特開 2022-63909 二次電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022063909

(43)【公開日】2022-04-25

(54)【発明の名称】二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/0587 20100101AFI20220418BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20220418BHJP

【ＦＩ】

H01M10/0587

H01M10/04 W

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020172307

(22)【出願日】2020-10-13

(71)【出願人】

【識別番号】399107063

【氏名又は名称】プライムアースＥＶエナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107249

【弁理士】

【氏名又は名称】中嶋 恭久

(72)【発明者】

【氏名】高林 裕也

【テーマコード（参考）】

5H028

5H029

【Ｆターム（参考）】

5H028AA05

5H028CC12

5H028CC21

5H029AJ02

5H029BJ14

5H029CJ05

5H029CJ06

(57)【要約】

【課題】効果的にハイレート劣化の進行を抑制する。
【解決手段】二次電池は、セパレータ５を挟んで積層された正負の電極シート３５を捲回してなる電極体１０と、この電極体１０を収容するケースと、を備える。電極体１０の捲回軸方向両端部５０，５０には、各電極シート３５の未塗工部３９が配置される。また、ケースの底部には、電極体１０に含浸された電解液４４の余剰液４５が貯留される。更に、電極体１０の捲回軸方向両端部５０，５０には、各電極シート３５の未塗工部３９を束ねて接合した箔綴じ部６０，６０が設けられる。そして、ケースの底部に貯留された余剰液４５の液面４５ｓよりも低い位置から、その液面４５ｓよりも高い位置に延設された各箔綴じ部６０，６０が、これら各箔綴じ部６０，６０の延設範囲において電極体１０の捲回軸方向両端部５０，５０を閉塞する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

セパレータを挟んで積層された正負の電極シートを捲回してなる電極体と、
前記電極体を収容するケースと、を備え、
前記各電極シートは、シート状の集電体と該集電体上に塗工された電極活物質層とを有し、
前記電極体の捲回軸方向両端部には、前記電極活物質層を有しない前記各電極シートの未塗工部が配置され、
前記電極体は、該電極体の捲回軸が前記ケースの底部に沿う方向に延在する状態で前記ケースに収容されるとともに、
前記ケースの底部には、前記電極体に含浸された電解液の余剰液が貯留されるものであって、
前記電極体の捲回軸方向両端部には、前記各電極シートの前記未塗工部を束ねて接合した箔綴じ部が設けられるとともに、前記ケースの底部に貯留された前記余剰液の液面よりも低い位置から前記余剰液の液面よりも高い位置に延設された前記箔綴じ部が、該箔綴じ部の延設範囲において、前記電極体の捲回軸方向端部を閉塞する二次電池。

【請求項2】

前記電極体は、該電極体の下端位置から前記余剰液の液面よりも高い位置に延設された前記箔綴じ部を有している請求項１に記載の二次電池。

【請求項3】

前記電極体は、該電極体の捲回軸方向端部における前記余剰液の液面よりも低い位置に、前記箔綴じ部に閉塞されない開口部を有している
請求項１又は請求項２に記載の二次電池。

【請求項4】

前記電極体は、該電極体の捲回軸方向端部における前記余剰液の液面よりも高い位置に、前記箔綴じ部に閉塞されない開口部を有している
請求項１～請求項３の何れか一項に記載の二次電池。

【請求項5】

前記電極体は、該電極体における一方側の捲回軸方向端部にのみ、前記箔綴じ部に閉塞されない開口部を有している請求項１～請求項４の何れか一項に記載の二次電池。

【請求項6】

前記箔綴じ部は、前記束ねられた前記各電極シートの前記未塗工部が溶接により前記接合された溶接部である請求項１～請求項５の何れか一項に記載の二次電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二次電池に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、セパレータを挟んで積層された正負の電極シートを捲回してなる電極体を備えた二次電池がある。例えば、特許文献１に記載の二次電池は、電極体に非水性の電解液を含浸させたリチウムイオン二次電池としての構成を有している。更に、その電極体を正負の電極端子を有したケース内に封缶することにより単電池が形成される。そして、上記従来例の二次電池は、複数の単電池が束ねられた組電池としての構成を有している。

【0003】

また、上記のような電極体を備える二次電池においては、大きな電流が流れるハイレート充放電時、その電極体及び電解液が膨張することで、この電極体に含浸された電解液が外部に流出する。更に、この電極体から流出した電解液がケースの底部に貯留された余剰の電解液と混ざり合い、再び、その電極体に吸い上げられる。そして、これにより、その電極体に含浸された電解液の濃度にムラが生じることで内部抵抗が増大し、その結果、充放電性能が劣化するという問題がある。

【0004】

この点を踏まえ、上記特許文献１に記載の二次電池は、組電池を構成する各単電池間に介在されたスペーサが、ケースを介して電極体の端部に荷重を加えることにより、その電極体の端部を介した電解液の流出を抑制する構成となっている。また、特許文献２には、電極体の捲回軸方向両端部において、その正負の電極シートを挟んで径方向に隣り合うセパレータの端部同士を接着、或いは、これら各セパレータの端部を、その間に挟まれた電極シートに対して接着することにより電解液の流出を抑制する構成が開示されている。そして、このような構成を採用することで、上記のようなハイレート劣化の進行を抑制することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－１８１７６５号公報

