(57)【要約】【課題】金属箔の露出部を必要最小限にすることができ、正極合剤層及び負極合剤層の幅をより大きくすることができる扁平捲回式二次電池を得ること。【解決手段】本発明の扁平捲回式二次電池１００は、一方の長辺側端部に金属箔露出部３４ｂ、３２ｂを有する正極電極３４及び負極電極３２が間にセパレータ３３、３５を介在して捲回された扁平状の捲回群３と、金属箔露出部３４ｂ、３２ｂに接合される集電板１９０、１８０とを有する扁平捲回式二次電池１００であって、正極電極３４と負極電極３２の少なくとも一方の金属箔露出部３４ｂ、３２ｂは、一方の長辺側端部に部分的に設けられて１周以上連続して捲回される長さを有し、扁平厚さ方向に束ねられて集電板１９０、１８０に接合されていることを特徴とする。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の長辺側端部に金属箔露出部を有する正極電極及び負極電極が間にセパレータを介在して捲回された扁平状の捲回群と、前記金属箔露出部に接合される集電板とを有する扁平捲回式二次電池であって、
前記正極電極と前記負極電極の少なくとも一方の金属箔露出部は、前記一方の長辺側端部に部分的に設けられて１周以上連続して捲回される長さを有し、扁平厚さ方向に束ねられて前記集電板に接合されていることを特徴とする扁平捲回式二次電池。
【請求項２】
前記金属箔露出部は、前記捲回群の軸心側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の扁平捲回式二次電池。
【請求項３】
前記金属箔露出部は、前記捲回群の扁平厚さ方向に一括して束ねられて前記集電板に接合されていることを特徴とする請求項２に記載の扁平捲回式二次電池。
【請求項４】
前記金属箔露出部は、前記捲回群の外周側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の扁平捲回式二次電池。
【請求項５】
前記金属箔露出部は、前記捲回群の軸心側と外周側との中間位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の扁平捲回式二次電池。
【請求項６】
前記金属箔露出部は、前記捲回群の扁平厚さ方向に分割してそれぞれ束ねられて前記集電板に接合されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の扁平捲回式二次電池。
【請求項７】
前記金属箔露出部は、
前記正極電極と前記負極電極のいずれか一方において前記捲回群の軸心側に設けられており、
前記正極電極と前記負極電極のいずれか他方において前記捲回群の外周側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の扁平捲回式二次電池。
【請求項８】
前記正極電極と前記負極電極のいずれか一方の金属箔露出部は、前記一方の長辺側端部に部分的に設けられて１周以上連続して捲回される長さを有し、扁平厚さ方向に束ねられて前記集電板に接合されており、
前記正極電極と前記負極電極のいずれか他方の金属箔露出部は、前記一方の長辺側端部の全長に亘って延在するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の扁平捲回式二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載用途等の扁平捲回式二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載用途等に使用される二次電池には正極及び負極を積層または捲回したリチウムイオン二次電池がある。この正極及び負極は金属箔の両面に合剤層を塗布し、乾燥、プレスすることにより製造される。多くの正極及び負極では電流の経路として電極の長辺側端部に金属箔の露出部を設けている。捲回する際、金属箔の露出部は正極側および負極側が互いに捲回軸方向両側に離れて配置されており、複数枚の金属箔露出部を束ねて集電板に溶接することによって、正負極と外部端子とを電気的に接合している（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−２６７５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
