(57)【要約】【課題】捲回電極体発熱時に起こる捲回電極体の内周部と外周部との温度差が十分に緩和され、かつ製造が容易なリチウムイオン二次電池を提供する。【解決手段】ここに開示されるリチウムイオン二次電池は、正極シートと負極シートとセパレータとが積層されて捲回されてなる捲回電極体を備える。正極シートと負極シートのいずれか一方の電極シートには、長尺方向の一方の端部において、集電体の全幅において活物質層が形成されていない集電体露出部が設けられている。捲回電極体は、集電体露出部を捲き始め部分とし、捲回電極体の最内周部において集電体露出部のみが複数周捲回され、最内周部より外周部において、正極シート、セパレータおよび負極シートの積層部分が捲回されているものである。捲回電極体の捲回軸方向の両端部には集電部が設けられており、集電部において、集電体露出部の端部は、複数重なりあっている。【選択図】図４
2017027837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺な正極集電体上に正極活物質層を備える正極シートと、長尺な負極集電体上に負極活物質層を備える負極シートと、前記正極シートと前記負極シートとの間に介在するセパレータとが積層されて捲回されてなる捲回電極体を備えるリチウムイオン二次電池であって、
前記正極シートは、前記正極集電体の長尺方向に直交する方向である幅方向の一方の端部に該長尺方向に沿って前記正極活物質層が形成されていない正極活物質層非形成部を有しており、
前記負極シートは、前記負極集電体の長尺方向に直交する方向である幅方向の一方の端部に該長尺方向に沿って前記負極活物質層が形成されていない負極活物質層非形成部を有しており、
前記正極シートと前記負極シートのいずれか一方の電極シートには、当該電極シートの長尺方向の一方の端部において、前記集電体の全幅において活物質層が形成されていない集電体露出部が設けられており、
前記捲回電極体は、前記正極シート、前記負極シートおよび前記セパレータが、前記一方の電極シートの前記集電体露出部の少なくとも一部を、他方の電極シートおよびセパレータとの重なりがないまま残して、前記正極シートの前記正極活物質層非形成部と前記負極シートの前記負極活物質層非形成部とが、前記セパレータの幅方向において互いに反対側にはみ出るように積層されているものであって、前記集電体露出部を捲き始め部分とし、前記捲回電極体の最内周部において前記集電体露出部のみが複数周捲回され、当該最内周部より外周において、前記正極シート、前記セパレータおよび前記負極シートの積層部分が捲回されているものであり、
前記捲回電極体は、前記正極シート、前記負極シートおよび前記セパレータが重なり合った捲回コア部を有し、前記集電体露出部の捲回軸方向の一方の端部が、前記捲回コア部から重なり合うように突出しており、また、前記正極シートおよび前記負極シートは、前記正極活物質層非形成部および前記負極活物質層非形成部がそれぞれ、前記捲回コア部から、捲回軸方向の一方の端部と他方の端部にわかれて重なり合うように突出しており、
前記正極シートが前記集電体露出部を備える場合には、前記重なり合うように突出した前記集電体露出部の端部および前記重なり合うように突出した正極活物質層非形成部がまとめられて相互に接触する正極集電部、ならびに前記重なり合うように突出した前記負極活物質層非形成部がまとめられて相互に接触する負極集電部が形成されており、前記負極シートが前記集電体露出部を備える場合には、前記重なり合うように突出した正極活物質層非形成部がまとめられて相互に接触する正極集電部、ならびに前記重なり合うように突出した前記集電体露出部の端部および前記重なり合うように突出した負極活物質層非形成部がまとめられて相互に接触する負極集電部が形成されており、当該集電部において、前記集電体露出部の端部は、複数重なりあっている、
リチウムイオン二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池は、既存の電池に比べて軽量かつエネルギー密度が高いことから、近年、パソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源や車両駆動用電源として用いられている。リチウムイオン二次電池は、特に、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等の車両の駆動用高出力電源として今後ますます普及していくことが期待されている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池の一形態として、長尺な正極集電体上に正極活物質層を備える正極シートと、長尺な負極集電体上に負極活物質層を備える負極シートと、該正極シートと該負極シートとの間に介在するセパレータとが積層されて捲回されてなる捲回電極体が、非水電解質とともに電池ケースに収容された構成を有するものが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
リチウムイオン二次電池の充放電は、化学反応を介して行われ、発熱を伴う。したがって、リチウムイオン二次電池の充放電時においては、捲回電極体の温度が上昇するが、捲回電極体が十分な放熱性を有しない場合には、捲回電極体の内周部と外周部とで温度差が生じ、充放電の際の化学反応が不均一に起こるという不都合がある。
