(57)【要約】【課題】本発明は、短時間で電解液の偏りを解消させることができる二次電池を提供することを課題とする。【解決手段】捲回体２０と、正極１６から延ばされた集電リード２１を束ねる正極集電体２４と、負極１７から延ばされた集電リード２１を束ねる負極集電体３９と、これらを収納するための電池缶１３とからなる二次電池１０において、巻き芯１５は、中空芯であると共に、電解液６０が通過し得る透液体であり、一端と他端の少なくとも一方は集電体２４、３９との間に電解液流路４１、４２が設けられていることを特徴とする。【効果】電解液流路４１、４２を設け、巻き芯１５に中空芯を用いることにより、巻き芯１５内部へ容易に電解液６０を流すことができる。巻き芯１５内部へ容易に電解液６０を流すことができることにより、捲回体２０へ電解液６０を迅速に供給することができ、短時間で電解液６０の偏りを解消させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極、負極及びセパレータが巻き芯を中心にして巻かれた捲回体と、前記正極から延ばされた複数の集電リードを束ねると共に前記巻き芯の一端を支える正極集電体と、前記負極から延ばされた複数の集電リードを束ねると共に前記巻き芯の他端を支える負極集電体と、これらの捲回体、正極集電体及び負極集電体を収納するための電池缶とからなる二次電池において、
前記巻き芯は、中空芯であると共に、電解液が通過し得る透液体であり、前記一端と他端の少なくとも一方は前記集電体との間に電解液を流し得る電解液流路が設けられていることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記巻き芯は、捲回体の軸方向端部に部分的に配置されることを特徴とする請求項１記載の二次電池。
【請求項３】
前記巻き芯には、内周面から外周面へ貫通させた貫通孔が複数個設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の二次電池。
【請求項４】
前記電池缶は、底部と、この底部の周囲から立上げた壁部とからなる有底筒体を含み、前記壁部が水平面に載せられる載置面を兼ねており、巻き芯の軸が水平軸に対して所定の角度になるように横置きされることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の二次電池。
【請求項５】
請求項１、請求項２又は請求項３記載の二次電池は、車両に搭載して用いられることを特徴とする車載用二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池、特に車載用に好適な二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
充電することにより繰り返し使用することができる二次電池が、ハイブリッド車や燃料電池車に用いられている。
【０００３】
従来二次電池として種々の形状のものが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２２７９２公報（図１）
【特許文献２】特開２０００−２６８８７７公報（図４）
【０００４】
特許文献１を次図に基づいて説明する。
図９は特許文献１に係る技術の基本構成を説明する図であり、電池１００の電池缶１０１には、円柱状の負極１０２と、この負極１０２を囲い負極１０２との接触面に透気性膜が配置される有底円筒状のセパレータ１０３と、このセパレータ１０３の外面を囲う円筒状の正極１０４と、電解液とが収納される。
【０００５】
この電池１００によれば、電池１００内の電解液が重力により下部に溜まってしまい、電解液が供給されない場所が生じ得る。電解液が供給されないことにより、電池１００の耐久性が低下する。
このような、電解液の偏りを解消するための技術を次図で説明する。
【０００６】
図１０は特許文献２に係る技術の基本構成を説明する図であり、二次電池１１０は、外周面を粘着テープ１１１で止めた捲回体１１２と、この捲回体１１２の一端から上方へ延びる電極リード１１３と、この電極リード１１３を囲うように配置される電解液保持部１１４と、捲回体１１２の他端から下方へ延びる電極リード１１５と、この電極リード１１５の折り曲げ部１１６と捲回体１１２の下端部との間に配置される電解液保持部１１７とから構成される。
【０００７】
この二次電池１１０によれば、電解液保持部１１４、１１７で電解液を保持させることにより、電解液が不足することを防ぐことができ、電解液を捲回体１１２全体に供給することができる。二次電池１１０内の電解液の偏りを解消することができることにより、二次電池１１０の耐久性を高めることができる。
【０００８】
ところで、二次電池を車両等に用いた場合には、車両が路面から受ける振動や車体の傾きにより、頻繁に二次電池１１０内の電解液に偏りが生じる。このような二次電池１１０を用いた場合に偏りが生じると、電解液保持部１１４、１１７から遠い二次電池１１０の中央部１１８では偏りの解消までに時間がかかる。電解液の偏りの解消までに時間がかかることにより、二次電池の耐久性が損なわれる。