捲回群端部にある複数枚の金属箔露出部を束ねて集電板に溶接する場合、捲回群外周側にある金属箔露出部も含めて、全てを集電板に束ねて溶接する必要がある。電極の金属箔露出幅は、束ね方法と、束ねる位置と、束ねる枚数によって決定され、捲回群の径が大きくなる程、金属箔露出幅は大きくなり、その分だけ合剤層の領域が狭くなり、電池の高容量化にとって課題である。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、金属箔の露出部を必要最小限にすることができ、正極および負極合剤層幅をより大きくすることができる扁平捲回式二次電池を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する本発明の扁平捲回式二次電池は、一方の長辺側端部に金属箔露出部を有する正極電極及び負極電極が間にセパレータを介在して捲回された扁平状の捲回群と、前記金属箔露出部に接合される集電板とを有する扁平捲回式二次電池であって、前記正極電極と前記負極電極の少なくとも一方の金属箔露出部は、前記一方の長辺側端部に部分的に設けられて１周以上連続して捲回される長さを有し、扁平厚さ方向に束ねられて前記集電板に接合されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、金属箔露出部が長辺側端部の全長に亘って形成されているものと比較して、金属箔露出部の束ねる枚数を少なくすることができる。したがって、金属箔露出部の幅を小さくすることができ、その分だけ、捲回群の合剤層の幅を広くすることができる。したがって、電池の高容量化に有用な効果を発揮する。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】
【０００８】
【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】捲回群の展開斜視図。
【図４】電極の作製フロー図。
【図５】合剤の塗工・乾燥工程の説明図。
【図６】プレス加工工程の説明図。
【図７】スリット加工工程の説明図。
【図８】金属箔露出部の加工工程の説明図。
【図９】実施例１の捲回群が展開された状態を示す図。
【図１０】実施例１の捲回群の断面図。
【図１１】実施例１の捲回群に集電板が接合された状態を示す断面図。
【図１２】実施例２の捲回群が展開された状態を示す図。
【図１３】実施例２の捲回群の断面図。
【図１４】実施例２の捲回群に集電板が接合された状態を示す断面図。
【図１５】実施例３の捲回群が展開された状態を示す図。
【図１６】実施例３の捲回群の断面図。
【図１７】実施例３の捲回群に集電板が接合された状態を示す断面図。
【図１８】実施例４の捲回群が展開された状態を示す図。
【図１９】実施例４の捲回群の断面図。
【図２０】実施例４の捲回群に集電板が接合された状態を示す断面図。
【図２１】実施例５の捲回群が展開された状態を示す図。
【図２２】実施例５の捲回群の断面図。
【図２３】実施例５の捲回群に集電板が接合された状態を示す断面図。
【図２４】金属箔露出部の束ねる枚数と、金属箔露出部の幅との関係を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
〔実施例１〕
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、扁平捲回式二次電池の一実施の形態としての角形二次電池１００の外観斜視図であり、図２は角形二次電池１００の構成を示す分解斜視図である。
【００１０】
図１に示すように、角形二次電池１００は、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。電池缶１は、深絞り加工を施すことによって、一端が開口された扁平な矩形箱状に形成されている。電池缶１は、矩形平板状の底面１ｄと、底面１ｄの一対の長辺側部のそれぞれに設けられる一対の幅広側面１ｂと、底面１ｄの一対の短辺部のそれぞれに設けられる一対の幅狭側面１ｃとを有している。
【００１１】
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、捲回群３の正極電極３４及び負極電極３２（図３参照）と電気的に接続された正極外部端子１４及び負極外部端子１２が配置されている。なお、正極外部端子１４と電池蓋６の間、及び負極外部端子１２と電池蓋６の間にはそれぞれ短絡を防止する為の正極側外部絶縁体２４、負極側外部絶縁体２２が配置されている。
【００１２】
正極外部端子１４には平板状のバスバー溶接部１４２が、負極外部端子１２には平板状のバスバー溶接部１５２がそれぞれ設けられている。組電池を作成する際にはバスバー溶接部１４２、１５２にバスバーを当接させて溶接することにより、バスバーと正極外部端子１４、バスバーと負極外部端子１２がそれぞれ接続される。
