JP5779562B2

JP5779562B2 - 角形電池

Info

Publication number: JP5779562B2
Application number: JP2012206316A
Authority: JP
Inventors: 稔之有賀; 渡辺　聡; 聡渡辺; 佳佑澤田
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2032-09-19
Also published as: JP2014063569A

Description

本発明は、例えば車両等に使用されるリチウムイオン二次電池などの角形電池に関する。

従来から、円筒型電池に比較してより高い体積密度が得られる電池として、角形電池が知られている。角形電池は、角形の電池容器に、発電要素である偏平の捲回電極体を収容している。捲回電極体は、正極板と負極板を、間にセパレータを介して絶縁された状態で重ねて捲回することによって構成されている。捲回電極体の捲回軸方向一方側には、正極未塗工部が束ねられた正極集電体積層部が設けられ、捲回軸方向他方側には、負極未塗工部が束ねられた負極集電体積層部が設けられており、正極集電体積層部には正極接続端子が接合され、また、負極集電体積層部には負極接続端子が接合されている。正極接続端子および負極接続端子は、例えば電池容器の外側で電池蓋などの電池容器の同一面上に配置された正極外部端子および負極外部端子にそれぞれ導通接続されており、電池容器が電気的に中立から成る構造、すなわち、電池容器が捲回電極体から絶縁された構造を有している。

この種の角形電池において、電池内部に位置する捲回電極体の正極集電体積層部、負極集電体積層部、及びこれらに接続される正極接続端子、負極接続端子が、電池容器の内壁を通じて短絡しないようにするために、また、捲回電極体を電池容器に挿入する際に捲回電極体の表面に傷がつかないようにするために、捲回電極体と電池容器の内壁との間に絶縁性の保護シートないしフィルムを介在させて保護しているものが種々提案されている。

たとえば、絶縁材シートが、捲回電極体の扁平面に対向する一対の幅広面を形成する一対の幅広面形成部と、その一対の幅広面形成部の間に存在する部分であって電池ケースの底面に対向する底面を形成する底面形成部と、上記一対の幅広面形成部の両側にそれぞれ存在する部分であって電池ケースの幅広面間の狭側面を形成する二対の狭側面形成部とを有しており、袋状に折り曲げられた内側に配置される狭側面形成部が、外側に配置される狭側面形成部よりも小さく形成されており、電池外装缶に挿入が容易になるように工夫されたものが知られている（例えば特許文献１を参照）。

特開２０１０−２８７４５６号公報

しかしながら、特許文献１に示される二次電池は、絶縁性のシートを複雑に折り曲げて箱状に形成し、その中に捲回電極体を収容して外装缶に収納する構造をしている。このように箱状の絶縁性シートの場合、（１）シートを折り曲げ、（２）捲回電極体を収容し、（３）位置がずれないように外装缶に挿入する、という工程が必要となる。特にシートの折り曲げでは、自動化が困難であり、かつ生産性に欠けるといった問題がある。

本発明は、上記従来の問題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、電池容器と発電要素との間に絶縁部材を簡単に介在させることができ、絶縁部材の装着作業の自動化が容易であり、生産性に優れた構造を有する角形電池とその製造方法を提供することである。

上記課題を解決する本発明のリチウムイオン二次電池は、電極板を捲回して形成された扁平状の捲回電極体と、該捲回電極体の捲回軸方向が横向きで且つ前記捲回電極体の一対の湾曲部が上下に分かれて配置される姿勢状態の前記捲回電極体を収容し、前記捲回電極体を挿入可能な開口部が上部に設けられた有底の電池缶と、該電池缶と前記捲回電極体との間に介在される絶縁保護フィルムと、を有する角形電池であって、前記絶縁保護フィルムは、前記捲回電極体の扁平面に沿う方向でかつ前記捲回電極体の捲回軸方向に直交する方向を中心軸方向として前記捲回電極体の周囲に１周以上巻き付けられて前記捲回電極体の側面を覆う側面カバー部と、該側面カバー部から突出して前記捲回電極体の下側の湾曲部を覆う底面カバー部と、該底面カバー部から突出して前記捲回電極体の側面と前記電池缶の縦壁部との間に介在される折り返し片部と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、従来のように絶縁部材を複雑に折り曲げて発電要素を収納する必要がなく、容易に電池容器との絶縁の確保および発電要素の保護を可能し、生産性の向上を図ることができる。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。