【特許文献2】特開２０１４－１５４４８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、ケースの外側から電極体を押圧する構成では、その荷重の印加による電解液の流通抑制効果にも限りがある。また、ケースを介した荷重の印加により、そのケースの耐久性が低下する。更に、電極活物質が押し潰されることで、その電極反応にムラが生ずる等といった問題が発生する可能性がある。そして、電極体の捲回軸方向両端部において、その径方向に隣り合うセパレータの端部を接合する構成についてもまた、必ずしも、そのハイレート劣化の抑制効果が十分であるとは言い切れないことから、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決する二次電池は、セパレータを挟んで積層された正負の電極シートを捲回してなる電極体と、前記電極体を収容するケースと、を備え、前記各電極シートは、シート状の集電体と該集電体上に塗工された電極活物質層とを有し、前記電極体の捲回軸方向両端部には、前記電極活物質層を有しない前記各電極シートの未塗工部が配置され、前記電極体は、該電極体の捲回軸が前記ケースの底部に沿う方向に延在する状態で前記ケースに収容されるとともに、前記ケースの底部には、前記電極体に含浸された電解液の余剰液が貯留されるものであって、前記電極体の捲回軸方向両端部には、前記各電極シートの前記未塗工部を束ねて接合した箔綴じ部が設けられるとともに、前記ケースの底部に貯留された前記余剰液の液面よりも低い位置から前記余剰液の液面よりも高い位置に延設された前記箔綴じ部が、該箔綴じ部の延設範囲において、前記電極体の捲回軸方向端部を閉塞する。

【0008】

上記構成によれば、ハイレート充放電時、電極体の捲回軸方向両端部を介した電解液の流通が抑制されることで、その電極体に含浸された電解液の濃度にムラが生じ難くなる。そして、これにより、内部抵抗の増大を抑制することで、効果的に、そのハイレート劣化の進行を抑制することができる。

【0009】

また、電極体単体で、上記のようなハイレート充放電時における電解液の流通抑制効果を得ることができる。特に、各電極シートの未塗工部を利用して箔綴じ部を形成することで、容易に、電極体の捲回軸方向両端部を閉塞することができる。そして、各電極シートの電極活物質層に対して押圧力が加わらないことで、その電極活物質層が押し潰されることによる局所的な電極反応の発生を回避することができる。

【0010】

上記課題を解決する二次電池において、前記電極体は、該電極体の下端位置から前記余剰液の液面よりも高い位置に延設された前記箔綴じ部を有していることが好ましい。
上記構成によれば、より効果的に、ハイレート充放電時、その電極体の捲回軸方向端部を介した電解液の流通を抑制することができる。

【0011】

上記課題を解決する二次電池において、前記電極体は、該電極体の捲回軸方向端部における前記余剰液の液面よりも低い位置に、前記箔綴じ部に閉塞されない開口部を有していることが好ましい。

【0012】

上記構成によれば、電極体の捲回軸方向両端部に箔綴じ部を設けることによる電解液の流通抑制効果に基づきハイレート劣化の進行を抑えつつ、余剰液の液面よりも下方に開口する開口部を介した余剰液の吸い上げを許容して、二次電池の使用による所謂「液枯れ対策」を図ることにより、その優れた充放電特性を確保することができる。

【0013】

上記課題を解決する二次電池において、前記電極体は、該電極体の捲回軸方向端部における前記余剰液の液面よりも高い位置に、前記箔綴じ部に閉塞されない開口部を有していることが好ましい。

【0014】

上記構成によれば、ハイレート充放電時においては、電極体の捲回軸方向両端部を介した余剰液の流通を効果的に抑制するとともに、二次電池の製造時においては、ケース内に注入された電解液を、その開口部を介して速やかに電極体に含浸させることができる。

【0015】

上記課題を解決する二次電池において、前記電極体は、該電極体における一方側の捲回軸方向端部にのみ、前記箔綴じ部に閉塞されない開口部を有していることが好ましい。
上記構成によれば、二次電池の製造時、ケース内に注入された電解液が、その一方側の捲回軸方向端部のみに設けられた開口部を介して電極体に含浸される。つまり、その電極体に対する電解液の注液方向が、一方側の捲回軸方向端部から他方側の捲回軸方向端部に向かう一方向となる。その結果、その電解液に含まれる不純物が電極体の捲回軸方向中央部分に集まり難くなる。そして、これにより、その負極表面に形成される皮膜の膜厚を均一化することで、優れた二次電池の劣化耐性を確保することができる。

【0016】

上記課題を解決する二次電池において、前記箔綴じ部は、前記束ねられた前記各電極シートの前記未塗工部が溶接により前記接合された溶接部であることが好ましい。
上記構成によれば、製造容易且つ確実に、その箔綴じ部によって電極体の捲回軸方向端部を閉塞することができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、効果的にハイレート劣化の進行を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】二次電池の斜視図。