【００１３】
また、電池蓋６には、ガス排出弁１０が設けられている。ガス排出弁１０は、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。なお、薄膜部材を電池蓋６の開口にレーザ溶接等により取り付けて、薄肉部分をガス排出弁としてもよい。ガス排出弁１０は、角形二次電池１００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。
【００１４】
図２に示すように、電池缶１には蓋組立体１０７に保持された捲回群３（図３参照）が収容されている。捲回群３の正極電極３４（図３参照）に接合される正極集電板１８０および捲回群３の負極電極３２（図３参照）に接合される負極集電板１９０ならびに捲回群３は、絶縁ケース１０８に覆われた状態で電池缶１に収容されている。絶縁ケース１０８の材質は、ポリプロピレン等の絶縁性を有する樹脂であり、電池缶１と、捲回群３とは電気的に絶縁されている。なお、ここで言う蓋組立体１０７は、捲回群３、正極集電板１８０、正極外部端子１４、負極集電板１９０、負極外部端子１２及び電池蓋６を一体に組み立てたものである。
【００１５】
正極外部端子１４は、正極集電板１８０を介して捲回群３の正極電極３４（図３参照）に電気的に接続され、負極外部端子１２は、負極集電板１９０を介して捲回群３の負極電極３２（図３参照）に電気的に接続されている。このため、正極外部端子１４および負極外部端子１２を介して外部機器に電力が供給され、あるいは、正極外部端子１４および負極外部端子１２を介して外部発電電力が捲回群３に供給されて充電される。
【００１６】
正極集電板１８０は、正極外部端子１４と接続される座面部１８１と、正極電極３４に接続される接合部１８３と、座面部１８１と接合部１８３の間に設けられた連結部１８２を有する。
【００１７】
正極集電板１８０と同様に、負極集電板１９０も、負極外部端子１２と接続される座面部１９１、負極電極３２に接続される接合部１９３と、座面部１９１と接合部１９３の間に設けられた連結部１９２を有する構造となっている。
【００１８】
また、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孔９が穿設されている。注液孔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、たとえば、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用いることができる。
【００１９】
図３を参照して、捲回群３について説明する。図３は、捲回群３を示す斜視図であり、捲回群３の巻き終り側を展開した状態を示している。発電要素である捲回群３は、帯状の正極電極３４および負極電極３２を、間にセパレータ３３、３５を介在させて扁平形状に捲回することで積層構造とされている。
【００２０】
正極電極３４は、正極金属箔の両面に正極活物質合剤を塗布した正極合剤層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金属箔露出部３４ｂが設けられている。
【００２１】
負極電極３２は、負極金属箔の両面に負極活物質合剤を塗布した負極合剤層３２ａを有し、負極金属箔の幅方向一方側の端部には、負極活物質合剤を塗布しない負極金属箔露出部３２ｂが設けられている。正極金属箔露出部３４ｂと負極金属箔露出部３２ｂは、電極箔の金属面が露出した領域であり、捲回中心軸方向（図３の幅方向）の一方側と他方側の位置に配置されるように捲回される。
【００２２】
次に、負極電極の具体的な製造方法を記載する。図４に負極電極３２の作成フローを示す。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、混練した負極合剤を作製する。負極活物質に非晶質炭素を用いる場合について示したが、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。
【００２３】
