(57)【要約】【課題】従来よりも生産設備の簡略化及び生産性の向上が可能な、フィルムで被覆された二次電池を提供する。【解決手段】電池容器１０と、該電池容器１０の一の端子面１０ｔに配置された外部端子２０と、電池容器１０を被覆する一枚の伸縮性のフィルム１と、を備えた二次電池１００である。フィルム１は、端子面１０ｔと反対側の電池容器１０の底面１０ｂから端子面１０ｔまでを覆う被覆部２と、端子面１０ｔから端子面１０ｔに垂直な方向に沿って延出する余剰部３とを有する。端子面１０ｔに沿う一方向（Ｘ軸方向）に延在するとともに該一方向に交差しかつ端子面１０ｔに沿うフィルム切断方向（Ｙ軸方向）において互いに対向する余剰部３が接合されている。また、フィルム切断方向に交差しかつ端子面１０ｔに沿う方向に延在する余剰部３によって、フィルム１から外部端子２０の上端部を露出させる開口部５が形成されている。【選択図】図１
2017091849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池容器と、該電池容器の一の端子面に配置された外部端子と、前記電池容器を被覆する伸縮性のフィルムと、を備えた二次電池であって、
前記フィルムは、前記端子面と反対側の前記電池容器の底面から前記端子面までを覆う被覆部と、前記端子面から前記端子面に垂直な方向に沿って延出する余剰部とを有し、
前記端子面に沿う一方向に延在するとともに該一方向に交差しかつ前記端子面に沿うフィルム切断方向において互いに対向する前記余剰部が接合され、
前記フィルム切断方向に交差しかつ前記端子面に沿う方向に延在する前記余剰部によって、前記フィルムから前記外部端子の上端部を露出させる開口部が形成されていることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記電池容器は、前記端子面にガス排出弁を有し、
前記フィルム切断方向に交差しかつ前記端子面に沿う方向に延在する前記余剰部によって前記フィルムから前記ガス排出弁を露出させる弁用開口部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記電池容器は、前記一方向に平行でかつ前記端子面に垂直な広側面と、前記フィルム切断方向に平行でかつ前記端子面に垂直な狭側面と、を有する扁平角形の形状を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記外部端子の形状は、前記一方向に平行な側面と前記フィルム切断方向に平行な側面とを有する矩形であることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
【請求項５】
前記外部端子の形状は、前記端子面に垂直な側面を有する円柱形であることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
【請求項６】
電池容器と、該電池容器の一の端子面に配置された外部端子と、前記電池容器を被覆する伸縮性のフィルムと、を備えた二次電池の製造方法であって、
前記外部端子の上端部を挿入可能な筒状部を有する治具を用意し、前記外部端子の上端部を前記筒状部に挿入する治具配置工程と、
軟化させた前記フィルムを前記端子面と反対側の前記電池容器の底面に被せ、前記端子面側から真空吸引することで、前記フィルムに、前記端子面と反対側の前記電池容器の底面から前記端子面までを覆う被覆部と、前記端子面から前記端子面に垂直な方向に沿って延出する余剰部とを形成し、前記端子面に沿う一方向に延在するとともに該一方向に交差しかつ前記端子面に沿うフィルム切断方向において互いに対向する前記余剰部を接合し、前記治具の前記筒状部の前記フィルム切断方向に交差しかつ前記端子面に沿う方向に延在する側面に前記余剰部を接合させる被覆工程と、
前記フィルム切断方向から、前記フィルム切断方向に交差しかつ前記端子面に沿う方向に延在する前記余剰部を切断し、前記フィルムから前記外部端子の上端部を露出させる開口部を形成する切断工程と、
を有することを特徴とする二次電池の製造方法。
【請求項７】
前記治具は、前記電池容器の前記端子面に設けられたガス排出弁に接続可能な弁用筒状部を有し、
前記治具配置工程において、前記ガス排出弁に前記弁用筒状部を接続し、
前記被覆工程において、前記弁用筒状部の前記フィルム切断方向に交差しかつ前記端子面に沿う方向に延在する側面に前記余剰部を接合させ、
前記切断工程において、前記フィルムから前記ガス排出弁を露出させる弁用開口部を形成することを特徴とする請求項６に記載の二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルムによって被覆された二次電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ハイブリッド電気自動車や純粋な電気自動車等の動力源として大容量（Ｗｈ）の二次電池が開発されており、その中でもエネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）の高い角形のリチウムイオン二次電池が注目されている。このような二次電池を、加熱して軟化させたフィルムによって被覆する技術が開示されている（下記特許文献１を参照）。
【０００３】
特許文献１の図１及び段落００１６には、被覆対象物の物品である電池がフィルムによって被覆されたフィルム被覆物品が記載されている。電池は、直方体形状に形成され、上面と、底面と、四つの側面を備えている。上面には、他の部材との接続部である端子が一対上方に向けて突設されている。電池は、長辺側の側面同士を対向させるようにしながら短辺方向に沿って複数個並べられて使用され、例えば車載用や不動産等の定置用として使用される。
