JP6772099B2

JP6772099B2 - 角形二次電池

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Publication number: JP6772099B2
Application number: JP2017062455A
Authority: JP
Inventors: 直也多田; 横山　喜紀; 喜紀横山; 服部　高幸; 高幸服部; 陽平室屋
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2020-10-21
Anticipated expiration: 2037-03-28
Also published as: JP2018166040A

Description

本発明は、角形二次電池に関するものである。

ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ、ＰＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）用の電源として、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池が利用されている。

これらの二次電池は、特にスペース効率が要求される場合においては円筒形のものよりも角形の電池に対するニーズが高い。更に、物理的強度が必要とされる場合、電池の外装体として金属製のケースが一般的に採用されている。

例えば角形非水電解質二次電池は、以下のようにして作製される。すなわち、帯状の銅箔等からなる負極芯体（集電体）の両面に負極活物質を含有する負極活物質合剤を塗布して負極極板を作製する。また、帯状のアルミニウム箔等からなる正極芯体の両面に正極活物質を含有する正極活物質合剤を塗布した正極極板を作製する。

次いで、負極極板と正極極板とを、微多孔性ポリエチレンフィルム等からなるセパレータを間に配置して重ね合わせ、負極極板及び正極極板をセパレータにより互いに絶縁した状態で円柱状の巻き芯に渦巻状に巻回して、円筒状の巻回型電極体を作製する。

次いで、この円筒状巻回型電極体をプレス機で押し潰し、角形の電池外装体に挿入できるような偏平状巻回型電極体に成形した後、これを角形外装体に収容し、電解液の注液孔を除いて電池外装体の開口部を封口し、電解液を注液して最後に電解液の注液孔を閉じることで角形非水電解質二次電池としている。

また、外装体として金属製のケースを採用した場合は上記に加えて更に、外装体である金属ケース（以下、「外装缶」という）と電極体との間の絶縁のために、電気絶縁性を有する部材で上記偏平状巻回型電極体を予め包んでから外装缶内に収容することで、外装缶を有する角形非水電解質二次電池が作製される（特許文献１〜３参照）。

特開２００９−１７０１３７号公報特開２００９−２７７４４３号公報国際公開ＷＯ２０１３／０３５６６８号公報

偏平状の巻回型電極体と角形外装体を絶縁するために偏平状の巻回型電極体と角形外装体の間に絶縁シートが配置された角形二次電池であっても、その角形二次電池の使用条件によっては、正極又は負極が角形外装体と短絡してしまう可能性があることを本願発明者らは見出した。この短絡は、正極の正極芯体露出部分または負極の負極芯体露出部分と対向する角形外装体の側面と底面との境界近傍で発生する可能性があることを見出した。このような現象は特許文献１乃至３にも他の文献にも記載されていない現象である。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、絶縁シートで覆われた偏平状の巻回型電極体の角形外装体への挿入性に優れ、正極又は負極が角形外装体と短絡することを防止できる角形二次電池を提供することにある。

本発明の一形態の角形二次電池は、一つの面が開口している箱状の金属製の角形外装体と、前記開口を封口する封口板と、正極と負極がセパレータを介して巻回され、前記角形外装体に収容される巻回型電極体と、前記巻回型電極体と前記角形外装体の間に配置される絶縁シートを備え、前記角形外装体は、前記開口に対向する底面と、互いに対向する一対の第１側壁と、前記第１側壁の面積よりも大きな面積を有し互いに対向する一対の第２側壁とを有しており、前記巻回型電極体は、巻回軸方向における一方の端部に巻回された正極芯体露出部を有し、前記巻回軸方向における他方の端部に巻回された負極芯体露出部を有しているとともに、巻回軸が前記角形外装体の前記底面と平行に前記角形外装体内に収容されており、前記正極芯体露出部は前記一対の第１側壁のうち一方側に配置されており、前記負極芯体露出部は前記一対の第１側壁のうち他方側に配置されており、前記絶縁シートは、前記巻回型電極体と前記角形外装体の前記底面との間に配置される底部領域と、前記底部領域から前記封口板に向かって延びると共に前記第１側壁と前記巻回型電極体との間に配置されている第１領域を有し、前記底部領域と前記第１領域の境界線の両端部には、周辺に比べて厚みを減少させている部分及び少なくとも一部を切断させている部分の少なくとも一方からなる折り曲げ容易部が形成されており、前記境界線の中央部には前記折り曲げ容易部が形成されていない構成を有している。

