(57)【要約】【課題】性能に優れた非水電解液二次電池を提供する。【解決手段】本発明の非水電解液二次電池は、正極合剤層が正極集電体に設けられることなく構成された正極露出部を幅方向一端に有する正極と、負極合剤層が負極集電体に設けられることなく構成された負極露出部を幅方向一端に有する負極とが、セパレータを挟んで巻回され、扁平化されて構成された巻回電極体を備える。巻回電極体の軸方向一端では、正極露出部がセパレータ及び負極よりも軸方向外側へ突出しており、巻回電極体の軸方向他端では、負極露出部がセパレータ及び正極よりも軸方向外側へ突出している。正極露出部は、巻回電極体の軸方向一端面の一部分において、集められて正極集電端子に接続されている。負極露出部は、巻回電極体の軸方向他端面の一部分において、集められて負極集電端子に接続されている。正極集電端子と正極露出部とが溶接されて構成された正極側溶接部と、負極集電端子と負極露出部とが溶接されて構成された負極側溶接部とは、巻回電極体の基準面に対して互いに反対側に位置する。【選択図】図１
2016081612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極合剤層が正極集電体に設けられることなく構成された正極露出部を幅方向一端に有する正極と、負極合剤層が負極集電体に設けられることなく構成された負極露出部を幅方向一端に有する負極とが、セパレータを挟んで巻回され、扁平化されて構成された巻回電極体を備え、
前記巻回電極体の軸方向一端では、前記正極露出部が前記セパレータ及び前記負極よりも軸方向外側へ突出しており、前記巻回電極体の軸方向他端では、前記負極露出部が前記セパレータ及び前記正極よりも軸方向外側へ突出しており、
前記正極露出部は、前記巻回電極体の軸方向一端面の一部分において、集められて正極集電端子に接続され、
前記負極露出部は、前記巻回電極体の軸方向他端面の一部分において、集められて負極集電端子に接続され、
前記正極集電端子と前記正極露出部とが溶接されて構成された正極側溶接部と、前記負極集電端子と前記負極露出部とが溶接されて構成された負極側溶接部とは、前記巻回電極体の基準面に対して互いに反対側に位置する非水電解液二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻回電極体を備えた非水電解液二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（特開２００２−８７０８号公報）には、正極集電端子及び負極集電端子が、セパレータからの電極露出部の突出方向に交差する方向に延在した状態で、電極露出部の積層面に一体的に接合されていることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−８７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の巻回電極体では、電極面内に大きな電位ムラが発生することがあり、その結果、電池性能の低下を招くことがある。本発明では、性能に優れた非水電解液二次電池の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の非水電解液二次電池は、正極合剤層が正極集電体に設けられることなく構成された正極露出部を幅方向一端に有する正極と、負極合剤層が負極集電体に設けられることなく構成された負極露出部を幅方向一端に有する負極とが、セパレータを挟んで巻回され、扁平化されて構成された巻回電極体を備える。巻回電極体の軸方向一端では、正極露出部がセパレータ及び負極よりも軸方向外側へ突出しており、巻回電極体の軸方向他端では、負極露出部がセパレータ及び正極よりも軸方向外側へ突出している。正極露出部は、巻回電極体の軸方向一端面の一部分において、集められて正極集電端子に接続されている。負極露出部は、巻回電極体の軸方向他端面の一部分において、集められて負極集電端子に接続されている。正極集電端子と正極露出部とが溶接されて構成された正極側溶接部と、負極集電端子と負極露出部とが溶接されて構成された負極側溶接部とは、巻回電極体の基準面に対して互いに反対側に位置する。
【０００６】
本発明の非水電解液二次電池では、正極側溶接部と負極側溶接部とが巻回電極体の基準面に対して互いに反対側に位置するので、巻回電極体の電極面内では、正極側溶接部及び負極側溶接部の両方から遠く離れた領域を小さく抑えることができる。これにより、電極面内における電位ムラを小さく抑えることができる。
【０００７】
「巻回電極体の基準面」とは、巻回電極体の中心軸を含む面であって巻回電極体の横断面における長径方向に延びる面を意味する。「巻回電極体の中心軸」とは、巻回電極体の横断面中心を通って巻回電極体の軸方向に延びる軸を意味する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、電極面内における電位ムラを小さく抑えることができるので、非水電解液二次電池の性能低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態の非水電解液二次電池の構成を示す平面図である。
