(57)【要約】【課題】電極体の捲回後に電極体の面圧を調整することができる密閉型電池及びその製造方法を提供すること。【解決手段】電極体１１が電池容器１２に収容されて構成される電池１０において、電極体１１は、帯状の正極板及び負極板が帯状のセパレータを介し渦巻状に捲回され、その中心部に軸芯２２が設けられたものであり、軸芯２２は、密閉可能な中空部２５を備えるとともに、ゴム材料で形成されており、軸芯２２の中空部２５内に、電極体１１の面圧を所望の圧力とする流体が充填されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極体がケースに収容されて構成される密閉型電池において、
前記電極体は、帯状の正極板及び負極板が帯状のセパレータを介し渦巻状に捲回され、その中心部に軸芯が設けられたものであり、
前記軸芯は、密閉可能な中空部を備えるとともに、ゴム材料で形成されており、
前記軸芯の中空部内に、前記電極体の面圧を所望の圧力とする流体が充填されている
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
請求項１に記載する密閉型電池において、
前記中空部の充填口に、前記流体が前記中空部から外部へ逆流することを防止する逆止弁が設けられている
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する密閉型電池において、
前記流体は、除湿した不活性ガスである
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項４】
請求項１から請求項３に記載するいずれか１つの密閉型電池において、
前記中空部に、消火剤が封入されている
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項５】
請求項１から請求項４に記載するいずれか１つの密閉型電池において、
前記中空部の充填口先端が前記ケースの外部に配置されている
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項６】
請求項１から請求項５に記載するいずれか１つの密閉型電池において、
前記電極体が角型扁平形状をなし、角状ケースに収容された角形電池である
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項７】
請求項１から請求項５に記載するいずれか１つの密閉型電池において、
前記電極体が円筒型をなし、円筒状ケースに収容された円筒形電池である
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項８】
電極体がケースに収容されて構成される密閉型電池の製造方法において、
ゴム材料で形成され、密閉可能な中空部を備える軸芯を中心部に設けるとともに、帯状の正極板及び負極板が帯状のセパレータを介して渦巻状に捲回することにより、前記電極体を作製する電極体作製工程と、
前記軸芯の中空部内に、流体を充填して前記電極体の面圧を所望の圧力とする面圧調整工程と、
を含むことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、捲回電極体がケースに収容されて構成される密閉型電池及びその製造方法に関する。より詳細には、軸芯を備える電極体を有する密閉型電池及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ポータブル機器や携帯機器などの電源として、また、電気自動車やハイブリッドカーなどの電源として、様々な二次電池が提案されている。このような二次電池には、電解液と、帯状の正極板及び負極板を帯状のセパレータを介して渦巻状に捲回した電極体とを有するものがある。そして、電極体には、円筒形電池に使用される円筒形状のものと、角形電池に使用される角型扁平形状のものとがある。
【０００３】
これらの電極体において、電極間距離を適正に保つためには、電極体に対し適切な面圧を与える必要がある。電極間距離が適正に保たれなければ、電極反応が均一に生じないため、電池の性能が低下するばかりでなく、電池の劣化が早くなり耐久性が低下してしまうからである。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１に記載の技術では、電極群（電極体）の軸芯を弾性体で形成し、その軸芯によって電極群の軸芯側における面圧を制御して、電極群の面圧のバラツキをなくすようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２８７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した技術では、軸芯に使用する弾性体によって軸芯の弾性率が決まってしまうため、電極体の製造ばらつきに応じて、電極体の面圧を適切に制御することができないという問題があった。そのため、電極群における面圧のばらつきをなくす必要があるが、面圧のばらつきをなくすためには、電極体の製造ばらつきをなくすことが必要となる。ところが、電極体の製造ばらつきをなくすことは、コストアップ等を招くため現実的ではない。