上述の角形二次電池においては、絶縁シートの底部領域と第１領域の境界線の両端部に折り曲げ容易部を設けて境界線を折り曲げやすくしている。このため、絶縁シートが所望の形状となり、絶縁シートで覆われた巻回型電極体の角形外装体への挿入性が向上する。また、上述の角形二次電池においては、正極芯体露出部又は負極芯体露出部が突き刺さるおそれがある絶縁シートの底部領域と第１領域の境界線の中央部には折り曲げ容易部を設けない。このため、正極又は負極が角形外装体と短絡することを確実できる。また、上述の角形二次電池によると、絶縁シートで覆われた巻回型電極体の角形外装体への挿入性が向上するため、角形外装体ないし絶縁シート等に損傷が生じることが抑制された信頼性の高い角形二次電池となる。

前記境界線の中央部に設けられた前記折り曲げ容易部が形成されていない領域の長さは、前記巻回型電極体の厚みに対して４０％以上９５％以下であることが好ましく、４５％以上８５％以下であることがより好ましく、５０％以上８０％以下であることがさらに好ましい。

前記折り曲げ容易部は、切れ目、薄肉部及びミシン目のうちの少なくとも１つであることが好ましい。

前記折り曲げ容易部は薄肉部であり、前記薄肉部は、前記絶縁シートのうち前記巻回型電極体と向かい合う面を凹ませて形成されていることが好ましい。

本発明の一形態の角形二次電池は、一つの面が開口している箱状の金属製の角形外装体と、前記開口を封口する封口板と、正極と負極がセパレータを介して巻回され、前記角形外装体に収容される巻回型電極体と、前記巻回型電極体と前記角形外装体の間に配置される絶縁シートを備え、前記角形外装体は、前記開口に対向する底面と、互いに対向する一対の第１側壁と、前記第１側壁の面積よりも大きな面積を有し互いに対向する一対の第２側壁とを有しており、前記巻回型電極体は、巻回軸方向における一方の端部に巻回された正極芯体露出部を有し、前記巻回軸方向における他方の端部に巻回された負極芯体露出部を有しているとともに、巻回軸が前記角形外装体の前記底面と平行に前記角形外装体内に収容されており、前記正極芯体露出部は前記一対の第１側壁のうち一方側に配置されており、前記負極芯体露出部は前記一対の第１側壁のうち他方側に配置されており、前記絶縁シートは、前記巻回型電極体と前記角形外装体の前記底面との間に配置される底部領域と、前記底部領域から前記封口板に向かって延びると共に前記第１側壁と前記巻回型電極体との間に配置されている第１領域を有し、前記底部領域と前記第１領域の境界線の両端部には、周辺に比べて厚みが小さい部分からなる折り曲げ容易部が形成されており、前記境界線の中央部の厚みは、前記折り曲げ容易部の厚みよりも大きい構成を有している。

上述の角形二次電池においては、絶縁シートの底部領域と第１領域の境界線の両端部には折り曲げ容易部を設けて境界線を折り曲げやすくしている。このため、絶縁シートが所望の形状となり、絶縁シートで覆われた巻回型電極体の角形外装体への挿入性が向上する。また、上述の角形二次電池においては、正極芯体露出部又は負極芯体露出部が突き刺さるおそれがある絶縁シートの底部領域と第１領域の境界線の中央部の厚みを、折り曲げ容易部の厚みよりも大きくしている。このため、正極又は負極が角形外装体と短絡することを確実できる。また、上述の角形二次電池によると、絶縁シートで覆われた巻回型電極体の角形外装体への挿入性が向上するため、角形外装体ないし絶縁シート等に損傷が生じることが抑制された信頼性の高い角形二次電池となる。

絶縁シートで覆われた巻回型電極体の角形外装体への挿入性に優れ、正極又は負極が角形外装体と短絡することが防止された角形二次電池を提供できる。

本実施形態の角形二次電池を角形外装体及び絶縁シートを透視して表した正面図である。図１のII−II線に沿った断面図である。本実施形態の角形二次電池で使用した絶縁シートの展開図である。本実施形態の角形二次電池における、偏平状電極体と絶縁シートとの組合せ構造を説明するための斜視図である。絶縁シートの部分拡大図である。巻回型電極体をその巻回軸方向に沿って観察した模式図である。絶縁シートの第１の変形例を示す展開図である。絶縁シートの第２の変形例を示す展開図である。別の実施形態の折り曲げ容易部近辺の拡大模式図である。図９のＢ−Ｂ’線断面図である。他の実施形態の折り曲げ容易部近辺の拡大模式図である。図１１のＣ−Ｃ’線断面図である。図１１のＤ−Ｄ’線断面図である。図１１のＥ−Ｅ’線断面図である。さらに別の実施形態の折り曲げ容易部近辺の拡大模式図である。図１５のＦ−Ｆ’線断面図である。図１５のＧ−Ｇ’線断面図である。図１５のＨ−Ｈ’線断面図である。