【図２】従来の非水電解液二次電池の一製造工程を示す側面図である。
【図３】図２に示す領域ＩＩＩの拡大図である。
【図４】従来の巻回電極体の展開図である。
【図５】従来の非水電解液二次電池の要部を示す側面図である。
【図６】本発明の一実施形態の巻回電極体の展開図である。
【図７】図１に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。
【図８】本発明の一実施形態の非水電解液二次電池の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明について図面を用いて説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さ等の寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。
【００１１】
≪第１の実施形態≫
図１（ａ）は図１（ｂ）に示すＩＡ方向から本発明の第１の実施形態の非水電解液二次電池を見たときの平面図であり、図１（ｂ）は本実施形態の非水電解液二次電池の要部を示す平面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）に示すＩＣ方向から本実施形態の非水電解液二次電池を見たときの平面図である。
【００１２】
本実施形態の非水電解液二次電池は、巻回電極体１１を備える。巻回電極体１１では、正極１３と負極１７とがセパレータ１５を挟んで巻回され、扁平化されている。正極１３は、正極集電体１３Ａと、正極１３の幅方向一端を除く領域において正極集電体１３Ａに設けられた正極合剤層とを有する。負極１７は、負極集電体１７Ａと、負極１７の幅方向一端を除く領域において負極集電体１７Ａに設けられた負極合剤層とを有する。セパレータ１５は正極合剤層と負極合剤層との間に設けられ、正極合剤層と負極合剤層とセパレータ１５には非水電解液が保持されている。
【００１３】
正極１３の幅方向一端には、正極合剤層が正極集電体１３Ａに設けられることなく構成された正極露出部１３Ｄが設けられている。正極露出部１３Ｄは、セパレータ１５及び負極１７よりも、巻回電極体１１の軸方向一端面（第１端面）１１Ａから巻回電極体１１の軸方向外側へ突出している。巻回電極体１１では正極１３が巻回されているので、巻回電極体１１の第１端面１１Ａでは正極露出部１３Ｄがその周縁からその中央へ向かって積層されている。正極露出部１３Ｄは、巻回電極体１１の第１端面１１Ａの一部分（巻回電極体１１の基準面１１Ｖよりも奥側）において、集められて正極集電端子３１に溶接されている（正極側溶接部３５の形成）。正極集電端子３１は、絶縁部材３３を挟んで蓋体１に固定されており、蓋体１に設けられた正極外部端子３に接続されている。
【００１４】
負極１７の幅方向一端には、負極合剤層が負極集電体１７Ａに設けられることなく構成された負極露出部１７Ｄが設けられている。負極露出部１７Ｄは、正極１３及びセパレータ１５よりも、巻回電極体１１の軸方向他端面（第２端面）１１Ｂから巻回電極体１１の軸方向外側へ突出している。巻回電極体１１では負極１７が巻回されているので、巻回電極体１１の第２端面１１Ｂでは負極露出部１７Ｄがその周縁からその中央へ向かって積層されている。負極露出部１７Ｄは、巻回電極体１１の第２端面１１Ｂの一部分（巻回電極体１１の基準面１１Ｖよりも手前側）において、集められて負極集電端子７１に溶接されている（負極側溶接部７５の形成）。負極集電端子７１は、絶縁部材７３を挟んで蓋体１に設けられており、蓋体１に設けられた負極外部端子７に接続されている。
【００１５】
本実施形態では、正極側溶接部３５と負極側溶接部７５とは巻回電極体１１の基準面１１Ｖ（以下では単に「基準面１１Ｖ」と記すことがある）に対して互いに反対側に位置している。具体的には、正極側溶接部３５は、基準面１１Ｖよりも奥側（紙面奥側）に位置しているのに対し、負極側溶接部７５は、基準面１１Ｖよりも手前側（紙面手前側）に位置している。以下では、従来の非水電解液二次電池の構成を説明しながら、本実施形態の非水電解液二次電池をさらに示す。
【００１６】
図２は、従来の非水電解液二次電池の一製造工程を示す側面図である。図３は、図２に示す領域ＩＩＩの拡大図である。図４（ａ）には従来の巻回電極体の展開図の一部を示し、図４（ｂ）には従来の別の巻回電極体の展開図の一部を示し、図４（ｃ）には図４（ｂ）の拡大図を示す。図５は、従来の非水電解液二次電池の要部を示す側面図である。以下では、正極１３側について主に示すが、負極１７側についても同様のことが言える。
