(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
角形の電池缶に扁平状の発電要素が収容された角形二次電池であって、
前記発電要素には、該発電要素の外周に絶縁保護フィルムが一周以上巻き付けられており、
前記絶縁保護フィルムは、前記発電要素に巻き付ける巻付長さの調整により、前記発電要素と前記絶縁保護フィルムとの合計厚さが予め設定された設定厚さに調整されており、
前記発電要素は、正極電極と負極電極との間にセパレータを介在させて捲回された捲回電極群を有しており、
前記絶縁保護フィルムは、前記捲回電極群の幅広面と平行な方向でかつ捲回軸方向に直交する方向を巻付中心として巻き付けられており、前記発電要素よりも突出した前記絶縁保護フィルムの幅方向一方側の突出端部を閉じることにより袋状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２】
前記設定厚さは、前記電池缶と前記発電要素との間に形成される前記発電要素の厚さ方向の隙間の間隔を予め設定された設定値とする厚さであることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
【請求項３】
前記絶縁保護フィルムは、前記突出端部を熱溶着と折り畳みの少なくとも一方により封止した封止部を有し、
該封止部は、前記捲回電極群の湾曲部と、前記電池缶との間に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の角形二次電池。
【請求項４】
前記請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の角形二次電池を複数有し、該複数の角形二次電池を前記発電要素の厚さ方向に並べて配置した構成を有することを特徴とするモジュール。
【請求項５】
角形の電池缶に扁平状の発電要素が収容された角形二次電池であって、
前記発電要素は、正極電極と負極電極との間にセパレータを介在させて捲回された捲回電極群を有しており、前記負極電極の捲き終わり端部よりも延出して前記負極電極の外周に巻き付けられる前記セパレータの長さの調整により、前記捲回電極群の厚さが予め設定された設定厚さに調整されており、
前記発電要素には、該発電要素の外周に絶縁保護フィルムが一周以上巻き付けられており、
前記絶縁保護フィルムは、前記捲回電極群の幅広面と平行な方向でかつ捲回軸方向に直交する方向を巻付中心として巻き付けられており、前記発電要素よりも突出した前記絶縁保護フィルムの幅方向一方側の突出端部を閉じることにより袋状に形成されていることを特徴とする角形二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角形二次電池及び該角形二次電池を複数有するモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車等の動力源として、エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池の開発が進められている。車載用途としては体積効率のよい角形二次電池が用いられており、例えば特許文献１には、扁平に捲回した電極群を、捲回軸を横にして深絞りの電池缶に収納した構造が開示されている。この構造では電極群と電池缶内壁との間に絶縁袋が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１-１００５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
扁平状に捲回された電極群が角形の電池缶に収容された角形二次電池では、充電により電極群が膨らんで、電池缶を膨らむ方向に変形させることがある。したがって、複数の電池の間で、電極群の厚さ寸法のばらつき、或いは電池缶の寸法形状のばらつきが大きいと、電極群と電池缶との間の隙間が変動し、電池缶の膨張のばらつきが大きくなる。
【０００５】