【０００４】
また、特許文献１の段落００１７から段落００２３及び要約等の記載によれば、電池は、フィルムによって以下のように被覆される。まず、加熱して軟化させたフィルムを電池に被せ、次に、フィルムの片面側からバキュームして電池の表面にフィルムを真空密着させる。このとき、電池のバキューム側の一端部所定領域、すなわち一対の端子の上端部が露出し、電池の主たる密着保持面である長辺側の側面がバキューム方向に対して側方に位置するようにする。これにより、一対の端子の上端部を除く電池の表面全体にフィルムが密着保持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２５２８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、段落００１７、図１、図３及び図４に記載されているように、電池の上面より上方において、端子が存在していない箇所において、フィルムの内面同士が密着した内面密着部が形成されている。さらに内面密着部の上端からは、一対の端子の上端部の周囲にフィルムが張り出している。このフィルムの内面密着部やその上端から張り出した部分は、電池を被覆するフィルムの余剰部である。このフィルムの余剰部は、例えば、複数の電池の端子同士を接続する工程の作業性を低下させる虞があり、切除が必要になる場合がある。
【０００７】
フィルムの余剰部を切除する工程では、生産性向上の観点から、レーザやカッターをフィルムの余剰部に対して一方向から当てて、フィルムの余剰部を切断することが考えられる。しかし、レーザやカッターを当てる方向、すなわちフィルム切断方向に対して平行に延在するフィルムの余剰部の一部は、フィルム切断方向の切断量が増加するため、一工程で切断できない場合がある。この場合、フィルムの余剰部を複数のフィルム切断方向から切断する必要が生じ、二次電池の生産設備の複雑化や生産性の低下を招く虞がある。
【０００８】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、従来よりも生産設備の簡略化及び生産性の向上が可能な、フィルムで被覆された二次電池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】
前記目的を達成すべく、本発明の二次電池は、電池容器と、該電池容器の一の端子面に配置された外部端子と、前記電池容器を被覆する一枚の伸縮性のフィルムと、を備えた二次電池であって、前記フィルムは、前記端子面と反対側の前記電池容器の底面から前記端子面までを覆う被覆部と、前記端子面から前記端子面に垂直な方向に沿って延出する余剰部とを有し、前記端子面に沿う一方向に延在するとともに該一方向に交差しかつ前記端子面に沿うフィルム切断方向において互いに対向する前記余剰部が接合され、前記フィルム切断方向に交差しかつ前記端子面に沿う方向に延在する前記余剰部によって、前記フィルムから前記外部端子の上端部を露出させる開口部が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、従来よりも生産設備の簡略化及び生産性の向上が可能な、フィルムで被覆された二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る二次電池の外観斜視図。
【図２】図１に示す二次電池の上面図。
【図３】フィルムによる被覆前の図１に示す二次電池の外観斜視図。
【図４】図３に示す二次電池の分解斜視図。
【図５】図４に示す二次電池の電極群の分解斜視図。
【図６】図１に示す二次電池の製造方法に含まれる各工程を示すフロー図。
【図７】図６に示す治具配置工程に用いられる治具の斜視図。
【図８】図６に示す治具配置工程終了後の状態を示す二次電池及び治具の正面図。
【図９】図６に示す被覆工程を説明する二次電池、治具、及びフィルムの斜視図。
【図１０】図６に示す被覆工程終了後の二次電池、治具、及びフィルムの斜視図。
【図１１】図６に示す被覆工程終了後の二次電池、治具、及びフィルムの側面図。
【図１２】図６に示す切断工程を説明する二次電池、治具、及びフィルムの正面図。
【図１３】図１に示す二次電池の変形例を示す外観斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の二次電池及びその製造方法の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、フィルム１によって被覆された本実施形態の二次電池１００の外観斜視図である。図２は、図１に示す二次電池１００の上面図である。図３は、フィルム１によって被覆される前の二次電池１００の外観斜視図である。
【００１４】
本実施形態の二次電池１００は、例えば、ハイブリッド電気自動車や純粋な電気自動車等の動力源として用いられる大容量でエネルギー密度の高い角形のリチウムイオン二次電池である。二次電池１００は、扁平角形の電池容器１０と、電池容器１０の一の端子面１０ｔに配置された外部端子２０と、電池容器１０を被覆する伸縮性のフィルム１と、を備えている。なお、電池容器１０の形状は、扁平角形の形状に限定されず、例えば円筒形等、他の形状であってもよい。
【００１５】
電池容器１０を被覆するフィルム１の素材は、伸縮性及び電気絶縁性を有する樹脂材料であれば特に限定されないが、熱可塑性を有する樹脂材料であることが好ましい。フィルム１の素材としては、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂からなる群から選択される一以上の樹脂を用いることができる。
【００１６】