図５に負極合剤の塗工・乾燥工程を図示する。図５に示した負極合剤塗工乾燥機３８は、塗布の役割をもつダイヘッド４０ａと、塗膜した溶媒分を揮発乾燥する役割をもつ乾燥炉４１を併せもつ。また、基材である銅箔４５を塗布部分および乾燥部分に順次搬送するための搬送ローラ４３が配置されており、銅箔４５の巻き出しおよび巻き取りを行うための巻き出しローラ４２、巻き取りローラ４４がそれぞれ配置されている。負極金属箔である銅箔４５は巻き出しローラ４２より、搬送ローラ４３に沿って搬送される。ダイヘッド４０ａから負極合剤が吐出することによって、ダイヘッド４０ａ直下において、銅箔４５上に負極合剤が厚さ１００μm〜２００μｍで塗布され、負極合剤層３２ａが形成される。形成した負極合剤層３２ａは、乾燥炉４１に搬送され、６０〜１００℃の循環熱風によって、負極合剤中の溶媒成分が揮発乾燥する。乾燥後の負極合剤層３２ａの膜厚は約半分程度に減少する。乾燥した負極合剤層３２ａは、銅箔４５と共に巻き取りローラ４４によって、ロール状に巻き取られる。巻き取られたロールを再び巻き出しローラ４２から搬送し、裏面も同様に負極合剤層３２ａを形成する。
【００２４】
図６にプレス加工工程を図示する。図６に示すように電極のプレス加工工程は、ロールプレス機４９を用いて行う。ロールプレス機４９には、２つの円柱状のプレスローラ５０が配置されており、これらの間に前述の塗膜・乾燥工程で作製された負極電極３２を挿入し、２本のプレスローラ５０によって、負極電極３２を挟みこみ圧力をかけることで、プレス加工を行う。ロールプレス機４９において、負極電極３２が搬送ローラ５１に沿って、図中の矢印の方向に搬送される。６０〜１２０℃に熱せられた２本のプレスローラ５０の間に挿入されると、負極電極３２がプレスローラ５０に接触し、負極合剤層３２ａが加熱プレスされる。２本のプレスローラ５０は、１００〜２００μｍ程度の所定の間隙を有しており、負極電極３２のプレスされる部分が１００〜２００μｍ程度の所定の膜厚になるまで、負極合剤層３２aと銅箔４５がプレスされる。
【００２５】
図７にスリット加工工程を図示する。図７に示すように電極のスリット加工工程は、スリット機５９を用いて行う。スリット機５９には、２つの円柱状のスリット刃６０のついたスリット刃付ローラ６１が配置されており、これらの間に前述のプレス加工工程で作製された負極電極３２を挿入することで、スリット刃６０によって、負極電極３２が中央部から分断され、一方の長辺側端部全部に負極金属箔露出部３２ｂを有する負極電極３２が作製される。所謂２条取りをおこなっている。
【００２６】
図８に金属箔露出部加工工程を図示する。図８に示すように金属箔露出部の加工工程は、金属箔露出部加工機７０を用いて行う。金属箔露出部加工機７０には、金属箔露出部を部分的に電極に残すように形取られた金属箔露出部加工刃７１のついた金属箔露出部加工刃付ローラ７２が配置されている。これらのローラの間に前述のスリット加工工程で作製された負極電極３２を挿入することで、金属箔露出部加工刃７１によって、負極電極３２の負極金属箔露出部３２ｂが加工され、部分的に負極金属箔露出部３２ｂを負極電極３２の長辺側端部に残すように加工形成することができる。尚、金属箔露出部加工刃７１は、金属箔露出部３２ｂを裁断するため、部分的に負極金属箔露出部３２ｂが残された部分以外の負極電極３２の長辺側端部において極小幅の金属箔露出部が残る。
【００２７】
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。この正極合剤を正極金属箔であるアルミニウム箔の両面に、溶接部（正極金属露出部３４ｂ）を残して塗布・乾燥した。その後、前述の負極電極と同様にプレス、スリット、金属箔露出部加工工程を経て、アルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部厚さ１００〜２００μｍで一方の長辺側端部に部分的に正極金属箔露出部３４ｂを有した正極電極３４を得た。
【００２８】
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。
【００２９】
また、本実施形態では、正極電極３４、負極電極３２における合剤層塗布部の結着材として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。
【００３０】
図９に上述で作製した正極電極３４、負極電極３２およびセパレータ３３、３５の捲回前の配置を示す。図９は、実施例１の捲回群が展開された状態を示す図である。負極金属箔露出部３２ｂ及び正極金属箔露出部３４ｂは、長辺側端部に部分的に設けられており、負極電極３２及び正極電極３４の全長よりも短い長さであって、１周以上連続して捲回されて２枚以上が重なり合う長さを有している。ここで一方の長辺側端部に部分的に残された負極金属箔露出部３２ｂおよび正極金属箔露出部３４ｂは、どちらも巻き始め側（捲回群の軸心側）に一定量を部分的に残すように配置される。本実施例では、負極金属箔露出部３２ｂ及び正極金属箔露出部３４ｂの長さが、負極電極３２及び正極電極３４の長さの半分に設定されている。