【０００７】
ここで、発明者は、図１９に示すように、電極体のうち軸芯側（ターン数が少ない部分）において、充電後に面圧が低下することを突き止めた。なお、図１９では破線が充電前を示し、実線が充電後である。そして、この部分における面圧管理が難しいことが知られている。つまり、円筒形状のものでは、外部から適切な面圧を与えることができない。また、角型扁平形状のものでは、外部から面圧を与えることはできるが、冷却のために電極体を外部から拘束する部材に冷却媒体通路のための凹凸を設けることが多く、面圧が不均一になってしまうのである。さらに、角型扁平形状のものでは、両端部（Ｒ部分）には面圧が付与されないことも、面圧が不均一になってしまう原因の１つである。
【０００８】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、電極体の捲回後に電極体の面圧を調整することができる密閉型電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、電極体がケースに収容されて構成される密閉型電池において、前記電極体は、帯状の正極板及び負極板が帯状のセパレータを介し渦巻状に捲回され、その中心部に軸芯が設けられたものであり、前記軸芯は、密閉可能な中空部を備えるとともに、ゴム材料で形成されており、前記軸芯の中空部内に、前記電極体の面圧を所望の圧力とする流体が充填されていることを特徴とする。
【００１０】
この密閉型電池では、電極体が帯状の正極板及び負極板が帯状のセパレータを介して渦巻状に捲回されたものであり、その中心部に軸芯を備えている。そして、軸芯は、密閉可能な中空部を備えるとともに、ゴム材料で形成されており、軸芯の中空部内に電極体の面圧を所望の圧力とする流体が充填されている。このため、軸芯の中空部内に充填する流体量などを調整して軸芯の中空部の膨張度合を制御することにより、電極体の面圧を所望の圧力にすることができる。これにより、電極体の捲回後に電極体の面圧を所望の圧力に調整することができる。つまり、電極体の製造ばらつきに影響されることなく、電極体の面圧を所望の圧力に調整することができる。その結果、電極体における面圧を均一にすることができるため、電池の性能低下を防止するとともに、電池の劣化を抑制し耐久性を向上させることができる。
また、過充電などの異常モードにおいて電池内部が高温となった場合には、軸芯が溶融して充填流体が電池内に拡散して電池内の温度を下げることもできる。
【００１１】
なお、軸芯は、電極体の捲回後に挿入されてもよいし、電極体の捲回時に中心に始めから設けられていてもよい。また、軸芯の中空部内に充填する流体としては、気体あるいは液体のいずれであってもよい。
【００１２】
上記した密閉型電池において、前記中空部の充填口に、前記流体が前記中空部から外部へ逆流することを防止する逆止弁が設けられていることが望ましい。
【００１３】
このような構成にすることにより、中空部へ流体を充填した後に流体が外部に逆流しなくなるので、電極体の面圧を精度良く所望の圧力に調整することができる。また、充填口をキャップなどで閉塞する作業が容易となるため、生産性も向上する。さらに、キャップなどで閉塞した後は、中空部が二重に密閉されるため、軸芯内からの充填流体の漏れを確実に防ぐことができ、長期に渡って安定して電極体の面圧を均一に保つことができる。
【００１４】
上記した密閉型電池において、前記流体は、除湿した不活性ガスであることが望ましい。
【００１５】
例えば、リチウム合金系二次電池では、電池内のリチウムが常温で水分、二酸化炭素、窒素、及び酸素と反応するため、充填流体として除湿した不活性ガスを使用することにより、充填流体とリチウムとの化学反応が生じることを防止することができる。
これにより、過充電などの異常モードにおいて電池内部が高温となった場合には、軸芯が溶融して充填流体が電池内に拡散するが、充填流体とリチウムとの化学反応が生じないため、充填流体により電池内の温度を効率的に下げることができる。
【００１６】
上記した密閉型電池において、前記中空部に、消火剤が封入されていることが望ましい。
【００１７】