【０００５】
また、過充電などの異常時においては、電極の活物質と非水電解質が反応し、異常発熱を起こすことが知られている。この異常発熱の対策として、セパレータには、ポリオレフィン等のセパレータの構成材料が熱溶融してセパレータの空孔を閉塞させることにより、電流を遮断（いわゆる「シャットダウン」）する機能が付与されているが、捲回電極体の内周部と外周部で温度差が生じると、シャットダウンの進行が不均一となってしまうという不都合がある。
【０００６】
捲回電極体の内周部と外周部との温度差を緩和するために、捲回電極体に金属製の軸心を導入し、当該軸心を通して放熱する技術が提案されている（例えば、特許文献２および３参照）。しかしながら、このような技術においては、金属製の軸心による短絡が起こらないよう、金属製の軸心を電極等に接合固定するなど、リチウムイオン二次電池の製造の際に煩雑なプロセスが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−０４９９６７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１３８９５号公報
【特許文献３】特開２０１１−１９２４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、捲回電極体発熱時に起こる捲回電極体の内周部と外周部との温度差が十分に緩和され、かつ製造が容易なリチウムイオン二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ここに開示されるリチウムイオン二次電池は、長尺な正極集電体上に正極活物質層を備える正極シートと、長尺な負極集電体上に負極活物質層を備える負極シートと、前記正極シートと前記負極シートとの間に介在するセパレータとが積層されて捲回されてなる捲回電極体を備える。前記正極シートは、前記正極集電体の長尺方向に直交する方向である幅方向の一方の端部に該長尺方向に沿って前記正極活物質層が形成されていない正極活物質層非形成部を有しており、前記負極シートは、前記負極集電体の長尺方向に直交する方向である幅方向の一方の端部に該長尺方向に沿って前記負極活物質層が形成されていない負極活物質層非形成部を有している。前記正極シートと前記負極シートのいずれか一方の電極シートには、当該電極シートの長尺方向の一方の端部において、前記集電体の全幅において活物質層が形成されていない集電体露出部が設けられている。前記捲回電極体は、前記正極シート、前記負極シートおよび前記セパレータが、前記一方の電極シートの前記集電体露出部の少なくとも一部を、他方の電極シートおよびセパレータとの重なりがないまま残して、前記正極シートの前記正極活物質層非形成部と前記負極シートの前記負極活物質層非形成部とが、前記セパレータの幅方向において互いに反対側にはみ出るように積層されているものであって、前記集電体露出部を捲き始め部分とし、前記捲回電極体の最内周部において前記集電体露出部のみが複数周捲回され、当該最内周部より外周において、前記正極シート、前記セパレータおよび前記負極シートの積層部分が捲回されているものである。前記捲回電極体は、前記正極シート、前記負極シートおよび前記セパレータが重なり合った捲回コア部を有し、前記集電体露出部の捲回軸方向の一方の端部が、前記捲回コア部から重なり合うように突出しており、また、前記正極シートおよび前記負極シートは、前記正極活物質層非形成部および前記負極活物質層非形成部がそれぞれ、前記捲回コア部から、捲回軸方向の一方の端部と他方の端部にわかれて重なり合うように突出している。前記正極シートが前記集電体露出部を備える場合には、前記重なり合うように突出した前記集電体露出部の端部および前記重なり合うように突出した正極活物質層非形成部がまとめられて相互に接触する正極集電部、ならびに前記重なり合うように突出した前記負極活物質層非形成部がまとめられて相互に接触する負極集電部が形成されており、前記負極シートが前記集電体露出部を備える場合には、前記重なり合うように突出した正極活物質層非形成部がまとめられて相互に接触する正極集電部、ならびに前記重なり合うように突出した前記集電体露出部の端部および前記重なり合うように突出した負極活物質層非形成部がまとめられて相互に接触する負極集電部が形成されており、当該集電部において、前記集電体露出部の端部は、複数重なりあっている。
このような構成によれば、捲回電極体の最内周部において複数周捲回されている集電体露出部が熱伝導体の役割を果たし、捲回電極体の内周部で発生した熱を効率よく外部に排出することができ、捲回電極体の内周部と外周部との温度差を十分に緩和することができる。また、従来の捲回電極体の製造方法に対し、活物質層を塗工する位置と、正極シート、負極シートおよびセパレータを積層させる位置とを変えるだけで、捲回電極体を製造することができるため、煩雑なプロセスを追加することなくリチウムイオン二次電池を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の内部構造を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の捲回電極体の模式的な分解図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の捲回電極体を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の捲回電極体の負極集電部近傍の構造を模式的に示す図である。