【００３１】
図１０は、実施例１の捲回群の断面図であり、より具体的には、上述のように配置された正極電極３４、負極電極３２およびセパレータ３３、３５を捲回したとき、その捲回群を図３で示したＡ−Ａ部を捲回方向から見たときの断面図である。図１０に示すように、負極金属箔露出部３２ｂおよび正極金属箔露出部３４ｂは、捲回群３の軸心側のみに配置されており、それぞれ２枚以上が重なり合った状態で捲回されている。
【００３２】
図１１に負極金属箔露出部３２ｂおよび正極金属箔露出部３４ｂを、負極集電板１９０および正極集電板１８０に一括に溶接したときの断面図を示す。図１１は、実施例１の捲回群に集電板が接合された状態を示す断面図であり、図１０と同様な部分・方向でみたときの断面図である。
【００３３】
負極金属箔露出部３２ｂ及び正極金属箔露出部３４ｂは、扁平厚さ方向に一括に束ねられて集電板１９０、１８０に接合されている。図１０、図１１からわかるように、束ねて溶接する負極金属箔露出部３２ｂ及び正極金属箔露出部３４ｂは、全て負極集電板１９０及び正極集電板１８０に近接しており、長辺側端部全長に亘って設けられたものと比較して、重なり合わされる枚数も少ない。したがって、金属箔露出部中、溶接部までのリードの役割をもつ長さを小さくでき、その結果、負極金属箔露出部３２ｂおよび正極金属箔露出部３４ｂの幅を必要最小限にすることができる。また、負極金属箔露出部３２ｂおよび正極金属箔露出部３４ｂは、１周以上連続して捲回される長さを有し、少なくとも２枚以上が扁平厚さ方向に束ねられて集電板１９０、１８０に接合されているので、複数のタブを接合する構造と比較して高強度を有し、耐久性に優れており、また、より長い距離に亘って集電板１９０、１８０と接合できるため、接合部における電気抵抗も小さい。
【００３４】
〔実施例２〕
次に、実施例２について説明する。
図１２は、実施例２の捲回群が展開された状態を示す図、図１３は、実施例２の捲回群の断面図、図１４は、実施例２の捲回群に集電板が接合された状態を示す断面図である。なお、上述の実施例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。本実施例において特徴的なことは、負極金属箔露出部３２ｂ及び正極金属箔露出部３４ｂを負極電極３２及び正極電極３４の巻き終わり側に部分的に設けたことである。
【００３５】
一方の長辺側端部に部分的に金属箔露出部を有する負極電極３２及び正極電極３４の作製方法は、実施例１と同様である。負極金属箔露出部３２ｂ及び正極金属箔露出部３４ｂは、長辺側端部に部分的に設けられており、負極電極３２及び正極電極３４の全長よりも短い長さであって、１周以上連続して捲回されて２枚以上が重なり合う長さを有している。ここで一方の長辺側端部に部分的に残された負極金属箔露出部３２ｂおよび正極金属箔露出部３４ｂは、どちらも巻き終わり側に一定量を部分的に残すように配置される。本実施例では、負極金属箔露出部３２ｂ及び正極金属箔露出部３４ｂの長さが、負極電極３２及び正極電極３４の長さの半分に設定されている。
【００３６】
図１２に示す負極電極３２と正極電極３４を間にセパレータ３３、３５を介して重ね合わせて、巻き始め側から巻回し、捲回群３を形成する。負極金属箔露出部３２ｂおよび正極金属箔露出部３４ｂは、捲回群３の外周側に配置され、図１３に示すように断面で見た場合に、扁平厚さ方向に２つに分割された状態で存在する。
【００３７】
扁平厚さ方向に２つに分割された負極金属箔露出部３２ｂ及び正極箔露出部３４ｂは、図１４に示すように、それぞれ束ねられて、２つの負極集電板１９０及び２つの正極集電板１８０に溶接接合される。
【００３８】
図１３、図１４からわかるように、扁平厚さ方向に２つに分割された負極金属箔露出部３２ｂ及び正極金属箔露出部３４ｂは、２つの負極集電板１９０及び２つの正極集電板１８０に近接している。そして、それぞれ扁平厚さ方向に２つに分割されているので、実施例１のように一括して束ねるタイプと比較して、一つの束の枚数も少ない。したがって、金属箔露出部中、溶接部までのリードの役割をもつ長さを小さくでき、その結果、負極金属箔露出部３２ｂおよび正極金属箔露出部３４ｂの幅を必要最小限にすることができる。したがって、その分だけ、合剤層の幅を広くすることができ、電池容量を増大させることができる。
【００３９】