実施形態について説明を行う前に、本願発明に至った経緯を説明する。

一枚の絶縁シートを有底箱状に折り曲げ加工し、その内部に偏平状の巻回型電極体が配置された角形二次電池を作製し、この角形二次電池を、激しい振動にさらされる環境において長時間使用したところ、正極又は負極が金属製の角形外装体と短絡してしまう現象が、稀ではあるが発生することが判明した。その原因を調べたところ、絶縁シートのうち、正極又は負極の芯体露出部分が対向している側面と底面との境界部分が、正極又は負極の芯体である金属箔により突き破られて、その芯体と角形外装体とが接触していることがわかった。

上記の角形二次電池においては、絶縁シートを有底箱状に折り曲げ加工するために、側面と底部の境界となる部分にミシン目ないしは薄肉部を設けた。そして、絶縁シートにおいてミシン目ないしは薄肉部が形成されている部分を、巻回された正極芯体露出部又は巻回された負極芯体露出部において湾曲した部分の先端部が突き破り、正極芯体露出部又は負極芯体露出部と角形外装体とが接触することが分かった。そこで当該側面と底面との境界部分にミシン目も薄肉部も設けないようにしたところ、絶縁シートにおいて側面と底面との境界近傍が所望の形状となり難く、絶縁シートに収容された巻回型電極体の角形外装体への挿入が困難になる。例えば、絶縁シートに収容された巻回型電極体が角形外装体内の所定の位置に配置されない可能性がある。あるいは、絶縁シートないし角形外装体が損傷する等のおそれがある。本願発明者らはこのような事態を解決するために鋭意検討を行った結果本願発明を想到するに至った。

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。

最初に本実施形態に係る非水電解質を用いた角形二次電池を、図１及び図２を参照しながら説明する。この角形二次電池１０は、正極極板と負極極板とがセパレータ（何れも図示省略）を介して巻回された偏平状の巻回型電極体１１を、絶縁シート３０１で被覆した後、箱状の角形外装体１２の内部に収容し、封口板１３によって角形外装体１２を密閉したものである。なお、図１及び図２においては、絶縁シート３０１の図示は省略してある。

角形外装体１２は、封口板１３によって密閉される開口に対向している底面１２ｃと、互いに対向する一対の第１側壁１２ａ，１２ａと、第１側壁１２ａ，１２ａよりも面積が大きく且つ互いに対向する一対の第２側壁１２ｂ，１２ｂとを有している。

正極極板は、正極芯体としてのアルミニウム箔の両面に、帯状のアルミニウム箔が露出している正極芯体露出部１４が形成されるように、正極活物質合剤を塗布し、乾燥後に圧延することにより作製されている。また、負極極板は、負極芯体としての銅箔の両面に、帯状の銅箔が露出している負極芯体露出部１５が形成されるように、負極活物質合剤を塗布し、乾燥後に圧延することによって作製されている。そして、巻回型電極体１１は、正極極板及び負極極板を、正極芯体露出部１４及び負極芯体露出部１５とが、それぞれ対向する電極の活物質合剤塗布部分と重ならないようにずらした状態で、かつ、巻回軸方向の一方の端部には正極芯体露出部１４が、もう一方の端部には負極芯体露出部１５がそれぞれ位置するように、例えばポリエチレン製の多孔質セパレータ（図示省略）を介して巻回された後、偏平状に形成されることにより作製されている。

このうち、正極芯体露出部１４は正極集電体１６を介して正極端子１７に接続され、負極芯体露出部１５は負極集電体１８１を介して負極端子１９に接続されている。なお、正極集電体１６は本体部１６ａ及びこの本体部１６ａから略垂直に折り曲げられたリブ１６ｂを有しており、本体部１６ａが正極集電受け部品（図示省略）と正極芯体露出部１４を挟んで抵抗溶接されている。同じく負極集電体１８１は本体部１８１ａ及びこの本体部１８１ａから略垂直に折り曲げられたリブ１８１ｂを有しており、負極集電受け部品１８２は本体部１８２ａ及びこの本体部１８２ａから略垂直に折り曲げられたリブ１８２ｂを有しており、負極集電体１８１の本体部１８１ａが負極集電受け部品１８２の本体部１８２ａと負極芯体露出部１５を挟んで抵抗溶接されている。なお、図１における破線丸印部分が抵抗溶接箇所である。

なお、巻回型電極体１１は、巻回軸を角形外装体１２の底面１２ｃと平行にして角形外装体１２の中に収容されている。そして、正極芯体露出部１４は一対の第１側壁１２ａ，１２ａのうちの一方側に面するように配置されており、負極芯体露出部１５は一対の第１側壁１２ａ，１２ａのうちの他方側に面するように配置されている。