【図５】例２に係るリチウムイオン二次電池の捲回電極体の負極集電部近傍の構造を模式的に示す図である。
【図６】例３に係るリチウムイオン二次電池の捲回電極体の負極集電部近傍の構造を模式的に示す図である。
【図７】実施例における過充電時のリチウムイオン二次電池の温度測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、本発明を特徴付けないリチウムイオン二次電池の一般的な構成および製造プロセス）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。
【００１２】
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００の構造について、図１〜図４を用いて簡単に説明する。なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、いわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。また、本明細書において「リチウムイオン二次電池」とは、電荷担体としてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。
【００１３】
図２に示すリチウムイオン二次電池１００では、大まかにいって、扁平形状の捲回電極体２０と非水電解液（図示せず）とが扁平な角形の密閉構造の電池ケース（即ち外装容器）３０に収容されている。電池ケース３０は、一端（電池の通常の使用状態における上端部に相当する。）に開口部を有する箱形（即ち有底直方体状）のケース本体３２と、該ケース本体３２の開口部を封止する蓋体３４とから構成される。電池ケース３０の材質としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼といった軽量で熱伝導性の良い金属材料が好ましく用いられ得る。
【００１４】
また、図２に示すように、蓋体３４には外部接続用の正極端子４２および負極端子４４と、電池ケース３０の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように設定された薄肉の安全弁３６と、非水電解液を注入するための注入口（図示せず）が設けられている。また、電池ケース３０の内部には電池ケース３０の内圧上昇により作動する電流遮断機構（Current Interrupt Device、ＣＩＤ）が設けられてもよい。
【００１５】
捲回電極体２０は、長尺な正極集電体５２上に正極活物質層５４を備える正極シート５０と、長尺な負極集電体６２上に負極活物質層６４を備える負極シート６０と、正極シート５０と負極シート６０との間に介在するセパレータ７０とを有する。
【００１６】
図１および図２に示すように、正極シート５０は、典型的には、長尺な正極集電体５２と、正極集電体５２上に設けられた正極活物質層５４とを備えている。正極集電体５２には、正極活物質層５４が形成される部位と、正極活物質層５４が設けられずに正極集電体５２が露出される正極活物質層非形成部５６とが設けられている。この正極活物質層非形成部５６は、正極集電体５２の長尺方向に直交する方向である幅方向（以下、単に幅方向という。負極側も同じ。）の一方の端部に設けられる。なお、本実施形態では、正極集電体５２の両面に正極活物質層５４が設けられているが、正極活物質層５４はいずれか一方の面にのみ設けられていてもよい。
【００１７】
この正極活物質層５４は、正極活物質を含んでいる。正極活物質層５４は、典型的には、正極活物質が導電材と共にバインダ（結着剤）により互いに結合され、正極集電体５２に接合された形態であり得る。このような正極シート５０は、典型的には、例えば、正極活物質と導電材とバインダとを適当な溶媒に分散させてなる正極合材ペースト（スラリー、インク等を包含する。）を、正極活物質層非形成部５６を除く正極集電体５２の表面に供給した後、乾燥して溶媒を除去することにより作製することができる。正極集電体５２としては、導電性の良好な金属箔（例、アルミニウム、ニッケル、チタン、ステンレス鋼）からなる導電性部材（典型的にはアルミ箔）を好適に使用することができる。
【００１８】