このような構成にすることにより、過充電などの異常モードにおいて電池内部が高温となった場合には、軸芯が溶融して電池内に消火剤が拡散するため、発火を未然に防止することができる。なお、リチウム合金系二次電池の場合には、消火剤として粉末消火剤を使用すればよい。水分を含む一般的な消火剤を使用するとリチウムと化学反応を起こしてしまうからである。
【００１８】
上記した密閉型電池において、前記中空部の充填口先端が前記ケースの外部に配置されていることが望ましい。
【００１９】
このような構成にすることにより、電極体の経時変化に対応して軸芯の中空部内の圧力を微調整することができる。その結果、長期に渡り電極体の面圧を均一に保つことができる。従って、電池の性能低下を防止するとともに、電池の耐久性をより向上させることができる。
【００２０】
上記した密閉型電池において、前記電極体が角型扁平形状をなし、角状ケースに収容された角形電池であることが望ましい。
【００２１】
このようにして角形電池を構成することにより、冷却のために電極体を外部から拘束する部材に冷却媒体通路のための凹凸を設けた場合であっても、面圧を均一にすることができる。また、電極体の両端部（Ｒ部分）に対しても内側から面圧を付与することができる。
【００２２】
上記した密閉型電池において、前記電極体が円筒型をなし、円筒状ケースに収容された円筒形電池であることが望ましい。
【００２３】
このようにして円筒形電池を構成することにより、内側から適切な面圧を与えることができるため、電極体の面圧を均一にすることができる。
【００２４】
そして、上記した密閉型電池を製造する場合には、次のようにすればよい。すなわち、  電極体がケースに収容されて構成される密閉型電池の製造方法において、ゴム材料で形成され、密閉可能な中空部を備える軸芯を中心部に設けるとともに、帯状の正極板及び負極板が帯状のセパレータを介して渦巻状に捲回することにより、前記電極体を作製する電極体作製工程と、前記軸芯の中空部内に、流体を充填して前記電極体の面圧を所望の圧力とする面圧調整工程と、を含めばよい。
【００２５】
なお、電極体作製工程では、軸芯なしの状態で、帯状の正極板及び負極板を帯状のセパレータを介して渦巻状に捲回して捲回体を作製した後、その捲回体の中心（内側）に軸芯を挿入して電極体を作製しても良いし、軸芯に直接、正極板、負極板、及びセパレータを捲回して電極体を作製しても良い。
【００２６】
このような密閉型電池の製造方法により、電極体の面圧を均一にすることができる密閉型電池を製造することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る密閉型電池及びその製造方法によれば、上記した通り、電極体の捲回後に電極体の面圧を調整することができる。そのため、電極体の面圧を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１の実施の形態に係る角形リチウムイオン二次電池の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】軸芯の概略構成を示す断面斜視図である。
【図４】捲回体の概略構成を示す断面図である。
【図５】捲回体に対して軸芯を挿入する様子を示す図である。
【図６】軸芯の中空部に流体を充填している様子を示す図である。
【図７】軸芯の充填口にキャップを装着した状態を示す図である。
【図８】正極・負極端子を電極体に取り付ける様子を示す図である。
【図９】正極・負極端子を取り付けた電極体を電池容器に収容する様子を示す図である。
【図１０】変形例の角形リチウムイオン二次電池の概略構成を示す断面図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る円筒形リチウムイオン二次電池の概略構成を示す断面図である。
【図１２】軸芯の概略構成を示す断面斜視図である。
【図１３】捲回体の概略構成を示す断面図である。
【図１４】捲回体に対して軸芯を挿入する様子を示す図である。
【図１５】軸芯の中空部に流体を充填している様子を示す図である。
【図１６】軸芯の充填口にキャップを装着した状態を示す図である。
【図１７】集電端子を電極体に取り付ける様子を示す図である。
【図１８】集電端子を取り付けた電極体を電池容器に収容する様子を示す図である。
【図１９】充電前後における電極体の面圧を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の密閉型電池及びその製造方法を具体化した実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。本実施の形態では、リチウムイオン二次電池に対し本発明を適用した場合を例示する。