また、正極端子１７、負極端子１９はそれぞれ絶縁部材２０、２１を介して封口板１３に固定されている。この角形二次電池１０は、巻回型電極体１１を金属製の角形外装体１２内に挿入した後、封口板１３を角形外装体１２の開口部にレーザ溶接し、その後電解液注液孔（図示省略）から非水電解液を注液して、この電解液注液孔を密閉することにより作製されている。

ここで、本実施形態の角形二次電池１０における、巻回型電極体１１及び絶縁シート３０１の具体的構成と、巻回型電極体１１を絶縁シート３０１で被覆する方法について説明する。

［正極極板の作製］
正極極板は次のようにして作製した。まず、正極活物質としてのコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）粉末９４質量％と、導電剤としてのアセチレンブラックあるいはグラファイト等の炭素系粉末３質量％と、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）よりなる結着剤３質量％とを混合し、得られた混合物にＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）からなる有機溶剤を加えて混練して正極活物質合剤スラリーを調製した。次いで、アルミニウム箔（例えば、厚さが２０μｍのもの）からなる正極芯体を用意し、上述のようにして作製した正極活物質合剤スラリーを正極芯体の両面に、均一に塗布して正極活物質合剤層を塗布した。この際、正極活物質合剤層の一方側には、正極活物質合剤スラリーの塗布されていない所定幅（ここでは１２ｍｍとした）の非塗布部（正極芯体露出部１４）が正極芯体の端縁に沿って形成されるように塗布した。この後、正極活物質合剤層を形成した正極芯体を乾燥機中を通過させて、スラリー作製時に必要であったＮＭＰを除去して乾燥させた。乾燥後に、ロールプレス機により厚さが０．０６ｍｍとなるまで圧延して正極極板を作製した。このようにして作製した正極極板を幅が９５ｍｍとなる短冊状に切り出し、幅が１０ｍｍの帯状のアルミニウムからなる正極芯体露出部１４を設けた正極極板を得た。

［負極極板の作製］
負極極板は次のようにして作製した。まず、負極活物質としての天然黒鉛粉末９８質量％と、結着剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）及びスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）をそれぞれ１質量％ずつ混合し、水を加えて混練して負極活物質合剤スラリーを調製した。次いで、銅箔（例えば、厚さが１２μｍのもの）からなる負極芯体を用意し、上述のようにして作製した負極活物質合剤スラリーを負極芯体の両面に均一に塗布して、負極活物質合剤層を形成した。この場合、負極活物質合剤層の一方の側には、負極活物質合剤スラリーの塗布されていない所定幅（ここでは１０ｍｍとした）の非塗布部（負極芯体露出部１５）が負極芯体の端縁に沿って形成されるように塗布した。この後、負極活物質合剤層を形成した負極芯体を乾燥機中を通過させて乾燥させた。乾燥後に、ロールプレス機により厚さが０．０５ｍｍとなるまで圧延して負極極板を作製した。このようにして作製した負極極板を幅が１００ｍｍとなる短冊状に切り出し、幅が８ｍｍの帯状の負極芯体露出部１５を設けた負極極板を得た。

［巻回型電極体の作製］
上述のようにして得られた正極極板の正極芯体露出部１４と負極極板の負極芯体露出部１５とがそれぞれ対向する電極の活物質合剤層と重ならないようにずらして、ポリエチレン製の多孔質セパレータ（厚さが０．０２２ｍｍで、幅が１００ｍｍのもの）を介して巻回することで、巻回型電極体１１を作製した。その際、巻回型電極体の最外周側が多孔質セパレータで覆われる状態とした。

次いで、巻回型電極体をプレスして偏平状となした後、正極芯体露出部１４にはアルミニウム製の正極集電体１６及び正極集電体受け部品（図示せず）を、負極芯体露出部１５には銅製の負極集電体１８１及び負極集電体受け部品１８２を、それぞれ抵抗溶接によって取り付けることで、実施形態の巻回型電極体１１を作製した。なお、巻回型電極体１１の寸法は、幅（正極芯体露出部側の端部から負極芯体露出部側の端部までの長さ）を１０７ｍｍとし、厚み（正極極板の正極活物質合材層が形成された部分と、負極極板の負極活物質合材層が形成された部分がセパレータを介して積層されている部分の厚み）を１１．６ｍｍとした。

ここで、巻回型電極体１１の幅（正極芯体露出部側の端部から負極芯体露出部側の端部までの長さ）が、絶縁シートにおける大面積側の側面と対向する電極体の幅に相当する。また、巻回型電極体１１の厚み（正極極板の正極活物質合材層が形成された部分と、負極極板の負極活物質合材層が形成された部分がセパレータを介して積層されている部分の厚み）が、絶縁シートにおける小面積側の側面と対向する電極体の幅に相当する。

