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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-08-04
(45)【発行日】2022-08-15
(54)【発明の名称】二次電池
(51)【国際特許分類】
H01M 10/04 20060101AFI20220805BHJP
H01M 50/474 20210101ALI20220805BHJP
H01M 50/477 20210101ALI20220805BHJP
H01M 50/486 20210101ALI20220805BHJP
H01M 50/531 20210101ALI20220805BHJP
H01M 10/0587 20100101ALN20220805BHJP
【ＦＩ】
H01M10/04 W
H01M50/474
H01M50/477
H01M50/486
H01M50/531
H01M10/0587
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2018161007
(22)【出願日】2018-08-30
(65)【公開番号】P2020035641
(43)【公開日】2020-03-05
【審査請求日】2020-10-07
(73)【特許権者】
【識別番号】505083999
【氏名又は名称】ビークルエナジージャパン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002572
【氏名又は名称】特許業務法人平木国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】飯塚 佳士
【審査官】宮田 透
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－０７８００８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－００７０６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１７８０２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０７７４８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０７３３１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１９９９７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０９１７８７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ １０／０５－１０／０５８７
Ｈ０１Ｍ １０／０４
Ｈ０１Ｍ ５０／４０－５０／４９７
Ｈ０１Ｍ ５０／５０－５０／５９８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
巻回軸方向の一端と他端に正極集電部と負極集電部が位置するように配置した正極電極と負極電極とを第１セパレータと第２セパレータを介在させて巻回軸を中心に巻回した巻回体を備えた二次電池であって、前記巻回体は、最外周に前記第１セパレータの終端部が巻回され、前記第１セパレータの前記終端部の内側に前記負極電極の終端部が巻回され、前記負極電極の前記終端部の内側に前記第２セパレータの終端部を介在させて前記正極電極の終端部が巻回されており、
少なくとも前記第１セパレータと前記正極集電部との間を跨いで前記巻回体の外表面の一部を覆う熱可塑性成形材からなる被覆部を有し、
前記被覆部は、熱可塑性接着剤であることを特徴とする二次電池。
【請求項2】
前記巻回体は、前記正極集電部が巻回された前記巻回軸方向の端部において、前記第１セパレータが前記負極電極よりも前記巻回軸方向に突出しており、前記正極集電部が前記第１セパレータよりも前記巻回軸方向に突出していることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項3】
正極外部端子および正極集電板と、負極外部端子および負極集電板とを備え、前記正極集電部と前記負極集電部は、それぞれ、前記正極集電板と前記負極集電板を介して、前記正極外部端子と前記負極外部端子に接続され、
前記被覆部は、前記正極集電板に接合された前記正極集電部の外形に沿う形状に成形されていることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
【請求項4】
前記巻回体は、扁平な形状に成形され、平板状の平坦部と、該平坦部の両端に設けられた半円筒状の湾曲部とを有し、前記被覆部は、前記平坦部に位置していることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
【請求項5】
前記被覆部は、前記正極電極の終端部の巻回方向の端縁を該巻回方向に跨ぐように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の二次電池。
【請求項6】
前記正極電極は、帯状の正極集電体と、該正極集電体の幅方向の一側を除いて該正極集電体に塗工された正極合剤層と、前記正極集電体の前記一側を露出させた前記正極集電部とを有し、前記負極電極は、帯状の負極集電体と、該負極集電体の幅方向の一側を除いて該負極集電体に塗工された負極合剤層と、前記負極集電体の前記一側を露出させた前記負極集電部とを有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、二次電池に関する。
【背景技術】
【0002】