上記正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵および放出可能な材料であればよく、例えば、リチウム元素と一種または二種以上の遷移金属元素とを含むリチウム含有化合物（例、リチウム遷移金属複合酸化物）を好適に用いることができる。好適例としては、層状岩塩型またはスピネル型の結晶構造を有するリチウム遷移金属酸化物が挙げられる。かかるリチウム遷移金属酸化物は、例えば、リチウムニッケル複合酸化物（例、ＬｉＮｉＯ２）、リチウムコバルト複合酸化物（例、ＬｉＣｏＯ２）、リチウムマンガン複合酸化物（例、ＬｉＭｎ２Ｏ４）、或いはリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（例、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２）のような三元系リチウム含有複合酸化物である。また、一般式がＬｉＭＰＯ４或いはＬｉＭＶＯ４或いはＬｉ２ＭＳｉＯ４（式中のＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅのうちの少なくとも一種以上の元素）等で表記されるようなポリアニオン系化合物を上記正極活物質として用いてもよい。
【００１９】
導電材は、一般的なリチウムイオン二次電池で用いられているものであればよく、その例としては、カーボン粉末やカーボンファイバー等のカーボン材料が挙げられる。カーボン粉末としては、種々のカーボンブラック（例、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック）、グラファイト粉末等のカーボン粉末を用いることができる。カーボン粉末として好ましくは、アセチレンブラック（ＡＢ）である。このような導電材は、一種を単独で、または二種以上を適宜組み合わせて用いることができる。
【００２０】
バインダとしては、一般的なリチウムイオン二次電池の正極に使用されるバインダと同様のものを適宜採用することができる。例えば、正極活物質層５４をペースト供給により形成する場合には、かかるペーストを構成する溶媒に均一に溶解または分散され得る性状のポリマーをバインダとして用いることができる。非水性のペーストを用いる場合には、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶｄＣ）等のハロゲン化ビニル樹脂、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）等のポリアルキレンオキサイドなど、有機溶媒に溶解するポリマー材料を用いることができる。また、水性のペーストを用いる場合には、水溶性のポリマー材料または水分散性のポリマー材料を好ましく採用し得る。その例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等が挙げられる。
【００２１】
上記の正極活物質層５４を構成する材料を分散させる溶媒としては、使用するバインダの性状に応じたものであれば水性溶媒および非水性溶媒（有機溶媒）のいずれもが使用可能である。例えば、水性溶媒としては、水または水を主体とする混合溶媒を用いることができる。かかる混合溶媒を構成する水以外の溶媒としては、水と均一に混合し得る有機溶媒（例、低級アルコール、低級ケトン）の１種または２種以上を適宜選択して用いることができる。非水性溶媒としては、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を好適に用いることができる。
【００２２】
図１および図２に示すように、負極シート６０は、典型的には、長尺な負極集電体６２と、負極集電体６２上に設けられた負極活物質層６４とを備えている。負極集電体６２には、負極活物質層６４が形成される部位と、負極活物質層６４が設けられずに負極集電体６２が露出される負極活物質層非形成部６６とが設けられている。この負極活物質層非形成部６６は、負極集電体６２の幅方向の一方の端部に設けられる。また、図２に示すように長尺方向の一方の端部において、負極シート６０には、負極集電体６２の全幅において負極活物質層６４が形成されていない集電体露出部６８が設けられている。つまり、長尺方向の一方の端部から長尺方向の所定の長さまでの領域において、その全面に負極活物質層６４が設けられておらず、負極集電体６２が露出している。この領域の長尺方向の一方の端部から長尺方向の所定の長さは、集電体露出部６８を複数周捲回可能な長さである。なお、本実施形態では、負極集電体６２の両面に負極活物質層６４が設けられているが、負極活物質層６４はいずれか一方の面にのみ設けられていてもよい。
【００２３】
この負極活物質層６４は、負極活物質を含んでいる。典型的には、負極活物質がバインダ（結着剤）により互いに結合されるとともに、負極集電体６２に接合された形態であり得る。このような負極シート６０は、例えば、負極活物質とバインダとを適当な溶媒（例、水やＮ−メチル−２−ピロリドン、好ましくは水）に分散させてなる負極ペーストを負極集電体６２の表面に供給した後、乾燥して溶媒を除去することにより作製することができる。負極集電体６２としては、導電性の良好な金属（例、銅、ニッケル、チタン、ステンレス鋼）からなる導電性部材（典型的には銅箔）を好適に使用することができる。
【００２４】