［絶縁シートの作製］
本実施形態の角形二次電池１０で使用する絶縁シート３０１の素材としては、厚さが１５０μｍのポリプロピレン製シートを用いた。このシートを、図３に示すように、正面部分３０ａ、背面部分３０ｂ、底面部分（底部領域）３０ｃ、一対の側面部分３０ｄと、一対の第一の折り返し部３０ｅ、及び、一対の小舌片状の第二の折り返し部（第１領域）３０ｆを備えた形状に切り出した。２点鎖線で示した部分で折り曲げを行うため、折り曲げる部分のうち底面部分３０ｃと第二の折り返し部３０ｆとの境界を除いた部分にミシン目を形成することで絶縁シート３０１を作製した。

底面部分３０ｃと第二の折り返し部３０ｆとの境界は、図５に示すように、両端部に切れ目４０，４０（折り曲げ容易部）が設けられて両端部に挟まれた中央部分に何も設けられていない。すなわち、境界線の中央部分は、境界線の両側の底面部分３０ｃと第二の折り返し部３０ｆと同様に無加工のポリプロピレン製シートの状態である。両端のそれぞれの切れ目４０，４０の長さＬは境界線の長さＷと比較して、Ｌ／Ｗが０．２である。

［巻回型電極体の被覆］
絶縁シート３０１をミシン目および切れ目４０に沿って全て山折りで折り目を付けた後、図４に示すように、絶縁シート３０１で形成される空間内に巻回型電極体１１を、巻回型電極体１１の巻回軸方向を横向きとし、正極集電体（不図示）及び負極集電体（不図示）がそれぞれ絶縁シート３０１の側面部分３０ｄに対向するように挿入する。その後、第一の折り返し部３０ｅと正面部分３０ａとの重なり部分を熱溶着によって接着することで、巻回型電極体１１を箱形形状に形成された絶縁シート３０１で被覆した。

第一の折り返し部３０ｅと正面部分３０ａとの重なり部分を熱溶着によって接着すると、第二の折り返し部３０ｆを除いた部分が開口した略直方体形状の箱形となり、第二の折り返し部３０ｆはその箱形から小舌片として外方にやや開いた状態で突き出していることになる。つまり、底面部分３０ｃと第二の折り返し部３０ｆとの境界には両端部に切れ目４０，４０が設けられているので、この境界線に折り目を付けると第二の折り返し部３０ｆは一対の側面部分３０ｄとなす角が鋭角になって羽を広げたような形状となる。

この後、絶縁シート３０１で被覆された巻回型電極体１１を角形外装体１２内に挿入する際には、底面部分３０ｃと第二の折り返し部３０ｆとの境界に折り目が入れられているため、第二の折り返し部３０ｆと角形外装体１２の内面との抵抗が小さくなって、極めて挿入し易くなる。そのため組み立て工程が短時間で行うことができ、底面部分３０ｃと第二の折り返し部３０ｆとの境界に大きな力がかかることがないため当該境界が損傷することがない。

なお、上述のように挿入のしやすさを確保するためには、上記の境界部分の両端のそれぞれの切れ目４０，４０の長さＬは境界線の長さＷに比較して、０．０２５≦Ｌ／Ｗ≦０．３であることが好ましく、０．０７５≦Ｌ／Ｗ≦０．２７５であることがより好ましく、０．１≦Ｌ／Ｗ≦０．２５であることがさらに好ましい。

図４に示すように正極芯体（金属箔）が露出している部分のうち、箱形の絶縁シート３０１の底面部分３０ｃ側に配置される正極芯体露出下部１４ａは、側面部分３０ｄ（角形外装体の第１側壁１２ａと対向する側面）と平行な断面においては、最下部が半円状態になっている。即ち、箱形の絶縁シート３０１の底面部分３０ｃと側面部分３０ｄとの境界線の中央部分には正極芯体が接触する可能性があるが、境界線の両端部分には接触し難い構成となっている。

角形二次電池に非常に強い衝撃や振動を与えた場合、特に角形外装体の一対の第１側壁１２ａ，１２ａに垂直な方向の衝撃や振動が与えられると、正極集電体１６及び負極集電体１８１が変形し、絶縁シート３０１の上記境界線の中央部分には正極芯体露出下部１４ａあるいは負極芯体露出部１５ａが衝突する場合がある。このとき、この境界線の中央部分に切れ目、薄肉部又はミシン目が存在していると、これらは周囲の無加工のシートに比べて強度に劣るため、金属箔である正極芯体によりこの中央部分が切れて正極芯体が絶縁シート３０１の外側に飛び出し、角形外装体に接触してしまう可能性がある。しかしながら、本実施形態では、上記境界線の中央部分には切れ目、薄肉部又はミシン目のいずれも存しておらず、正極芯体により切断されるおそれはない。負極側においても同様の構成であるため、負極芯体により上記境界線の中央部分が切断されるおそれはない。従って、本実施形態の角形二次電池は、振動等が引き起こす正極又は負極と角形外装体との短絡を防止できる。