より具体的には、フィルム１の素材として、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート等、熱収縮性を有するシュリンクフィルムを用いることができる。また、フィルム１は、単層構造でも多層構造でもよく、一枚又は二枚以上のフィルム１を用いることができる。また、フィルム１は、無色透明でも、着色されていてもよい。
【００１７】
フィルム１は、電池容器１０の端子面１０ｔと反対側の電池容器１０の底面１０ｂから、電池容器１０の端子面１０ｔまでを覆う被覆部２と、電池容器１０の端子面１０ｔから端子面１０ｔに垂直な方向に沿って延出する余剰部３とを有している。詳細は後述するが、フィルム１の余剰部３は、加熱して可塑化させたフィルム１によって電池容器１０の底面１０ｂから端子面１０ｔまでを覆うときに、端子面１０ｔに集約させたフィルム１の端部１ｅ（図９参照）に相当する部分である。
【００１８】
フィルム１の余剰部３は、端子面１０ｔに沿う一方向、例えば長方形の端子面１０ｔの長手方向に延在するとともに、その一方向に交差しかつ端子面１０ｔに沿うフィルム１切断方向、例えば長方形の端子面１０ｔの短手方向において、互いに対向する部分が接合されている。これにより、電池容器１０の端子面１０ｔにおいて、接合部４が形成されている。接合部４は、端子面１０ｔの長手方向に沿って延在し、かつ端子面１０ｔに垂直な方向に沿って端子面１０ｔから延出している。
【００１９】
各図では、端子面１０ｔに沿う一方向である端子面１０ｔの長手方向をＸ軸方向、当該一方向に直交しかつ端子面１０ｔに沿うフィルム切断方向である端子面１０ｔの短手方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する端子面１０ｔに垂直な方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系を示す。
【００２０】
本実施形態の二次電池１００は、フィルム切断方向（Ｙ軸方向）に交差し、かつ端子面１０ｔに沿う方向に延在するフィルム１の余剰部３によって、フィルム１から外部端子２０の上端部を露出させる開口部５が形成されていることを特徴としている。
【００２１】
開口部５は、端子面１０ｔの長手方向の一端と他端に設けられ、それぞれ正極外部端子２０Ｐと負極外部端子２０Ｎとを露出させている。開口部５は、フィルム切断方向に対して垂直な端子面１０ｔの長手方向に延在する第１側面部５ａと、フィルム切断方向及び端子面１０ｔの長手方向に交差する方向に延在する第２側面部５ｂとを有する、概ね六角形の筒状に形成されている。なお、第１側面部５ａと第２側面部５ｂは、フィルム１の余剰部３である。
【００２２】
図２に示す例において、開口部５の第１側面部５ａは、端子面１０ｔに沿う一方向である端子面１０ｔの長手方向（Ｘ軸方向）に対して平行で、かつ、フィルム切断方向である端子面１０ｔの短手方向（Ｙ軸方向）に垂直に延在している。また、開口部５の第２側面部５ｂは、端子面１０ｔに沿う一方向である端子面１０ｔの長手方向（Ｘ軸方向）に対して４５°以上９０°未満の角度で交差し、かつ、フィルム切断方向である端子面１０ｔの短手方向（Ｙ軸方向）に０°より大きく４５°未満の角度で交差している。
【００２３】
また、開口部５の第２側面部５ｂは、第１側面部５ａから端子面１０ｔの短手方向の中央を通る端子面１０ｔの中心線ＣＬに近付くにしたがって、外部端子２０の側面２０ｂとの間隔が広くなるように傾斜している。すなわち、端子面１０ｔに垂直な方向から見て、互いに隣接する第２側面部５ｂ，５ｂは、端子面１０ｔの中心線ＣＬ上に頂点を有し、外部端子２０の側面２０ｂを底辺とする二等辺三角形の斜辺部分を構成している。
【００２４】
換言すると、端子面１０ｔに垂直な方向から見て、互いに隣接する第２側面部５ｂ，５ｂは、端子面１０ｔの長手方向の中央側における間隔よりも、端子面１０ｔの長手方向の端部側における間隔が狭くなる山形、先細形、楔形、又は切妻形の形状を成している。また、フィルム１の余剰部３は、第１側面部５ａ及び第２側面部５ｂを有する開口部５の下方側の部分、すなわち端子面１０ｔ側の部分に、外部端子２０の外形に沿う筒形の筒状部６を形成している。
【００２５】
本実施形態において、外部端子２０の形状は、端子面１０ｔに沿う一方向、すなわち端子面１０ｔの長手方向に平行な側面２０ａと、端子面１０ｔの短手方向であるフィルム切断方向に平行な側面２０ｂとを有する概ね直方体形状の矩形である。したがって、開口部５の端子面１０ｔ側に形成された筒状部６は、矩形の外部端子２０の側面に沿う矩形筒状に形成されている。開口部５の下方側の筒状部６は、端子面１０ｔの長手方向の両側に形成された接合部４，４の間に形成されている。
【００２６】
また、本実施形態の二次電池１００は、電池容器１０の端子面１０ｔにガス排出弁１５を有している。そして、フィルム切断方向である端子面１０ｔの短手方向に交差し、かつ端子面１０ｔに沿う方向に延在する余剰部３によって、フィルム１からガス排出弁１５を露出させる弁用開口部７が形成されている。弁用開口部７は、ガス排出弁１５の寸法に対応する寸法を有し、外部端子２０を露出させる開口部５と同様に、第１側面部７ａと第２側面部７ｂとを有する概ね六角形の筒状に形成されている。
【００２７】
また、弁用開口部７の下方側には、端子面１０ｔの長手方向を長手方向とし、端子面１０ｔの短手方向と短手方向とする概ね長方形のガス排出弁１５の形状に対応する長方形の断面形状を有する矩形筒状の弁用筒状部８が形成されている。弁用筒状部８の一端は、ガス排出弁１５に接続され、他端は、弁用開口部７に接続されている。以下、本実施形態の二次電池１００のフィルム１以外の構成について詳細に説明する。
【００２８】
図４は、図３に示すフィルム１によって被覆される前の二次電池１００の分解斜視図である。