【０００９】
短時間で電解液の偏りを解消させることができる二次電池の提供が望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、短時間で電解液の偏りを解消させることができる二次電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、正極、負極及びセパレータが巻き芯を中心にして巻かれた捲回体と、前記正極から延ばされた複数の集電リードを束ねると共に前記巻き芯の一端を支える正極集電体と、前記負極から延ばされた複数の集電リードを束ねると共に前記巻き芯の他端を支える負極集電体と、これらの捲回体、正極集電体及び負極集電体を収納するための電池缶とからなる二次電池において、
前記巻き芯は、中空芯であると共に、電解液が通過し得る透液体であり、前記一端と他端の少なくとも一方は前記集電体との間に電解液を流し得る電解液流路が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明は、巻き芯は、捲回体の軸方向端部に部分的に配置されることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明は、巻き芯には、内周面から外周面へ貫通させた貫通孔が複数個設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明は、電池缶は、底部と、この底部の周囲から立上げた壁部とからなる有底筒体を含み、壁部が水平面に載せられる載置面を兼ねており、巻き芯の軸が水平軸に対して所定の角度になるように横置きされることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項１、請求項２又は請求項３記載の二次電池は、車両に搭載して用いられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明では、巻き芯は、集電体との間に電解液を流し得る電解液流路が設けられている。電解液は電解液流路から巻き芯内部に流れた後、巻き芯の内周面から外周面に向かって流れる。
電解液流路を設け、巻き芯に中空芯を用いることにより、巻き芯内部へ容易に電解液を流すことができる。巻き芯内部へ容易に電解液を流すことができることにより、捲回体へ電解液を迅速に供給することができ、短時間で電解液の偏りを解消させることができる。
【００１７】
請求項２に係る発明では、巻き芯は、捲回体の軸方向端部に部分的に配置される。巻き芯は捲回体の端部に部分的に配置され、中央部には巻き芯が配置されない。巻き芯が配置されない部分では、電解液は直接捲回体へ供給される。巻き芯を通る時間が無い分、電解液を更に短時間で捲回体へ供給することができる。
【００１８】
また、巻き芯を部分的に配置することにより、巻き芯の端部と捲回体の間には段差が構成される。段差が構成されることにより、電解液が留まりやすくなる。電解液が留まりやすくなることにより、電解液の捲回体への供給がより促進される。
【００１９】
請求項３に係る発明では、巻き芯には、内周面から外周面へ貫通させた貫通孔が複数個設けられている。巻き芯内に流れる電解液の一部は、貫通孔を通って捲回体へ供給される。貫通孔を通って直接捲回体へ供給されるため、電解液を更に短時間で捲回体へ供給することができる。
【００２０】
請求項４に係る発明では、巻き芯が水平になるように横置きされる。横置きすることにより、巻き芯の内部に電解液を通過させやすくなる。電解液を通過させやすくすることにより、捲回体内へ均等に電解液を行き渡らせることができる。
【００２１】
請求項５に係る発明では、二次電池は、車両に搭載して用いられる。車両内で用いられる二次電池は、路面から受ける振動等により電解液の供給される場所に偏りがでやすい。巻き芯内部へ容易に電解液を流すことができることにより、捲回体へ電解液を短時間で供給することができるため、容易に電解液の偏りを解消することができ有益である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る二次電池の断面図であり、二次電池１０は、底部１１とこの底部１１の周囲から立上げた壁部１２とからなる電池缶１３の内部に、巻き芯１５を中心にして正極１６、負極１７及びセパレータ１８が一体的に巻かれた捲回体２０（詳細は後述）と、正極１６の先端から図面上部へ延ばされた集電リード２１と、この集電リード２１の先端部外周面に配置される押さえ金具２２と、この押さえ金具２２に集電リード２１と共に溶接され電解液が通過しやすく軽量化に寄与する複数の流路孔２３が空けられている正極集電体２４と、この正極集電体２４の中央部上面に溶接されるアルミニウム製の正極リード２５と、この正極リード２５の中央上面に凸部２６が接触するように配置された下蓋体２７と、この下蓋体２７の上面に配置され中央部が断面台形状２８に構成された上蓋体２９と、これらの上蓋体２９及び下蓋体２７の外周部に配置される絶縁体３２と、負極１７の先端から図面下部へ延ばされた集電リード３３と、この集電リード３３の先端部外周面に配置される押さえ金具３４と、この押さえ金具３４、集電リード３３と共に溶接されるスカート部３５及び電解液が通過しやすいよう複数の流路孔３６が空けられ中央に凹部３７を有する底面部３８からなる負極集電体３９と、が収納されて構成されている。