例えば、車載用途等では、複数の角形二次電池を電極群の厚さ方向に並べて組み合わせたモジュール（組電池）として使用するので、各角形二次電池の間における電池缶の膨張のばらつきは小さい方が望ましい。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電池缶の膨張のばらつきを低減することができる角形二次電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、角形の電池缶に扁平状の発電要素が収容された角形二次電池であって、発電要素には、発電要素の外周に絶縁保護フィルムが一周以上巻き付けられており、絶縁保護フィルムは、発電要素に巻き付ける巻付長さの調整により、発電要素と絶縁保護フィルムとの合計厚さが予め設定された設定厚さに調整されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の角形二次電池によれば、複数の角形二次電池の間で電池缶の膨張のばらつきを低減して膨張を均一化することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施の形態に係わる角形二次電池の外観斜視図。
【図２】図１に示される角形二次電池の分解斜視図。
【図３】図２に示された捲回電極群の詳細を示し、一部を展開した状態の外観斜視図。
【図４】絶縁保護フィルムの巻付方法を説明する図。
【図５Ａ】絶縁保護フィルムを巻き付けた状態を示す斜視図。
【図５Ｂ】絶縁保護フィルムを3周巻き付けた状態を示す図５ＡのＸ２−Ｘ２線断面矢視図。
【図５Ｃ】絶縁保護フィルムを１周巻き付けた状態を示す図５ＡのＸ２−Ｘ２線断面矢視図。
【図６】絶縁保護フィルムの突出端部を閉じる方法の一例を説明する図。
【図７】図６のＸ３−Ｘ３線断面矢視図。
【図８】絶縁保護フィルムの突出端部を閉じる方法の他の一例を説明する図。
【図９】図８のＸ４−Ｘ４線断面矢視図。
【図１０Ａ】図５Ｂに示した捲回電極群と絶縁保護フィルムを電池缶内に配置した状態を示す断面図。
【図１０Ｂ】図５Ｃで示した捲回電極群と絶縁保護フィルムに電池缶内に配置した状態を示す断面図。
【図１１】第１実施の形態に係わる角形二次電池の他の構成例を説明する断面図。
【図１２】第１実施の形態に係わるモジュールの構成を説明する図。
【図１３】第２実施の形態に係わる角形二次電池の分解斜視図。
【図１４】図１３に示した構成を有する角形二次電池の断面図。
【図１５】図１３に示した構成を有する角形二次電池の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
本発明の角形二次電池は、角形の電池缶に扁平状の発電要素が収容された角形二次電池であって、発電要素には、発電要素の外周に絶縁保護フィルムが一周以上巻き付けられており、絶縁保護フィルムは、発電要素に巻き付ける巻付長さの調整により、発電要素と絶縁保護フィルムとの合計厚さが予め設定された設定厚さに調整された構造を有している。
【００１１】
＜第１実施の形態＞
図１は、第１実施の形態に係わる角形二次電池の外観斜視図、図２は、図１に示される角形二次電池の分解斜視図、図３は、図２に示された捲回電極群の詳細を示し、一部を展開した状態の外観斜視図である。
【００１２】
角形二次電池１は、角形のリチウムイオン二次電池であり、電池容器２内に発電要素３を収容した構成を有している。電池容器２は、開口部１１ａを有する電池缶１１と、電池缶１１の開口部１１ａを閉塞する電池蓋２１とを有する。発電要素３は、正極電極３４と負極電極３２との間にセパレータ３３、３５を介在させて重ね合わせた状態で扁平状に捲回した捲回電極群３１を有している。捲回電極群３１は、その周りに、シート状の絶縁保護フィルム４１が巻き付けられた状態で電池容器２の電池缶１１内に収容されている。
【００１３】
電池缶１１及び電池蓋２１は、共にアルミニウム合金で製作されており、電池蓋２１は、レーザ溶接によって電池缶１１に溶接される。電池容器２は、電池缶１１と電池蓋２１とで直方体形状の扁平角形容器を構成する。電池缶１１は、一対の幅広側面ＰＷと、一対の幅狭側面ＰＮと、底面ＰＢを有している。
【００１４】
電池蓋２１には、絶縁部材を介して正極端子５１と負極端子６１（一対の電極端子）が配設されており、蓋組立体４を構成している。なお、電池蓋２１には、正極端子５１及び負極端子６１の他に、電池容器２内の圧力が所定値よりも上昇すると開放されて電池容器２内のガスを排出するガス排出弁７１と、電池容器２内に電解液を注入するための注液口７２が配置されている。
【００１５】
正極端子５１及び負極端子６１は、電池蓋２１の長手方向一方側と他方側の互いに離れた位置に配置されている。正極端子５１及び負極端子６１は、電池蓋２１の外側に配置される外部端子５２、６２と、電池蓋２１の内側に配置されて外部端子５２、６２に導通接続される接続端子５３、６３を有している。正極側の外部端子５２と接続端子５３は、アルミニウム合金で製作され、負極側の外部端子６２と接続端子６３は、銅合金で製作されている。