負極活物質としては特に制限されず、一般的なリチウムイオン二次電池の負極活物質として使用されている各種の材料の１種を単独で、または２種以上を組み合わせる（混合または複合体化する）等して用いることができる。好適例として、黒鉛（グラファイト）、難黒鉛化炭素（ハードカーボン）、易黒鉛化炭素（ソフトカーボン）、カーボンナノチューブ、或いはこれらを組み合わせた構造を有するもの等の炭素材料が挙げられる。なかでも、エネルギー密度の観点から、天然黒鉛（石墨）や人造黒鉛等の黒鉛系材料を好ましく用いることができる。かかる黒鉛系材料は、少なくとも一部の表面に非晶質炭素が配置されているものを好ましく用いることができる。また、かかる炭素系材料のほかに、例えば、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２等のリチウムチタン複合酸化物、リチウム遷移金属複合窒化物等の、リチウム遷移金属複合酸化物を用いることもできる。
【００２５】
バインダとしては、一般的なリチウムイオン二次電池の負極に使用されるバインダと同様のものを適宜採用することができる。例えば、正極シート６０におけるのと同様のバインダを用いることができる。そして好ましい形態として、負極活物質層６４を形成するために上記の水性溶媒を用いる場合には、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等のゴム類；ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、酢酸ビニル共重合体等の水溶性のポリマー材料または水分散性のポリマー材料が採用される。より好ましくはＳＢＲが用いられる。負極活物質の分散媒としては、水性溶媒を好ましく用いることができる。
【００２６】
また、負極活物質層６４の形成方法によっては、増粘剤を含み得る。かかる増粘剤としては、上記のバインダと同様のものを用いても良いし、例えば、以下の水溶性のポリマーまたは水分散性のポリマーを採用してもよい。水溶性のポリマーとしては、例えば、メチルセルロース（ＭＣ）、カルボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）、酢酸フタル酸セルロース（ＣＡＰ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）等のセルロース系ポリマー；ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等が挙げられる。
【００２７】
正極シート５０および負極シート６０間に介在されるセパレータ７０は、通常２枚使用される。セパレータ７０は、正極活物質層５４と負極活物質層６４とを絶縁するとともに非水電解質の保持機能やシャットダウン機能を有するものであればよい。好適例として、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂から成る多孔質樹脂シート（フィルム）が挙げられる。適切なタイミングでシャットダウン機能を発揮させる観点から、ポリオレフィン系の多孔質樹脂シート（例えばＰＥやＰＰ）が好ましい。
【００２８】
セパレータは、単層構造であってもよく、あるいは材質や性状（厚みや空孔率等）の異なる２種以上の多孔質樹脂シートが積層された構造であってもよい。多層構造のものとしては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）層の両面にポリプロピレン（ＰＰ）層が積層された三層構造（すなわちＰＰ／ＰＥ／ＰＰの三層構造）のものが好適である。また、セパレータは、上記多孔質シートの片面または両面（典型的には片面）に多孔質の耐熱層を備えていてもよい。
【００２９】
次に捲回電極体２０の積層形態について説明する。捲回電極体２０においては、正極シート５０、負極シート６０およびセパレータ７０が、集電体露出部６８の少なくとも一部が正極シート５０およびセパレータ７０との重なりがないまま残るように、積層されている。本実施形態では、図２に示すように、負極シート６０の負極活物質層６４が形成された領域において、負極シート６０と正極シートとセパレータ７０が積層されている。一方で、負極シート６０の集電体露出部６８は、正極シートおよびセパレータ７０とは重なっておらず、正極シート５０、負極シート６０およびセパレータ７０の積層部分から突出して露出した状態にある。また、図１に示すように、正極シート５０と負極シート６０は、幅方向でややずらして積層されて、正極シート５０の正極活物質層非形成部５６と負極シート６０の負極活物質層非形成部６６とが、セパレータ７０の幅方向において互いに反対側にはみ出るようになっている。
【００３０】
次に捲回電極体の捲回状態について説明する。図３に示すように、捲回電極体２０では、負極シート６０の集電体露出部６８を捲き始め部分とし、捲回電極体２０の最内周部２２において集電体露出部６８のみが複数周捲回されている。集電体露出部６８は、捲回耐２０の最内周部において、２〜１５周捲回されることが好ましく、３〜１０周捲回されることがより好ましい。当該最内周部２２の外側の外周部２４において、正極シート５０、セパレータ７０および負極シート６０の積層部分が捲回されている。捲回は、正極シート５０、負極シート６０およびセパレータ７０の長尺方向に直交する幅方向を倦回軸としてなされている。捲回電極体２０は、押しつぶして拉げさせることによって、扁平形状とすることが好ましい。
【００３１】