【００３０】
［第１の実施の形態］
まず、第１の実施の形態として、角形リチウムイオン二次電池に対し本発明を適用した場合について説明する。そこで、第１の実施の形態に係る角形リチウムイオン二次電池について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、第１の実施の形態に係る角形リチウムイオン二次電池の概略構成を示す断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、軸芯の概略構成を示す断面斜視図である。
【００３１】
図１に示すように、本実施の形態に係る角形リチウムイオン二次電池１０は、軸芯２２を備える捲回型の電極体１１を有する単電池である。角形リチウムイオン二次電池１０は、電極体１１と、電池容器１２と、正極端子１３と、負極端子１４とを有している。また、電池容器１２の内部には電解液が注入されている。
【００３２】
電極体１１は、図１及び図２に示すように、角型扁平形状をなしており、セパレータを間に挟んだ正極及び負極を捲回した捲回体２１と、捲回体２１の中心に配置された軸芯２２とを有している。捲回体２１は、ロール形状に形成した後に扁平プレスを施したものである。
そして、正極は、アルミ箔にリチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質を塗布したものである。正極活物質として、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）等のリチウム複合酸化物などが用いられる。
一方、負極は、銅箔にリチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質を塗布したものである。負極活物質として、非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、黒鉛等の炭素系物質が用いられる。
【００３３】
軸芯２２は、図３に示すように、ゴム材料で形成されており、密閉可能な中空部２５を備えている。この軸芯２２は、角型扁平形状をなしている。中空部２５の一端には、充填口２６が設けられている。そして、充填口２６から中空部２５内に流体を充填することにより、軸芯２２が膨張するようになっている。これにより、中空部２５内に充填する流体の量などを調整することにより、電極体１１の中心側（内側）から所定の圧力を付与することができるため、電極体１１における面圧を均一にすることができる。
【００３４】
ここで、軸芯２２を形成するゴム材としては、電解液により腐食しないものであればよく、例えば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素樹脂ゴム、ブチルゴム、シリコーンゴムなどを使用することができる。また、中空部２５内に充填する流体として、除湿した不活性ガスなどを使用することができる。これにより、過充電などの異常モードにおいて電池内部が高温となった場合に、軸芯２２が溶融して充填流体が電池内に放出されて拡散するが、充填流体が水分を含まないためリチウムとの化学反応が生じないので、充填流体により電池内の温度を確実に下げることができる。なお、本実施の形態では、軸芯２２の材質はＥＰＤＭであり、充填流体は除湿したアルゴンガスである。
【００３５】
さらに、中空部２５内には、粉末消火剤も封入されている。これにより、過充電などの異常モードにおいて電池内部が高温となった場合に、発火を未然に防止することができる。なお、粉末消火剤を使用しているのは、水分を含む一般的な消火剤を使用するとリチウムと化学反応を起こしてしまうからである。なお、中空部２５には、充填流体が封入されていれば電極体１１における面圧を均一にすることができるため、粉末消火剤の封入は必須でなない。
【００３６】
そして、充填口２６（中空部２５との境界付近）に、逆止弁２７が設けられている。この逆止弁２７は、流体を充填口２６から中空部２５へ流すが、中空部２５から充填口２６へは流さないようになっている。この逆止弁２７の作用により、充填口２６から中空部２５内に充填された流体は、中空部２５から外部への逆流が防止され、中空部２５内が密閉されている。これにより、軸芯２２内から充填流体が漏れることを防止することができるため、電極体１１の面圧を均一に保つことができる。
【００３７】
また、充填口２６の開口端は、キャップ２８により閉塞されている。これにより、中空部２５（軸芯２２内）が二重に密閉されるため、逆止弁２７が故障した場合などであっても、軸芯２２内から充填流体が漏れることを確実に防ぐことができ、長期に渡って安定して電極体１１の面圧を均一に保つことができる。なお、キャップ２８は、軸芯２２と同じゴム材料で形成すればよい。本実施の形態では、キャップ２８を設けているが、必ずしもキャップ２８を設ける必要はない。