【００１６】
接続端子５３、６３と外部端子５２、６２は、それぞれ電池蓋２１との間に図示していない絶縁部材が介在されており、電池蓋２１から電気的に絶縁されている。接続端子５３、６３は、電池蓋２１の内側から電池缶１１の底部に向かって延出して捲回電極群３１に導通接続される集電端子５４、６４を有している。捲回電極群３１は、正極端子５１の集電端子５４と負極端子６１の集電端子６４との間に配置されて支持されている。上記した発電要素３及び蓋組立体４によって、発電要素組立体５が構成されている。
【００１７】
捲回電極群３１は、図３に示すように、セパレータ３３、負極電極３２、セパレータ３５、正極電極３４の順に重ねて扁平状に捲回することによって構成される。捲回電極群３１は、最外周の電極板が負極電極３２であり、さらにその外側にセパレータ３３と３５の少なくとも一方が捲回される。なお、図３に示されるＸ軸方向は、捲回電極群３１の厚み方向を示し、Ｙ軸方向は、捲回電極群３１の幅広面と平行な方向でかつ捲回軸方向に直交する方向を示し、Ｚ軸方向は、捲回電極群３１の幅広面と平行な方向でかつ捲回軸方向と平行な方向を示す。
【００１８】
セパレータ３３、３５は、正極電極３４と負極電極３２の間に介在されて、正極電極３４と負極電極３２の間を絶縁する役割を有している。負極電極３２の負極塗工部３２ａは、正極電極３４の正極塗工部３４ａよりも幅方向に大きく、これにより正極塗工部３４ａは、必ず負極塗工部３２ａに挟まれるように構成されている。
【００１９】
正極未塗工部３４ｂ、負極未塗工部３２ｂは、捲回電極群３１の幅広面の部分で厚さ方向に束ねられて溶接等により各極の集電端子５４、６４に接続される。尚、セパレータ３３、３５は、幅方向で負極塗工部３２ａよりも広いが、正極未塗工部３４ｂ、負極未塗工部３２ｂで端部の金属箔面が露出する位置に捲回されるため、束ねて溶接する場合の支障にはならない。
【００２０】
正極電極３４は、正極集電体である正極金属箔の両面に正極活物質合剤を塗布した正極塗工部３４ａを有し、正極金属箔の幅方向一方側の端部には、正極活物質合剤を塗布しない正極未塗工部（正極金属箔露出部）３４ｂが設けられている。
【００２１】
負極電極３２は、負極集電体である負極金属箔の両面に負極活物質合剤を塗布した負極塗工部３２ａを有し、正極金属箔の幅方向他方側の端部には、負極活物質合剤を塗布しない負極未塗工部（負極金属箔露出部）３２ｂが設けられている。正極未塗工部３４ｂと負極未塗工部３２ｂは、金属箔の金属面が露出した領域であり、図３に示すように、捲回電極群３１の捲回軸方向一方側の端部と他方側の端部に互いに離れて配置される。
【００２２】
負極電極３２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、混練した負極合剤を作製した。この負極合剤を厚さ１０μｍの銅箔（負極金属箔）の両面に集電部（負極未塗工部）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断して銅箔を含まない負極活物質塗布部厚さ７０μｍの負極電極を得た。
【００２３】
なお、本実施の形態では、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。
【００２４】
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、混練した正極合剤を作製した。この正極合剤を厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極金属箔）の両面に無地の集電部（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の正極電極を得た。
【００２５】
また、本実施の形態では、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。
【００２６】
また、本実施の形態では、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。
【００２７】