【図2】電極体の分解図。

【図3】二次電池の側面図。

【図4】電極体の側面図。

【図5】捲回軸方向から見た電極体の側面図。

【図6】電極体及び箔綴じ部の概略構成図。

【図7】第２の実施形態における電極体及び箔綴じ部の概略構成図。

【図8】余剰液の液面よりも低い位置に開口する開口部近傍の拡大図。

【図9】余剰液に浸る電極体の高さ寸法と充放電サイクル試験実施後の容量維持率との関係を示す試験データ。

【図10】第３の実施形態における電極体及び箔綴じ部の概略構成図。

【図11】第４の実施形態における電極体及び箔綴じ部の概略構成図。

【発明を実施するための形態】

【0019】

［第１の実施形態］
以下、二次電池に関する第１の実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、二次電池１は、正極３、負極４、及びセパレータ５を一体化した電極体１０と、この電極体１０を収容するケース２０と、を備えている。そして、本実施形態の二次電池１は、そのケース２０内の電極体１０に、図示しない非水性の電解液を含浸させたリチウムイオン二次電池としての構成を有している。

【0020】

詳述すると、本実施形態の二次電池１において、正極３、負極４、及びセパレータ５は、シート状の外形を有して積層される。そして、これら正極３及び負極４、及びセパレータ５の積層体を捲回することにより、正極３と負極４との間にセパレータ５を挟み込む状態で、その径方向に正負の電極とセパレータ５とが交互に並ぶ電極体１０が形成されている。

【0021】

また、本実施形態のケース２０は、扁平略四角箱状のケース本体２１と、このケース本体２１の開口端２１ｘを閉塞する蓋部材２２と、を備えている。そして、本実施形態の電極体１０は、径方向外側から押圧されることにより、そのケース２０の箱形状に対応する扁平した外形を有するものとなっている。

【0022】

さらに詳述すると、図２に示すように、本実施形態の二次電池１において、正極３及び負極４は、それぞれ、シート状の外形を有した集電体３１と、この集電体３１上に積層された電極活物質層３２と、を備えた電極シート３５としての構成を有する。

【0023】

具体的には、アルミニウム等を素材とする正極集電体３１Ｐ上に、正極活物質となるリチウム遷移金属酸化物を含んだスラリーを塗工することにより、その正極活物質層３２Ｐを備えた正極３用の電極シート３５Ｐが形成される。また、銅等を素材とする負極集電体３１Ｎ上に、負極活物質となる炭素系材料を含んだスラリーを塗工することにより、その負極活物質層３２Ｎを備えた負極４用の電極シート３５Ｎが形成される。更に、本実施形態の二次電池１において、これら正負の電極シート３５Ｐ，３５Ｎは、帯状に整形される。そして、本実施形態の電極体１０は、セパレータ５を挟んで積層された正負の電極シート３５Ｐ，３５Ｎが、その帯形状の幅方向（図２中、左右方向）に延びる捲回軸Ｌ周りに捲回された構造を有している。

【0024】

尚、図２中においては、その正極３を構成する電極シート３５Ｐを内側に捲き込むかたちで、セパレータ５及び各電極シート３５が捲回されているが、この図は、電極体１０の構造を示す一例であり、その負極４を構成する電極シート３５Ｎを内側に捲き込むかたちで、これらのセパレータ５及び各電極シート３５が捲回される場合もある。そして、これにより、その電極体１０の最外殻に配置される電極シート３５が、正極３を構成する電極シート３５Ｐであるか、又は負極４を構成する電極シート３５Ｎであるかが決定される。

【0025】

また、図１に示すように、ケース２０の蓋部材２２には、ケース２０の外側に突出する正極端子３７及び負極端子３８が設けられている。更に、図２に示すように、各電極シート３５には、それぞれ、その集電体３１上に電極活物質層３２が形成されていない未塗工部３９が形成されている。そして、本実施形態の二次電池１は、これらの未塗工部３９を利用して、その正極３を構成する電極シート３５Ｐと正極端子３７とが電気的に接続され、及び、その負極４を構成する電極シート３５Ｎと負極端子３８とが電気的に接続される構成となっている。

【0026】

具体的には、図１及び図２に示すように、本実施形態の電極体１０は、その捲回軸Ｌが長尺略矩形板状をなす蓋部材２２の長手方向（図１中、左右方向）に沿う状態で、ケース本体２１内に収容される。また、この電極体１０は、その捲回軸Ｌの一端側（図２中、左側の端部）に正極３を構成する電極シート３５Ｐの未塗工部３９Ｐを有し、他端側（同図中、右側の端部）に負極４を構成する電極シート３５Ｎの未塗工部３９Ｎを有している。更に、本実施形態の二次電池１においては、この状態で、その正極３を構成する電極シート３５Ｐの未塗工部３９Ｐと正極端子３７とが接続部材３７ｘを介して接続されるとともに、その負極４を構成する電極シート３５Ｎの未塗工部３９Ｎと負極端子３８とが接続部材３８ｘを介して接続される。そして、本実施形態の二次電池１は、その後、ケース本体２１の開口端２１ｘに対して蓋部材２２を接合することにより、その正極３と正極端子３７、及び負極４と負極端子３８とが電気的に接続された状態で、この電極体１０をケース２０内に封缶する構成となっている。