図１および図３に示すように、捲回電極体２０は、正極シート５０、負極シート６０およびセパレータ７０が重なり合った捲回コア部２６を有している。図３に示すように、集電体露出部６８は捲回軸方向の一方の端部が、前記捲回コア部から重なり合うように突出しており、また、正極シート５０および負極シート６０は、正極活物質層非形成部５６および負極活物質層非形成部５６がそれぞれ、捲回軸方向の一方の端部と他方の端部にわかれて重なり合うように突出している。
【００３２】
捲回電極体２０の捲回軸方向の一方の端部には、重なり合うように突出した正極活物質層非形成部５６がまとめられて相互に接触する正極集電部５９が形成されている。また、捲回電極体２０の捲回軸方向の他方の端部には、重なり合うように突出した集電体露出部６８の端部および重なり合うように突出した負極活物質層非形成部６６がまとめられて相互に接触する負極集電部６９が形成されている。捲回電極体２０の最内周部２２において集電体露出部６８のみが複数周捲回されているため、負極集電部６９において、集電体露出部６８の端部は、複数重なりあっている。なお、図３は模式的に描かれた図であり、捲回電極体２０の実際の捲回回数を正確に表すものではない。
【００３３】
図４に、負極集電部６９近傍の構造を模式的に示す。捲回電極体２０の最内周部２２において、集電体露出部６８が複数重なっている。最内周部２２の外周側（最内周部２２に続く外周）にはセパレータ７０を挟んで負極シート６０が位置している。集電体露出部６８は、負極シート６０の端部に設けられているものであるため、負極シート６０の一部である。このように、負極シート６０の集電体露出部６８から構成される最内周部２２の外周側に、セパレータ７０を挟んで負極シート６０が位置している場合には、このセパレータ７０に破損が起きた場合であっても、集電体露出部６８と負極シート６０は同じ電位を有するため、集電体露出部６８と負極シート６０とが接触しても問題が起きることがなく、リチウムイオン二次電池１００の安全性を確保することができる。
【００３４】
また、図４において、負極シート６０の集電体露出部６８は、捲回電極体２０の最内周部２２から捲回電極体２０の外部方向に向かって伸長し、負極シート６０の負極活物質層非形成部６６と集電体露出部６８の端部が、負極集電部６９においてまとめられている。負極集電部６９において、集電体露出部６８の端部は、複数重なり合っている。このようにして、捲回電極体２０において、複数重なり合った集電体露出部６８により捲回電極体２０の内部から外部に向けて熱伝導パスが形成されている。即ち、捲回電極体２０の最内周部２２において、集電体露出部６８が複数周捲回されることによって、十分な体積を有する熱伝導体の役割を果たし、捲回電極体２０の内周部で発生した熱を効率よく外部に排出することができ、捲回電極体２０の内周部と外周部との温度差を十分に緩和することができる。
【００３５】
なお、本実施形態においては、負極シートが集電体露出部を有している。しかしながら、正極シートが集電体露出部を有する態様とすることも可能である。正極シートが集電体露出部を有する態様は、正極シートが集電体露出部を有し、負極シートが集電体露出部を有しない以外は上記と同様の構成である。このような態様においては、捲回電極体においては、重なり合うように突出した集電体露出部の端部および重なり合うように突出した正極活物質層非形成部がまとめられて相互に接触する正極集電部、ならびに重なり合うように突出した負極活物質層非形成部がまとめられて相互に接触する負極集電部が形成される。ここで、一般的に負極集電体には、正極集電体よりも熱伝導性の良い材料が使用される（一般的には、負極集電体には銅箔が、正極集電体にはアルミ箔が用いられる）。よって、捲回電極体発熱時に捲回電極体の内周部の熱を効率よく排出する観点からは、負極シートが集電体露出部を有することが好ましい。
【００３６】
図１に示すように、捲回電極体２０の正極集電部５９に正極集電板４２ａが超音波溶接等により付設され、正極端子４２と電気的に接続されている。また、捲回電極体２０の負極集電部６９に負極集電板４４ａが超音波溶接等により付設され、負極端子４４と電気的に接続されている。
【００３７】
リチウムイオン二次電池１００の電池ケース３０には、非水電解質（図示せず）が注入されている。非水電解質としては、典型的には、非水溶媒中に支持塩を溶解または分散させた非水電解液を採用し得る。
非水溶媒としては、一般的なリチウムイオン二次電池において電解液として用いられるカーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の各種の有機溶媒を特に制限なく用いることができる。その例としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等が挙げられる。このような非水溶媒は、１種を単独で、または２種以上を混合して用いることができる。
支持塩としては、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられる各種のものを適宜選択して採用することができる。例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４等のリチウム塩を用いることができる。このような支持塩は、１種を単独で、または２種以上を組み合わせて用いてもよい。かかる支持塩は、非水電解質における濃度が０．７ｍｏｌ／Ｌ〜１．３ｍｏｌ／Ｌの範囲内となるように添加することが好ましい。