第１実施の形態に係わる角形電池の外観斜視図。図１に示される角形電池の分解斜視図。図２に示された捲回電極体の詳細を示し、一部を展開した状態の外観斜視図。絶縁保護フィルムの展開図。絶縁保護フィルムと発電要素組立体の位置関係を説明する斜視図。絶縁保護フィルムで捲回電極体の側面を覆った状態を示す斜視図。絶縁保護フィルムで捲回電極体の底面を覆った状態を示す斜視図。絶縁保護フィルムに覆われた発電要素組立体を電池缶に挿入する状態を示す図。図１の縦断面図。第２実施の形態に係わる絶縁保護フィルムの展開図。絶縁保護フィルムと発電要素組立体の位置関係を説明する斜視図。絶縁保護フィルムで捲回電極体の側面を覆った状態を示す斜視図。絶縁保護フィルムで捲回電極体の底面を覆った状態を示す斜視図。絶縁保護フィルムに覆われた発電要素組立体を電池缶に挿入する状態を示す図。

次に、本発明の実施形態について説明する。

以下の実施形態では、角形電池の一例として、ハイブリッド自動車や電気自動車で使用されるリチウムイオン二次電池の場合について説明する。

＜第１実施の形態＞
図１は、第１実施の形態に係わる角形電池の外観斜視図、図２は、図１に示される角形電池の分解斜視図である。

角形電池であるリチウムイオン二次電池１は、図１及び図２に示すように、電池容器２内に発電要素３を収容した構成を有している。電池容器２は、上部に開口部１１ａを有する有底の電池缶１１と、電池缶１１の開口部１１ａを封口する電池蓋２１とを有する。発電要素３は、正極板と負極板との間にセパレータを介在させて重ね合わせた状態で扁平状に捲回した捲回電極体３１を有している。捲回電極体３１は、その周りに、シート状の絶縁保護フィルム４１が巻き付けられた状態で電池容器２に収容されている。

電池缶１１及び電池蓋２１は、共にアルミニウム合金で製作されており、電池蓋２１は、レーザ溶接によって電池缶１１に溶接される。電池容器２は、一対の幅広側面ＰＷと、一対の幅狭側面ＰＮと、底面ＰＢと、電池蓋２１とで直方体形状の扁平角形容器を構成する。電池蓋２１には、絶縁部材を介して正極端子５１と負極端子６１（一対の電極端子）が配設されており、蓋組立体４を構成している。なお、電池蓋２１には、正極端子５１及び負極端子６１の他に、電池容器２内の圧力が所定値よりも上昇すると開放されて電池容器２内のガスを排出するガス排出弁７１と、電池容器２内に電解液を注入するための注液口７２が配置されている。

正極端子５１及び負極端子６１は、電池蓋２１の長手方向一方側と他方側の互いに離れた位置に配置されている。正極端子５１及び負極端子６１は、電池蓋２１の外側に配置される外部端子５２、６２と、電池蓋２１の内側に配置されて外部端子５２、６２に導通接続される接続端子５３、６３を有している。正極側の外部端子５２と接続端子５３は、アルミニウム合金で製作され、負極側の外部端子６２と接続端子６３は、銅合金で製作されている。

接続端子５３、６３と外部端子５２、６２は、それぞれ電池蓋２１との間に図示していない絶縁部材が介在されており、電池蓋２１から電気的に絶縁されている。接続端子５３、６３は、電池蓋２１の内側から電池缶１１の底部に向かって延出して捲回電極体３１に導通接続される集電端子５４、６４を有している。捲回電極体３１は、正極端子５１の集電端子５４と負極端子６１の集電端子６４との間に配置されて支持されており、蓋組立体４及び捲回電極体３１によって、発電要素組立体５が構成されている。

発電要素組立体５では、捲回電極体３１の捲回軸方向が電池蓋２１に平行でかつ扁平面が電池蓋２１の下面に直交する方向に沿って延在し、捲回電極体３１の一方の湾曲部が電池蓋２１に対向して、他方の湾曲部が電池蓋２１から離反する方向に突出するように捲回電極体３１が支持されている。絶縁保護フィルム４１は、捲回電極体３１を集電端子５４、６４と共に、その外側から覆っており、電池缶１１の幅広側面ＰＷ、幅狭側面ＰＮ、底面ＰＢとの間にそれぞれ介在される。なお、絶縁保護フィルム４１の構成及び作用効果については、後で詳細に説明する。

発電要素組立体５は、図２に示すように、電池缶１１の上方から接近させて、捲回電極体３１の下側の湾曲部（他方の湾曲部）を開口部１１ａに挿入し、電池蓋２１で電池缶１１の開口部１１ａを閉塞する。捲回電極体３１は、捲回軸方向が電池缶１１の開口部１１ａと平行となり、捲回軸方向が横向きで且つ捲回電極体の一対の湾曲部が上下に分かれて配置される姿勢状態で電池缶１１内に収容される。