【0027】

尚、本実施形態の二次電池１において、ケース本体２１及び蓋部材２２は、例えば、アルミニウム合金やステンレス鋼等の金属材料を用いて形成される。そして、これらのケース本体２１及び蓋部材２２は、例えば、レーザー溶接等を用いて液密に接合される。

【0028】

また、図３に示すように、二次電池１は、その電極体１０とともにケース２０内に収容される絶縁フィルム４１を備えている。更に、この絶縁フィルム４１は、ケース本体２１の開口端２１ｘ側に開口する袋形状を有してケース２０内に収容される。そして、本実施形態の二次電池１は、この絶縁フィルム４１の袋形状内に電極体１０を配置することで、その電極体１０とケース２０とが絶縁される構成になっている。

【0029】

更に、図１に示すように、本実施形態の二次電池１においては、蓋部材２２に設けられた注入口４２を介して、そのケース２０内に電解液が注入される。即ち、リチウムイオン二次電池としての構成を有する二次電池１の電解液には、有機溶媒中に支持塩となるリチウム塩を溶解させたものが用いられる。そして、本実施形態の二次電池１は、これにより、そのケース２０内に封缶された電極体１０に対して電解液が含浸される構成になっている。

【0030】

尚、本実施形態の二次電池１において、注入口４２は、長尺略矩形板状をなす蓋部材２２の長手方向略中央部分に形成された安全弁４３の近傍に設けられている。そして、本実施形態の二次電池１は、電解液の注入後、例えば、レーザー溶接等によって、その注入口４２が封止される構成となっている。

【0031】

また、図３に示すように、ケース２０内には、その含浸により電極体１０に保持させる液量を超えた余剰の電解液４４が注入される。そして、本実施形態の二次電池１は、この余剰分の電解液４４、つまりは余剰液４５が、そのケース２０の底部４６に溜まる構成となっている。

【0032】

具体的には、図２及び図３に示すように、本実施形態の電極体１０は、その捲回軸Ｌが、ケース２０の底部４６に沿う方向（図３中、左右方向）に延在する状態で、この底部４６の近傍に下端部１０ｂが配置される。また、電極体１０は、ケース２０内に収容された状態における高さ方向（図３中、上下方向）の中央部分に、その扁平した捲回体形状に基づいて、正負の電極シート３５Ｐ，３５Ｎ及びセパレータ５が略平板状に積層された状態で配置された扁平圧縮部４７を備えている。更に、この電極体１０は、その上端部１０ａ及び下端部１０ｂに、正負の電極シート３５Ｐ，３５Ｎ及びセパレータ５が半円筒状に湾曲した状態で配置される湾曲部４８を備えている。そして、本実施形態の二次電池１は、この二次電池１が製品として出荷される状態において、そのケース２０内に収容された電極体１０が、この電極体１０における下端部１０ｂ側の湾曲部４８よりも僅かに上方の高さ位置まで、そのケース２０の底部４６に貯留された余剰液４５に浸る構成となっている。

【0033】

（ハイレート劣化の抑制構造）
次に、本実施形態の二次電池１において、その電極体１０に形成されたハイレート劣化の抑制構造について説明する。

【0034】

図２及び図４に示すように、本実施形態の二次電池１において、電極体１０を構成する各電極シート３５は、その正極３を構成する電極シート３５Ｐの未塗工部３９Ｐと負極４を構成する電極シート３５Ｎの未塗工部３９Ｎとが、電極体１０の捲回軸方向における互いに相反した方向に延出する状態で、セパレータ５を挟んで積層される。そして、本実施形態の電極体１０は、これにより、これら各電極シート３５の未塗工部３９が、その捲回軸方向両端部５０，５０に配置される構成となっている。

【0035】

また、図４及び図５に示すように、本実施形態の電極体１０においては、その捲回軸方向両端部５０，５０に配置された各電極シート３５の未塗工部３９が、それぞれ、その径方向内側に押し潰される態様で束ねられている。詳しくは、これらの各未塗工部３９は、その扁平した電極体１０の厚み方向（図５中、左右方向）に押し潰される態様で束ねられている。更に、この電極体１０においては、その束ねられた各電極シート３５の未塗工部３９が、それぞれ、溶接により接合されている。尚、本実施形態の二次電池１において、この未塗工部３９の溶接には、例えば、超音波溶接や抵抗溶接等が用いられる。そして、本実施形態の電極体１０は、このような溶接部５５としての構成を有する各箔綴じ部６０，６０によって、その捲回軸方向両端部５０，５０が、それぞれ、その箔綴じ部６０，６０の延設範囲において部分的に閉塞された構成となっている。