次に、捲回電極群３１の外周に巻き付けられる絶縁保護フィルム４１の構成について図４から図１１を参照しつつ説明する。なお、絶縁保護フィルム４１は、説明の便宜上、透明な部材として示しているが、透明に限定されるものではなく、不透明であってもよい。また、図５Ｂ、図５Ｃ、図７、図９等の断面図では、捲回電極群３１を構成する正極電極３４と負極電極３２、および正極電極３４と負極電極３２との間に介在しているセパレータ３３、３５は図示せず、捲回電極群３１の外形のみを図示する。
【００２８】
従来のリチウムイオン二次電池は、絶縁性のシートを複雑に折り曲げて箱状に形成し、その中に捲回電極群を収容し、電池缶との絶縁を図っていた。しかしながら、捲回電極群は、正極電極または負極電極の厚みが製造公差内で変動するため、これら正極電極と負極電極を間にセパレータを介して捲回した場合に、形成される捲回電極群の厚さ（幅広面に直交する方向の厚さ）も変化する。従って、電池缶内で捲回電極群の幅広面と、幅広面に対向する電池缶の内壁面との間の隙間が変動し、電池缶の膨張のばらつきが大きかった。
【００２９】
これに対して、本実施の形態の角形二次電池１では、ＰＰ等からなるシート状の絶縁保護フィルム４１を、捲回電極群３１に捲き付けて、電池缶１１の内側寸法（厚さ方向）との関係で所定の厚さにしている。すなわち、本実施の形態の角形二次電池１は、捲回電極群３１の外周に絶縁保護フィルム４１を少なくとも一周以上巻き付けて、その絶縁保護フィルム４１を捲回電極群３１に巻き付ける巻付長さを調整することにより、捲回電極群３１と絶縁保護フィルム４１との合計厚さＤｔ（図５Ｂ、図５Ｃを参照）を予め設定された設定厚さに調整している。
【００３０】
そして、本実施の形態では、電池缶１１は、金型を用いた深絞り加工により成形しているので、電池缶１１の形状寸法のバラつきは極めて少ない。したがって、捲回電極群３１と絶縁保護フィルム４１との合計厚さＤｔを設定厚さに調整することによって、電池缶１１に捲回電極群３１を挿入したときに、電池缶１１の幅広側面ＰＷの内壁面と絶縁保護フィルム４１の外周面と間に形成される捲回電極群３１の厚さ方向の隙間の間隔を、所定の寸法（予め設定された設定値）にすることができる。したがって、充放電により捲回電極群３１が膨張した場合に、複数の角形二次電池１において互いの電池缶１１の膨張のバラつきを低減することができる。
【００３１】
なお、電池缶１１の幅広側面ＰＷの内壁面と絶縁保護フィルム４１の外周面と間の隙間は、捲回電極群３１を電池缶１１に挿入する作業を容易にするためのものであり、電池缶１１の小型化を図るという点からすると、なるべく小さい方が好ましく、絶縁保護フィルム４１の１枚分の厚さよりも小さい方が好ましい。
【００３２】
図５Ａは、絶縁保護フィルムを巻き付けた状態を示す斜視図、図５Ｂは、絶縁保護フィルムを３周巻き付けた状態を示す図５ＡのＸ２−Ｘ２線断面矢視図、図５Ｃは、絶縁保護フィルムを１周巻き付けた状態を示す図５ＡのＸ２−Ｘ２線断面矢視図である。
【００３３】
図５Ｂに示される捲回電極群３１Ａは、厚さＤ１を計測した結果、設計値よりも公差の範囲で薄いことがわかった。したがって、その厚さに応じて絶縁保護フィルム４１の巻付長さを調整して、絶縁保護フィルム４１を３周巻くことにより、絶縁保護フィルム４１と捲回電極群３１Ａとの合計厚さＤｔを設定厚さに調整した。
【００３４】
そして、図５Ｃに示される捲回電極群３１Ｂは、厚さＤ２を計測した結果、設計値よりも公差の範囲で厚いことがわかった。したがって、その厚さに応じて絶縁保護フィルム４１の巻付長さを調整して、絶縁保護フィルム４１を１周巻くことにより、絶縁保護フィルム４１と捲回電極群３１Ｂの合計厚さＤｔを設定厚さに調整した。
【００３５】
なお、絶縁保護フィルム４１は、発電要素組立体５と電池缶１１との絶縁を図る目的も兼ねているため、少なくとも一周以上は巻き付ける必要がある。また、本実施の形態では、絶縁保フィルム４１を３周または１周巻きつける場合を例に説明したが、これに限定されるわけではなく、捲回電極群３１の厚みに応じて巻付長さを調整して周数を変化させ、絶縁保護フィルム４１と捲回電極群３１の合計厚さＤｔを設定厚さに調整することを所望とする。
【００３６】
絶縁保護フィルム４１の装着は、捲回電極群３１の外周に絶縁保護フィルム４１を巻き付けることによって行うことができ、捲回電極群３１に対して位置ずれが防止された状態で装着することができる。したがって、従来と比較して、絶縁保護フィルム４１と捲回電極群３１の合計厚さＤｔを簡単に調整することができる。
【００３７】