【００２３】
巻き芯１５の上端は、正極集電体２４の底面に対して隙間が空くように配置されている。この隙間が、電解液を流すための上部電解液流路４１である。
巻き芯１５の下端も同様に、負極集電体３９の底面に対して隙間が空くように配置されている。この隙間が、電解液を流すための下部電解液流路４２である。
このような二次電池１０の製造方法を次図以降で説明する。
【００２４】
図２は本発明に係る捲回体の構成要素を説明する図であり、（ａ）に示される巻き芯１５には、ポリプロピレン製やポリエチレン製のものを用いることができ、巻き芯１５は、多数の微細な孔を有し、電解液が通過し得る透液体である。巻き芯１５は、（ａ）のｂ矢視図である（ｂ）に示されるように、例えば六角形状の中空部４５を有している。
【００２５】
（ｃ）に示される正極１６は、例えば膜厚が２０μｍのアルミニウム箔製の正極本体４６と、この正極本体４６の両面の一部に塗布されるスラリー４７と、このスラリー４７が形成されない部分を打ち抜いて形成した複数のリード４８とから構成される。
スラリー４７は、それぞれ平均粒径が６μｍである、ニッケル−マンガン酸リチウム系粉末が９０重量％、アセチレンブラックが５重量％、ふっ化ビニリデン樹脂が５％となるようＮ−メチルピロリドンに分散させ形成される。
【００２６】
（ｄ）に示されるセパレータ１８は、例えばポリプロピレン製又はポリエチレン製であり、微多孔膜を有する。
【００２７】
（ｅ）に示される負極１７は、例えば膜厚が１４μｍの銅箔製の負極本体５１と、この負極本体５１の両面の一部に塗布されるスラリー５２と、このスラリー５２が形成されない部分を打ち抜いて形成した複数のリード５３とから構成される。
スラリー５２は、それぞれ平均粒径が１０μｍである、難黒鉛化炭素粉末が９０重量％、カーボンファイバーが１．５重量％、ふっ化ビニリデン樹脂が８．５％となるようＮ−メチルピロリドンに分散させ形成される。
【００２８】
図３は本発明に係る捲回体の製造方法を説明する図であり、（ａ）に示されるように、下からセパレータ１８、負極１７、セパレータ１８、正極１６の順に重ね合わせ、一端に巻き芯１５を配置する。この巻き芯１５を中心に正極１６、負極１７及びセパレータ１８を巻いていくと、（ｂ）に示されるように、正極１６、負極１７及びセパレータ１８が一体的に捲回された捲回体２０が製造される。
【００２９】
図４は本発明に係る負極集電体を電池缶内部に溶接する際の説明図であり、負極集電体３９を、電池缶１３に溶接するには、プロジェクション溶接により行う。
即ち、一方の溶接電極５５を巻き芯１５の中空部４５に通し負極集電体３９の凹部３７と接触する位置まで降下させる。他方の溶接電極５６は、電池缶１３の底部１１から先端面５７の下方に配置する。このとき、支持棒５８を用いて電池缶１３を支持する。
【００３０】
次に、電圧を印加する。このときの抵抗熱によって、負極集電体３９を電池缶１３に溶接することができる。
同様の方法で、溶接を数カ所行う。又は、先端面５７に沿って線状に溶接を行う。
【００３１】
負極集電体３９を電池缶１３に溶接したら、電解液を注入し蓋体（図１上蓋体２９及び下蓋体２７）を配置する。
電解液は例えば、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートの混合溶媒に、１ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ６（リチウム塩）を溶解したものを用いることができる。
【００３２】
負極集電体３９のスカート部３５の先端面５７が電池缶１３の底部１１に溶接されている。スカート部３５の外径は電池缶１３の内径とほぼ等しくなるように大径にすることができる。この結果、接合面積が増大し二次電池１０の強度を高めることができる。
【００３３】
以上の構成からなる二次電池の作用を次に説明する。
図５は本発明に係る二次電池の作用説明図であり、負極集電体３９を例に説明する。電池缶１３内に充填された電解液６０は、矢印（１）で示すように巻き芯１５の中空部４５を通り、図面左方向へ中空部４５内を流れる。中空部４５内の電解液は、矢印（２）で示すように巻き芯１５の内周面から外周面に向かって微細な孔を通り流れる。
【００３４】