電池缶１１は、捲回電極体３１の周囲を絶縁保護フィルム４１で覆った状態で開口部１１ａから電池缶１１に捲回電極体３１を挿入した場合に、捲回電極体３１の扁平面と電池缶１１の幅広側面ＰＷとが間に絶縁保護フィルム４１を挟み込んだ状態で当接し、若干の押圧力で押圧することによって挿入することができる寸法形状を有しており、捲回電極体３１の捲回軸方向両側の端面と電池缶１１の幅狭側面ＰＮとの間には、若干の間隙が形成されるようになっている。

電池容器２内には、電解液が充填されている。電解液は、電池蓋２１の注液口７２から電池容器２内に注入される。注液口７２は、電解液の注入後に、注液栓７３によって閉塞され、注液栓７３を電池蓋２１にレーザ溶接することによって封止される。

電解液は、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とジエチルカーボネート（DEC）の体積比１：１：１の混合溶液中にＬｉＰＦ_６（六フッ化リン酸リチウム）を１ｍｏｌ／Ｌとなるように溶解したものを用いる。

尚、電解質は、ＬｉＰＦ_６を使用した例を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ（Ｃ_６Ｈ_５）_４、ＣＨ_３ＳＯ_３Ｌｉ、ＣＦ_３ＳＯＬｉなどやこれらの混合物を用いることができる。また、本実施形態では、非水電解液の溶媒にＥＣとＤＭＣとの混合溶媒を用いた例を示したが、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、γ―ブチルラクトン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、プロピオニトリルなど少なくとも１種以上の混合溶媒を用いるようにしてもよく、また混合配合比についても限定されるものではない。

図３は、図２に示された捲回電極体の詳細を示し、一部を展開した状態の外観斜視図である。

捲回電極体３１は、負極板３２、セパレータ３３、正極板３４、セパレータ３５の順に重ねて扁平状に捲回することによって構成される。捲回電極体３１は、図３に示すように、最外周の電極板が負極板３２であり、さらにその外側にセパレータ３５が捲回される。そして、セパレータ３５の捲き終わり端部が、図示していない粘着テープによってセパレータ３５の最外周面に固定されて、捲回状態を保持している。なお、セパレータ３５の捲き終わり端部は、捲回電極体３１の一方の扁平面上の略中央位置に配置されており、捲回軸方向中央部分が粘着テープ（図示せず）により固定されている。

セパレータ３３、３５は、正極板３４と負極板３２を絶縁する役割を有している。負極板３２の負極塗工部３２ａは、正極板３４の正極塗工部３４ａよりも幅方向（図３のＸ方向に沿う方向）に大きく、これにより、正極塗工部３４ａは、必ず負極塗工部３２ａに挟まれるように構成されている。

正極未塗工部３４ｂ、負極未塗工部３２ｂは、平面部分で束ねられて溶接等により外部端子５２、６２につながる各極の集電端子５４、６４に接続される。尚、セパレータ３３、３５は、幅方向で負極塗工部３２ａよりも広いが、正極未塗工部３４ｂ、負極未塗工部３２ｂで金属箔面が露出する位置に捲回されるため、束ねて溶接する場合の支障にはならない。

正極板３４は、正極集電体である正極電極箔の両面に正極活物質合剤を塗布した正極塗工部３４ａを有し、正極電極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未塗工部（箔露出部）３４ｂが設けられている。

負極板３２は、負極集電体である負極電極箔の両面に負極活物質合剤を塗布した負極塗工部３２ａを有し、正極電極箔の幅方向他方側の端部には、負極活物質合剤を塗布しない負極未塗工部（箔露出部）３２ｂが設けられている。正極未塗工部３４ｂと負極未塗工部３２ｂは、電極箔の金属面が露出した領域であり、図３に示すように、捲回軸方向一方側と他方側の位置に配置されるように捲回される。

負極板３２においては、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した。この負極合剤を厚さ１０μｍの銅箔（負極電極箔）の両面に集電部（負極未塗工部）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断して銅箔を含まない負極活物質塗布部厚さ７０μｍの負極板を得た。

なお、本実施の形態では、負極活物質に非晶質炭素を用いる場合について例示したが、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等でよく、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。

正極板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ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）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。この正極合剤を厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極電極箔）の両面に無地の集電部（正極未塗工部）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断してアルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部厚さ９０μｍの正極板を得た。

また、本実施の形態では、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。

また、本実施の形態では、正極板、負極板における塗工部の結着材として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。

次に、本発明の特徴的な構成要素である絶縁保護フィルム４１の構成について詳細に説明する。なお、絶縁保護フィルム４１は、例えば図２に示すように、透明な部材からなるものを例として示しているが、透明に限定されるものではなく、不透明であってもよい。