絶縁保護フィルム４１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部材からなり、捲回電極群３１の幅広面と平行な方向でかつ捲回軸方向に直交する方向（図４のＹ軸方向）を巻き付け中心として一周以上巻き付けることができる長さと、巻き付けた状態で電池缶１１の底部側に配置される絶縁保護フィルム４１の幅方向一方側の端部（突出端部４２）が、捲回電極群３１よりも電池缶１１の底部側に筒状に突出する幅を有している。
【００３８】
本実施の形態では、捲回電極群３１の幅広面を覆うように捲回電極群３１の外周を接続端子５３、６３ごと数周巻いて覆った後に、絶縁保護フィルム４１の両端部を互いに重ねて固定する重ね代を加味した長さと、電池蓋２１から電池缶１１の底部に配置される捲回電極群３１の曲面部３１ａの位置よりもさらに下方に突出して、封止するための熱溶着又は折り曲げる重ね代を加味した幅に設定されている。絶縁保護フィルムの厚さは、0.01ｍｍから0.50ｍｍが好ましいが、更に、0.05ｍｍから0.10ｍｍがより好ましい。
【００３９】
電池缶１１の幅広側面ＰＷの内壁面と絶縁保護フィルム４１の外周面との隙間は、絶縁保護フィルム４１の１枚分の厚さ以下であることが望ましいが、電池缶１１への挿入の作業性や捲回電極群３１の膨張を考慮して隙間を大きくした所定値にしてもよい。
【００４０】
尚、本実施の形態では、絶縁保護フィルム４１の材料としてPPを使用した場合を例に示したが、これに限定されるものではなく、例えば、PFA（ポリテトラフルオロエチレン）、PPS（ポリフェニレンサルファイド）、PET（ポリエチレンテレフタレート）や、電解液により反応や変質しない素材の合成樹脂であれば用いることができる。
【００４１】
絶縁保護フィルム４１は、電池蓋２１の側面に重ならない程度に近接する位置に絶縁保護フィルム４１の幅方向一方側の端部が配置されるように巻き付けられる。本実施の形態では、絶縁保護フィルムの上端部と電池蓋との間に0.5ｍｍ程度の離間距離が形成されるように巻き付けられている。
【００４２】
絶縁保護フィルム４１は、発電要素組立体５の捲回電極群３１の外周を接続端子５３、６３ごと覆った後に、絶縁保護フィルム４１の互いに重なる部分同士が粘着テープ（図示せず）で固定される。固定方法としては、粘着テープで留める方法の他に、接着剤で留めてもよい。
【００４３】
絶縁保護フィルム４１を巻き付ける方法としては、例えば図４に示すように、捲回電極群３１または接続端子５３、６３の一部を絶縁保護フィルムの端部に密着させて、テンションをかけながら一方向に巻き付けて覆う方法を採ることができる。巻き付ける方向は、図４に示す時計回りに限られず、反時計回りであってもよい。
【００４４】
図６は、絶縁保護フィルムの先端部を閉じる方法の一例を説明する図、図７は、図６のＸ３−Ｘ３線断面矢視図である。
【００４５】
絶縁保護フィルム４１は、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、捲回された状態では、電池缶１１の底部に配置される捲回電極群３１の曲面部３１ａの位置よりも更に下方まで突出端部４２が突出して筒状に開口している。突出端部４２は、図６及び図７に示すように、熱溶着により封止され、互いに合わせて閉じた状態とされ、捲回電極群３１の曲面部３１ａを覆い、捲回電極群を内包する袋状とされる。絶縁保護フィルム４１の熱溶着部（封止部）４３は、図示していない熱溶着機によって挟みこみ加熱することによって形成され、突出端部４２の長さ方向に亘って溶着されている。
【００４６】
尚、絶縁保護フィルム４１の突出端部４２を封止する方法の一例として熱溶着について説明したが、封止する方法は、熱溶着に限定されるものではない。例えば、図８及び図９に示すように、突出端部４２が筒状に開口した状態から突出端部４２の互いに対向する部分を合わせて閉じた状態とし、先端から巻くように折り畳んだ折り畳み部（封止部）４４により封止してもよい。また、熱溶着してから折り曲げて封止してもよく、例えばテープなどを用いて封止してもよい。また、本実施の形態では、突出端部４２の長さ方向に亘って熱溶着する場合を例に説明したが、突出端部４２の一部を部分的に熱溶着してもよい。
【００４７】
しかし、いずれの方法によって突出端部４２を封止しても、封止された突出端部４２は捲回電極群３１の幅広面に重ならないように、捲回電極群３１の曲面部３１ａと電池缶１１との間に位置する必要がある。これにより、捲回電極群３１と絶縁保護フィルム４１との合計厚さＤｔを所定の寸法にすることが可能となる。