また、捲回群３は、捲回群軸心側に金属箔露出部が無く、その分のスペースが存在するので、負極金属箔露出部３２ｂ及び正極金属箔露出部３４ｂの集電板１９０、１８０への溶接作業がやり易く、プロセス上、分割集電が簡便化するメリットがある。さらに、捲回群３の外周側で負極電極３２及び正極電極３４を集電板１９０、１８０に拘束しているので、常に安定したテンションを捲回群３に加えた状態に維持でき、振動や衝撃に対しても、捲回群３の捲回状態が解けることなく、安定した形状を保つことができる。
【００４０】
〔実施例３〕
次に、実施例３について説明する。
図１５は、実施例３の捲回群が展開された状態を示す図、図１６は、実施例３の捲回群の断面図、図１７は、実施例３の捲回群に集電板が接合された状態を示す断面図である。なお、上述の実施例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。本実施例において特徴的なことは、負極金属箔露出部３２ｂ及び正極金属箔露出部３４ｂを負極電極３２及び正極電極３４の長辺方向中央に部分的に設けたことである。
【００４１】
一方の長辺側端部に部分的に金属箔露出部を有する負極電極３２及び正極電極３４の作製方法は、実施例１と同様である。負極金属箔露出部３２ｂ及び正極金属箔露出部３４ｂは、長辺側端部に部分的に設けられており、負極電極３２及び正極電極３４の全長よりも短い長さであって、１周以上連続して捲回されて２枚以上が重なり合う長さを有している。ここで一方の長辺側端部に部分的に残された負極金属箔露出部３２ｂおよび正極金属箔露出部３４ｂは、どちらも長辺方向中央に一定量を部分的に残すように配置される。本実施例では、負極金属箔露出部３２ｂ及び正極金属箔露出部３４ｂの長さが、負極電極３２及び正極電極３４の長さの半分に設定されている。
【００４２】
図１５に示す負極電極３２と正極電極３４を間にセパレータ３３、３５を介して重ね合わせて、巻き始め側から巻回し、捲回群３を形成する。負極金属箔露出部３２ｂおよび正極金属箔露出部３４ｂは、捲回群３の軸心側と外周側との中間位置に配置され、図１６に示すように断面で見た場合に、扁平厚さ方向に２つに分割された状態で存在する。
【００４３】
扁平厚さ方向に２つに分割された負極金属箔露出部３２ｂ及び正極箔露出部３４ｂは、図１７に示すように、それぞれ束ねられ、２つの負極集電板１９０及び２つの正極集電板１８０に溶接接合される。
【００４４】
図１６、図１７からわかるように、扁平厚さ方向に２つに分割された負極金属箔露出部３２ｂ及び正極金属箔露出部３４ｂは、２つの負極集電板１９０及び２つの正極集電板１８０に近接している。そして、それぞれ扁平厚さ方向に２つに分割されているので、実施例１のように一括して束ねるタイプと比較して、一つの束の枚数も少ない。したがって、金属箔露出部中、溶接部までのリードの役割をもつ長さを小さくでき、その結果、負極金属箔露出部３２ｂおよび正極金属箔露出部３４ｂの幅を必要最小限にすることができる。したがって、その分だけ、合剤層の幅を広くすることができ、電池容量を増大させることができる。
【００４５】
また、図１５に示すように、負極金属箔露出部３２ｂおよび正極金属箔露出部３４ｂを負極電極３２及び正極電極３４の長辺方向中央に配置することで、負極金属箔露出部３２ｂおよび正極金属箔露出部３４ｂから負極電極３２及び正極電極３４の巻き終わり側の端部までの距離と、負極金属箔露出部３２ｂおよび正極金属箔露出部３４ｂから負極電極３２及び正極電極３４の巻き始め側の端部までの距離とを等しくすることができる。したがって、集電板１９０、１８０から合剤層までの距離が均一化し、安定な電池特性が得られる。
【００４６】
また、捲回群３は、捲回群軸心側に金属箔露出部が無く、その分のスペースが存在するので、負極金属箔露出部３２ｂ及び正極金属箔露出部３４ｂの集電板１９０、１８０への溶接作業がやり易く、プロセス上、分割集電が簡便化するメリットがある。
【００４７】
〔実施例４〕
次に、実施例４について説明する。
図１８は、実施例４の捲回群が展開された状態を示す図、図１９は、実施例４の捲回群の断面図、図２０は、実施例４の捲回群に集電板が接合された状態を示す断面図である。なお、上述の実施例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。本実施例において特徴的なことは、負極金属箔露出部３２ｂを負極電極３２の巻き始め側に部分的に設け、正極金属箔露出部３４ｂを正極電極３４の巻き終わり側に部分的に設けたことである。
【００４８】