【0036】

詳述すると、図６に示すように、本実施形態の電極体１０は、その捲回軸方向両端部５０，５０において、この電極体１０の下端位置Ｐｂから上方に向かって延設された箔綴じ部６０，６０を有している。また、この電極体１０は、その捲回軸方向両端部５０，５０における余剰液４５の液面４５ｓよりも高い位置（図６中、上側の位置）に、その箔綴じ部６０，６０に閉塞されない開口部６５，６５を有している。具体的には、本実施形態の電極体１０は、捲回軸方向両端部５０，５０の上端位置Ｐａ近傍に、各電極シート３５の未塗工部３９が径方向内側に押し潰されることなく、その捲回軸方向に開口する非箔綴じ部７０，７０を有している。そして、本実施形態の二次電池１においては、これら各非箔綴じ部７０，７０を回避する態様で、各箔綴じ部６０，６０の上端部に対して、その正極端子３７の接続部材３７ｘ及び負極端子３８の接続部材３８ｘが接続されている。

【0037】

次に、本実施形態の作用について説明する。
即ち、本実施形態の二次電池１においては、電極体１０の捲回軸方向両端部５０，５０に設けられた箔綴じ部６０，６０が、そのケース２０の底部４６に貯留された余剰液４５の液面４５ｓよりも低い位置（図６中、下側の位置）から、この余剰液４５の液面４５ｓよりも高い位置まで延設されている。その結果、これら各箔綴じ部６０，６０の延設範囲において、その電極体１０の捲回軸方向両端部５０，５０が閉塞されている。そして、これにより、ハイレート充放電時、これら捲回軸方向両端部５０，５０を介した電解液４４の流通、即ち電極体１０に含浸された電解液４４の流出、及び、その流出した電解液４４と混ざり合った余剰液４５の吸い上げが抑制される。

【0038】

次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）二次電池１は、セパレータ５を挟んで積層された正負の電極シート３５を捲回してなる電極体１０と、この電極体１０を収容するケース２０と、を備える。各電極シート３５は、シート状の集電体３１と、この集電体３１上に塗工された電極活物質層３２とを有する。また、電極体１０の捲回軸方向両端部５０，５０には、その電極活物質層３２を有しない各電極シート３５の未塗工部３９が配置される。更に、電極体１０は、その捲回軸Ｌが、ケース２０の底部４６に沿う方向に延在する状態で、このケース２０に収容される。そして、ケース２０の底部４６には、その電極体１０に含浸された電解液４４の余剰液４５が貯留される。また、電極体１０の捲回軸方向両端部５０，５０には、各電極シート３５の未塗工部３９を束ねて接合した箔綴じ部６０，６０が設けられる。そして、ケース２０の底部４６に貯留された余剰液４５の液面４５ｓよりも低い位置から、その余剰液４５の液面４５ｓよりも高い位置に延設された各箔綴じ部６０，６０が、これら各箔綴じ部６０，６０の延設範囲において、その電極体１０の捲回軸方向両端部５０，５０を閉塞する。

【0039】

上記構成によれば、ハイレート充放電時、電極体１０の捲回軸方向両端部５０，５０を介した電解液４４の流通が抑制されることで、その電極体１０に含浸された電解液４４の濃度にムラが生じ難くなる。そして、これにより、内部抵抗の増大を抑制することで、効果的に、そのハイレート劣化の進行を抑制することができる。

【0040】

また、電極体１０単体で、上記のようなハイレート充放電時における電解液４４の流通抑制効果を得ることができる。特に、各電極シート３５の未塗工部３９を利用して箔綴じ部６０を形成することで、容易に、電極体１０の捲回軸方向両端部５０，５０を閉塞することができる。そして、各電極シート３５の電極活物質層３２に対して押圧力が加わらないことで、その電極活物質層３２が押し潰されることによる局所的な電極反応の発生を回避することができる。

【0041】

（２）箔綴じ部６０は、電極体１０の下端位置Ｐｂから余剰液４５の液面４５ｓよりも高い位置に延設されている。これにより、より効果的に、ハイレート充放電時、その電極体１０の捲回軸方向端部５０を介した電解液４４の流通を抑制することができる。

【0042】

（３）電極体１０は、その捲回軸方向両端部５０，５０における余剰液４５の液面４５ｓよりも高い位置、詳しくは、その上端位置Ｐａ近傍に、箔綴じ部６０，６０に閉塞されない開口部６５を有している。

【0043】

上記構成によれば、ハイレート充放電時においては、その捲回軸方向両端部５０，５０を介した余剰液４５の流通を効果的に抑制するとともに、二次電池１の製造時においては、ケース２０内に注入された電解液４４を、その開口部６５を介して速やかに電極体１０に含浸させることができる。

【0044】

（４）箔綴じ部６０は、その束ねられた各電極シート３５の未塗工部３９が溶接により接合された溶接部５５としての構成を有する。これにより、製造容易、且つ確実に、その箔綴じ部６０によって電極体１０の捲回軸方向端部５０を閉塞することができる。

【0045】

［第２の実施形態］
以下、二次電池に関する第２の実施形態を図面に従って説明する。尚、説明の便宜上、上記第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略することとする。