【００３８】
電池容器１２は、上面が開口した角状のケースであり、上記の電極体１１を収容するものである。この電池容器１２の開口は、蓋体１５により閉塞されている。
この電池容器１２内に注入されている電解液は、有機溶媒に電解質を溶解させたものである。有機溶媒として例えば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）やエチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等のエステル系溶媒や、エステル系溶媒にγ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）、ジエトキシエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒等を配合した有機溶媒が挙げられる。また、電解質である塩として、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）やホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）などのリチウム塩を用いることができる。
【００３９】
続いて、上記した角形リチウムイオン二次電池１０の製造方法について、図４〜図９を参照しながら説明する。図４は、捲回体の概略構成を示す断面図である。図５は、捲回体に対して軸芯を挿入する様子を示す図である。図６は、軸芯の中空部に流体を充填している様子を示す図である。図７は、軸芯の充填口にキャップを装着した状態を示す図である。図８は、正極・負極端子を電極体に取り付ける様子を示す図である。図９は、正極・負極端子を取り付けた電極体を電池容器に収容する様子を示す図である。
【００４０】
まず、電極箔の両面に活物質を塗工して正極及び負極を作成する。具体的には、アルミ箔の両面に正極活物質を含む合材を塗工して乾燥させることにより正極を作成する。銅箔の両面に負極活物質を含む合材を塗工して乾燥させることにより負極を作成する。
次に、乾燥させた正極及び負極をそれぞれロールプレス機によりプレスする。このプレス工程では、一定の間隔をあけて配置したローラ対の間に電極を通過させることにより電極の厚みを薄くする。電極の調厚及び活物質の高密度化を図るためである。このプレスにより薄くなるのは、主に塗工層である。電極箔の厚みはほとんど変わらない。
【００４１】
そして、前述のように組み合わせた正極および負極をセパレータとともに捲回する。この捲回は、公知の電極捲回装置を用いて行えばよい。電極捲回装置は、一般的に、正極巻出しリールと、負極巻出しリールと、２つのセパレータ巻出しリールと、巻取り軸とを有している。正極巻出しリールと、負極巻出しリールと、２つのセパレータ巻出しリールとは、それぞれ正極、負極、セパレータを巻き出すための巻き芯である。
【００４２】
このような電極捲回装置において、巻取り軸にモータ等の駆動源により駆動をかけ、正極、負極、セパレータを巻取り軸に巻き取る。その際、正極および負極および２枚のセパレータは，互いに重ね合わせられるように捲回する。巻き取る順は、内側から正極、セパレータ、負極、セパレータの順である。正極と負極とが交互となり、さらにそれらの間に必ずセパレータが挟まるように捲回すれば、これと異なる順番で巻き取ってもよい。規定ターン数だけ巻取った後、正極及び負極及びセパレータを幅方向に切断する。そして、余剰分を巻き取った後、テープ等により端部を留める。これでロール形状の捲回体が出来上がる。そして、このロール形状の捲回体に対して扁平プレスを施す。以上により、図４に示す角形扁平形状をなす捲回体２１（軸芯２２がない電極体１１に相当する）が製造される。
【００４３】
続いて、図５に示すように、捲回体２１の中心部（空間部）に、軸芯２２を挿入して配置する。かくして、流体が充填されてない状態の電極体１１が完成する。なお、軸芯２２は、捲回体２１のうち合材が塗工された反応部（図中のクロスハッチング部分）２１ａに対応する位置に配置する。これにより、反応部２１ａに対して確実に面圧を掛けることができて、反応部２１ａにおける面圧を均一にすることができ、電池反応を均一に生じさせることができるからである。
【００４４】