一方の長辺側端部に部分的に金属箔露出部を有する正極電極及び負極電極を作製する方法は、実施例１と同様である。負極金属箔露出部３２ｂ及び正極金属箔露出部３４ｂは、長辺側端部に部分的に設けられており、負極電極３２及び正極電極３４の全長よりも短い長さであって、１周以上連続して捲回されて２枚以上が重なり合う長さを有している。
【００４９】
ここで一方の長辺側端部に部分的に残された負極金属箔露出部３２ｂおよび正極金属箔露出部３４ｂは、図１８に示すように、負極金属箔露出部３２ｂが巻き始め側（捲回群軸心側）に一定量を残すように配置され、正極箔露出部３４ｂが巻き終わり側（捲回群外周側）に一定量を部分的に残すように配置される。本実施例では、負極金属箔露出部３２ｂ及び正極金属箔露出部３４ｂの長さが、負極電極３２及び正極電極３４の長さの半分に設定されている。
【００５０】
図１８に示す負極電極３２と正極電極３４を間にセパレータ３３、３５を介して重ね合わせて、巻き始め側から巻回し、捲回群３を形成する。負極金属箔露出部３２ｂは、捲回群３の軸心側に配置される。一方、正極金属箔露出部３４ｂは、捲回群３の外周側に配置され、図１９に示すように断面で見た場合に、扁平厚さ方向に２つに分割された状態で存在する。
【００５１】
負極金属箔露出部３２ｂと、扁平厚さ方向に２つに分割された正極箔露出部３４ｂは、図２０に示すように、それぞれ束ねられて、負極金属箔露出部３２ｂは１つの負極集電板１９０に一括して溶接接合され、正極金属箔露出部３４ｂは２つの正極集電板１８０に２つに分割して溶接接合される。
【００５２】
図１９、図２０からわかるように、扁平厚さ方向に一括して束ねられた負極金属箔露出部３２ｂと、扁平厚さ方向に２つに分割された正極金属箔露出部３４ｂは、１つの負極集電板１９０及び２つの正極集電板１８０に近接している。
【００５３】
負極金属箔露出部３２ｂは、負極集電板１９０に近接しており、長辺側端部全長に亘って設けられたものと比較して、重なり合わされる枚数も少ない。したがって、捲回群３の軸心側での一括集電がやり易く、金属箔露出部中、溶接部までのリードの役割をもつ長さを小さくでき、その結果、負極金属箔露出部３２ｂの幅を必要最小限にすることができる。
【００５４】
一方、正極金属箔露出部３４ｂは、扁平厚さ方向に分割されて２つの正極集電板１８０にそれぞれ近接しており、負極金属箔露出部３２ｂのように一括して束ねるタイプと比較して、一つの束の枚数も少ない。したがって、金属箔露出部中、溶接部までのリードの役割をもつ長さを小さくでき、その結果、正極金属箔露出部３４ｂの幅を必要最小限にすることができる。したがって、その分だけ、合剤層の幅を広くすることができ、電池容量を増大させることができる。
【００５５】
また、正極側は、捲回群３の中心側において正極金属箔露出部３４ｂが無くスペースが存在するため、正極集電板１８０への分割溶接がやり易く、プロセス上、分割集電が簡便化するメリットがある。さらに、捲回群３の外周側にて正極電極３４を正極集電板１８０に拘束しているため、常に安定したテンションを捲回群３に加えた状態に維持でき、振動や衝撃に対しても、捲回群の捲回状態が解けることなく、安定した形状を保つことができる。また、部分的に設けられる金属箔露出部の場所を、正極と負極とで逆にしてもよく、同様な効果を得ることができる。
【００５６】
〔実施例５〕
次に、実施例５について説明する。
図２１は、実施例５の捲回群が展開された状態を示す図、図２２は、実施例５の捲回群の断面図、図２３は、実施例５の捲回群に集電板が接合された状態を示す断面図である。なお、上述の実施例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。本実施例において特徴的なことは、負極金属箔露出部３２ｂを負極電極３２の巻き始め側に部分的に設け、正極金属箔露出部３４ｂは、従来と同様に、正極電極３４の長辺側端部の全長に亘って延在するように設けたことである。
【００５７】
一方の長辺側端部に部分的に金属箔露出部３２ｂを有する負極電極３２を作製する方法は、実施例１と同様である。負極金属箔露出部３２ｂは、長辺側端部に部分的に設けられており、負極電極３２の全長よりも短い長さであって、１周以上連続して捲回されて２枚以上が重なり合う長さを有している。正極金属露出部３４ｂは、正極電極３４の長辺側端部を全て残したものを用いる。
【００５８】
負極金属箔露出部３２ｂは部分的に残したものを用い、捲回軸心側から一定量を残すように配置する。本実施例では、負極金属箔露出部３２ｂの長さが、負極電極３２の長さの半分に設定されている。
【００５９】