【００１７】
図２に示す非水電解液二次電池では、正極露出部１３Ｄは、基準面１１Ｖよりも手前側で集められて正極集電端子１３１に溶接され、基準面１１Ｖよりも奥側でも集められて正極集電端子１３１に溶接されている。つまり、１つの正極集電端子１３１には、正極露出部１３Ｄとの溶接箇所が２箇所存在する。
【００１８】
このような正極集電端子１３１と正極露出部１３Ｄとの溶接方法としては、特に限定されない。しかし、所定の形状に成形された正極集電端子１３１を正極露出部１３Ｄに嵌め込んで正極集電端子１３１と正極露出部１３Ｄとを溶接する場合には、成形された正極集電端子１３１と正極露出部１３Ｄとが嵌め込み時に干渉を起こすことがある。そのため、長尺な正極集電端子１３１を正極露出部１３Ｄに位置決めした後、その正極集電端子１３１を曲げて、正極集電端子１３１の長手方向端部を正極露出部１３Ｄに当接させることが好ましい（図２）。
【００１９】
ところが、正極集電端子１３１を曲げて正極集電端子１３１と正極露出部１３Ｄとを溶接する場合には、所定の形状に成形された正極集電端子１３１を用いる場合に比べ、寸法バラツキが大きくなるので、正極集電端子１３１が正極露出部１３Ｄに溶接される位置のバラツキが大きくなる。そのため、正極露出部１３Ｄの幅（正極１３の幅方向における正極露出部１３Ｄの大きさ）を確保する必要があるので、非水電解液二次電池の高容量化の実現が難しくなる。
【００２０】
また、正極集電端子１３１を曲げて正極集電端子１３１と正極露出部１３Ｄとを溶接する場合、正極集電端子１３１の曲げ精度を高めるという目的で、また、スプリングバックを抑制するという目的で、正極集電端子１３１の曲げ位置と予想される位置付近に刻印又は切欠きを形成することがある（図３）。しかし、刻印又は切欠きが形成された箇所では、正極集電端子１３１の幅又は厚みが急激に変化するので、応力が集中し易くなる。そのため、想定外の外部負荷が非水電解液二次電池に付与されると、正極集電端子１３１が破損し易くなる。
【００２１】
以上より、正極集電端子１３１を曲げることなく正極集電端子１３１と正極露出部１３Ｄとを溶接すれば上記不具合の発生を防止できると考えられる。つまり、基準面１１Ｖよりも手前側及び基準面１１Ｖよりも奥側のうちのいずれか一方において正極集電端子１３１を正極露出部１３Ｄに溶接すれば上記不具合の発生を防止できると考えられる。
【００２２】
しかし、この場合には、正極側溶接部３５の個数が半減し、負極側溶接部７５の個数が半減する。具体的には、正極側溶接部３５の個数及び負極側溶接部７５の個数はそれぞれ図４（ａ）に示す個数から図４（ｂ）に示す個数に減少する。そのため、巻回電極体１１を構成する電極面内には、正極側溶接部３５及び負極側溶接部７５の両方から遠く離れた領域Ｘが形成され易くなるので（図４（ｃ））、電位ムラの発生を招く。巻回電極体１１の厚さが大きくなればなるほど、つまり巻回電極体１１における電極の巻回数が多くなればなるほど、上記領域Ｘが形成され易くなるので、電位ムラが発生し易くなる。
【００２３】
また、例えば基準面１１Ｖよりも奥側において正極集電端子３１が正極露出部１３Ｄに溶接され負極集電端子７１が負極露出部１７Ｄに溶接されている場合には、基準面１１Ｖよりも手前側では正極露出部１３Ｄ及び負極露出部１７Ｄが蓋体１に接続されないこととなる。これにより、巻回電極体１１はその中心軸を回転軸として回転し易くなるので（図５）、非水電解液二次電池の製造時における巻回電極体１１の取り扱いが困難となる。
【００２４】
しかし、本実施形態の非水電解液二次電池では、正極側溶接部３５と負極側溶接部７５とは基準面１１Ｖに対して互いに反対側に位置している。これにより、巻回電極体１１を構成する電極面内では、上記領域Ｘの形成を防止できるので（図６）、電位ムラの発生を防止できる。かかる効果は巻回電極体１１における電極の巻回数が多い場合に顕著となるので、本実施形態の非水電解液二次電池は車両用電源、工場用電源又は家庭用電源等に好適である。なお、図６には、巻回電極体１１の展開図の一部を示す。
【００２５】
また、基準面１１Ｖよりも奥側では正極露出部１３Ｄが蓋体１に接続され、基準面１１Ｖよりも手前側では負極露出部１７Ｄが蓋体１に接続されている。これにより、巻回電極体１１の中心軸を回転軸とする巻回電極体１１の回転を防止できる。よって、非水電解液二次電池の製造時における巻回電極体１１の取り扱いが容易となる。
【００２６】