【００４８】
上記した角形二次電池１の構成では、捲回電極群３１と絶縁保護フィルム４１との合計厚さＤｔが設定厚さになるように、絶縁保護フィルム４１の巻付長さを調整して周数を変化させているが、例えば、負極電極３２の材料として、充電により膨張する膨張率が高い材料を用いた場合に、充電後の電池厚みを考慮して、電池缶１１と捲回電極群３１との空隙が所定の寸法になるように、絶縁保護フィルム４１の周数を変化させることもできる。
【００４９】
図１０Ａは、図５Ｂに示した捲回電極群と絶縁保護フィルムを電池缶内に配置した状態を示す断面図、図１０Ｂは、図５Ｃで示した捲回電極群と絶縁保護フィルムに電池缶内に配置した状態を示す断面図である。
【００５０】
図１０Ａの角形二次電池１Ａは、設計値よりも公差の範囲で薄い捲回電極群３１Ａを有しており、図１０Ｂの角形二次電池１Ｂは、設計値よりも公差の範囲で厚い捲回電極群３１Ｂを有している。
【００５１】
図１０Ａの角形二次電池１Ａと図１０Ｂの角形二次電池１Ｂのいずれも、捲回電極群３１の厚さに合わせ絶縁保護フィルム４１の巻く周数を変化させており、捲回電極群３１と絶縁保護フィルム４１との合計厚さＤｔが設定厚さとなっているので、電池缶１１と絶縁保護フィルム４１との隙間の間隔Ｄｃは一定である。
【００５２】
図１１は、本実施の形態に係わる角形二次電池の他の構成例を説明する断面図である。図１１では、捲回電極群３１と絶縁保護フィルム４１について、捲回電極群３１が膨張する前の状態を実線で示し、膨張した状態を二点鎖線で示している。
【００５３】
角形二次電池１は、絶縁保護フィルム４１と電池缶１１との間に空間部Ｓを設けている。図１０Ａ、図１０Ｂに示す角形二次電池１の隙間は、絶縁保護フィルム４１が巻き付けられた捲回電極群３１を電池缶１１に挿入するのを容易にする程度の狭いものであるのに対して、図１１に示す角形二次電池１の空隙部Ｓは、充電による捲回電極群３１の膨れを予め考慮した比較的広い間隔を有している。したがって、充電により捲回電極群３１が膨張した場合に、図１１に二点鎖線で示すように、空隙部Ｓ内で膨張して、電池缶１１を膨張変形させる量を少なくすることができる。したがって、充電後の電池の厚みバラつきを小さくすることができる。
【００５４】
次に、上記構成を有する角形二次電池１の製造方法について説明する。
まず、正極電極３４と負極電極３２を、間にセパレータ３３、３５を介在させて重ねあわせ、扁平状に捲回することにより、発電要素３である捲回電極群３１を作製する。次に、電池蓋２１に絶縁部材を介して正極端子５１と負極端子６１を取り付けて蓋組立体４を作製する。そして、蓋組立体４の正極端子５１と負極端子６１に、捲回電極群３１の正極未塗工部３４ｂと負極未塗工部３２ｂを超音波接合して導通接続し、発電要素組立体５を作製する。
【００５５】
それから、絶縁保護フィルム４１を発電要素組立体５の捲回電極群３１に巻き付けて接続端子５３、６３ごと覆う。絶縁保護フィルム４１は、捲回電極群３１の外周に少なくとも一周以上巻き付けられており、その巻付長さを調整して捲回電極群３１と絶縁保護フィルム４１との合計厚さＤｔを設定厚さに調整する。そして、解けないように、絶縁保護フィルム４１の端部を粘着テープで留める。それから、絶縁保護フィルム４１の突出端部４２を、熱溶着して封止し、捲回電極群３１を内包した袋状とする（図６及び図７を参照）。そして、絶縁保護フィルム４１が外周に捲回された状態の捲回電極群３１を電池缶１１の開口部１１ａから挿入して、電池蓋２１と電池缶１１をレーザ溶接により溶接する。そして、電池蓋２１の注液口７２から電池容器２内に電解液を注入して、注液栓７３によって注液口７２を閉塞する。
【００５６】
電解液は、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ＬｉＰＦ６（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。
【００５７】
尚、電解質は、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。
【００５８】
そして、外部端子５２、６２を介して捲回電極群３１から外部負荷に電力が供給され、あるいは、外部端子５２、６２を介して外部発電電力が捲回電極群３１に充電される。
【００５９】