図４は本発明の絶縁保護フィルム４１の展開図、図５は絶縁保護フィルムと発電要素組立体の位置関係を説明する斜視図、図６は絶縁保護フィルムで捲回電極体の側面を覆った状態を示す斜視図、図７は絶縁保護フィルムで捲回電極体の底面を覆った状態を示す斜視図、図８は絶縁保護フィルムに覆われた発電要素組立体を電池缶に挿入する状態を示す図、図９は図１の縦断面図である。

従来のリチウムイオン二次電池は、絶縁性のシートを複雑に折り曲げて箱状に形成し、その中に捲回電極体を収容し、位置がずれないように電池缶に挿入する必要があり、自動化が困難で生産性に欠けるという問題があった。

これに対して、本実施の形態におけるリチウムイオン二次電池１は、図５、図６に示すように、発電要素組立体５の捲回電極体３１に対して、捲回電極体３１の捲回軸方向に直交する方向にシート状の絶縁保護フィルム４１を巻き付けて、捲回電極体３１の外周が連続して少なくとも一周以上、接続端子５３、６３ごと、すなわち、接続端子５３、６３と共にその外側を覆っている。

そして、図６〜図９に示すように、絶縁保護フィルム４１の側面カバー部４２から突出する底面カバー部４３によって捲回電極体３１の底面である下側の湾曲部を覆っており、底面カバー部４３に連続して設けられた折り返し片部である第１折り返し片４４と第２折り返し片４５がそれぞれ捲回電極体３１と電池缶１１との間に介在される構成を有している。

したがって、絶縁保護フィルム４１によって捲回電極体３１の側面と下面を簡単に覆うことができ、捲回電極体３１を電池缶１１に挿入する際に絶縁保護フィルム４１の位置ずれを生ずることなく容易に挿入でき、自動化が簡単で生産性に優れている。

絶縁保護フィルム４１は、捲回電極体３１の扁平面に沿う方向でかつ捲回電極体３１の捲回軸方向に直交する方向を中心軸方向として捲回電極体３１の周囲に１周以上巻き付けられて捲回電極体３１の側面を覆う側面カバー部４２と、側面カバー部４２から突出して捲回電極体３１の下側の湾曲部を覆う底面カバー部４３と、底面カバー部４３から突出して捲回電極体３１の側面と電池缶１１の縦壁部である幅広側面ＰＷ、幅狭側面ＰＮとの間に介在される折り返し片部である第１折り返し片４４と第２折り返し片４５を有している。

側面カバー部４２は、図４に示すように、捲回電極体３１の扁平面に対向する一対の扁平面対向部４２ａ、４２ｂと、捲回電極体３１の捲回軸方向両側の端面に対向する一対の端面対向部４２ｃ、４２ｄを有する。一対の扁平面対向部４２ａ、４２ｂのうち、捲回電極体３１の正面側に配置される扁平面対向部（他方の扁平面対向部）４２ｂは、捲回電極体３１の背面側に配置される扁平面対向部（一方の扁平面対向部）４２ａを間に介して、側面カバー部４２の長手方向一方側の第１部分４２ｂ１と他方側の第２部分４２ｂ２の２つに分かれており、これら第１部分４２ｂ１と第２部分４２ｂ２の端部に設けられている重ね代Ｋ１、Ｋ２を互いに重ねることによって形成される。

扁平面対向部４２ｂの第１部分４２ｂ１と第２部分４２ｂ２は、長手方向の長さが互いに異なっており、重ね代Ｋ１、Ｋ２が捲回電極体３１の正面側の扁平面に対向する位置で且つ捲回軸方向一方側に偏位した位置に配置されるように設定されている。したがって、捲回電極体３１のセパレータ３５の捲き終わり端部を固定する粘着テープの上に重ね代が重なるのを防ぎ、捲回電極体３１の扁平厚さが厚くなるのを抑制することができる。なお、捲回軸方向一方側に偏位した位置に配置されるのは必須ではなく、例えば捲回軸方向中央位置や、捲回電極体３１の側端面に対向する位置に重ね代Ｋ１、Ｋ２が配置される構成としてもよい。

底面カバー部４３は、側面カバー部４２の扁平面対向部４２ａの下端から突出しており、捲回電極体３１の下側の湾曲部に対向して巻き付けられる。第１折り返し片４４は、底面カバー部４３の先端から突出して捲回電極体３１の扁平面と電池缶１１の縦壁部の一部を構成する幅広側面ＰＷとの間に介在される。第２折り返し片４５は、底面カバー部４３の両側端から互いに離反する方向にそれぞれ突出して捲回電極体３１の捲回軸方向両側の端面と電池缶１１の縦壁部の一部を構成する幅狭側面ＰＮとの間に介在される。