【００２９】
本実施形態の二次電池１００は、主に、扁平角形の電池容器１０と、該電池容器１０の端子面１０ｔに設けられた外部端子２０と、電池容器１０に収容された電極群３０と、該電極群３０を外部端子２０に接続する集電板４０とを有している。外部端子２０、電極群３０、及び集電板４０は、ガスケット１３、絶縁板１４、及び絶縁保護フィルム５０によって、電池容器１０に対して電気的に絶縁されている。
【００３０】
電池容器１０、正極外部端子２０Ｐ及び正極集電板４０Ｐは、例えば、アルミニウム合金によって製作することができる。また、負極外部端子２０Ｎ及び負極集電板４０Ｎは、例えば、銅合金によって製作することができる。また、ガスケット１３及び絶縁板１４は、例えば、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材料によって製作することができる。絶縁保護フィルム５０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または複数のフィルム部材によって製作することができる。
【００３１】
本実施形態の二次電池１００は、正極側と負極側、例えば、正極外部端子２０Ｐと負極外部端子２０Ｎ、及び、正極集電板４０Ｐと負極集電板４０Ｎが概ね二次電池１００の中心線に対称な構成を有している。したがって、正極側と負極側で共通する構成については、正極外部端子２０Ｐ及び負極外部端子２０Ｎを一括して外部端子２０と表記し、正極集電板４０Ｐ及び負極集電板４０Ｎを一括して集電板４０と表記する。
【００３２】
電池容器１０は、扁平角形、又は矩形箱型の形状を有している。電池容器１０は、長方形の端子面１０ｔと、端子面１０ｔに沿う一方向、例えば端子面１０ｔの長手方向に平行でかつ端子面１０ｔに垂直な広側面１０ｗと、フィルム切断方向、例えば端子面１０ｔの短手方向に平行で、かつ端子面１０ｔに垂直な狭側面１０ｎと、端子面１０ｔと同様の長方形の底面１０ｂとを有している。電池容器１０は、上部に開口部１１ａを有する扁平な有底角筒状の電池缶１１と、該電池缶１１の開口部１１ａを封止する矩形平板状の電池蓋１２とによって構成されている。
【００３３】
電池缶１１は、概ね長方形の開口部１１ａを有している。電池缶１１は、内部に電極群３０を収容した状態で、電池蓋１２が開口部１１ａを塞ぐように溶接されて封止される。電池蓋１２は、二次電池１００の幅方向を長手方向とする概ね長方形の板状の形状を有している。電池蓋１２の上面は、外部端子２０を配置する端子面１０ｔである。
【００３４】
端子面１０ｔの長手方向の一端と他端には、正極外部端子２０Ｐと負極外部端子２０Ｎが設けられている。電池蓋１２は、これらの外部端子２０が配置された長手方向の一端と他端に、外部端子２０の柱状の接続部２２を挿通させる貫通孔１２ａを有している。電池蓋１２は、ガスケット１３及び絶縁板１４によって外部端子２０及び集電板４０に対して電気的に絶縁されている。
【００３５】
端子面１０ｔの長手方向の中間部には、ガス排出弁１５と注液口１６が設けられている。ガス排出弁１５は、例えば、電池蓋１２を薄肉化することによって電池蓋１２と一体的に設けられ、電池容器１０の内部圧力が所定の値を超えて上昇したときに開裂してガスを排出し、電池容器１０の内部圧力を低下させて二次電池１００の安全性を確保する。
【００３６】
注液口１６は、電池容器１０内に電解液を注入するのに用いられ、電解液の注入後に、注液栓１７が、例えばレーザ溶接によって溶接されて封止される。電池容器１０内に注入する電解液としては、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適用することができる。
【００３７】
外部端子２０は、バスバー等に溶接接合される溶接接合部２１と、集電板４０に接続される接続部２２とを有している。溶接接合部２１は、電池蓋１２の外側に配置される直方体のブロック形状を有し、下面が電池蓋１２の上面に対向し、上面が所定高さ位置で電池蓋１２の上面と平行になる構成を有している。接続部２２は、溶接接合部２１の下面から電池蓋１２を貫通する方向に突出し、電池蓋１２の円形の貫通孔１２ａに挿通可能な円柱形状を有している。
【００３８】
集電板４０は、電池蓋１２の下面に対向して配置される矩形板状の基部４１と、基部４１の側端で折曲されて電池容器１０の広側面１０ｗに沿って底面１０ｂに向かう方向に延びる接続端部４２を有している。集電板４０の基部４１は、外部端子２０の接続部２２を挿通させる貫通孔４１ａを有している。集電板４０の接続端部４２は、電極群３０の捲回軸Ａ方向の両端部で束ねられた箔露出部３１ｃ，３２ｃに対向して重ね合わされた状態で、例えば超音波圧接や抵抗溶接等によって箔露出部３１ｃ，３２ｃに接合され、電極群３０を構成する正極電極３１、負極電極３２と電気的に接続される。
【００３９】
外部端子２０の接続部２２は、ガスケット１３の貫通孔１３ａ、電池蓋１２の貫通孔１２ａ、絶縁板１４の貫通孔１４ａ、及び集電板４０の基部４１の貫通孔４１ａに順次挿通され、集電板４０の基部４１の下面すなわち電池蓋１２と反対側の面に突出した先端が拡径するようにかしめられる。これにより、外部端子２０及び集電板４０がガスケット１３及び絶縁板１４を介して電池蓋１２に一体に固定され、電極群３０が集電板４０及び絶縁板１４を介して電池蓋１２に固定される。また、外部端子２０が集電板４０を介して電極群３０を構成する正極電極３１、負極電極３２と電気的に接続される。
【００４０】