従来からセパレータの収縮に基づく短絡の発生を防止した安全性の高い非水二次電池に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照。）。特許文献１に記載された発明は、厚みが２０μｍ以下のセパレータを用いる場合に生じる問題点を解決し、セパレータの収縮に基づく内部短絡の発生を防止した安全性の高い非水二次電池を提供することを目的としている（同文献、第０００５段落－第００１１段落等を参照。）。
【0003】
上記目的を達成するために、特許文献１は、以下の発明を開示している（同文献、請求項１等を参照。）。非水二次電池は、導電性基体上に正極合剤層が形成された正極と、導電性基体上に負極合剤層が形成された負極とを、厚みが２０μｍ以下のセパレータを介して巻回した電極巻回体を有する。セパレータの周辺部の一部または全部は、正極または負極の一部分に固定されている。
【0004】
この従来の発明によれば、セパレータの周辺部の一部を正極に固定しているので、加熱時のセパレータの収縮による内部短絡を防止することができる（同文献、第００４７段落等を参照。）。したがって、この従来の発明によれば、セパレータの収縮による内部短絡の発生を防止した安全性の高い非水二次電池を提供することができる（同文献、第００４８段落等を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００３－１６８４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
前記した従来の非水二次電池のような電極巻回体を備える二次電池では、一般に、正極の終端部の外側にセパレータを介して負極の終端部が巻回され、その外側の電極巻回体の最外周にセパレータの終端部が巻回される場合がある。この場合、最外周のセパレータの終端部の内周側に巻回された負極の終端部と、その負極の終端部の内周側にセパレータを介して巻回された正極の終端部との間に、隙間が生じやすくなる。電極巻回体の負極と正極との間に隙間が生じると、その隙間から電解液とともに異物が流入し、二次電池の性能を低下させるおそれがある。
【0007】
本開示は、負極電極と正極電極とをセパレータを介在させて巻回した巻回体に流入する異物を抑制することが可能な二次電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示の一態様は、巻回軸方向の一端と他端に正極集電部と負極集電部が位置するように配置した正極電極と負極電極とを第１セパレータと第２セパレータを介在させて巻回軸を中心に巻回した巻回体を備えた二次電池であって、前記巻回体は、最外周に前記第１セパレータの終端部が巻回され、前記第１セパレータの前記終端部の内側に前記負極電極の終端部が巻回され、前記負極電極の前記終端部の内側に前記第２セパレータの終端部を介在させて前記正極電極の終端部が巻回されており、少なくとも前記第１セパレータと前記正極集電部との間を跨いで前記巻回体の外表面の一部を覆う熱可塑性成形材からなる被覆部を有することを特徴とする二次電池である。
【発明の効果】
【0009】
上記一態様によれば、被覆部によって第１セパレータと正極集電部との間を跨いで巻回体の外表面の一部を覆うことで、巻回体の最外周に位置する第１セパレータの終端部を、正極集電部に近接させることができる。これにより、第１セパレータの終端部の内周に巻回された負極電極と第２セパレータとを正極電極の終端部に近接させ、巻回体の負極電極と正極電極との間に隙間が生じるのを抑制することができる。したがって、上記一態様によれば、負極電極と正極電極とを第１セパレータと第２セパレータを介在させて巻回した巻回体に流入する異物を抑制することが可能な二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本開示の実施形態１に係る二次電池の一例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照して本開示に係る二次電池の実施形態を説明する。
【0012】
［実施形態１］
図１は、本開示の実施形態１に係る二次電池１００の一例を示す斜視図である。図２は、図１に示す二次電池１００の分解斜視図である。図３は、図２に示す二次電池１００の電池容器１０の内部に収容された巻回体３０の一部を展開した状態を示す分解斜視図である。
図１は、本開示の実施形態１に係る二次電池１００の一例を示す斜視図である。図２は、図１に示す二次電池１００の分解斜視図である。図３は、図２に示す二次電池１００の電池容器１０の内部に収容された巻回体３０の一部を展開した状態を示す分解斜視図である。
【0013】
本実施形態の二次電池１００は、たとえば、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の蓄電装置に使用される角形二次電池であり、より詳細には、たとえば、角形のリチウムイオン二次電池である。詳細については後述するが、本実施形態の二次電池１００は、次の構成を主要な特徴としている。
【0014】
二次電池１００は、巻回体３０を備えている。巻回体３０は、正極電極３１と、負極電極３２と、第１セパレータ３３と、第２セパレータ３４とを備えている。巻回体３０は、正極電極３１と負極電極３２とを、巻回軸方向Ｄの一端と他端に正極集電部３１ｃと負極集電部３２ｃが位置するように配置し、第１セパレータ３３と第２セパレータ３４を介在させて巻回軸３０Ａを中心に巻回することによって構成されている。巻回体３０は、最外周に第１セパレータ３３の終端部３３ｅが巻回され、その内側に負極電極３２の終端部３２ｅが巻回され、その内側に第２セパレータ３４の終端部３４ｅを介在させて正極電極３１の終端部３１ｅが巻回されている。二次電池１００は、少なくとも第１セパレータ３３と正極集電部３１ｃとの間を跨いで巻回体３０の外表面の一部を覆う熱可塑性成形材からなる被覆部３７を有する（図７、図８Ａおよび図８Ｂを参照。）。
【0015】
以下、本実施形態の二次電池１００の各部の構成を詳細に説明する。なお、各図面では、扁平角形の二次電池１００の幅方向に平行なＸ軸、厚さ方向に平行なＹ軸、高さ方向に平行なＺ軸からなるＸＹＺ直交座標系を用いて、二次電池１００の各部の構成を説明する場合がある。また、以下の説明における上下左右の方向は、図面に基づいて二次電池１００の各部の構成を説明するための便宜的な方向であり、鉛直方向や水平方向に限定されない。