次に、軸芯２２内に流体を充填する。本実施の形態では、充填流体として、上記したように、粉末消火剤を含む除湿したアルゴンガスを使用する。充填流体の充填は、図６に示すように、充填口２６を介して行われる。例えば、充填口２６にノズル等を挿入して行えばよい。このとき、逆止弁２７が開弁するため、充填流体が充填口２６から中空部２５へと流れ込み、中空部２５内に充填されていく。そして、中空部２５内の圧力が、電極体１１の面圧を所望圧にする圧力になったときに、充填流体の充填を止める。その後、充填口２６からノズル等を抜き取る。このとき、逆止弁２７が閉弁するため、中空部２５内に充填された流体が外部に漏れることはない。これにより、中空部２５が密閉される。そのため、中空部２５内の圧力、つまり電極体１１の面圧を、精度良く所望圧に調整することができる。
【００４５】
そして、図７に示すように、充填口２６にキャップ２８をつけて樹脂レーザや接着剤などにより固定する。これにより、充填口２６がキャップ２８により閉塞される。なお、キャップ２８の取付け工程を省略することもできる。
かくして、反応部２１ａにおける面圧が均一となった電極体１１が完成する。すなわち、扁平型の電極体１１の両端部（Ｒ部分）に対しても内側から面圧を付与することができる。そして、組電池を構成したとき、図２に破線で示すように、冷却のために電池１０
間に配置される中間プレート１７に冷却媒体通路のための凹凸を設けた場合であっても、電極体１１では内側から面圧を付与することができる。このようにして、電極体１１では、面圧が均一となっている。
【００４６】
次いで、蓋体１５に一体化された正極端子１３及び負極端子１４を電極体１１に接続する。具体的には、図８に示すように、電極体１１の正極端部（合材未塗工部分（図中右側のハッチング部分））に正極端子１３を溶接し、負極端部（合材未塗工部分（図中左側のハッチング部分））に負極端子１４を溶接する。
【００４７】
そして、図９に示すように、正極端子１３及び負極端子１４が接続された電極体１１を電池容器１２に挿入し、電池容器１２と蓋体１５とを溶接して封缶する。
その後、電解液を注入し、初期充電などを行うことにより、図１に示す角形リチウムイオン二次電池１０が完成する。
【００４８】
このようにして製造された角形リチウムイオン二次電池１０では、捲回体２１の捲回後に、電極体１１の面圧が所望の圧力に調整されているため、電極体１１の製造ばらつきに影響されることなく、電極体１１の面圧が均一になっている。このため、電池の性能低下が起こらず、電池の劣化が抑制されて耐久性が向上している。
また、過充電などの異常モードにおいて電池内部が高温となった場合には、軸芯２２が溶融して充填流体が電池内に放出されて拡散するため、電池内の温度を下げることができる。
【００４９】
以上、詳細に説明したように第１の実施の形態に係る角形リチウムイオン二次電池１０によれば、電極体１１が捲回体２１と軸芯２２を備えている。そして、軸芯２２は、密閉可能な中空部２５を備えるとともに、ゴム材料で形成されており、軸芯２２の中空部２５内に電極体１１の面圧を所望の圧力とする流体が充填されている。このため、軸芯２２の中空部２５内に充填する流体量などを調整して軸芯２２の中空部２５の膨張度合（内圧）を制御することにより、電極体１１の面圧を所望の圧力にすることができる。これにより、電極体１１の製造後に電極体１１の面圧を所望の圧力に調整することができる。従って、電極体１１の製造ばらつきに影響されることなく、電極体１１の面圧を所望の圧力に調整することができる。そのため、電極体１１における面圧を均一にすることができ、電池の性能低下を防止するとともに、電池の劣化を抑制し耐久性を向上させることができる。
【００５０】
ここで、第１の実施の形態における変形例について、図１０を参照ながら簡単に説明する。図１０は、変形例の角形リチウムイオン二次電池の概略構成を示す断面図である。
図１０に示すように、角形リチウムイオン二次電池１０ａは、上記した角形リチウムイオン二次電池１０とほぼ同様の構成を有するものであるが、軸芯における充填口の構成が若干異なっている。すなわち、変形例における軸芯２２ａでは、充填口２６ａが電池容器１２の外部まで延設されている。そして、電池容器１２に設けられた穴１２ａから、充填口２６ａの端部が突出して、その先端が電池容器１２の外部に配置されている。
【００５１】
このような構成により、角形リチウムイオン二次電池１０ａでは、上記した効果に加え、電極体１１ａの経時変化に対応して軸芯２２ａの中空部２５内の圧力を微調整することができる。その結果、長期に渡り電極体１１ａの面圧を均一に保つことができる。従って、電池の性能低下を防止するとともに、電池の耐久性をより一層向上させることができる。
【００５２】