電極群３０は、集電板４０及び絶縁板１４を介して電池蓋１２に固定された状態で、図４に示す絶縁保護フィルム５０によって覆われる。そして、電極群３０は、電池缶１１の開口部１１ａから電池缶１１内に挿入され、電池蓋１２の全周が電池缶１１の開口部１１ａの全周に亘って、例えばレーザ溶接によって接合されて、電池容器１０内に封入される。その後、電池蓋１２の注液口１６を介して電池容器１０内に電解液を注入し、注液口１６に注液栓１７を、例えばレーザ溶接によって接合し、電池容器１０を密閉する。
【００４１】
図５は、図４に示す電極群３０の一部を展開した状態を示す分解斜視図である。
【００４２】
電極群３０は、長尺帯状の正極電極３１と負極電極３２とを長尺帯状のセパレータ３３，３４を介在させて捲回軸Ａを中心に捲回することによって構成されている。セパレータ３３，３４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。
【００４３】
正極電極３１は、正極集電体である正極箔３１ａと、正極箔３１ａの両面に塗布された正極活物質合剤からなる正極合剤層３１ｂとを有している。正極電極３１の幅方向の一側は、正極合剤層３１ｂが形成されず、正極箔３１ａが露出した箔露出部３１ｃとされている。正極電極３１は、箔露出部３１ｃが負極電極３２の箔露出部３２ｃと捲回軸Ａ方向の反対側に配置されて捲回軸Ａを中心に捲回される。
【００４４】
正極電極３１は、例えば、正極活物質に導電材、結着剤及び分散溶媒を添加して混練した正極活物質合剤を、正極箔３１ａの両面に幅方向の一側を除いて塗布し、乾燥、プレス、裁断することによって製作することができる。正極箔３１ａとしては、例えば、厚さ約２０μｍのアルミニウム箔を用いることができる。正極箔３１ａの厚みを含まない正極合剤層３１ｂの厚さは、例えば、約９０μｍである。
【００４５】
正極活物質合剤の材料としては、例えば、正極活物質として１００重量部のマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ２Ｏ４）を、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛を、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、分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰという。）を、それぞれ用いることができる。
【００４６】
正極活物質は、前記したマンガン酸リチウムに限定されず、例えば、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウム、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を用いてもよい。また、正極活物質として、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、及びこれらの一部を金属元素で置換又はドープしたリチウム−金属複合酸化物を用いてもよい。
【００４７】
負極電極３２は、負極集電体である負極箔３２ａと、負極箔３２ａの両面に塗布された負極活物質合剤からなる負極合剤層３２ｂとを有している。負極電極３２の幅方向の一側は、負極合剤層３２ｂが形成されず、負極箔３２ａが露出した箔露出部３２ｃとされている。負極電極３２は、その箔露出部３２ｃが正極電極３１の箔露出部３１ｃと捲回軸Ａ方向の反対側に配置されて、捲回軸Ａの周りに捲回される。
【００４８】
負極電極３２は、例えば、負極活物質に結着剤及び分散溶媒を添加して混練した負極活物質合剤を、幅方向の一側を除く負極箔３２ａの両面に塗布し、乾燥、プレス、裁断することによって製作することができる。負極箔３２ａとしては、例えば、厚さ約１０μｍの銅箔を用いることができる。負極箔３２ａの厚みを含まない負極合剤層３２ｂの厚さは、例えば、約７０μｍである。
【００４９】
負極活物質合剤の材料としては、例えば、負極活物質として１００重量部の非晶質炭素粉末を、結着剤として１０重量部のＰＶＤＦを、分散溶媒としてＮＭＰをそれぞれ用いることができる。負極活物質は、前記した非晶質炭素粉末に限定されず、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）、又はこれらの複合材料を用いてもよい。負極活物質の粒子形状についても特に限定されず、鱗片状、球状、繊維状又は塊状等の粒子形状を適宜選択することができる。
【００５０】
なお、前記した正極用又は負極用の結着材は、ＰＶＤＦに限定されない。前記した正極用又は負極用の結着材として、例えば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、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及びこれらの混合体等を用いてもよい。
【００５１】
正極電極３１、負極電極３２、及びセパレータ３３，３４を捲回する軸芯としては、例えば、正極箔３１ａ、負極箔３２ａ、セパレータ３３，３４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を用いることができる。
【００５２】
電極群３０の捲回軸Ａ方向において、負極電極３２の負極合剤層３２ｂの幅は、正極電極３１の正極合剤層３１ｂの幅よりも広くなっている。また、電極群３０の最内周と最外周には負極電極３２が捲回されている。これにより、正極電極３１の始端部から終端部まで、正極合剤層３１ｂが負極合剤層３２ｂの間に挟まれている。
【００５３】
電極群３０は、正極電極３１及び負極電極３２が平坦に積層された平坦部３０ａと、平坦部３０ａの両側で正極電極３１及び負極電極３２が湾曲して積層された湾曲部３０ｂとを有する扁平形状に成形されている。すなわち、電極群３０は、捲回軸Ａ方向から見て、平坦な平坦部３０ａの両端に一対の半円形状の湾曲部３０ｂが形成されている。