【0046】

図７に示すように、本実施形態の電極体１０Ｂは、この電極体１０Ｂの捲回軸方向両端部５０，５０における余剰液４５の液面４５ｓよりも低い位置（図７中、下側の位置）に、その箔綴じ部６０Ｂ，６０Ｂに閉塞されない開口部７５，７５を有している。

【0047】

詳述すると、図７及び図８に示すように、本実施形態の電極体１０Ｂは、この電極体１０Ｂの捲回軸方向両端部５０，５０における下端位置Ｐｂ近傍に、その上端位置Ｐａ近傍に設けられた非箔綴じ部７０，７０と同様、各電極シート３５の未塗工部３９が径方向内側に押し潰されることなく捲回軸方向に開口する非箔綴じ部８０，８０を有している。また、本実施形態の電極体１０Ｂにおいて、これら下端位置Ｐｂ近傍の非箔綴じ部８０，８０が形成する開口部７５，７５の高さ方向における開口寸法ｄ２（図７及び図８中、上下方向の寸法）は、上端位置Ｐａ近傍の非箔綴じ部７０，７０が形成する開口部６５，６５の高さ方向における開口寸法ｄ１よりも小さな値に設定されている（ｄ２＜ｄ１）。そして、本実施形態の電極体１０Ｂにおいては、これにより、その電極体１０Ｂの下端位置Ｐｂを基準とした開口部７５，７５の開口高さｈ２が、同じく電極体１０Ｂの下端位置Ｐｂを基準とした余剰液４５の液面高さｈ０よりも低くなっている（ｈ２＜ｈ０）。

【0048】

さらに詳述すると、図９の試験データに示すように、二次電池１は、電極体１０Ｂの下端部１０ｂが、ケース２０の底部４６に貯留された電解液４４の余剰液４５に浸る状態において、その優れた充放電特性が確保される。

【0049】

具体的には、この図９に示す試験データは、二次電池１の充放電を行う充放電サイクル試験の結果を示している。詳しくは、この試験データは、電極体１０Ｂの下端部１０ｂが、そのケース２０の底部４６に貯留された余剰液４５に浸かる高さ寸法ｄ０と、上記充放電サイクル試験後における二次電池１の容量維持率との関係を示している。尚、充放電サイクル試験は、－１０℃の環境下において、２０Ｃの定電流充電によって１０秒間の充電を行い、１０分間休止した後、２０Ｃの定電流放電を行い、１０分間停止する充放電サイクルを１０００サイクルくり返すことにより行われた。そして、本実施形態の電極体１０Ｂにおいては、この図９に示す試験データに基づいて、その電極体１０Ｂの下端位置Ｐｂを基準とした開口部７５，７５の開口高さｈ２が設定されている。

【0050】

即ち、電極体１０Ｂの下端部１０ｂを電解液４４の余剰液４５に浸すことにより得られる充放電特性の改善効果は、二次電池１の使用による電解液４４の減少に応じた余剰液４５の吸い上げによるものと推察される。従って、例えば、余剰液４５の液面高さｈ０が「５ｍｍ」程度であるとした場合、開口部７５，７５の開口高さｈ２を、図９中の各値「０．４７ｍｍ」「１．８３ｍｍ」「４．８７ｍｍ」の何れに設定しても、その値が「０．００ｍｍ」である場合、つまりは、開口部７５，７５を有しない場合よりも高い容量維持率を確保することが可能である。

【0051】

この点を踏まえ、本実施形態の電極体１０Ｂにおいては、その下端位置Ｐｂを基準に設けられた開口部７５，７５の開口高さｈ２が「０．４０ｍｍ」以上に設定されている。これは、「０．４０ｍｍ」未満に設定した場合、その余剰液４５の吸い上げ性能が低下する可能性があることを考慮したものである。また、この開口部７５，７５の開口寸法ｄ２は、電極体１０Ｂの高さ寸法に対して約「１／１０」程度に設定される。そして、本実施形態の電極体１０Ｂは、これにより、その箔綴じ部６０Ｂ，６０Ｂによる電解液４４の流通抑制効果に基づきハイレート劣化の進行を抑えつつ、余剰液４５の液面４５ｓよりも下方に開口する開口部７５，７５を介した余剰液４５の吸い上げを許容することで、その二次電池１の使用による「液枯れ対策」を図る構成になっている。

【0052】

また、上記特許文献２には、電極体１０Ｂの上端部１０ａ及び下端部１０ｂに設けられた湾曲部４８に相当する「湾曲端部」については、その捲回軸方向両端部５０，５０を電極体１０Ｂの捲回軸方向に開口する旨が記載されている。