【0016】
電池容器１０は、たとえば扁平な矩形箱形の形状を有する金属製の容器である。電池容器１０は、幅方向（Ｘ方向）に沿う一対の広側面１０ｗと、厚さ方向（Ｙ方向）に沿う一対の狭側面１０ｎと、細長い長方形の上面１０ｔおよび底面１０ｂを有している。これら広側面１０ｗ、狭側面１０ｎ、上面１０ｔおよび底面１０ｂのうち、広側面１０ｗが最大の面積を有している。
【0017】
電池容器１０は、たとえば、高さ方向（Ｚ方向）の一端が開放された扁平角形の電池缶１１と、その電池缶１１の開口部１１ａを閉塞する長方形板状の電池蓋１２とを有している。電池容器１０は、電池缶１１の開口部１１ａから蓄電要素である巻回体３０が内部に挿入されている。電池容器１０は、たとえば、レーザ溶接によって電池缶１１の開口部１１ａの全周にわたって電池蓋１２が溶接されることで、電池缶１１の開口部１１ａが電池蓋１２によって封止されている。
【0018】
電池蓋１２は、二次電池１００の幅方向（Ｘ方向）である長手方向の両端部に外部端子２０の一部を挿通させる貫通孔１２ａを有している。また、電池蓋１２は、長手方向の中央部にガス排出弁１５を有している。ガス排出弁１５は、たとえば、電池蓋１２の一部をプレス加工して薄肉化し、スリットを形成した部分であり、電池蓋１２と一体的に設けられている。ガス排出弁１５は、電池容器１０の内圧が所定の圧力まで上昇したときに開裂して、電池容器１０の内部のガスを排出することで、電池容器１０の内圧を低減して二次電池１００の安全性を確保する。
【0019】
電池蓋１２は、たとえば貫通孔１２ａとガス排出弁１５との間に注液孔１６を有している。注液孔１６は、電池蓋１２の内部に電解液を注入するために設けられ、電解液の注入後に、たとえばレーザ溶接によって注液栓１７を接合することによって封止される。電池容器１０内に注入される電解液としては、たとえば、エチレンカーボネート等の炭酸エステル系の有機溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）等のリチウム塩が溶解された非水電解液を使用することができる。
【0020】
一対の外部端子２０は、電池蓋１２の外面すなわち電池容器１０の上面１０ｔの長手方向に離隔して配置され、電池蓋１２を貫通して電池容器１０の内部でそれぞれ一対の集電板４０の基部４１に接続されている。外部端子２０は、正極外部端子２０Ｐと負極外部端子２０Ｎを含んでいる。正極外部端子２０Ｐの素材は、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金である。負極外部端子２０Ｎの素材は、たとえば銅または銅合金である。
【0021】
外部端子２０は、たとえばバスバーに接合される接合部２１と、集電板４０に接続される接続部２２とを有している。接合部２１は、おおむね直方体形状の矩形のブロック状の形状を有し、電気絶縁性を有するガスケット１３を介して電池蓋１２の外面すなわち電池容器１０の上面１０ｔに配置される。接続部２２は、電池蓋１２に対向する接合部２１の底面から電池蓋１２を貫通する方向に延びる円柱状または円筒状の部分である。
【0022】
集電板４０は、図２に示すように、所定の形状に屈曲された板状の部材であり、巻回体３０に接続されている。集電板４０は、正極電極３１と正極外部端子２０Ｐとを接続する正極集電板４０Ｐと、負極電極３２と負極外部端子２０Ｎとを接続する負極集電板４０Ｎとを含む。正極集電板４０Ｐの素材は、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金である。負極集電板４０Ｎの素材は、たとえば銅または銅合金である。
【0023】
集電板４０は、外部端子２０に接続された基部４１と、その基部４１に交差する方向に延びる延在部４２と、巻回体３０に接合された延在部４２の接合部４２ａと基部４１との間に設けられた屈曲部４３と、を有している。基部４１は、電池蓋１２の内面に沿って配置され、延在部４２は、電池蓋１２の内面に直交する方向へ向けて延びている。延在部４２の接合部４２ａは、巻回体３０の正極集電部３１ｃまたは負極集電部３２ｃが巻回されて扁平に積層された積層部３５に対して、たとえば、超音波接合によって接合されている。
【0024】
巻回体３０は、たとえば、正極電極３１と、負極電極３２と、これらの電極を絶縁する絶縁体である第１セパレータ３３と、第２セパレータ３４とを備えている。巻回体３０は、第１セパレータ３３、正極電極３１、第２セパレータ３４、および負極電極３２が積層されて巻回された構成を有する巻回電極群である。巻回体３０において、たとえば、最内周と最外周に巻回された電極は負極電極３２であり、最外周に巻回された負極電極３２の外周にさらに第１セパレータ３３が巻回されている。
【0025】
負極電極３２は、負極集電体３２ａと、その表裏両面に形成された負極合剤層３２ｂと、その負極合剤層３２ｂから負極集電体３２ａが露出した部分である負極集電部３２ｃとを有している。負極電極３２の負極集電部３２ｃは、長尺帯状の負極電極３２の幅方向（Ｘ方向）、すなわち巻回体３０の巻回軸方向Ｄの一側に設けられている。負極集電体３２ａは、たとえば厚さが約１０μｍ程度の銅箔である。
【0026】
負極合剤層３２ｂは、たとえば、負極集電体３２ａの表裏両面に、負極集電部３２ｃを除いてスラリー状の負極合剤を塗布し、塗布された負極合剤を乾燥させてプレスすることで形成されている。その後、負極合剤層３２ｂが形成された負極集電体３２ａを、適宜、裁断することによって負極電極３２を製作することができる。負極集電体３２ａを含まない負極合剤層３２ｂの厚さは、たとえば約７０μｍ程度である。負極合剤のスラリーとしては、たとえば、負極活物質である１００重量部の非晶質炭素粉末に対し、結着剤である１０重量部のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を添加し、さらに分散溶媒としてＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）を添加して混練したものを用いることができる。