絶縁保護フィルム４１は、図４に示すように、上部の横長矩形部分が側面カバー部４２を形成し、側面カバー部４２から突出する下部の十字形状部分が底面カバー部４３及び折り返し片部４４、４５を形成する。絶縁保護フィルム４１の寸法条件は、少なくとも図中、Ｌ１〜Ｌ７が重要となる。

上部の横長矩形部分を構成する側面カバー部４２の長手方向長さＬ１は、捲回電極体３１の外周が連続して少なくとも一周以上、接続端子５３、６３ごと覆うことができる長さに設定され、幅方向長さＬ２は、電池蓋２１の下面から少なくとも捲回電極体３１の電池缶１１底面側の平坦部端部までを覆う長さに設定されている。

下部の十字形状部分を構成する底面カバー部４３及び第１折り返し片４４の横幅Ｌ３は、電池缶１１の長手方向における接続端子５３、６３の外側端間の長さよりも大きく、電池缶１１の長手方向の内側寸法（幅広側面の幅）以下に設定されている。

底面カバー部４３の突出長さＬ４は、捲回電極体３１の下側の湾曲部に沿って覆う長さに設定されている。第１折り返し片４４の突出長さＬ５は、側面カバー部４２の扁平面対向部４２ｂの外側で電池缶１１の幅広側面ＰＷとの間に先端が介在される長さに設定されている。

下部の十字形状部分のうち、底面カバー部４３の両側端から互いに離反する方向に突出する第２折り返し片４５の幅Ｌ６は、捲回電極体３１の扁平厚さよりも大きく、電池缶１１の短手方向の内側寸法（幅狭側面の幅）よりも短い大きさに設定されている。そして、第２折り返し片４５の突出高さＬ７は、側面カバー部４２の端面対向部４２ｃの外側で電池缶１１の幅狭側面ＰＮとの間に先端が介在されて、捲回電極体３１の下側の端面部分３１ａを覆う長さに設定されている。

絶縁保護フィルム４１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部材からなり、捲回電極体３１の扁平面と平行な方向でかつ捲回軸方向に直交する方向（図５のＹ軸方向）を巻き付け中心として一周以上巻き付けることができる長さを有しており、巻き付けた状態で電池缶１１の底部側に配置される絶縁保護フィルム４１の下部の十字形状が、捲回電極体３１の電池缶１１の底部側を覆うように構成されている。

絶縁保護フィルムの厚さは、０．０１ｍｍから０．５０ｍｍが好ましく、更に、０．０３ｍｍから０．２０ｍｍがより好ましい。但し、電池内部の空間体積が大きい場合はこれに限ったものではなく、例えば絶縁保護フィルム４１の厚みは、捲回電極体３１と電池容器２との間に介在出来き、且つ絶縁を保ち、発電要素を保護可能な厚みであればこれに限定されるものではない。

なお、本実施の形態では、絶縁保護フィルム４１の材料としてPPを使用した場合を例に示したが、これに限定されるものではなく、例えば、PFA（ポリテトラフルオロエチレン）、PPS（ポリフェニレンサルファイド）、PET（ポリエチレンテレフタレート）や、電解液により反応や変質しない素材の合成樹脂であれば用いることができる。また、絶縁保護フィルム４１の長さは、上記した例に限定されるものではなく、少なくとも一周以上であればよく、例えば二周以上、巻き付けられる長さであってもよい。

絶縁保護フィルム４１は、電池蓋２１の側面に重ならない程度に近接する位置に、絶縁保護フィルム４１の幅方向一方側（図５〜図８では上側）の端部が配置されるように巻き付けられる。本実施の形態では、絶縁保護フィルム４１の上端部と電池蓋との間に0.5ｍｍ程度の離間距離が形成されるように巻き付けられている。

次に、絶縁保護フィルム４１の装着方法について説明する。
まず、発電要素組立体５の電池蓋２１の裏面に、縁保護フィルム４１の幅方向一方側（図５の＋Ｙ方向側）の端部である上端が合うように配置する。この際、捲回電極体３１の一方の扁平面に扁平面対向部４２ａが対向配置されて、絶縁保護フィルム４１の下部の十字形状部分が捲回電極体３１の扁平面と位置合わせされる。

次に、縁保護フィルム４１の上部矩形部の両端を、図５の矢印Ｉ、ＩＩで示すように、外側から接続端子５３、６３ごと覆うように巻き付ける。そして、絶縁保護フィルム４１の下部の十字形状部分を、図６の矢印ＩＩＩに示すように、折り返す。

それから、底面カバー部４３を、図７に示すように、捲回電極体３１の下側の湾曲部に沿って巻き付けて、第１折り返し片４４を、捲回電極体３１の正面側の扁平面に対向する位置に配置して、側面カバー部４２の扁平面対向部４２ｂの外側に重ねた状態で配置する。したがって、底面カバー部４３は、捲回電極体３１の下側の湾曲部に沿って湾曲した形状とされる。