さらに、正極露出部１３Ｄは、基準面１１Ｖよりも奥側で集められて正極集電端子３１に溶接されているが、基準面１１Ｖよりも手前側では正極集電端子３１に溶接されていない。同様に、負極露出部１７Ｄは、基準面１１Ｖよりも手前側で集められて負極集電端子７１に溶接されているが、基準面１１Ｖよりも奥側では負極集電端子７１に溶接されていない。これにより、正極集電端子３１を曲げる工程を経ることなく正極集電端子３１と正極露出部１３Ｄとを溶接でき、負極集電端子７１を曲げる工程を経ることなく負極集電端子７１と負極露出部１７Ｄとを溶接できる。よって、正極露出部１３Ｄの幅及び負極露出部１７Ｄの幅を確保する必要がない。また、正極集電端子３１及び負極集電端子７１を曲げるために用いる設備とのクリアランスを確保する必要がない。以上のことから、非水電解液二次電池の高容量化を実現できる。それだけでなく、非水電解液二次電池の製造工程数が減少するので、サイクルタイムを短縮できる。
【００２７】
また、正極集電端子３１に刻印又は切欠きを形成することなく正極集電端子３１と正極露出部１３Ｄとを溶接できるので、非水電解液二次電池に対して外部負荷が付与されても正極集電端子３１の破損を防止できる。同様に、負極集電端子７１に刻印又は切欠きを形成することなく負極集電端子７１と負極露出部１７Ｄとを溶接できるので、非水電解液二次電池に対して外部負荷が付与されても負極集電端子７１の破損を防止できる。これらのことから、非水電解液二次電池の使用時等における非水電解液二次電池の性能低下を防止できる。
【００２８】
巻回電極体１１の第１端面１１Ａにおける正極露出部１３Ｄの分割数は特に限定されず、正極露出部１３Ｄにおいて破れ等が発生しないように決定されることが好ましい。図７に示す傾斜角θが４０度以上６０度以下となるように、正極露出部１３Ｄの分割数を決定することが好ましい。正極露出部１３Ｄの幅を小さく抑えるという観点では、正極露出部１３Ｄの分割数は多い方が好ましい。巻回電極体１１の第２端面１１Ｂにおける負極露出部１７Ｄの分割数についても同様のことが言える。なお、図７は、図１に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。
【００２９】
正極集電端子３１を正極露出部１３Ｄに溶接する方法は、特に限定されず、抵抗溶接法又は超音波溶接法等であることが好ましい。負極集電端子７１を負極露出部１７Ｄに溶接する方法についても同様のことが言える。より好ましくは、超音波溶接法によって正極集電端子３１を正極露出部１３Ｄに溶接し、抵抗溶接法によって負極集電端子７１を負極露出部１７Ｄに溶接する。
【００３０】
≪第２の実施形態≫
図８（ａ）は図８（ｂ）に示すＶＩＩＩＡ方向から本発明の第２の実施形態の非水電解液二次電池を見たときの平面図であり、図８（ｂ）は本実施形態の非水電解液二次電池の要部を示す平面図であり、図８（ｃ）は図８（ｂ）に示すＶＩＩＩＣ方向から本実施形態の非水電解液二次電池を見たときの平面図である。以下、上記第１の実施形態とは異なる点を主に示す。
【００３１】
本実施形態の非水電解液二次電池では、正極露出部１３Ｄは、基準面１１Ｖよりも奥側で集められて正極集電端子３１に溶接されており、基準面１１Ｖよりも手前側では互いに溶接されている。同様に、負極露出部１７Ｄは、基準面１１Ｖよりも手前側で集められて負極集電端子７１に溶接されており、基準面１１Ｖよりも奥側では互いに溶接されている。このような場合であっても、上記第１の実施形態に記載の効果を得ることができる。
【００３２】
また、上記第１の実施形態の非水電解液二次電池に比べ、巻回電極体１１における正極露出部１３Ｄ同士の溶接箇所数が増加し、巻回電極体１１における負極露出部１７Ｄ同士の溶接箇所数が増加する。これにより、巻回電極体１１の直流抵抗の低減を実現できる。
【００３３】
なお、本実施形態の非水電解液二次電池では、正極集電端子３１に溶接されない側において正極露出部１３Ｄ同士を溶接させる必要があり、負極集電端子７１に溶接されない側において負極露出部１７Ｄ同士を溶接させる必要があるので、非水電解液二次電池の製造工程数が増加する。また、非水電解液が巻回電極体１１の第１端面１１Ａ及び巻回電極体１１の第２端面１１Ｂから巻回電極体１１の内部へ注入され難くなる。さらには、非水電解液二次電池が過充電状態となったときにガスが発生しても、そのガスが巻回電極体１１の外部へ逃げ難くなる。これらの点においては、上記第１の実施形態の非水電解液二次電池を採用することが好ましい。
【００３４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３５】
１  蓋体、３  正極外部端子、７  負極外部端子、１１  巻回電極体、１１Ａ  第１端面、１１Ｂ  第２端面、１１Ｖ  基準面、１３  正極、１３Ａ  正極集電体、１３Ｄ  正極露出部、１５  セパレータ、１７  負極、１７Ａ  負極集電体、１７Ｄ  負極露出部、３１，１３１  正極集電端子、３３，７３  絶縁部材、３５  正極側溶接部、７１  負極集電端子、７５  負極側溶接部。
【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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