【0027】
なお、負極合剤層３２ｂに含まれる負極活物質は、前述の非晶質炭素に限定されない。たとえば、負極活物質として、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やＳｉやＳｎなどの化合物（たとえば、ＳｉＯ、ＴｉＳｉ２など）、またはこれらの複合材料を用いてもよい。また、負極活物質の粒子形状は特に制限されず、たとえば、鱗片状、球状、繊維状、塊状などであってもよい。
【0028】
正極電極３１は、正極集電体である正極集電体３１ａと、その表裏両面に形成された正極合剤層３１ｂと、その正極合剤層３１ｂから正極集電体３１ａが露出した部分である正極集電部３１ｃとを有している。正極電極３１の正極集電部３１ｃは、長尺帯状の正極電極３１の幅方向（Ｘ方向）、すなわち巻回体３０の巻回軸方向Ｄにおいて、負極電極３２の負極集電部３２ｃと反対側の一側に設けられている。正極集電体３１ａは、たとえば厚さが約２０μｍ程度のアルミニウム箔である。
【0029】
正極合剤層３１ｂは、たとえば、正極集電体３１ａの表裏両面に、正極集電部３１ｃを除いてスラリー状の正極合剤を塗布し、塗布された正極合剤を乾燥させてプレスすることで形成されている。その後、正極合剤層３１ｂが形成された正極集電体３１ａを、適宜、裁断することによって正極電極３１を製作することができる。正極集電体３１ａを含まない正極合剤層３１ｂの厚さは、たとえば約９０μｍ程度である。正極合剤のスラリーとしては、たとえば、正極活物質である１００重量部のマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ２Ｏ４）に対し、導電材である１０重量部の鱗片状黒鉛と、結着剤である１０重量部のＰＶＤＦとを添加し、さらに分散溶媒としてＮＭＰを添加して混練したものを用いることができる。
【0030】
なお、正極合剤層３１ｂに含まれる正極活物質は、前述のマンガン酸リチウムに限定されない。たとえば、正極活物質として、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウム、一部を金属元素で置換またはドープしたリチウムマンガン複合酸化物を用いることができる。また、正極活物質として、層状結晶構造を有するコバルト酸リチウムやチタン酸リチウム、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てもよい。
【0031】
また、負極合剤および正極合剤に用いられる結着剤は、ＰＶＤＦに限定されない。結着剤としては、たとえば、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。
【0032】
図示は省略するが、巻回体３０は、負極電極３２、第１セパレータ３３、正極電極３１、および第２セパレータ３４を積層させて巻回するための軸芯を有してもよい。軸芯としては、たとえば、正極集電体３１ａ、負極集電体３２ａ、第１セパレータ３３および第２セパレータ３４よりも曲げ剛性の高い樹脂シートを巻回したものを用いることができる。また、巻回体３０は、巻回軸方向Ｄ（Ｘ方向）において負極合剤層３２ｂの寸法が正極合剤層３１ｂの寸法よりも大きく、正極合剤層３１ｂが必ず負極合剤層３２ｂの間に挟まれるように構成されている。
【0033】
巻回体３０において、正極電極３１の正極集電部３１ｃと負極電極３２の負極集電部３２ｃは、それぞれ、図３に示すように巻回軸方向Ｄ（Ｘ方向）の一端と他端で巻回されて積層されている。さらに、正極集電部３１ｃ、負極集電部３２ｃは、それぞれ、図２に示すように扁平に束ねられ、たとえば超音波接合や抵抗溶接によって集電板４０の延在部４２の接合部４２ａに接合されている。
【0034】
なお、巻回軸方向Ｄ（Ｘ方向）において、第１セパレータ３３、第２セパレータ３４の寸法は、負極合剤層３２ｂの寸法よりも大きい。しかし、第１セパレータ３３、第２セパレータ３４の端部は、それぞれ、正極集電部３１ｃ、負極集電部３２ｃの端部よりも、巻回軸方向Ｄ（Ｘ方向）における内側の位置に配置されている。そのため、正極集電部３１ｃおよび負極集電部３２ｃを束ねて、それぞれ、正極集電板４０Ｐおよび負極集電板４０Ｎの延在部４２の接合部４２ａに接合する際に支障はない。
【0035】
集電板４０の基部４１は、板状の絶縁部材１４を介して電池蓋１２に固定され、外部端子２０に電気的に接続されている。より詳細には、外部端子２０の接続部２２が、たとえば、ガスケット１３の貫通孔１３ａと、電池蓋１２の貫通孔１２ａと、絶縁部材１４の貫通孔１４ａと、集電板４０の基部４１の貫通孔４１ａに挿通され、集電板４０の基部４１の下面で先端を拡径させるように塑性変形させてかしめられている。
【0036】
これにより、外部端子２０と集電板４０とが、互いに電気的に接続され、電池蓋１２に対してガスケット１３と絶縁部材１４を介して電気的に絶縁された状態で固定されている。また、集電板４０の延在部４２の接合部４２ａが、巻回体３０の正極集電部３１ｃ、負極集電部３２ｃのそれぞれの積層部３５に接合されることで、巻回体３０を構成する正極電極３１および負極電極３２が、集電板４０を介して外部端子２０に電気的に接続されている。ガスケット１３および絶縁部材１４の素材は、たとえばポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂などの電気絶縁性を有する樹脂である。
【0037】
図４は、図２に示す電池蓋１２に外部端子２０および集電板４０がガスケット１３および絶縁部材１４を介して固定され、集電板４０が巻回体３０に接合された状態を示す正面図である。集電板４０は、巻回体３０を構成する正極電極３１の正極集電部３１ｃと負極電極３２の負極集電部３２ｃに対し、超音波接合される場合がある。この場合、アンビルの上に正極集電板４０Ｐおよび負極集電板４０Ｎを配置し、その上に正極集電部３１ｃおよび負極集電部３２ｃをそれぞれ配置する。