そして、一対の第２折り返し片４５は、底面カバー部４３の湾曲形状に沿って下に凸状に湾曲した状態で捲回電極体３１の端面から捲回軸方向両側に向かって突出する形状とされる。これにより、電池蓋２１を除く発電要素組立体５は、図７に示すように、捲回電極体３１の下側の端面を除いて、絶縁保護フィルム４１に覆われた状態とされる。

絶縁保護フィルム４１は、側面カバー部４２によって捲回電極体３１の外周を接続端子５３、６３ごと覆い、次いで、底面カバー部４３によって捲回電極体３１の下側の湾曲部を覆った後に、絶縁保護フィルム４１の互いに重なる部分同士が粘着テープ（図示せず）で固定される。粘着テープによる固定箇所は、側面カバー部４２の重ね代Ｋ１、Ｋ２を留める第１箇所と、第１折り返し片４４を側面カバー部４２の外側に留める第２箇所の２箇所が設定されているが、第２箇所のみであってもよい。なお、固定方法としては、粘着テープで留める方法の他に、接着剤で留めてもよい。また、例えば一方のフィルム面に電解液によって反応や変質しない粘着材が塗布されたシール状の粘着フィルムや、フィルム同士が面着されるラップフィルムを用いてもよく、粘着テープや接着剤を用いた場合よりも、容易に固定することができる。

次に、上記構成を有するリチウムイオン二次電池１の製造方法について説明する。

まず、正極板３４と負極板３２を、間にセパレータ３３、３５を介在させて重ねあわせ、扁平状に捲回することにより、発電要素３である捲回電極体３１を作製する。次に、電池蓋２１に絶縁部材を介して正極端子５１と負極端子６１を取り付けて蓋組立体４を作製する。そして、蓋組立体４の正極端子５１と負極端子６１に、捲回電極体３１の正極未塗工部３４ｂと負極未塗工部３２ｂを超音波接合して導通接続し、発電要素組立体５を作製する。

それから、絶縁保護フィルム４１の側面カバー部４２を発電要素組立体５の捲回電極体３１の外周に１周以上巻き付けて、側面カバー部４２で捲回電極体３１の側面を接続端子５３、６３ごと覆い、解けないように、絶縁保護フィルム４１の端部を粘着テープで留める。

そして、絶縁保護フィルム４１の下部の底面カバー部４３を捲回電極体３１の下側の湾曲部に対向して巻き付けて、底面カバー部４３で捲回電極体３１の下側の湾曲面を覆う。そして、第１折り返し片４４を側面カバー部４２の扁平面対向部４２ｂの外側に対向して配置させた後、側面カバー部４２及び第１折り返し片４４が解けないように粘着テープで留めて固定し、捲回電極体３１を覆う。

そして、絶縁保護フィルム４１に覆われた捲回電極体３１を電池缶１１の開口部１１ａから電池缶１１内に挿入する。捲回電極体３１を電池缶１１に挿入する際、一対の第２折り返し片４５は、電池缶１１の開口部１１ａに当接して、電池蓋２１側に向かって折曲され、捲回電極体３１の下側の端面に対向し、電池缶１１の幅狭側面ＰＮと捲回電極体３１の端面との間に介在されて覆う。したがって、捲回電極体３１は、その側面及び底面が絶縁保護フィルム４１によって覆われた状態で電池缶１１内に収容される。

電池蓋２１と電池缶１１とをレーザ溶接により溶接して開口部１１ａを封止する。そして、外部端子５２、６２を介して捲回電極体３１から外部負荷に電力が供給され、あるいは、外部端子５２、６２を介して外部発電電力が捲回電極体３１に充電される。

上記した本実施の形態のリチウムイオン二次電池１は、発電要素組立体５の捲回電極体３１にシート状の絶縁保護フィルム４１が巻き付けられており、捲回電極体３１の外周が連続して少なくとも一周、接続端子５３、６３ごと覆われている。

絶縁保護フィルム４１は、捲回電極体３１及び接続端子５３、６３と電池缶１１との間に介在されて捲回電極体３１及び接続端子５３、６３と電池缶１１との間を絶縁し、捲回電極体３１及び接続端子５３、６３を保護することができる。

絶縁保護フィルム４１の装着は、側面カバー部４２を捲回電極体３１の周囲に１周以上巻き付けて捲回電極体３１の側面を覆い、底面カバー部４３で捲回電極体３１の下側の湾曲部を覆い、折り返し片部である第１折り返し片４４と第２折り返し片４５を側面カバー部４２の外側に対向配置することによって行うことができ、捲回電極体３１に対して位置ずれが防止された状態で装着することができる。