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態として、円筒形のリチウムイオン二次電池に対し本発明を適用した場合について説明する。そこで、第２の実施の形態に係る円筒形リチウムイオン二次電池について、図１１及び図１２を参照しながら説明する。図１１は、第２の実施の形態に係る円筒形リチウムイオン二次電池の概略構成を示す断面図である。図１２は、軸芯の概略構成を示す断面斜視図である。
【００５３】
図１１に示すように、本実施の形態に係る円筒形リチウムイオン二次電池３０は、軸芯４２を備える捲回型の電極体３１を有する単電池である。円筒形リチウムイオン二次電池３０は、電極体３１と、電池容器３２と、正極端子３５とを有している。また、電池容器３２の内部には電解液が注入されている。
【００５４】
電極体３１は、図１１に示すように、円筒型をなしており、セパレータを間に挟んだ正極及び負極を捲回した捲回体４１と、捲回体４１の中心に配置された軸芯４２とを有している。なお、正極及び負極は、第１の実施の形態と同じものである。
【００５５】
軸芯４２は、図１２に示すように、ゴム材料で形成されており、密閉可能な中空部４５を備えている。この軸芯４２は、円筒型をなしている。中空部４５の一端には、充填口４６が設けられている。そして、充填口４６から中空部４５内に流体を充填することにより、軸芯４２が膨張するようになっている。これにより、中空部４５内に充填する流体の量などを調整することにより、電極体３１の中心側（内側）から所定の圧力を付与することができるため、電極体３１における面圧を均一にすることができる。
なお、軸芯４２の材質、及び軸芯４２内への充填流体は、第１の実施の形態と同じである。
【００５６】
そして、充填口４６（中空部４５との境界付近）に、逆止弁４７が設けられている。この逆止弁４７は、第１の実施の形態における逆止弁２７と同じように作動する。そのため、逆止弁４７の作用により、充填口４６から中空部４５内に充填された流体は、中空部４５から外部への逆流が防止され、中空部４５内が密閉されている。これにより、軸芯４２内から充填流体が漏れることを防止することができるため、電極体３１の面圧を均一に保つことができる。
【００５７】
また、充填口４６の開口端は、キャップ４８により閉塞されている。これにより、中空部４５（軸芯４２内）が二重に密閉されるため、逆止弁４７が故障した場合などであっても、軸芯４２内から充填流体が漏れることを精度良く防ぐことができ、長期に渡って安定して電極体３１の面圧を均一に保つことができる。なお、キャップ４８は、軸芯４２と同じゴム材料で形成すればよい。本実施の形態では、キャップ４８を設けているが、必ずしもキャップ４８を設ける必要はない。
【００５８】
電池容器３２は、上面が開口した円筒状のケースであり、上記の電極体３１を収容するものである。この電池容器３２の開口部は、正極端子３５がかしめられて閉塞されている。正極端子３５は、正極リード３６を介して正極側集電端子３３に接続されている。なお、電池容器３２内に注入されている電解液は、第１の実施の形態と同じものである。
【００５９】
続いて、上記した円筒形リチウムイオン二次電池３０の製造方法について、図１３〜図１８を参照しながら説明する。図１３は、捲回体の概略構成を示す断面図である。図１４は、捲回体に対して軸芯を挿入する様子を示す図である。図１５は、軸芯の中空部に流体を充填している様子を示す図である。図１６は、軸芯の充填口にキャップを装着した状態を示す図である。図１７は、集電端子を電極体に取り付ける様子を示す図である。図１８は、集電端子を取り付けた電極体を電池容器に収容する様子を示す図である。
【００６０】
まず、第１の実施の形態と同様にして、ロール形状の捲回体を製造する。これにより、図１３に示す円筒形をなす捲回体４１（軸芯４２がない電極体３１に相当する）が製造される。
次に、図１４に示すように、捲回体４１の中心部（空間部）に、軸芯４２を挿入して配置する。かくして、流体が充填されてない状態の電極体３１が完成する。なお、軸芯４２は、捲回体４１のうち合材が塗工された反応部（図中のクロスハッチング部分）４１ａに対応する位置に配置する。これにより、反応部４１ａに対して確実に面圧を掛けることができて、反応部４１ａにおける面圧を均一にすることができ、電池反応を均一に生じさせることができるからである。
【００６１】
続いて、図１５に示すように、充填口４６を介して軸芯４２内に、粉末消火剤を含む除湿したアルゴンガス（充填流体）を充填する。このとき、逆止弁４７が開弁するため、充填流体が充填口４６から中空部４５へと流れ込み、中空部４５内に充填されていく。そして、中空部４５内の圧力が、電極体３１の面圧を所望圧にする圧力になったときに、充填流体の充填を止める。このとき、逆止弁４７が閉弁するため、中空部４５内に充填された流体が外部に漏れることはない。これにより、中空部４５が密閉される。そのため、中空部４５内の圧力、つまり電極体３１の面圧を、精度良く所望圧に調整することができる。