【0038】
そして、ホーンによって、正極集電部３１ｃおよび負極集電部３２ｃを、それぞれ、正極集電板４０Ｐおよび負極集電板４０Ｎに対して押し当てて、ホーンに超音波振動を発生させる。これにより、正極集電板４０Ｐと正極集電部３１ｃの積層部３５との間、および、負極集電板４０Ｎと負極集電部３２ｃの積層部３５との間が冶金結合によって接合され、それぞれ接合部Ｊが形成される。
【0039】
たとえば、この超音波接合の過程で、集電板４０、正極集電部３１ｃ、負極集電部３２ｃが削られることなどにより、金属異物が発生する場合がある。発生した金属異物の一部は、たとえば、電池容器１０に電解液を注入する過程で、電解液とともに巻回体３０の内部に流入するおそれがある。金属異物は、巻回体３０の内部に侵入すると、大きさや形状によっては、第１セパレータ３３または第２セパレータ３４を貫通して、正極電極３１と負極電極３２を短絡させるおそれがある。
【0040】
たとえば、巻回体３０の内部に侵入した金属異物が、負極集電体３２ａや負極集電板４０Ｎを構成する銅または銅合金であるとする。この場合、金属異物が正極電位で酸化されて電解液中に拡散し、負極電極３２で還元析出することで、正極電極３１と負極電極３２との間に微小な短絡回路が形成されるおそれがある。金属異物の析出や成長形態は、金属の種類などによって異なる。たとえば、金属異物は、多孔質の第１セパレータ３３または第２セパレータ３４の空隙内を樹枝状に成長する場合がある。この場合、物理的にセパレータを貫通しない小さな金属異物であっても、正極電極３１と負極電極３２との間に短絡を生じさせるおそれがある。
【0041】
すなわち、異物に起因する二次電池１００の内部短絡の要因としては、以下の二つの要因がある。第１の要因は、二次電池１００の負極側の金属部材から発生した金属異物が電解液中を移動して正極側から巻回体３０の内部へ流入し、第１セパレータ３３または第２セパレータ３４を貫通することによるものである。第２の要因は、二次電池１００の正極側の金属部材から発生した金属異物が、巻回体３０の正極側の端部から巻回体３０の内部へ流入し、第１セパレータ３３または第２セパレータ３４を貫通することによるものである。このような巻回体３０の内部への異物の流入を防止する対策は容易ではない。
【0042】
【0043】
巻回体３０を構成する正極電極３１の正極集電部３１ｃは、巻回軸方向Ｄの一端で巻回軸３０Ａを中心に巻回されて積層され、扁平な形状に成形されている。巻回体３０は、正極集電部３１ｃが巻回された巻回軸方向Ｄの端部において、第１セパレータ３３が負極電極３２よりも巻回軸方向Ｄに突出しており、正極集電部３１ｃが第１セパレータ３３よりも巻回軸方向Ｄに突出している。巻回されて積層した正極集電部３１ｃは、図２に示すように、平坦部３０ａに対応する部分が厚さ方向（Ｙ方向）に圧縮されて束ねられ、巻回体３０の他の部分よりも厚さが薄い積層部３５が形成されている。
【0044】
これにより、巻回体３０の平坦部３０ａと、正極集電部３１ｃの積層部３５との間に、湾曲した形状の変形部３６が形成される。すなわち、正極電極３１の正極集電部３１ｃは、巻回体３０の内周側の巻き始め部分である始端部から、巻回体３０の外周側の巻き終わり部分である終端部３１ｅまで巻回され、扁平に成形されて巻回軸方向Ｄの先端部の積層部３５で束ねられ、巻回体３０の巻回軸方向Ｄの一端に変形部３６を形成している。
【0045】
これにより、変形部３６において、正極電極３１の終端部３１ｅの内周側に巻回された第１セパレータ３３、負極電極３２、および第２セパレータ３４は、正極集電部３１ｃとともに、巻回軸方向Ｄに積層部３５に近づくほど、電池容器１０の厚さ方向（Ｙ方向）に巻回軸３０Ａに近づくように集束されている。これにより、正極集電部３１ｃを含む変形部３６においては、正極電極３１の終端部３１ｅおよびその内周側で、正極電極３１と負極電極３２との間の隙間Ｇが狭くなる。
【0046】
一方、変形部３６において、正極電極３１の終端部３１ｅの外周側に巻回された第２セパレータ３４、負極電極３２、および最外周の第１セパレータ３３は、巻回および積層された正極集電部３１ｃを集束させて積層部３５で束ねることによる影響をほとんど受けない。そのため、正極集電部３１ｃを含む変形部３６において、正極電極３１の終端部３１ｅの外周側に巻回された第２セパレータ３４、負極電極３２、および最外周の第１セパレータ３３は、巻回軸３０Ａに向けて集束せず、おおむね巻回軸方向Ｄに沿う方向に延びている。これにより、正極集電部３１ｃを含む変形部３６においては、正極電極３１の終端部３１ｅの外周側で、正極電極３１と負極電極３２との間の隙間Ｇが広くなる。
【0047】
さらに、正極電極３１の終端部３１ｅの正極集電部３１ｃとその外周に巻回された第２セパレータ３４との間には、広い隙間Ｇｗが形成される。この隙間Ｇｗは、巻回軸方向Ｄに開放されている。そのため、この隙間Ｇｗを介して正極電極３１と負極電極３２との間に金属異物が流入および侵入しやすくなるおそれがある。
【0048】
図６は、図４に示す巻回体３０のVI‐VI線に沿う模式的な拡大断面図である。正極電極３１の巻き終わり端部である終端部３１ｅの外周には、第２セパレータ３４、負極電極３２および第１セパレータ３３が巻回されている。そのため、正極電極３１の終端部３１ｅの巻回方向Ｒの末端において、正極電極３１の終端部３１ｅの内周側に巻回された第１セパレータ３３および負極電極３２と、正極電極３１の終端部３１ｅの外周側に巻回された第２セパレータ３４および負極電極３２との間に隙間Ｇａが形成される。この隙間Ｇａに、巻回体３０の巻回軸方向Ｄ（Ｘ方向）の端部から金属異物が流入および侵入するおそれがある。
【0049】
図７は、図４に示す巻回体３０に被覆部３７を形成した状態を示す正面図である。図８Ａは、図７に示す巻回体３０のVIIIA‐VIIIA線に沿う模式的な拡大断面図である。図８Ｂは、図８Ａに示す巻回体３０の変形部３６の一点鎖線で囲まれたVIIIB部の模式的な拡大図である。