一方、上記境界線の両端部は、非常に強い衝撃や振動等によって正極芯体又は負極芯体と接触することはないので、折り曲げ容易部である切れ目４０，４０を設けてもそこから正極芯体又は負極芯体が絶縁シート３０１の外側へ飛び出すことはない。

なお、絶縁シート３０１の底面部分３０ｃと第二の折り返し部３０ｆとの境界において、両端部の折り曲げ容易部である切れ目４０，４０に挟まれた何も設けられていない中央部の領域は、偏平状の巻回型電極体１１（より詳しくは、その端部である正極芯体露出部１４および負極芯体露出部１５）の厚みとの関係で適切な長さが存在することが判明した。以下図６を参照にして説明を行う。

図６は、巻回型電極体（正極芯体露出部１４又は負極芯体露出部１５）をその巻回軸に沿って観察し、絶縁シート３０１の底面に近い部分を拡大した模式図である。説明を行いやすくするために、正極芯体露出部１４又は負極芯体露出部１５と絶縁シート３０の底面のみを表示している。ここで、巻回型電極体（正極芯体露出部１４又は負極芯体露出部１５）の厚み（巻回軸に垂直な面において、底面１２ｃに平行な方向における長さ）を２ｒとする。ここで、巻回型電極体の厚み２ｒは、最も厚みが大きい部分の厚みである。巻回型電極体（正極芯体露出部１４又は負極芯体露出部１５）の下端は半円形となっており、その直径が２ｒとなる。また、巻回型電極体（正極芯体露出部１４又は負極芯体露出部１５）と絶縁シート３０１の底面との距離をＡとする。

この場合、絶縁シート３０１の底面部分３０ｃと第二の折り返し部３０ｆとの境界において、両端部の折り曲げ容易部である切れ目４０，４０に挟まれた何も設けられていない中央部の領域の長さは、｛ｒ^２−（ｒ−Ａ）^２｝^１／２よりも大きいことが好ましい。これは実験の繰り返しより得られた、非常に強い衝撃や振動等によっても正極芯体又は負極芯体が絶縁シート３０１の外側に飛び出すことがない長さの範囲である。

（変形例）
絶縁シートの形状は図３に示される形状に限定されない。例えば、図７及び図８に示した、絶縁シート３０２、３０３のような形状がそれぞれ第１変形例及び第２変形例として挙げられる。

図７に示される第１変形例では、絶縁シート３０２の正面部分３０ａにも一対の側面部分３０ｇと、一対の第一の折り返し部３０ｈとが設けられている点が図３の絶縁シート３０１と異なっている点であり、それ以外は同じである。従って、第１変形例においても底面部分３０ｃと第二の折り返し部３０ｆとの境界線において、両端部に折り曲げ容易部である切れ目が設けられ、中央部分には折り曲げ容易部がなく境界線に隣接する部分と同じ構成のシートとなっている。

図８に示される第２変形例では、第二の折り返し部３０ｆが一対の側面部分３０ｄに変更され、その一対の側面部分３０ｄの両脇に第一の折り返し部３０ｅ，３０ｇが設けられている。従って、第２変形例では、底面部分３０ｃと一対の側面部分３０ｄとの境界線において、両端部に折り曲げ容易部である切れ目が設けられ、中央部分には折り曲げ容易部がなく境界線に隣接する部分と同じ構成のシートとなっている。

第１及び第２の変形例においても、図３の絶縁シートと同様の効果を奏する。

（実施形態２）
実施形態２は、折り曲げ容易部がミシン目である点が実施形態１と異なっており、それ以外は実施形態１と同じであるので、実施形態１と異なっている点を以下に説明する。

図９、図１０に示すように、本実施形態の絶縁シート３０４には折り曲げ容易部としてミシン目４１が形成されている。本実施形態は実施形態１と同じ効果を奏するとともに、実施形態１よりも折り曲げ容易部の機械強度が大きく、中央領域に切れ目が入ってしまうことを防止できる。

（実施形態３）
実施形態３は、折り曲げ容易部が薄肉部である点が実施形態１と異なっており、それ以外は実施形態１と同じであるので、実施形態１と異なっている点を以下に説明する。

図１１、図１２、図１３、図１４に示すように、本実施形態の絶縁シート３０５には折り曲げ容易部として薄肉部４２が形成されている。薄肉部４２は周囲よりも絶縁シート３０５の厚みが小さい部分である。本実施形態は実施形態１と同じ効果を奏するとともに、実施形態１よりも折り曲げ容易部の機械強度が大きく、中央領域に切れ目が入ってしまうことを防止できる。