【0053】

しかしながら、開口部７５，７５に大きな開口寸法ｄ２を設定することで、その電極体１０Ｂの捲回軸方向両端部５０，５０に箔綴じ部６０Ｂ，６０Ｂを設けることによる電解液４４の流通抑制効果が低下する。この点を踏まえ、本実施形態の電極体１０Ｂにおいては、湾曲部４８の一部を含むかたちで、その箔綴じ部６０Ｂ，６０Ｂが延設されている。尚、本実施形態の電極体１０Ｂにおいて、その湾曲部４８の高さ寸法は、約「４ｍｍ」程度に設定されている。そして、本実施形態の二次電池１は、このように、上記特許文献２に記載の従来技術とは異なる技術思想に基づいて、充放電特性の改善を図りつつ、ハイレート劣化の進行を抑制する構成となっている。

【0054】

［第３の実施形態］
以下、二次電池に関する第３の実施形態を図面に従って説明する。尚、説明の便宜上、上記各実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略することとする。

【0055】

図１０に示すように、本実施形態の電極体１０Ｃは、その捲回軸方向両端部５０，５０に設けられた箔綴じ部６０Ｃ，６０Ｃとして、この電極体１０Ｂの上端位置Ｐａから下方に向かって延設された上側箔綴じ部６０Ｃａ，６０Ｃａと、その下端位置Ｐｂから上方に向かって延設された下側箔綴じ部６０Ｃｂ，６０Ｃｂと、を有している。そして、本実施形態の電極体１０Ｃは、これらの上側箔綴じ部６０Ｃａ，６０Ｃａと下側箔綴じ部６０Ｃｂ，６０Ｃｂとの間の高さ位置、詳しくは、この電極体１０Ｃにおける高さ方向の中央位置において、その捲回軸方向に開口する開口部６５Ｃ，６５Ｃを備えている。

【0056】

即ち、これらの開口部６５Ｃ，６５Ｃは、ケース２０の底部４６に貯留された余剰液４５の液面４５ｓよりも高い位置に設けられている。また、これらの開口部６５Ｃ，６５Ｃは、各電極シート３５の未塗工部３９が径方向内側に押し潰されることなく、その捲回軸方向に開口する非箔綴じ部７０Ｃ，７０Ｃとしての構成を有している。そして、これらの開口部６５Ｃ，６５Ｃの開口寸法ｄ３は、その余剰液４５の液面４５ｓよりも低い位置に開口する開口部７５，７５の開口寸法ｄ２よりも大きな値に設定されている（図８参照、ｄ３＞ｄ２）。

【0057】

尚、これらの開口部６５Ｃ，６５Ｃの開口寸法ｄ３、即ち開口量は、二次電池１の製造時、電解液４４を電極体１０に含浸させる速度を考慮した場合、注液ムラの発生を回避する観点から、より大きい方が好ましい。但し、その箔綴じ部６０を設けることによる電解液４４の流通抑制効果も併せて考慮することが望ましい。

【0058】

以上、本実施形態の構成によっても上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。そして、その余剰液４５の液面４５ｓよりも高い位置に開口する開口部６５Ｃ，６５Ｃの配置を下げることにより、二次電池１の製造時、ケース２０内に注入された電解液４４を、効率よく、その開口部６５Ｃを介して電極体１０Ｃに含浸させることができる。特に、このような開口部６５Ｃ，６５Ｃを電極体１０Ｃにおける高さ方向の中央位置に設けることで、より顕著な効果を得ることができる。具体的には、電極体１０Ｃの高さ方向において、その積層された各電極シート３５に対して均一に電解液４４を浸透させることができる。

【0059】

［第４の実施形態］
以下、二次電池に関する第４の実施形態を図面に従って説明する。尚、説明の便宜上、上記各実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略することとする。

【0060】

図１１に示すように、本実施形態の電極体１０Ｄは、この電極体１０Ｄにおける一方側（図１１中、右側）の捲回軸方向端部５０ａにのみ、その箔綴じ部６０Ｄに閉塞されない開口部８５を有している。

【0061】

詳述すると、本実施形態の電極体１０Ｄは、その一方側の捲回軸方向端部５０ａに設けられた箔綴じ部６０Ｄとして、この電極体１０Ｂの上端位置Ｐａから下方に向かって延設された上側箔綴じ部６０Ｄａを備えている。また、この電極体１０Ｄは、同じく一方側の捲回軸方向端部５０ａに設けられた箔綴じ部６０Ｄとして、ケース２０の底部４６に貯留された余剰液４５の液面４５ｓよりも低い位置から、その余剰液４５の液面４５ｓよりも高い位置に延設された下側箔綴じ部６０Ｄｂを備えている。そして、本実施形態の電極体１０Ｂは、他方側（図１１中、左側）の捲回軸方向端部５０ｂに設けられた箔綴じ部６０Ｄとして、その電極体１０Ｄの高さ方向全域に亘って延設された全域箔綴じ部６０Ｄｃを備えている。

【0062】

即ち、本実施形態の電極体１０Ｄは、一方側の捲回軸方向端部５０ａに開口する開口部８５として、その上側箔綴じ部６０Ｄａと下側箔綴じ部６０Ｄｂとの間の高さ位置、つまりはケース２０の底部４６に貯留された余剰液４５の液面４５ｓよりも高い位置に開口する上側開口部８５ａを備えている。また、この電極体１０Ｄは、同じく一方側の捲回軸方向端部５０ａに開口する開口部８５として、その余剰液４５の液面４５ｓよりも低い位置に開口する下側開口部８５ｂを備えている。そして、本実施形態の電極体１０Ｄにおける他方側の捲回軸方向端部５０ｂは、その全域箔綴じ部６０Ｄｃによって、高さ方向の全域が閉塞されている。