【0050】
たとえば、図５Ｂに示す隙間Ｇｗや、図６に示す隙間Ｇａを介した巻回体３０の内部への金属異物の流入および侵入を抑制するために、本実施形態の二次電池１００は、少なくとも第１セパレータ３３と正極集電部３１ｃとの間を跨いで巻回体３０の外表面の一部を覆う熱可塑性成形材からなる被覆部３７を有している。
【0051】
被覆部３７は、たとえば、熱可塑性接着剤、すなわちホットメルト接着剤である。熱可塑性接着剤は、たとえば、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）などの熱可塑性樹脂を含む。被覆部３７は、たとえば、グルーガンによって加熱されて可塑化した状態で、巻回体３０の最外周の第１セパレータ３３と正極集電部３１ｃとの間を跨ぐように巻回体３０の外表面に塗布される。
【0052】
このとき、正極電極３１の終端部３１ｅの外周側に巻回された第２セパレータ３４、負極電極３２、および最外周の第１セパレータ３３の巻回軸方向Ｄの端部は、熱可塑性接着剤の重量により、正極電極３１の終端部３１ｅの正極集電部３１ｃへ向けて変形する。その結果、たとえば、巻回体３０の最外周に巻回された第１セパレータ３３の終端部３３ｅの巻回軸方向Ｄの端部が、その内周側に巻回された第２セパレータ３４の終端部３４ｅの巻回軸方向Ｄの端部に接する。
【0053】
また、第２セパレータ３４の終端部３４ｅの巻回軸方向Ｄの端部が、その内周側に巻回された正極電極３１の正極集電部３１ｃの巻回軸方向Ｄの端部に接近し、または接する。その後、熱可塑性接着剤が冷却されて固化することで、変形部３６の形状に倣う形状の被覆部３７が形成される。すなわち、被覆部３７は、集電板４０に接合された正極集電部３１ｃの外形に沿う形状に成形されている。
【0054】
また、前述のように、巻回体３０は、扁平な形状に成形され、平板状の平坦部３０ａと、その平坦部３０ａの両端に設けられた半円筒状の湾曲部３０ｂとを有している。被覆部３７は、たとえば、巻回体３０の平坦部３０ａに位置している。また、被覆部３７は、たとえば、巻回体３０の正極集電部３１ｃが積層された積層部３５において、正極集電板４０Ｐの延在部４２の接合部４２ａが接合された面に設けられている。
【0055】
また、被覆部３７は、巻回体３０の巻回軸方向Ｄの正極集電部３１ｃが巻回された端部において、正極電極３１の正極合剤層３１ｂおよび負極電極３２の巻回軸方向Ｄの端部を覆う位置に配置されている。また、被覆部３７は、正極電極３１の終端部３１ｅの巻回方向Ｒの端縁を正極電極３１の巻回方向Ｒに跨ぐように配置されている。また、被覆部３７は、正極電極３１の巻回方向Ｒにおいて、正極集電板４０Ｐと正極集電部３１ｃの積層部３５との間に接合部Ｊが形成されている範囲に位置している。
【0056】
集電板４０に接合され、被覆部３７が設けられた巻回体３０は、集電板４０を介して電池蓋１２に固定された状態で、電気絶縁性を有する樹脂製の絶縁シート５０によって覆われて、電池缶１１の開口部１１ａから電池缶１１内に挿入される。絶縁シート５０は、たとえばポリプロピレンなどの合成樹脂を素材とする一枚のシートまたは複数のフィルム部材からなる。絶縁シート５０は、集電板４０が接合された巻回体３０のおおむね全体を集電板４０とともに覆うことができる寸法および形状を有している。
【0057】
巻回体３０は、巻回軸方向Ｄが二次電池１００の幅方向（Ｘ方向）に沿うように、一方の湾曲部３０ｂから電池缶１１内に挿入され、他方の湾曲部３０ｂが電池蓋１２に対向して配置される。その後、前述のように、電池蓋１２を電池缶１１の開口部１１ａの全周にわたって接合して電池容器１０を構成する。その後、注液孔１６を介して電池容器１０内に電解液を注入し、注液孔１６に注液栓１７を接合して封止する。このとき、電池容器１０の内部の圧力と外部の圧力とを適切に調整すると、巻回体３０内の空気と電解液の置換が促進されて、電池容器１０内に電解液を効率的に注入することができる。
【0058】
以上の構成により、二次電池１００は、外部端子２０と外部機器とが、外部端子２０に接合された図示を省略するバスバーを介して接続される。二次電池１００は、外部端子２０と集電板４０を介して巻回体３０の正極電極３１および負極電極３２に電力を供給することで充電され、巻回体３０の正極電極３１および負極電極３２から集電板４０および外部端子２０を介して外部へ電力を供給することができる。
【0059】
以下、本実施形態の二次電池１００の作用について説明する。
【0060】
本実施形態の二次電池１００は、前述のように、巻回軸方向Ｄの一端と他端に正極集電部３１ｃと負極集電部３２ｃが位置するように配置した正極電極３１と負極電極３２とを第１セパレータ３３と第２セパレータ３４を介在させて巻回軸３０Ａを中心に巻回した巻回体３０を備えている。巻回体３０は、最外周に第１セパレータ３３の終端部３３ｅが巻回され、第１セパレータ３３の終端部３３ｅの内側に負極電極３２の終端部３２ｅが巻回されている。さらに、負極電極３２の終端部３２ｅの内側に第２セパレータ３４の終端部３４ｅを介在させて正極電極３１の正極電極３１が巻回されている。二次電池１００は、少なくとも第１セパレータ３３と正極集電部３１ｃとの間を跨いで巻回体３０の外表面の一部を覆う熱可塑性成形材からなる被覆部３７を有している。
【0061】
この構成により、前述のように、たとえば、巻回体３０の最外周に巻回された第１セパレータ３３の終端部３３ｅの巻回軸方向Ｄの端部が、その内周側に巻回された第２セパレータ３４の終端部３４ｅの巻回軸方向Ｄの端部に接する。また、第２セパレータ３４の終端部３４ｅの巻回軸方向Ｄの端部が、その内周側に巻回された正極電極３１の正極集電部３１ｃの巻回軸方向Ｄの端部に接近し、または接する。
【0062】