【００５４】
正極電極３１及び負極電極３２の箔露出部３１ｃ，３２ｃは、図４に示すように、それぞれ電極群３０の平坦部３０ａで束ねられ、例えば超音波圧接、抵抗溶接等によって、集電板４０の接続端部４２に接合される。これにより、正極外部端子２０Ｐ及び負極外部端子２０Ｎが、それぞれ正極集電板４０Ｐ及び負極集電板４０Ｎを介して、電極群３０を構成する正極電極３１及び負極電極３２とそれぞれ電気的に接続される。また、電極群３０は、一方の湾曲部３０ｂが電池蓋１２に対向して配置され、捲回軸Ａ方向が二次電池１００の幅方向に沿うように電池缶１１内に挿入され、他方の湾曲部３０ｂが電池缶１１の底面１０ｂに対向して配置される。
【００５５】
なお、電極群３０の捲回軸Ａ方向において、図５に示すように、セパレータ３３，３４の幅は負極合剤層３２ｂの幅よりも広いが、正極電極３１及び負極電極３２の箔露出部３１ｃ，３２ｃは、それぞれセパレータ３３，３４の幅方向端部よりも幅方向外側に突出している。したがって、セパレータ３３，３４は、箔露出部３１ｃ，３２ｃを束ねて溶接する際の支障にはならない。
【００５６】
このような構成を有する二次電池１００は、例えば、外部端子２０の溶接接合部２１の上面にバスバーが溶接され、複数の二次電池１００を直列に接続した組電池として用いられる。二次電池１００は、例えば、発電機等の電力供給源から供給された電力を、外部端子２０及び集電板４０を介して電極群３０に蓄積することで充電される。また、二次電池１００は、電極群３０に蓄積した電力を、集電板４０及び外部端子２０を介して、例えば、モーター等の電力を消費する装置に供給する。
【００５７】
以下、本発明の実施形態に係る二次電池１００の製造方法を詳細に説明する。図６は、本実施形態の二次電池１００の製造方法に含まれる各工程を示すフロー図である。
【００５８】
本実施形態の二次電池１００の製造方法は、前述した電池容器１０と、該電池容器１０の一の端子面１０ｔに配置された外部端子２０と、前記電池容器１０を被覆する伸縮性のフィルム１とを備えた二次電池１００の製造方法である。本実施形態の二次電池１００の製造方法は、治具配置工程Ｓ１と、被覆工程Ｓ２と、切断工程Ｓ３とを含んでいる。本実施形態の二次電池１００の製造方法は、特にフィルム１によって電池容器１０を被覆する工程に特徴を有している。二次電池１００のその他の製造工程については、公知の製造方法を適用することができるため、ここでは説明を省略する。
【００５９】
図７は、治具配置工程Ｓ１で二次電池１００の端子面１０ｔに対向させて配置する治具６０の斜視図である。図８は、治具配置工程Ｓ１で二次電池１００の端子面１０ｔに対向させて治具６０を配置した状態を示す正面図である。
【００６０】
治具配置工程Ｓ１では、まず、二次電池１００の外部端子２０の上端部を挿入可能な筒状部６２を有する治具６０を用意する。治具６０は、電池容器１０に対応する扁平角形の形状を有する本体部分６１を有している。本体部分６１の上端面６１ｔは、電池容器１０の端子面１０ｔと概ね同一の形状及び寸法を有している。筒状部６２は、二次電池１００の外部端子２０に対応する位置に配置され、外部端子２０に対応する形状の開口部６２ａを有している。
【００６１】
治具６０の筒状部６２は、治具６０の上端面６１ｔと二次電池１００の電池容器１０の端子面１０ｔとを対向させたときに、二次電池１００のフィルム切断方向、すなわち端子面１０ｔの短手方向に垂直な、端子面１０ｔに沿う一方向、すなわち端子面１０ｔの長手方向に延在する第１の側面６２ｂ１を有している。また、治具６０の筒状部６２は、二次電池１００のフィルム切断方向、すなわち端子面１０ｔの短手方向に交差し、かつ端子面１０ｔに沿う方向に延在する第２の側面６２ｂ２を有している。
【００６２】
治具６０の筒状部６２の第１の側面６２ｂ１と第２の側面６２ｂ２との関係は、前述の二次電池１００を覆うフィルム１の余剰部３によって形成された開口部５の第１側面部５ａと第２側面部５ｂとの関係と同様である。例えば、二次電池１００の外部端子２０の上端部を治具６０の筒状部６２の開口部６２ａに挿入したときに、外部端子２０の周囲のガスケット１３が治具６０の筒状部６２の上面に当接するように、各部の寸法を設定することができる。
【００６３】
また、治具６０は、電池容器１０の端子面１０ｔに設けられたガス排出弁１５に接続可能な弁用筒状部６３を有してもよい。弁用筒状部６３は、治具６０の上端面６１ｔの中央部に配置され、電池容器１０の端子面１０ｔに設けられたガス排出弁１５に対応する位置に配置されている。治具６０の上端面６１ｔに接続された弁用筒状部６３の基端部は、外部端子２０用の筒状部６２と同様に、端子面１０ｔに沿う一方向、すなわち端子面１０ｔの長手方向に延在する第１の側面６３ｂ１を有している。
【００６４】
弁用筒状部６３の基端部には、治具６０の上端面６１ｔに垂直な方向から見て概ね二等辺三角形の形状を有する突出部６３ｃが設けられている。この突出部６３ｃによって、弁用筒状部６３の基端部に、外部端子２０用の筒状部６２と同様に、二次電池１００のフィルム切断方向、すなわち端子面１０ｔの短手方向に交差し、かつ端子面１０ｔに沿う方向に延在する第２の側面６３ｂ２が形成されている。弁用筒状部６３の先端部は、矩形の開口部６３ａを有している。この開口部６３ａは、二次電池１００の端子面１０ｔに設けられたガス排出弁１５の形状及び寸法に対応している。
【００６５】