（実施形態４）
実施形態４は、中央領域も薄肉部を形成した点が実施形態３と異なっており、それ以外は実施形態３と同じであるので、実施形態１と異なっている点を以下に説明する。

図１５、図１６、図１７、図１８に示すように、本実施形態の絶縁シート３０６には折り曲げ容易部として第１薄肉部４３が形成されているとともに、折り曲げられる中央領域にも第２薄肉部５０が形成されている。第２薄肉部５０は第１薄肉部４３よりも厚みが大きく形成されている。本実施形態は実施形態１と同じ効果を奏するとともに、実施形態１よりも折り曲げ容易部の機械強度が大きく、中央領域に切れ目が入ってしまうことを防止でき、さらに第２薄肉部５０が存在するため、より折り曲げやすくなっている。

（その他の実施形態）
上述の実施形態は本願発明の例示であって、本願発明はこれらの例に限定されず、これらの例に周知技術や慣用技術、公知技術を組み合わせたり、一部置き換えたりしてもよい。また当業者であれば容易に思いつく改変発明も本願発明に含まれる。

上記の実施形態では、絶縁シートの側面と底面との境界の両端部に折り曲げ容易部として切れ目を設けたが、切れ目の代わりにミシン目又は薄肉部にしてもよい。またこれらの複数種類を使用しても構わない。ミシン目は小さな切れ目が連なっているものと言うことができる。薄肉部にする場合は、巻回型電極体と向かい合う面を凹ませて薄肉部を形成すると、折り曲げて角形外装体に挿入する場合に、角形外装体と引っかかることが防止できるため、好ましい。

上記の実施形態では、小舌片状の第二の折り返し部（第１領域）３０ｆが側面部分３０ｄの外側に配置される例を示したが、小舌片状の第二の折り返し部（第１領域）３０ｆを側面部分３０ｄの内側に配置することもできる。なお、小舌片状の第二の折り返し部（第１領域）３０ｆが側面部分３０ｄの外側に配置されると、絶縁シート３０１で覆った巻回型電極体１１を角形外装体１２に挿入する際、側面部分３０ｄの下端部が角形外装体１２の開口に引っかかることを防止できるため好ましい。

本発明の角形二次電池は、絶縁シートの底部領域と第１領域との境界の両端部に折り曲げ容易部を設け、中央部分には折り曲げ容易部を設けないという点を除いて、従来の角形二次電池と同様の方法で製造することができる。

上記実施形態では絶縁シートとして、１５０μｍの厚みを有する１枚のポリプロピレン製シートを特定の寸法に切り出し成形して用いたが、絶縁シートとしては柔軟性及び絶縁性を有する任意の素材を使用することができ、任意の成形方法を採用することが可能である。例えば、樹脂を箱形に成形したものも使用することができ、また、ポリプロピレン製のものだけでなく、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテル・エーテル・ケトン、ナイロン等によって作製されたものも使用し得る。

なお、絶縁シートの厚みは１００μｍ〜５００μｍであることが好ましく、１００μｍ〜３００μｍであることがより好ましく、１００μｍ〜２００μｍであることがさらに好ましい。

折り曲げ容易部として薄肉部を設ける場合は、薄肉部の厚みは８０μｍ以下であることが好ましく、７５μｍ以下であることがより好ましい。

薄肉部とした場合、薄肉部の厚みは薄肉部が形成されていない部分の厚みの７５％以下であることが好ましく、５０％以下であることがより好ましい。

また、薄肉部の密度は、他の部分の密度よりも高いことが好ましい。このような薄肉部を形成するためには、絶縁シートをプレス加工することにより絶縁シートに薄肉部を形成することが好ましい。このような方法により、プレス加工により薄肉部となる部分が圧縮されて、他の部分より高密度となる。このような構成であると、絶縁シートの破れを抑制できる。

角形外装体１２及び封口板１３は、金属製であり、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、又は鉄合金等からなることが好ましい。

図６から説明される、絶縁シートの底面部分と第二の折り返し部との境界において、両端部の折り曲げ容易部に挟まれた何も設けられていない中央部の領域は、実施形態２、３の折り曲げ容易部がミシン目又は薄肉部である場合や、実施形態４の中央部にも薄肉部が設けられている場合でも、｛ｒ^２−（ｒ−Ａ）^２｝^１／２よりも大きいことが好ましい。

なお、角形二次電池において、底部領域と第１領域の境界は正極芯体露出部側及び負極芯体露出部側の２箇所に存在する。当該２箇所の内、少なくとも一方に本発明が適用されていればよい。ただし、両方に本発明が適用されていることが好ましい。