これにより、図５Ｂに示す正極電極３１の終端部３１ｅの正極集電部３１ｃとその外周に巻回された第２セパレータ３４の終端部３４ｅとの間の広い隙間Ｇｗが縮小する。また、この隙間Ｇｗは、正極電極３１の終端部３１ｅの正極集電部３１ｃとその外周の第２セパレータ３４の終端部３４ｅとが接近し、または接することで、図８Ｂに示すように閉鎖された狭い隙間Ｇｎとなる。したがって、巻回体３０の内部の正極電極３１と負極電極３２との間への金属異物の流入および侵入を抑制することができる。
【0063】
また、本実施形態の二次電池１００の巻回体３０は、正極集電部３１ｃが巻回された巻回軸方向Ｄの端部において、第１セパレータ３３が負極電極３２よりも巻回軸方向Ｄに突出している。また、正極集電部３１ｃが第１セパレータ３３よりも巻回軸方向Ｄに突出している。
【0064】
この構成により、第１セパレータ３３と正極集電部３１ｃとの間を跨ぐ被覆部３７を設けることで、巻回体３０の最外周に巻回された第１セパレータ３３の終端部３３ｅを正極集電部３１ｃへ向けて変形させることができる。さらに、変形させた第１セパレータ３３の終端部３３ｅによって、負極電極３２の終端部３２ｅおよび第２セパレータ３４の終端部３４ｅを正極集電部３１ｃへ向けて変形させることができる。したがって、巻回体３０の内部への金属異物の流入および侵入をより効果的に抑制することができる。
【0065】
また、本実施形態の二次電池１００は、正極外部端子２０Ｐおよび正極集電板４０Ｐと、負極外部端子２０Ｎおよび負極集電板４０Ｎとを備えている。正極集電部３１ｃと負極集電部３２ｃは、それぞれ、正極集電板４０Ｐと負極集電板４０Ｎを介して、正極外部端子２０Ｐと負極外部端子２０Ｎに接続されている。そして、被覆部３７は、正極集電板４０Ｐに接合された正極集電部３１ｃの外形に沿う形状に成形されている。
【0066】
この構成により、巻回体３０において、正極電極３１の終端部３１ｅよりも外周に巻回された第１セパレータ３３の終端部３３ｅ、負極電極３２の終端部３２ｅ、および第２セパレータ３４の終端部３４ｅを正極集電部３１ｃへ向けて変形させることができる。これにより、正極電極３１の終端部３１ｅの正極集電部３１ｃとその外周に巻回された第２セパレータ３４の終端部３４ｅとの間の広い隙間Ｇｗを縮小させ、閉鎖された狭い隙間Ｇｎとすることができる。
【0067】
また、本実施形態の二次電池１００の巻回体３０は、扁平な形状に成形され、平板状の平坦部３０ａと、その平坦部３０ａの両端に設けられた半円筒状の湾曲部３０ｂとを有している。そして、被覆部３７は、平坦部３０ａに位置している。
【0068】
この構成により、巻回体３０の正極集電部３１ｃが巻回された端部において、平坦部３０ａで束ねられて圧縮された積層部３５に連続する変形部３６の最外周に生じやすい隙間Ｇｗを効果的に縮小させることができる。
【0069】
また、本実施形態の二次電池１００において、被覆部３７は、正極電極３１の終端部３１ｅの巻回方向Ｒの端縁を正極電極３１の巻回方向Ｒに跨ぐように配置されている。
【0070】
この構成により、巻回体３０の巻回軸方向Ｄの正極集電部３１ｃが巻回された端部において、図６に示すような正極電極３１の終端部３１ｅの巻回方向Ｒの端縁に生じる隙間Ｇａを、被覆部３７によって縮小させ、隙間Ｇａの巻回軸方向Ｄの端部を閉鎖することができる。したがって、この隙間Ｇａに、巻回体３０の巻回軸方向Ｄ（Ｘ方向）の端部から金属異物が流入および侵入するのを抑制することができる。
【0071】
また、本実施形態の二次電池１００において、被覆部３７は、熱可塑性接着剤である。
【0072】
この構成により、熱可塑性接着剤を加熱して可塑化させ、巻回体３０の最外周の第１セパレータ３３と正極集電部３１ｃとの間を跨ぐように巻回体３０の外表面に塗布して被覆部３７を形成することができる。これにより、たとえば粘着テープを用いる場合と比較して、正極集電部３１ｃを含む変形部３６の外形に沿う被覆部３７を容易に形成することができ、被覆部３７を形成する工程の生産性を向上させ、コストを低減することができる。
【0073】
また、本実施形態の二次電池１００において、正極電極３１は、帯状の正極集電体３１ａと、その正極集電体３１ａの幅方向の一側を除いてその正極集電体３１ａに塗工された正極合剤層３１ｂと、正極集電体３１ａの一側を露出させた正極集電部３１ｃとを有している。負極電極３２は、帯状の負極集電体３２ａと、その負極集電体３２ａの幅方向の一側を除いてその負極集電体３２ａに塗工された負極合剤層３２ｂと、負極集電体３２ａの一側を露出させた負極集電部３２ｃとを有している。
【0074】
この構成により、巻回軸方向Ｄの一端と他端に正極集電部３１ｃと負極集電部３２ｃが位置するように配置した正極電極３１と負極電極３２とを、第１セパレータ３３と第２セパレータ３４を介在させて巻回軸３０Ａを中心に巻回することができる。これにより、巻回軸方向Ｄの一端と他端に、それぞれ、正極集電部３１ｃと負極集電部３２ｃが巻回された巻回体３０を構成することができる。
【0075】
以上説明したように、本実施形態によれば、内部短絡を生じさせるおそれがある上記二つの要因に対処することができ、負極電極３２と正極電極３１とをセパレータ３３、３４を介在させて巻回した巻回体３０に流入する異物を抑制することが可能な二次電池１００を提供することができる。なお、本開示に係る二次電池は、本実施形態の二次電池１００に構成に限定されない。
【0076】
図９は、実施形態１に係る二次電池１００の変形例を示す図７に対応する正面図である。本変形例において、被覆部３７は、巻回体３０の最外周に巻回された第１セパレータ３３の終端部３３ｅの巻回方向Ｒにおいて、巻回体３０の平坦部３０ａの全域にわたって設けられている。
【0077】
この構成により、巻回体３０の平坦部３０ａの全域にわたって巻回体３０の最外周に巻回された第１セパレータ３３の終端部３３ｅの巻回軸方向Ｄの端部が、正極集電部３１ｃに接近するように変形する。これにより、前述の実施形態１に係る二次電池１００と同様の効果を奏することができるだけでなく、図８Ｂに示すような閉鎖された隙間Ｇｎを巻回体３０の平坦部３０ａの全域にわたって形成することができる。したがって、巻回体３０の内部の正極電極３１と負極電極３２との間への金属異物の流入および侵入をより確実に抑制することができる。