治具配置工程Ｓ１では、上述のような二次電池１００の外部端子２０の上端部を挿入可能な筒状部６２を有する治具６０を用意し、二次電池１００の外部端子２０の上端部を治具６０の筒状部６２に挿入する。これにより、外部端子２０の上端部が筒状部６２の開口部６２ａ内に収容され、外部端子２０の周囲のガスケット１３が筒状部６２の上面６２ｃに当接し、治具６０の上端面６１ｔと二次電池１００の端子面１０ｔとが対向する。また、弁用筒状部６３の先端部が二次電池１００の端子面１０ｔに当接し、弁用筒状部６３の先端部の開口部６３ａの内側にガス排出弁１５が配置され、ガス排出弁１５に弁用筒状部６３が接続される。以上により、治具配置工程Ｓ１が終了し、その後、被覆工程Ｓ２が開始される。
【００６６】
図９は、被覆工程Ｓ２を説明する二次電池１００、治具６０、及びフィルム１の斜視図である。図１０は、被覆工程Ｓ２終了後の二次電池１００、治具６０、及びフィルム１の斜視図である。図１１は、被覆工程Ｓ２終了後の二次電池１００、治具６０、及びフィルム１の側面図である。
【００６７】
被覆工程Ｓ２では、例えば、加熱して軟化させた一枚のフィルム１を、二次電池１００の電池容器１０の端子面１０ｔと反対側の底面１０ｂに被せて底面１０ｂに密着させる。そして、フィルム１の端部１ｅを端子面１０ｔ側に引き下げ、端子面１０ｔ側から真空吸引することで、フィルム１を電池容器１０及び治具６０に密着させる。これにより、フィルム１に、端子面１０ｔと反対側の電池容器１０の底面１０ｂから端子面１０ｔまでを覆う被覆部２と、端子面１０ｔから端子面１０ｔに垂直な方向に沿って延出する余剰部３とを形成する。
【００６８】
また、端子面１０ｔに沿う一方向、例えば端子面１０ｔの長手方向に延在するとともに、その一方向に交差しかつ端子面１０ｔに沿うフィルム切断方向、例えば端子面１０ｔの短手方向において互いに対向する余剰部３を接合して、接合部４を形成する。さらに、治具６０の筒状部６２のフィルム切断方向に交差しかつ端子面１０ｔに沿う方向に延在する第１の側面６２ｂ１及び第２の側面６２ｂ２に余剰部３を接合させる。同様に、治具６０の弁用筒状部６３のフィルム切断方向に交差しかつ端子面１０ｔに沿う方向に延在する第１の側面６３ｂ１及び第２の側面６３ｂ２に余剰部３を接合させる。以上により、被覆工程Ｓ２が終了し、その後、切断工程Ｓ３が開始される。
【００６９】
図１２は、切断工程Ｓ３を説明する二次電池１００、治具６０、及びフィルム１の正面図である。
【００７０】
切断工程Ｓ３では、まず、治具６０を被覆して治具６０に対応する形状に形成されたフィルム１から、治具６０を抜き取る。そして、フィルム切断方向、例えば、二次電池１００の端子面１０ｔの短手方向から、フィルム１にカッター又はレーザを当ててフィルム１を切断する。
【００７１】
より具体的には、切断後に開口部５の第１側面部５ａ及び第２側面部５ｂ、並びに、弁用開口部７の第１側面部７ａ及び第２側面部７ｂになる各面を含む切断位置Ｃにおいて、二次電池１００の端子面１０ｔの短手方向からフィルム１にカッター又はレーザを当てる。そして、カッター又はレーザを端子面１０ｔの長手方向に沿って移動させてフィルム１を切断する。このとき、例えば、二次電池１００の端子面１０ｔの短手方向の両側から、フィルム１にカッター又はレーザを当て、カッター又はレーザを端子面１０ｔの長手方向に沿って移動させてもよい。
【００７２】
これにより、フィルム切断方向に交差しかつ端子面１０ｔに沿う方向に延在するフィルム１の余剰部３を切断し、フィルム１から外部端子２０の上端部を露出させる開口部５と、フィルム１からガス排出弁１５を露出させる弁用開口部７とを形成する。そして、治具６０を覆っていた不要なフィルム１の余剰部３を切除する。以上により、切断工程Ｓ３が終了し、図１に示す二次電池１００を得ることができる。
【００７３】
以下、本実施形態の二次電池１００及びその製造方法の作用について説明する。
【００７４】
例えば、前述の特許文献１に記載された従来の電池では、電池の上面に配置された端子が円柱状の形状を有し、端子の側面がフィルムによって覆われている。そのため、端子が配置された上面の短手方向からカッター又はレーザを当てて、端子の側面のフィルムを切断し、フィルムの余剰部を除去する場合に、フィルムの一部を切断することができない場合がある。
【００７５】
具体的には、電池の上面に垂直な方向から見て、電池の上面の長手方向における円柱状の端子の両端部では、電池の上面の短手方向に平行な端子の接線方向に所定の長さでフィルムが延在している。そのため、電池の上面の短手方向に平行なフィルム切断方向からカッター又はレーザを当てて端子の側面のフィルムを切断する場合に、電池の上面の長手方向における端子の両端部でフィルムの切断量が局所的に増加し、フィルムの切断が困難になり、フィルムを切断できない場合がある。このようなフィルムの切断量の局所的な増加は、フィルム切断方向に平行な側面を有する矩形の端子を備えた電池において、特に顕著である。したがって、従来の電池では、複数の切断方向からフィルムを切断する必要が生じ、電池の生産設備の複雑化や生産性の低下を招く虞がある。
【００７６】
これに対し、本実施形態の二次電池１００は、前述のように、電池容器１０と、該電池容器１０の一の端子面１０ｔに配置された外部端子２０と、前記電池容器１０を被覆する伸縮性のフィルム１と、を備えている。フィルム１は、端子面１０ｔと反対側の電池容器１０の底面１０ｂから端子面１０ｔまでを覆う被覆部２と、端子面１０ｔから端子面１０ｔに垂直な方向に沿って延出する余剰部３とを有している。また、接合部４において、端子面１０ｔに沿う一方向（Ｘ軸方向）に延在するとともに該一方向に交差しかつ端子面１０ｔに沿うフィルム切断方向（Ｙ軸方向）において互いに対向する余剰部３が接合されている。そして、フィルム切断方向に交差しかつ端子面１０ｔに沿う方向に延在する余剰部３によって、フィルム１から外部端子２０の上端部を露出させる開口部５が形成されている。
【００７７】
