加工用治具、  ７１：頂点
【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】
2015103420.tif 000009
【図８】
2015103420.tif 000010
【図９】
2015103420.tif 000011
【図１０】
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