【００３８】
リチウムイオン二次電池１００に関し、従来の捲回電極体の製造方法に対して、活物質層を塗工する位置と、正極シート５０、負極シート６０およびセパレータ７０を積層させる位置を変えるだけで、捲回電極体２０を製造することができる。よって、リチウムイオン二次電池１００は、煩雑なプロセスを追加することなく容易に製造することができるものである。
【００３９】
リチウムイオン二次電池１００は、各種用途に利用可能である。好適な用途としては、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）等の車両に搭載される駆動用電源が挙げられる。リチウムイオン二次電池１００は、複数個が電気的に接続された組電池の形態で使用することもできる。
【００４０】
以下、本発明に関する実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。
【００４１】
＜例１＞
正極活物質粉末としてのＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２（ＬＮＣＭ）と、導電材としてのアセチレンブラック（ＡＢ）と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを、ＬＮＣＭ：ＡＢ：ＰＶｄＦ＝９２：５：３の質量比でＮＭＰと混合し、正極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、アルミニウム箔の両面に帯状に塗布して乾燥した後、プレスすることにより、正極活物質層を有する正極シートを作製した。正極シートには、幅方向の一方の端部に長尺方向に沿って正極活物質層が形成されていない正極活物質層非形成部が設けられるようにした。
また、負極活物質としての黒鉛（Ｃ）と、バインダとしてのスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）とを、Ｃ：ＳＢＲ：ＣＭＣ＝９８：１：１の質量比でイオン交換水と混合して、負極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、長尺状の銅箔の両面に、銅箔の長尺方向の端部より離れた位置から帯状に塗布して乾燥した後、プレスすることにより、負極シートを作製した。負極シートには、長尺方向の一方の端部において、集電体の全幅において活物質層が形成されていない集電体露出部が設けられており、且つ幅方向の一方の端部に長尺方向に沿って負極活物質層が形成されていない負極活物質層非形成部が設けられるようにした。
また、２枚の長尺状のセパレータシート（多孔性ポリオレフィンシート）を用意した。
【００４２】
作製した正極シートと負極シートと用意した２枚のセパレータシートとを、図２に示されるように、負極シートの集電体露出部を残しつつ、正極活物質層非形成部と負極活物質層非形成部とがセパレータの幅方向において互いに反対側にはみ出るように重ね合わせた後、捲回して捲回電極体を作製した。このとき、正極と負極との間にセパレータが介在するようにした。また、捲き始めにおいて集電体露出部が複数周捲回されるようにした。
作製した捲回電極体に、図３に示すように集電部を設け、捲回電極体に、正極端子および負極端子を電気的に接続した。負極集電部近傍の構造は、図４に示す構造と同様の構造とした。
そして捲回電極体を、注入口を有する電池ケースに収容した。
【００４３】
続いて、電池ケースの注入口から非水電解液を注入し、当該注入口を気密に封止して例１に係るリチウムイオン二次電池を作製した。なお、非水電解液には、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とをＥＣ：ＤＭＣ：ＥＭＣ＝１：１：１の体積比で含む混合溶媒に、支持塩としてのＬｉＰＦ６を１．０ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させたものを用いた。
【００４４】
＜例２＞
正極シートを、例１と同様の方法で作製した。
負極シートを、例１で用いたのと同じ負極活物質層形成用スラリーを長尺状の銅箔の両面に帯状に塗布して乾燥した後、プレスすることにより作製した。負極シートには、幅方向の一方の端部に長尺方向に沿って負極活物質層が形成されていない負極活物質層非形成部が設けられるようにした。すなわち、例２では、例１とは異なり、負極シートに集電体露出部を設けなかった。
また、２枚の長尺状のセパレータシート（多孔性ポリオレフィンシート）を用意した。
【００４５】
作製した正極シートと負極シートと用意した２枚のセパレータシートとを、それぞれの長尺方向の端部の位置を揃えつつ、正極活物質層非形成部と負極活物質層非形成部とがセパレータの幅方向において互いに反対側にはみ出るように重ね合わせ、捲回して捲回電極体を作製した。このとき、正極と負極との間にセパレータが介在するようにした。