換言すると、フィルム１から外部端子２０の上端部を露出させる開口部５は、フィルム切断方向に垂直に延在する第１側面部５ａと、フィルム切断方向に交差する方向に延在する第２側面部５ｂとによって構成され、フィルム切断方向に平行に延在する部分を有しない。そのため、前述の切断工程Ｓ３において、レーザやカッターを、フィルム１の開口部５に対してフィルム切断方向から当てても、切断量が局所的に増加することがない。これにより、レーザやカッターをフィルム１に対して一方向、すなわちフィルム切断方向から当てて、フィルム切断方向に交差しかつ端子面１０ｔに沿う方向、例えば端子面１０ｔの長手方向に移動させ、フィルム１の余剰部３を確実に切除することができる。したがって、本実施形態の二次電池１００及びその製造方法によれば、フィルム１の余剰部３を複数のフィルム切断方向から切断する必要がなく、従来よりも生産設備を簡略化し、生産性を向上させることができる。
【００７８】
また、電池容器１０は、端子面１０ｔにガス排出弁１５を有し、フィルム切断方向に交差しかつ端子面１０ｔに沿う方向に延在する余剰部３である第１側面部７ａ及び第２側面部７ｂによって、フィルム１からガス排出弁１５を露出させる弁用開口部７が形成されている。これにより、外部端子２０を露出させる開口部５と同様に、フィルム１の余剰部３を、一方向のフィルム切断方向から切断してガス排出弁１５を露出させる弁用開口部７を形成することができる。そのため、フィルム１に覆われることによるガス排出弁１５の機能低下を防止できる。また、フィルム１の余剰部３を、一方向のフィルム切断方向から切断して、外部端子２０を露出させる開口部５と、ガス排出弁１５を露出させる弁用開口部７とを同時に形成することができる。したがって、従来よりも二次電池１００の生産設備を簡略化し、生産性を向上させることができる。
【００７９】
また、電池容器１０は、端子面１０ｔに沿う一方向に平行でかつ端子面１０ｔに垂直な広側面１０ｗと、フィルム切断方向に平行でかつ端子面１０ｔに垂直な狭側面１０ｎとを有する扁平角形の形状を有している。そのため、フィルム１に対してフィルム切断方向である端子面１０ｔの短手方向からカッター又はレーザを当てて、上記一方向である端子面１０ｔの長手方向に延在するフィルム１の余剰部３を切除するのが容易になる。
【００８０】
外部端子２０の形状は、フィルム１の余剰部３が延在する一方向すなわち端子面１０ｔの長手方向に平行な側面２０ａと、フィルム切断方向すなわち端子面１０ｔの短手方向に平行な側面２０ｂとを有する矩形である。この場合、フィルム切断方向に平行な側面２０ｂを覆うフィルム１の余剰部３の切断が困難になるが、本実施形態の二次電池１００及びその製造方法によれば、フィルム１の余剰部３が上記の開口部５を有することで、フィルム１の余剰部３を確実に切断することができる。
【００８１】
以上説明したように、本実施形態の二次電池１００及びその製造方法によれば、フィルム１の余剰部３を一の切断方向である端子面１０ｔの短手方向から切断することができ、従来よりも生産設備を簡略化し、生産性を向上させることができる。
【００８２】
なお、本実施形態では、二次電池１００の外部端子２０の形状が矩形である場合について説明したが、外部端子２０の形状は、電池容器１０の端子面１０ｔに垂直な側面を有する円柱形であってもよいし、図１３に示すように、フィルム１の余剰部３の延在方向である端子面１０ｔの一方向に平行な側面２０ａと、その両側に円筒状の側面２０ｂを有する形状であってもよい。
【００８３】
図１３は、図１に示す二次電池１００の変形例を示す斜視図である。本変形例においても、二次電池１００は、電池容器１０と、該電池容器１０の一の端子面１０ｔに配置された外部端子２０と、電池容器１０を被覆する伸縮性のフィルム１と、を備えている。フィルム１は、端子面１０ｔと反対側の電池容器１０の底面１０ｂから端子面１０ｔまでを覆う被覆部２と、端子面１０ｔから端子面１０ｔに垂直な方向に沿って延出する余剰部３とを有している。
【００８４】
また、端子面１０ｔに沿う一方向に延在するとともに、その一方向に交差しかつ端子面１０ｔに沿うフィルム切断方向において互いに対向する余剰部３が接合されて接合部４が形成されている。そして、フィルム切断方向に交差し、かつ端子面１０ｔに沿う方向に延在する余剰部３によって、フィルム１から外部端子２０の上端部を露出させる開口部５が形成されている。したがって、本変形例の二次電池１００及びその製造方法によれば、前述の実施形態の二次電池１００及びその製造方法と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。例えば、二次電池の電池容器内に収容される電極群は、捲回型の電極群に限定されず、例えば、積層型の電極群であってもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１        フィルム
２        被覆部
３        余剰部
５        開口部
７        弁用開口部
１０      電池容器
１０ｂ    底面
１０ｎ    狭側面
１０ｔ    端子面
１０ｗ    広側面
１５      ガス排出弁
２０      外部端子
２０ａ    側面
２０ｂ    側面
６０      治具
６２      筒状部
６２ｂ１  側面
６２ｂ２  側面
６３      弁用筒状部
６３ｂ１  側面
６３ｂ２  側面
１００    二次電池
１００Ａ  二次電池
Ｓ１      治具配置工程
Ｓ２      被覆工程
【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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