フィルムやシートを連続して覆う技術、および熱溶着により封止する技術は、電池以外でも一般的に広く使われているので、自動化が比較的容易にでき、設備の導入コストを抑えることもできる。さらに、従来のように、絶縁保護シートを複雑に折り曲げる必要がないため、絶縁保護フィルム４１のコストも抑制することができる。
【００６０】
図１２は、本実施の形態に係わる角形二次電池を複数用いたモジュールの構成を説明する図であり、図１２（ａ）は斜視図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の（ｂ）方向矢視図である。
【００６１】
モジュール（組電池）８１は、上記した角形二次電池１を捲回電極群３１の厚さ方向に複数個並べて組み立てた構成を有する。図１２に示す例では、図中左側から右側に向かって＃１〜＃６の６個の角形二次電池１を、正極端子５１と負極端子６１の位置が交互に入れ替わるように並べて組み立てている。互いに隣り合う角形二次電池１の間には、スペーサ１０２が設けられており、これら複数の角形二次電池１が固縛された状態で互いの離間距離を一定に保つとともに冷却媒体を通過させるための冷却通路が形成されている。そして、互いに隣り合う角形二次電池１の正極端子５１、５１の間、及び、負極端子６１、６１の間は、バスバー８２によって電気的に接続されている。
【００６２】
モジュール８１では、各角形二次電池１は、図示していない固縛手段による外部からの圧力によって、厚さが所定の寸法になる。そして、各角形二次電池１は、それぞれ捲回電極群３１の厚さに応じて絶縁保護フィルム４１の巻き周数が変更されている。
【００６３】
本実施の形態では、＃１、＃３〜＃６の角形二次電池１が設計値よりも公差の範囲で薄い捲回電極群３１Ａを有しており、＃２の角形二次電池１のみが設計値よりも交差の範囲で厚い捲回電極群３１Ｂを有している。
【００６４】
＃１〜＃６の角形二次電池１は、それぞれ絶縁保護フィルム４１を捲回電極群３１に巻き付ける巻付長さを調整することにより、捲回電極群３１と絶縁保護フィルム４１との合計厚さＤｔをすべて同一の設定厚さに調整している。したがって、＃１、＃３〜＃６の角形二次電池１と、＃２の角形二次電池１との間で、電池缶１１の膨張のばらつきが大きくなるのを防ぎ、＃１〜＃６のすべての角形二次電池１の間における電池缶１１の膨張のばらつきを低減して膨張を均一化することができる。
【００６５】
したがって、＃１〜＃６の角形二次電池１は、捲回電極群３１と電池缶１１との間の面圧が常に所定の値となり、捲回電極群３１内における正極電極３４の正極金属箔と負極電極３２の負極金属箔との極間距離を常に所定の寸法にすることができる。したがって、＃１〜＃６の角形二次電池１の特性のバラつきを小さくすることができる。
【００６６】
なお、本発明の構成は、上述の実施の形態の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、発電要素３は、捲回電極群３１を有している場合を例に説明したが、捲回電極群３１の代わりに、平板状の正極電極と負極電極との間にセパレータを介して積層した平面形状の電極群を用いてもよい。
【００６７】
＜第２実施の形態＞
図１３は、第２実施の形態に係わる角形二次電池の分解斜視図である。なお、第１実施の形態と同様の構成要素には、同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。
【００６８】
本実施の形態において特徴的なことは、負極電極の捲き終わり端部よりも延出して負極電極の外周に巻き付けられるセパレータ３３の巻付長さを調整することにより、捲回電極群３１１の厚さを予め設定された設定厚さに調整した構成としたことである。
【００６９】
角形二次電池１０１は、図１３に示すように、電池容器２内に発電要素３を収容した構成を有している。発電要素３は、正極電極３４と負極電極３２との間にセパレータ３３、３５を介在させて重ね合わせた状態で扁平状に捲回した捲回電極群３１１を有している。
【００７０】
捲回電極群３１１は、その周りが絶縁保護フィルム４１１に覆われた状態で電池缶１１に収容されている。絶縁保護フィルム４１１は、シート状のフィルムを袋状に折り曲げることによって構成されており、発電要素組立体５の捲回電極群３１１に被せて電池缶１１に挿入することにより、捲回電極群３１１および接続端子５３、６３と、電池缶１１との間に介在される。
【００７１】