巻き芯１５の内周面から外周面に向かって微細な孔を通り流れた電解液６０は、（ｂ）矢印（３）で示すように、正極１６、負極１７及びセパレータ１８の面上を流れる。捲回体２０は、正極１６、負極１７及びセパレータ１８が巻き芯１５を中心に巻かれたものであるから、巻き芯１５内周面から外周面へ向かって流れた電解液は捲回体２０の面上を外周部に向かって流れる。
【００３５】
（ａ）に戻り、巻き芯１５は、負極集電体３９との間に電解液６０を流し得る下部電解液流路４２が設けられている。電解液６０は下部電解液流路４２を通り、巻き芯１５内部に流れる。下部電解液流路４２を設け、巻き芯１５に中空芯を用いることにより、巻き芯内部へ容易に電解液６０を流すことができる。
【００３６】
巻き芯１５内部へ容易に電解液を流すことができることにより、捲回体２０へ電解液６０を迅速に供給することができ、短時間で電解液６０の偏りを解消させることができる。
正極集電体（図１正極集電体２４）側についても同様である。
【００３７】
本発明に係る二次電池１０を車両に搭載し、車載用二次電池６１として用いることもできる。
【００３８】
車載用二次電池６１は、路面から受ける振動等により電解液６０の供給される場所に偏りがでやすい。巻き芯１５内部へ容易に電解液６０を流すことができることにより、捲回体２０へ電解液６０を短時間で供給することができるため、容易に電解液６０の偏りを解消することができ有益である。
【００３９】
以下に本発明に係る二次電池の別実施例を説明する。
図６は図１の別実施例図であり、図１と共通要素は符号を流用して、詳細な説明は省略する。
図１の巻き芯１５に変え、短い巻き芯６３、６３を捲回体２０の軸方向端部に部分的に設け、巻き芯６３と巻き芯６３との間を空洞部６４とした。
【００４０】
巻き芯６３が配置されない空洞部６４では、電解液は直接捲回体２０へ供給される。巻き芯６３の微細な孔を通る時間が無い分、電解液を更に短時間で捲回体２０へ供給することができる。
【００４１】
また、巻き芯６３、６３を部分的に配置することにより、巻き芯６３、６３の端部と捲回体２０の間には段差６５、６５が構成される。段差６５、６５が構成されることにより、電解液が空洞部６４に留まりやすくなる。電解液が留まりやすくなることにより、電解液の捲回体２０への供給がより促進される。
【００４２】
図７は図１の更なる別実施例図であり、内周面から外周面へ貫通させた貫通孔６６を複数個設けた巻き芯６７を用いた。
巻き芯６７内に流れる電解液の一部は、貫通孔６６を通って捲回体２０へ供給される。貫通孔６６を通って直接捲回体２０へ供給される。即ち、巻き芯６７の微細な孔を通らない分、電解液を更に短時間で捲回体へ供給することができる。
【００４３】
図８は本発明に係る二次電池を横置きに用いた場合の説明図であり、二次電池１０は、電池缶１３の壁部１２が水平面に載せられる載置面を兼ねており、巻き芯１５の軸６８が水平軸に対して所定の角度になるように横置きされる。
詳しくは、軸６８が水平軸に平行な場合を０°とし、時計回り方向を正方向とした場合に、軸６８が水平軸に対してなす角度は−１５°≦θ≦１５°となることが望ましい。
【００４４】
横置きすることにより、巻き芯１５の内部に電解液６０を通過させやすくなる。電解液６０を通過させやすくすることにより、捲回体２０内へ均等に電解液６０を行き渡らせることができる。
【００４５】
尚、本発明に係る二次電池は、実施の形態では車両に適用したが、飛行機、船舶、家電製品にも適用可能であり、これらのものに用途は限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の二次電池は、車両に搭載される二次電池に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は本発明に係る二次電池の断面図である。
【図２】本発明に係る捲回体の構成要素を説明する図である。
【図３】本発明に係る捲回体の製造方法を説明する図である。
【図４】本発明に係る負極集電体を電池缶内部に溶接する際の説明図である。
【図５】本発明に係る二次電池の作用説明図である。
【図６】図１の別実施例図である。
【図７】図１の更なる別実施例図である。
【図８】本発明に係る二次電池を横置きに用いた場合の説明図である。
【図９】特許文献１に係る技術の基本構成を説明する図である。
【図１０】特許文献２に係る技術の基本構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０…二次電池、１１…底部、１２…壁部、１３…電池缶、１５、６３、６７…巻き芯、１６…正極、１７…負極、１８…セパレータ、２１、３３…集電リード、２４…正極集電体、３９…負極集電体、４１、４２…電解液流路、４５…中空部、６０…電解液、６１…車載用二次電池、６６…貫通孔。
【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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