したがって、従来のように絶縁保護フィルムを複雑に折り曲げて袋状に形成し、それに電池蓋と一体となった捲回群を内包し、さらに電池缶に挿入する工程を削減できる。したがって、従来と比較して簡単に装着でき、捲回電極体３１の電池缶１１への挿入も簡単に行うことができ、挿入する際に位置ずれが生ずるのを防ぐことができる。したがって、生産性に優れたリチウムイオン二次電池１を製造することができる。

また、フィルムやシートと連続して覆う技術は、電池以外でも一般的に広く使われているので、自動化が比較的容易にでき、設備の導入コストを抑えることもできる。さらに、従来のように、絶縁保護フィルムを複雑に折り曲げる必要がないため、絶縁保護フィルムのコストも抑制することができる。

上記した構成を有する絶縁保護フィルム４１によれば、第１折り返し片４４と第２折り返し片４５によって側面カバー部４２の下端を覆っているので、捲回電極体３１を電池缶１１に挿入する際に、側面カバー部４２の下端が電池缶１１の開口部１１ａに当接して引っ掛かるのを防ぐことができる。したがって、リチウムイオン二次電池１の組み立て作業を容易にすることができ、かかる作業を自動化して生産性の向上を図ることができる。

また、上記した構成によれば、一対の第２折り返し片４５は、捲回電極体３１に装着された状態で、電池蓋２１から離反する方向である下方に向かって凸状に湾曲した形状を有しているので、図７及び図８に示すように、電池缶１１の開口部１１ａから電池缶１１内に捲回電極体３１を挿入する前までは、捲回電極体３１の捲回軸方向に沿って互いに離反する方向に向かって突出する姿勢状態を保つことができる。

したがって、捲回電極体３１を電池缶１１に挿入する際に、一対の第２折り返し片４５を電池缶１１の開口部１１ａに当接させて、より具体的には、開口部１１ａで且つ電池缶１１の幅狭側面ＰＮの上端に相当する部分に当接させて、電池蓋２１側に向かって確実に折曲させることができ、図９に示すように、これら一対の第２折り返し片４５によって捲回電極体３１の下側の端面を覆うことができる。

なお、本発明の構成は、上記した実施の形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記した構成では、第１折り返し片４４と第２折り返し片４５をそれぞれ、側面カバー部４２の外側に配置する場合を例に説明したが、第１折り返し片４４もしくは第２折り返し片４５の少なくとも一方を、捲回電極体３１の扁平面に対向配置して当接させた後で、側面カバー部４２を巻き付けてもよい。

＜第２実施の形態＞
次に、本発明の第２実施の形態について図面を用いて説明する。
なお、第１実施の形態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。

本実施の形態において特徴的なことは、側面カバー部４２の幅方向長さＬ２を第１実施の形態の長さＬ２よりも長くして、絶縁保護フィルム４１の底面を略平面形状とし、第１実施の形態の絶縁保護フィルム４１から第２折り返し片４５を省略した構成としたことである。

図１０から図１４は、第１実施の形態における図４から図８に対応する図である。

絶縁保護フィルム４１’は、図１０に示すように、側面カバー部４２と、底面カバー部４３と、第１折り返し片４４を有している。

側面カバー部４２の幅方向長さＬ２は、上端が電池蓋２１の下面に対向する位置に配置され、下端が捲回電極体３１の下側の湾曲部の最下端と略同じ位置に配置される長さに設定されている。

底面カバー部４３の突出長さＬ４は、捲回電極体３１の扁平厚さとほぼ同じ長さに設定されている。第１折り返し片４４の突出長さＬ５は、側面カバー部４２の扁平面対向部４２ｂの外側で電池缶１１の幅広側面ＰＷとの間に先端が介在される長さに設定されている。

絶縁保護フィルム４１’の装着は、側面カバー部４２を捲回電極体３１の周囲に巻き付けて捲回電極体３１の側面を覆い、それから、底面カバー部４３を折りまげて捲回電極体３１の下側の湾曲部に対向配置し、さらに、第１折り返し片４４を折り返して扁平面対向部４２ｂの外側に対向配置することによって行われる。

上記構成によれば、扁平面対向部４２ｂの下端は、第１折り返し片４４によって外側から覆われているので、捲回電極体３１を電池缶１１に挿入する際に、電池缶１１の開口部１１ａに引っ掛かるおそれがなく、容易に挿入することができる。

側面カバー部４２は、捲回電極体３１の捲回軸方向両側の端面をすべて覆っており、電池缶１１との間における絶縁と保護を図っている。そして、捲回電極体３１の捲回軸方向両側の端面と電池缶１１の幅狭側面ＰＮとの間には、若干の隙間が形成されているので、側面カバー部４２の端面対向部４２ｃ、４２ｄの下端が折り返し片部によって覆われていなくても、電池缶１１に挿入する際に引っ掛かる可能性が低く、組立作業の阻害要因とはならない。したがって、第１実施の形態と比較して、絶縁保護フィルム４１’の全体形状を、より簡単にすることができ、製造の容易化、取り扱い性の向上等を図ることができる。