【0078】
［実施形態２］
次に、図１から図６を援用し、図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して、本開示に係る二次電池の実施形態２を説明する。図１０Ａは、実施形態２に係る二次電池の図７に対応する正面図である。図１０Ｂは、図１０Ａに示す巻回体３０のXB‐XB線に沿う模式的な断面図である。
次に、図１から図６を援用し、図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して、本開示に係る二次電池の実施形態２を説明する。図１０Ａは、実施形態２に係る二次電池の図７に対応する正面図である。図１０Ｂは、図１０Ａに示す巻回体３０のXB‐XB線に沿う模式的な断面図である。
【0079】
本実施形態の二次電池は、被覆部３７が熱収縮フィルムである点で、前述の実施形態１に係る二次電池１００と異なっている。本実施形態の二次電池のその他の点は、前述の実施形態１に係る二次電池１００と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【0080】
被覆部３７は、たとえば、柔軟性を有する薄い筒状に形成されている。被覆部３７は、たとえば、加熱前の非収縮状態の周長が、正極電極３１、負極電極３２、第１セパレータ３３、および第２セパレータ３４の巻回方向Ｒと直交する方向の巻回体３０の周長よりも長い。そのため、集電板４０に接合されて電池蓋１２に固定された巻回体３０の一方の湾曲部３０ｂを筒状の被覆部３７に挿入し、被覆部３７を巻回体３０の周囲に被せることができる。被覆部３７は、たとえば、電池容器１０の高さ方向（Ｚ方向）の寸法が、同方向の巻回体３０の平坦部３０ａの寸法とおおむね等しく、平坦部３０ａの全体を覆っている。
【0081】
被覆部３７の熱収縮フィルムの素材としては、たとえば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリオレフィン（ＰＯ）などの樹脂材料を用いることができる。特に、ＰＶＣは、低温で収縮させることができるため、被覆部３７の素材として好適である。
【0082】
被覆部３７は、たとえば、前述のように巻回体３０の周囲に被せた後に、熱風を吹き付けたり、金型の内部に配置して加熱したりすることによって、収縮させることができる。このとき、正極電極３１の終端部３１ｅの外周側に巻回された第２セパレータ３４、負極電極３２、および最外周の第１セパレータ３３の巻回軸方向Ｄの端部は、熱収縮フィルムの収縮により、正極電極３１の終端部３１ｅの正極集電部３１ｃへ向けて変形する。
【0083】
その結果、たとえば、巻回体３０の最外周に巻回された第１セパレータ３３の終端部３３ｅの巻回軸方向Ｄの端部が、その内周側に巻回された第２セパレータ３４の終端部３４ｅの巻回軸方向Ｄの端部に接する。また、第２セパレータ３４の終端部３４ｅの巻回軸方向Ｄの端部が、その内周側に巻回された正極電極３１の正極集電部３１ｃの巻回軸方向Ｄの端部に接近し、または接する。被覆部３７は、熱収縮することによって集電板４０に接合された正極集電部３１ｃの外形に沿う形状に成形されている。
【0084】
このように、本実施形態の二次電池は、前述の実施形態１に係る二次電池１００と同様に少なくとも第１セパレータ３３と正極集電部３１ｃとの間を跨いで巻回体３０の外表面の一部を覆う熱可塑性成形材からなる被覆部３７を有している。したがって、本実施形態の二次電池によれば、前述の実施形態１に係る二次電池１００と同様の効果を奏することができる。
【0085】
また、本実施形態の二次電池によれば、被覆部３７によって、巻回体３０の平坦部３０ａを、正極電極３１、負極電極３２、第１セパレータ３３、および第２セパレータ３４の巻回方向Ｒと直交する方向の全周にわたって覆うことができる。この構成により、巻回体３０の平坦部３０ａの巻回軸方向Ｄの両端部を被覆部３７によって全体的に覆うことができ、巻回体３０の内部への異物の流入および侵入をより確実に抑制することができる。
【0086】
以上、図面を用いて本開示に係る二次電池の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。
【0087】
たとえば前述の実施形態では、正極電極と負極電極とがセパレータを介して巻回された巻回体を有する二次電池を例示した。しかし、本開示は、矩形シート状の正極電極と矩形シート状の負極電極とを、セパレータを介して平坦状に積層した電極群を備える二次電池に適用することができる。また、前述の実施形態では、二次電池をリチウムイオン二次電池として例示した。しかし、本開示は、ニッケル・カドミウム電池やニッケル水素電池等、他の二次電池に適用することができる。
【符号の説明】
【0088】
２０Ｎ 負極外部端子
２０Ｐ 正極外部端子
３０ 巻回体
３０ａ 平坦部
３０ｂ 湾曲部
３０Ａ 巻回軸
３１ 正極電極
３１ａ 正極集電体
３１ｂ 正極合剤層
３１ｃ 正極集電部
３１ｅ 終端部
３２ 負極電極
３２ａ 負極集電体
３２ｂ 負極合剤層
３２ｃ 負極集電部
３２ｅ 終端部
３３ 第１セパレータ
３３ｅ 終端部
３４ 第２セパレータ
３４ｅ 終端部
３７ 被覆部
４０Ｎ 負極集電板
４０Ｐ 正極集電板
１００ 二次電池
Ｄ 巻回軸方向
Ｒ 巻回方向
２０Ｐ 正極外部端子
３０ 巻回体
３０ａ 平坦部
３０ｂ 湾曲部
３０Ａ 巻回軸
３１ 正極電極
３１ａ 正極集電体
３１ｂ 正極合剤層
３１ｃ 正極集電部
３１ｅ 終端部
３２ 負極電極
３２ａ 負極集電体
３２ｂ 負極合剤層
３２ｃ 負極集電部
３２ｅ 終端部
３３ 第１セパレータ
３３ｅ 終端部
３４ 第２セパレータ
３４ｅ 終端部
３７ 被覆部
４０Ｎ 負極集電板
４０Ｐ 正極集電板
１００ 二次電池
Ｄ 巻回軸方向
Ｒ 巻回方向
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10A】
【図10B】