【００６２】
そして、図１６に示すように、充填口４６にキャップ４８をつけて樹脂レーザや接着剤などにより固定する。これにより、充填口４６がキャップ４８により閉塞される。なお、キャップ４８の取付け工程を省略することもできる。かくして、反応部４１ａにおける面圧が均一となった電極体３１が完成する。
【００６３】
次いで、集電端子３３，３４を電極体３１に接続する。具体的には、図１７に示すように、電極体３１の正極端部（合材未塗工部分（図中上側のハッチング部分））に正極側集電端子３３を溶接し、負極端部（合材未塗工部分（図中下側のハッチング部分））に負極側集電端子３４を溶接する。
【００６４】
次に、図１８に示すように、正極側集電端子３３及び負極側集電端子３４が接続された電極体３１を電池容器３２に挿入する。このとき、負極側集電端子３４と電池容器３２とが接続される。そして、正極リード３６を介して正極端子３５を電池容器３２の開口部にかしめて固定し、電池容器３２を封缶する。
その後、電解液を注入し、初期充電などを行うことにより、図１１に示す円筒形リチウムイオン二次電池３０が完成する。
【００６５】
このようにして製造された円筒形リチウムイオン二次電池３０では、捲回体４１の捲回後に、電極体３１の面圧が所望の圧力に調整されているため、電極体３１の製造ばらつきに影響されることなく、電極体３１の面圧が均一になっている。このため、電池の性能低下が起こらず、電池の劣化が抑制されて耐久性が向上している。
また、過充電などの異常モードにおいて電池内部が高温となった場合には、軸芯４２が溶融して充填流体が電池内に放出されて拡散するため、電池内の温度を下げることができる。
【００６６】
以上、詳細に説明したように第２の実施の形態に係る円筒形リチウムイオン二次電池３０によれば、電極体３１が捲回体４１と軸芯４２を備えている。そして、軸芯４２は、密閉可能な中空部４５を備えるとともに、ゴム材料で形成されており、軸芯４２の中空部４５内に電極体３１の面圧を所望の圧力とする流体が充填されている。このため、軸芯４２の中空部４５内に充填する流体量などを調整して軸芯４２の中空部４５の膨張度合（内圧）を制御することにより、電極体３１の面圧を所望の圧力にすることができる。これにより、電極体３１の製造後に電極体３１の面圧を所望の圧力に調整することができ
る。従って、電極体３１の製造ばらつきに影響されることなく、電極体３１の面圧を所望の圧力に調整することができる。そのため、電極体３１における面圧を均一にすることが
でき、電池の性能低下を防止するとともに、電池の劣化を抑制し耐久性を向上させることができる。
【００６７】
また、第２の実施の形態においても、第１の実施の形態における変形例と同様に、充填口４６を延設して、その先端を外部に配置することもできる。このような構成にすることにより、上記した第１の実施の形態における変形例と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、まず捲回体を作製し、その後、捲回体に軸芯を挿入して電極体を作製しているが、軸芯に直接、正極、負極、及びセパレータを捲回して電極体を作製することもできる。
【００６９】
また、上記した実施の形態では、非水電解液型リチウムイオン二次電池に本発明を適用した場合を例示したが、捲回型の電極体を用いる捲回型電極電池であれば、他の電池に対しても本発明を適用することができる。また、正極の集電体はアルミ箔に限らないし、負極の集電体も銅箔に限らない。さらに、充填流体は、除湿した不活性ガスに限られず、電池の種類によっては、不活性ガス以外の気体や液体であってもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１０    角形リチウムイオン二次電池
１１    電極体
１１ａ  電極体
１２    電池容器
１３    正極端子
１４    負極端子
１５    蓋体
２１    捲回体
２１ａ  反応部
２２    軸芯
２５    中空部
２６    充填口
２７    逆止弁
３０    円筒形リチウムイオン二次電池
３１    電極体
３２    電池容器
３３    正極側集電端子
３４    負極側集電端子
３５    正極端子
４１    捲回体
４１ａ  反応部
４２    軸芯
４５    中空部
４６    充填口
４７    逆止弁
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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