なお、本実施形態では、第２折り返し片４５を省略した構成の場合を例に説明したが、かかる構成に限定されるものではなく、電池缶１１の形状との関係において適宜変更することができ、例えば、第１折り返し片４４を省略して第２折り返し片４５のみとしてもよい。

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。

１リチウムイオン二次電池（角形電池）
２電池容器
３発電要素
４蓋組立体
５発電要素組立体
１１電池缶
１１ａ開口部
２１電池蓋
３１捲回電極体
４１絶縁保護フィルム
４２側面カバー部
４２ａ背面側の扁平面対向部（一方の扁平面対向部）
４２ｂ正面側の扁平面対向部（他方の扁平面対向部）
４２ｃ、４２ｄ端面対向部
４３底面カバー部
４４第１折り返し片（折り返し片部）
４５第２折り返し片（折り返し片部）
５１正極端子（電極端子）
５２、６２外部端子
５３、６３接続端子
５４、６４集電端子
６１負極端子（電極端子）
ＰＷ幅広側面
ＰＮ幅狭側面

Claims

電極板を捲回して形成された扁平状の捲回電極体と、該捲回電極体の捲回軸方向が横向きで且つ前記捲回電極体の一対の湾曲部が上下に分かれて配置される姿勢状態の前記捲回電極体を収容し、前記捲回電極体を挿入可能な開口部が上部に設けられた有底の電池缶と、該電池缶と前記捲回電極体との間に介在される絶縁保護フィルムと、を有する角形電池であって、
前記絶縁保護フィルムは、
前記捲回電極体の扁平面に沿う方向でかつ前記捲回電極体の捲回軸方向に直交する方向を中心軸方向として前記捲回電極体の周囲に１周以上巻き付けられて前記捲回電極体の側面を覆う側面カバー部と、
該側面カバー部から突出して前記捲回電極体の下側の湾曲部を覆う底面カバー部と、
該底面カバー部から突出して前記捲回電極体の側面と前記電池缶の縦壁部との間に介在される折り返し片部と、
を有することを特徴とする角形電池。
前記側面カバー部は、前記捲回電極体の扁平面に対向する一対の扁平面対向部と、前記捲回電極体の捲回軸方向両側の端面に対向する一対の端面対向部と、を有し、
前記底面カバー部は、前記捲回電極体の捲回軸方向の長さに亘って延在する幅と、一方の前記扁平面対向部の下端に基端が連続して先端が他方の前記扁平面対向部の下端までに亘る長さとを有する矩形状を有し、
前記折り返し片部は、前記底面カバー部の先端から突出して前記捲回電極体の扁平面と前記電池缶との間に介在される第１折り返し片と、前記底面カバー部の両側端から突出して前記捲回電極体の捲回軸方向両側の端面と前記電池缶との間に介在される一対の第２折り返し片との少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１に記載の角形電池。
前記第１折り返し片は、前記側面カバー部の他方の扁平面対向部の外側に対向して配置され、
前記一対の第２折り返し片は、前記側面カバー部の一対の端面対向部の外側にそれぞれ対向して配置されていることを特徴とする請求項２に記載の角形電池。
前記底面カバー部は、前記捲回電極体の下側の湾曲部に沿って湾曲して配置されており、
前記第２折り返し片は、前記捲回電極体の側面に前記側面カバー部を巻き付けた状態で且つ前記捲回電極体を前記電池缶に挿入する前の状態において、前記底面カバー部の両側端から互いに離反する方向に突出して前記底面カバー部と共に湾曲していることを特徴とする請求項３に記載の角形電池。
前記側面カバー部は、巻付方向一方側の端部と他方側の端部とが前記捲回電極体の扁平面に対向する位置で互いに重ね合わされることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の角形電池。
前記側面カバー部は、前記捲回電極体の扁平面に対向する位置で且つ捲回軸方向一方側に偏位した位置で互いに重ね合わされていることを特徴とする請求項５に記載の角形電池。
請求項１に記載の角形電池の製造方法であって、
前記側面カバー部で前記捲回電極体の側面を覆う工程と、
前記底面カバー部で前記捲回電極体の下側の湾曲部を覆う工程と、
前記折り返し片部を前記側面カバー部の外側に対向配置する工程と、
前記絶縁保護フィルムで覆われた前記捲回電極体を前記電池缶の開口部から前記電池缶内に挿入する工程と、を含むことを特徴とする角形電池の製造方法。