作製した捲回電極体に、重なり合った正極活物質層非形成部および重なり合った負極活物質層形成部がそれぞれまとめられた集電部を設け、捲回電極体に、正極端子および負極端子を電気的に接続した。負極集電部近傍の構造は、図５に示す構造を有していた。即ち、正極シート５０１、負極シート６０１およびセパレータ７０１の積層体が捲回されており、正極シート５０１、負極シート６０１およびセパレータ７０１の積層部分から突出した負極活物質層非形成部６６１がまとめられて集電部６９１が形成されていた。
そして捲回電極体を、注入口を有する電池ケースに収容した。続いて、電池ケースの注液口から例１で用いたのと同じ非水電解液を注入し、当該注入口を気密に封止して例２に係るリチウムイオン液二次電池を作製した。
【００４６】
＜例３＞
正極シートを、例１と同様の方法で作製した。
負極シートを、例２と同様の方法で作製した。
また、２枚の長尺状のセパレータシート（多孔性ポリオレフィンシート）を用意した。
さらに、金属製の軸心を用意した。軸心には、負極シートの幅を超えない長さのものを選んだ。
【００４７】
作製した正極シートと負極シートと用意した２枚のセパレータシートとを、それぞれの長尺方向の端部の位置を揃えつつ、正極活物質層非形成部と負極活物質層非形成部がセパレータの幅方向において互いに反対側にはみ出るように重ね合わせ、これを軸心の周りに捲きつけて、捲回電極体を作製した。このとき、捲回電極体の最内周にある負極シートの負極活物質層非形成部を、軸心に溶接により接合した。
作製した捲回電極体に、重なり合った正極活物質層非形成部および重なり合った負極活物質層形成部がそれぞれまとめられた集電部を設け、捲回電極体に、正極端子および負極端子を電気的に接続した。負極集電部近傍の構造は、図６に示す構造を有していた。即ち、正極シート５０２、負極シート６０２およびセパレータ７０２の積層体が、金属製の軸心８０２の周りに捲回されており、正極シート５０２、負極シート６０２およびセパレータ７０２の積層部分から突出した負極活物質層非形成部６６２が、金属製の軸心８０２と共にまとめられて集電部６９２が形成されていた。金属製の軸心８０２は、捲回電極体の内部から外部に向かって負極集電部６９２まで伸長していた。
そして捲回電極体を、注入口を有する電池ケースに収容した。続いて、電池ケースの注液口から例１で用いたのと同じ非水電解液を注入し、当該注入口を気密に封止して例３に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
【００４８】
＜過充電時の電池の温度測定＞
例１〜３に係るリチウムイオン二次電池の捲回電極体の最内周部と最外周部に温度センサ（熱電対）を取り付けた。また、例１〜３に係るリチウムイオン二次電池の電池ケースに温度センサを取り付けた。
例１〜３に係るリチウムイオン二次電池を２５℃の温度環境下において、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）１００％の満充電とした。その後、１Ｃの定電流でＳＯＣ１６０％になるまで連続的に充電し、捲回電極体の最内周部と最外周部の温度差（電極体内外温度差）、および電池ケースの温度を測定した。結果を図７に示す。
【００４９】
例１に係るリチウムイオン二次電池は、捲回電極体の最内周部において銅箔を複数周捲回させることにより、捲回電極体内部で発生する熱を放熱する熱伝導パスを形成したものであり、例２に係るリチウムイオン二次電池は、捲回電極体の中心部に金属製の軸心を導入することにより熱伝導パスを形成したものである。例３に係るリチウムイオン二次電池には、捲回電極体内部で発生する熱を放熱する特別な手段は設けられていない。
図７に示すように、例３に係るリチウムイオン二次電池に比べ、例１に係るリチウムイオン二次電池および例２に係るリチウムイオン二次電池では、捲回電極体内周部と外周部との温度差が小さくなることが確認された。また、捲回電極体内周部と外周部との温度差は、例１に係るリチウムイオン二次電池の方が、例２に係るリチウムイオン二次電池よりも小さかった。
また、例３に係るリチウムイオン二次電池に比べ、例１に係るリチウムイオン二次電池および例２に係るリチウムイオン二次電池では、過充電時の電池ケース温度の低下が確認された。また、電池ケース温度の低下は、例１に係るリチウムイオン二次電池の方が、例２に係るリチウムイオン二次電池よりも小さかった。
【００５０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【符号の説明】
【００５１】
２０    捲回電極体
３０    電池ケース
３２    電池ケース本体
３４    蓋体
３６    安全弁
４２    正極端子
４２ａ  正極集電板
４４    負極端子
４４ａ  負極集電板
５０    正極
５２    正極集電体
５４    正極活物質層
５６    正極活物質層非形成部
６０    負極
６２    負極集電体
６４    負極活物質層
６６    負極活物質層非形成部
７０    セパレータ
１００  リチウムイオン二次電池
【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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