１０：角形二次電池
１１：巻回型電極体
１２：角形外装体
１２ａ：第１側壁
１２ｂ：第２側壁
１２ｃ：底面
１３：封口板
１４：正極芯体露出部
１４ａ：正極芯体露出下部
１５：負極芯体露出部
１６：正極集電体
１６ａ：本体部
１６ｂ：リブ
１７：正極端子
１８１：負極集電体
１８１ａ：本体部
１８１ｂ：リブ
１８２：負極集電体受け部品
１８２ａ：本体部
１８２ｂ：リブ
１９：負極端子
２０、２１：絶縁部材
３０ｃ：底面部分（底部領域）
３０ｆ：第二の折り返し部（第１領域）
４０：切れ目（折り曲げ容易部）
４１：ミシン目（折り曲げ容易部）
４２：薄肉部（折り曲げ容易部）
４３：第１薄肉部（折り曲げ容易部）
５０：第２薄肉部
３０１〜３０３：絶縁シート
３０４〜３０６：絶縁シート

Claims

一つの面が開口している箱状の金属製の角形外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
正極と負極がセパレータを介して巻回され、前記角形外装体に収容される巻回型電極体と、
前記巻回型電極体と前記角形外装体の間に配置される絶縁シートを
備え、
前記角形外装体は、前記開口に対向する底面と、互いに対向する一対の第１側壁と、前記第１側壁の面積よりも大きな面積を有し互いに対向する一対の第２側壁とを有しており、
前記巻回型電極体は、巻回軸方向における一方の端部に巻回された正極芯体露出部を有し、前記巻回軸方向における他方の端部に巻回された負極芯体露出部を有しているとともに、巻回軸が前記角形外装体の前記底面と平行に前記角形外装体内に収容されており、
前記正極芯体露出部は前記一対の第１側壁のうち一方側に配置されており、
前記負極芯体露出部は前記一対の第１側壁のうち他方側に配置されており、
前記絶縁シートは、前記巻回型電極体と前記角形外装体の前記底面との間に配置される底部領域と、前記底部領域から前記封口板に向かって延びると共に前記第１側壁と前記巻回型電極体との間に配置されている第１領域を有し、
前記底部領域と前記第１領域の境界線の両端部には、周辺に比べて厚みが小さい部分及び少なくとも一部を切断させている部分の少なくとも一方からなる折り曲げ容易部が形成されており、
前記境界線の中央部には前記折り曲げ容易部が形成されていない、角形二次電池。
前記境界線の中央部に設けられた前記折り曲げ容易部が形成されていない領域の長さは、前記巻回型電極体の厚みに対して４０％以上９５％以下である、請求項１に記載されている角形二次電池。
前記折り曲げ容易部は、切れ目、薄肉部及びミシン目のうちの少なくとも１つである、請求項１または２に記載されている角形二次電池。
前記折り曲げ容易部は薄肉部であり、
前記薄肉部は、前記絶縁シートのうち前記巻回型電極体と向かい合う面を凹ませて形成されている、請求項１から３のいずれか一つに記載されている角形二次電池。
一つの面が開口している箱状の金属製の角形外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
正極と負極がセパレータを介して巻回され、前記角形外装体に収容される巻回型電極体と、
前記巻回型電極体と前記角形外装体の間に配置される絶縁シートを
備え、
前記角形外装体は、前記開口に対向する底面と、互いに対向する一対の第１側壁と、前記第１側壁の面積よりも大きな面積を有し互いに対向する一対の第２側壁とを有しており、
前記巻回型電極体は、巻回軸方向における一方の端部に巻回された正極芯体露出部を有し、前記巻回軸方向における他方の端部に巻回された負極芯体露出部を有しているとともに、巻回軸が前記角形外装体の前記底面と平行に前記角形外装体内に収容されており、
前記正極芯体露出部は前記一対の第１側壁のうち一方側に配置されており、
前記負極芯体露出部は前記一対の第１側壁のうち他方側に配置されており、
前記絶縁シートは、前記巻回型電極体と前記角形外装体の前記底面との間に配置される底部領域と、前記底部領域から前記封口板に向かって延びると共に前記第１側壁と前記巻回型電極体との間に配置されている第１領域を有し、
前記底部領域と前記第１領域の境界線の両端部には、周辺に比べて厚みが小さい部分からなる折り曲げ容易部が形成されており、
前記境界線の中央部の厚みは、前記折り曲げ容易部の厚みよりも大きい、角形二次電池。
前記境界線の中央部において前記折り曲げ容易部の厚みよりも大きい厚みを有する部分の長さは、前記巻回型電極体の厚みに対して４０％以上９５％以下である、請求項５に記載されている角形二次電池。
前記境界線の中央部の厚みに対し、前記折り曲げ容易部の厚みは、７５％以下である、請求項６に記載されている角形二次電池。