図２１に示す負極電極３２と正極電極３４を間にセパレータ３３、３５を介して重ね合わせて、巻き始め側から巻回し、捲回群３を形成する。図２２に示すように、負極金属箔露出部３２ｂは、捲回群３の軸心側に存在する。一方、正極金属箔露出部３４ｂは、捲回群３の全周に亘って存在する。
【００６０】
負極金属箔露出部３２ｂと正極箔露出部３４ｂは、図２３に示すように、それぞれ束ねられて、負極金属箔露出部３２ｂは負極集電板１９０に一括して溶接接合され、正極金属箔露出部３４ｂは正極集電板１８０に一括して溶接接合される。
【００６１】
図２２、図２３からわかるように、負極金属箔露出部３２ｂと正極金属箔露出部３４ｂは、負極集電板１９０及び正極集電板１８０に近接している。負極金属箔露出部３２ｂは、負極集電板１９０に近接しており、重なり合わされる枚数も少ない。したがって、捲回群３の軸心側での一括集電がやり易く、金属箔露出部中、溶接部までのリードの役割をもつ長さを小さくでき、その結果、負極金属箔露出部３２ｂの幅を必要最小限にすることができる。
【００６２】
一方、正極金属箔露出部３４ｂは、従来構造ではあるが、捲回群３の全周にわたって正極電極３４を正極集電板１８０に拘束しているため、常に安定したテンションを捲回群３に加えた状態に維持でき、振動や衝撃に対しても、捲回群の捲回状態が解けることなく、安定下形状を保つことができる。また、本構成を正極電極３４と負極電極３２とで逆にしてもよく、同様な効果を得ることができる。
【００６３】
図２４は、金属箔露出部の束ねる枚数と、金属箔露出部の幅との関係を説明する図である。例えば負極金属箔露出部３２ｂを厚さ方向中心側に集めて束ね、負極集電板１９０に接合する一括集電方式の場合、捲回群３の扁平厚さの半分をａ、束ねの斜辺の長さをｂ、接合部の幅をｄ、束ねの角度をθとすると、以下の式(１)の関係を有している。
ｂ＝ａ／ｃｏｓθ  ・・・（１）
（負極金属箔露出部の幅：ｂ＋ｄ）
【００６４】
したがって、例えば負極金属箔露出部３２ｂの束ねの枚数を半分にしたとすると、ａが１／２になるので、ｂも１／２になる。したがって、負極金属箔露出部３２ｂの幅を、ａ／２・１／ｃｏｓθだけ短くすることができる。
【００６５】
より具体的に説明すると、例えば、負極金属箔露出部３２ｂの長辺方向の長さを合剤層３２ａの長辺方向の長さの１／２とした負極電極３２を用いて、扁平厚さが１の捲回群３を形成し、負極金属箔露出部３２ｂを厚さ方向中心側に集めた斜辺の角度（束ねの角度）θが１０〜４５度となるように束ねて積層させた場合、斜辺の長さｂは、下記の式(２)により、捲回群３の扁平厚さ１に対して０．２５〜０．１８となる。
ｂ＝１／４・１／ｃｏｓ１０〜１／４・１／ｃｏｓ４５＝０．２５〜０．１８・・・（２）
【００６６】
したがって、負極金属箔露出部３２ｂの幅（ｂ＋ｄ）を０．２５〜０．１８だけ短くすることができ、その分だけ合剤層の幅を広くすることができ、電池の外形を変更することなく電池容量を増大させることができる。
【００６７】
そして、負極金属箔露出部３２ｂを厚さ方向に二つに分けてそれぞれ束ね、２つの負極集電板１９０、１９０に接合する分割集電方式の場合、ａを半分にして考えれば上述の一括集電方式の場合と同じであり、負極金属箔露出部３２ｂの幅を、ａ／４／ｃｏｓθだけ短くすることができる。
【００６８】
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】
【００６９】
1      電池缶 
3      捲回群       
32     負極電極
32a    負極合剤層
32b   負極金属箔露出部
33     セパレータ
34     正極電極
34a    正極合剤層
34b    正極金属箔露出部
35     セパレータ    
100    角形二次電池
180    正極集電板
190    負極集電板
【図１】
2016051544.tif 000003
【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】
2016051544.tif 000018
【図１７】
2016051544.tif 000019
【図１８】
2016051544.tif 000020
【図１９】
2016051544.tif 000021
【図２０】
2016051544.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
2016051544.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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