図１４および図１５は、図１３に示した構成を有する角形二次電池の断面図である。尚、図１４および図１５では、説明の便宜上、捲回電極群３１１を構成する正極電極３４と負極電極３２、および正極電極３４と負極電極３２との間に介在されているセパレータ３３、３５は図示せず、負極電極３２の捲き終わり端部までの捲回電極群３１１の断面外形と、捲回電極群３１１の最外周の負極電極３２よりも外周に巻き付けられるセパレータ３３のみを図示する。
【００７２】
図１４（ｂ）および図１５（ｂ）に示すように、捲回電極群３１１の負極電極３２の捲き終わり端部までの厚さをＤ３、Ｄ４、捲回電極群３１１の厚さをＤｂ、捲回電極群３１１と絶縁保護フィルム４１１との合計厚さをＤｔ、電池缶１１と絶縁保護フィルム４１１との間に形成される隙間の間隔をＤｃとする。
【００７３】
捲回電極群３１１は、第１実施の形態の捲回電極群３１と同様に、セパレータ３３、負極電極３２、セパレータ３５、正極電極３４の順に重ねて扁平状に捲回することによって構成されている。また、捲回電極群３１１は、捲回電極群３１１と電池缶１１との隙間が常に所定の寸法となるように、負極電極３２の捲き終わり端部よりも延出して最外周の負極電極３２の外側に少なくとも１周以上巻き付けられるセパレータ３３の巻き数を変化させている。
【００７４】
具体的には、捲回電極群３１１の負極電極３２の捲き終わり端部までの厚さＤ３、Ｄ４を計測し、電池缶１１と絶縁保護フィルム４１１との間に形成される隙間の間隔Ｄｃが所定の寸法となるように、負極電極３２の捲き終わり端部よりも延出するセパレータ３３の巻付長さを調整して捲回電極群３１１の厚さＤｂを設定厚さに調整している。
【００７５】
例えば、図１４に示す例では、捲回電極群３１１の厚さＤに基づいて、最外周の負極電極３２の外側に巻き付けられるセパレータ３３の巻付長さを、必須の１周分から、さらに１周分だけ追加して、合計で２周分として巻き付けている。
【００７６】
そして、図１５（ｂ）に示す例では、捲回電極群３１１の厚さＤ４が設計公差内で下限であったので、最外周の負極電極３２の外側に巻き付けられるセパレータ３３の巻付長さを、必須の１周分から、さらに２周分だけ追加して、合計で３周分として巻き付けている。
【００７７】
これにより、図１４および図１５に示す各角形二次電池１０１は、隙間の間隔Ｄｃを互いに一定の大きさにすることができる。したがって、捲回電極群３１１と絶縁保護フィルム４１１との合計厚さＤｔが電池缶１１の内側寸法（厚さ方向）との関係での所定の設定厚さになり、電池缶の膨張のバラつきを低減することができる。
【００７８】
なお、本第２実施の形態では、セパレータ３３の長さを調整して、捲回電極群３１１と絶縁保護フィルム４１１との合計厚さＤｔを所定の設定厚さとしているが、これに限定されるわけではなく、例えばセパレータ３５の長さを調整しても支障が無く、さらにセパレータ３３とセパレータ３５の両方の長さを調整しても支障が無い。
【００７９】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１  リチウムイオン二次電池
２  電池容器
３  発電要素
４  蓋組立体
５  発電要素組立体
１１  電池缶
２１  電池蓋
３１  捲回電極群
４１  絶縁保護フィルム
４２  突出端部
４３  熱溶着部
４４  折り畳み部
５１  正極端子（電極端子）
５２、６２  外部端子
５３、６３  接続端子
５４、６４  集電端子
６１  負極端子（電極端子）
【図１】
0005651614.tif 000002
【図２】
0005651614.tif 000003
【図３】
0005651614.tif 000004
【図４】
0005651614.tif 000005
【図５Ａ】
0005651614.tif 000006
【図５Ｂ】
0005651614.tif 000007
【図５Ｃ】
0005651614.tif 000008
【図６】
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【図７】
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【図８】
0005651614.tif 000011
【図９】
0005651614.tif 000012
【図１０Ａ】
0005651614.tif 000013
【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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