【0063】

尚、本実施形態の電極体１０Ｄにおいて、上側開口部８５ａは、上記第３の実施形態における開口部６５Ｃと同様、各電極シート３５の未塗工部３９が径方向内側に押し潰されることなく、その捲回軸方向に開口する非箔綴じ部７０Ｄとしての構成を有している。また、下側開口部８５ｂも同様に、上記第２の実施形態における開口部７５と同様、各電極シート３５の未塗工部３９が径方向内側に押し潰されることなく、その捲回軸方向に開口する非箔綴じ部８０Ｄとしての構成を有している。そして、本実施形態の電極体１０Ｄは、このような非箔綴じ部７０Ｄ，８０Ｄを、その他方側の捲回軸方向端部５０ｂに有しない構成となっている。

【0064】

以上、本実施形態の構成によっても上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態の電極体１０Ｄにおいては、二次電池１の製造時、ケース２０内に注入された電解液４４が、その一方側の捲回軸方向端部５０ａに設けられた上側開口部８５ａ及び下側開口部８５ｂを介して電極体１０Ｄに含浸される。つまり、その電極体１０Ｄに対する電解液４４の注液方向が、一方側の捲回軸方向端部５０ａから他方側の捲回軸方向端部５０ｂに向かう一方向となる。そして、これにより、その電解液４４の注液時に生ずる不純物の集積に起因した不均一な皮膜形成を抑制することができる。

【0065】

即ち、電極体１０Ｄの捲回軸方向両端部５０，５０から２方向に電解液４４を注液した場合には、その電解液４４に含まれるナトリウム等の不純物が、電極体１０Ｄの捲回軸方向中央部分に集積しやすい。そして、これにより、二次電池１の初回充電時、その負極表面に形成される被膜の膜厚が不均一となることで、この被膜の形成に由来する二次電池１の劣化耐性を示すリチウム析出耐性の低下を招くおそれがある。

【0066】

しかしながら、本実施形態の電極体１０Ｄを採用した場合、その一方向の注液によって、電解液４４に含まれる不純物が電極体１０Ｄの捲回軸方向中央部分に集まり難くなる。そして、これにより、その負極表面に形成される皮膜の膜厚を均一化することで、優れた二次電池１の劣化耐性を確保することができる。

【0067】

なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記各実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0068】

・上記各実施形態では、電極体１０の捲回軸方向端部５０に、径方向内側に押し潰されることなく捲回軸方向に開口する非箔綴じ部７０，７０Ｃ，７０Ｄ，８０，８０Ｄを形成することにより、開口部６５，６５Ｃ，７５，８５を形成することとした。しかし、これに限らず、箔綴じ部６０の形成後、この箔綴じ部６０の一部を切り開くことにより、その開口部６５，６５Ｃ，７５，８５を形成する構成であってもよい。

【0069】

・第１及び第２の実施形態における開口部６５、並びに第４の実施形態における上側開口部８５ａの高さ方向における開口寸法、即ち開口量についてもまた、任意に変更してもよい。尚、この場合においても、二次電池１の製造時、電解液４４を電極体１０に含浸させる速度を考慮した場合、注液ムラの発生を回避する観点から、その開口量は、より大きい方が好ましい。但し、その箔綴じ部６０を設けることによる電解液４４の流通抑制効果も併せて考慮することが望ましい。

【0070】

・更に、このような余剰液４５の液面４５ｓよりも高い位置に開口する開口部６５，６５Ｃ，８５の数についてもまた、任意に変更してもよい。例えば、第１及び第２の実施形態における開口部６５と第３の実施形態における開口部６５Ｃとの両方を設ける構成としてもよい。そして、このような余剰液４５の液面４５ｓよりも高い位置に開口する開口部６５，６５Ｃ，８５を有しない構成であってもよい。

【0071】

・上記各実施形態では、箔綴じ部６０は、その束ねられた各電極シート３５の未塗工部３９が溶接により接合された溶接部５５であることとしたが、箔綴じ部６０の延設範囲において、その電極体１０の捲回軸方向端部５０を閉塞することが可能であれば、例えば、接着等、溶接以外の方法を用いて接合してもよい。

【0072】

・上記各実施形態では、二次電池１は、リチウムイオン二次電池としての構成を有することとしたが、ケース２０内の電極体１０に電解液を含浸させる構成であれば、リチウムイオン電池以外の構成を有した二次電池に適用してもよい。

【符号の説明】

【0073】

１…二次電池
５…セパレータ
１０…電極体
２０…ケース
３１…集電体
３２…電極活物質層
３５…電極シート
３９…未塗工部
４５…余剰液
４５ｓ…液面
４６…底部
５０…捲回軸方向端部
Ｌ…捲回軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】