JP4789584B2 - 扁平渦巻電極体を備えた二次電池の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、充放電による電極板のたわみと、これに伴う電池の膨れ、サイクル劣化を抑制する扁平渦巻電極体を備えた二次電池の製造方法に関する。
近年、携帯電話、ノートパソコン、ＰＤＡ等の移動情報端末の小型・軽量化や高機能化が急速に進展しており、その駆動電源としての二次電池には、移動情報端末内部に実装しやすいこと、及び大電流を取り出しやすいことが求められている。
角型外装缶やラミネート外装体内に、扁平渦巻電極体を収容した、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池は、移動情報端末内部に実装しやすく、正負極の対向面積が大きくいために大電流を取り出しやすいことから、移動情報端末の駆動電源として有用である。
このような非水電解質二次電池は、充放電によるリチウムイオンの吸蔵・脱離によって正負両電極板が膨張・収縮を繰り返すが、電極板の膨張・収縮は、扁平渦巻電極体の巻回末端を固定する接着剤（接着テープ）によって制限される。よって、図８に示すように電極板は扁平渦巻電極体の内方に向かって膨張して、電極板にたわみが生じ、このたわみによって電池厚みが増大するという問題があった。さらに、この電極板がたわんだ部分において、正極板と負極板との間に隙間が生じ、この隙間ではスムースなリチウムイオンの移動が阻害されるので、サイクル特性の劣化が大きくなるという問題があった。
この問題を解決するため、断面が扁平形状（楕円、多角形等）の巻芯を用い、かつ巻き取り時に電極板に加えられるテンションを下げて、扁平渦巻電極体の電極板間に空隙を設け、電極板の膨張を空隙に吸収させることにより、電極板のたわみを抑制することが試みられている。しかし、巻芯の断面形状が扁平であるため、巻芯の断面形状が円形である場合よりも巻き取り速度を低くしなければならないという問題がある。また、電極板に加えられるテンションが低いため、巻き取りの品質が低下する（電極板やセパレータの巻きズレが生じやすい）という問題がある。
ここで、非水電解質二次電池に関する技術としては、特許文献１〜４が提案されている。
特許文献１、２の技術は、電極板の変形応力を吸収するために、扁平状電極板群（扁平渦巻電極体）の巻き軸に対して直角方向の断面の長軸線上に隣りあう２つの帯状積層体間に空隙部を配置する技術である。
この技術によると、空隙部が電極板の変形応力を吸収するため、電極板の膨張・収縮による撚れを解消することができるとされる。しかし、この技術ではスペーサを用いて円筒状の電極体を作製し、押圧して扁平状になした後スペーサを抜き取る工程を必要とするが、スペーサを用いた状態で電極板を巻回することは困難であり、生産性が悪いという問題がある。
特許文献３の技術は、電池素子（渦巻電極体）の巻回末端の固定用接着剤として、電解液と接触後に膨潤、溶解、又は分解する材料を用いる技術である。
この技術によると、接着剤が膨潤、溶解、又は分解して電池素子の巻き緩みが起こるため、素子の構成材料に与えるストレスを低減でき、これらに起因する電池特性の低下を回避できるとされる。
しかし、この技術では、電池素子の巻き緩みにより電池素子内での正負極板の対向状態が悪くなり、スムースな充放電反応の進行が阻害されて、サイクル特性等の電池特性が悪化するという問題がある。
特許文献４の技術は、電池素子（渦巻電極体）の固定用接着剤として、電解液に実質的に溶解、分解することなく、かつ電解液と接触した後に電池素子固定機能が低下する材料を用いる技術である。
この技術によると、接着剤が電解液と接触した後に電池素子固定機能が低下して電池素子の巻き緩みが起こるため、素子の構成材料に与えるストレスを低減でき、これらに起因する電池特性の低下を回避でき、且つ接着剤が電解液中に溶けて電解液を汚染することを防止できるとされる。しかし、この技術もまた、上記特許文献３に係る技術と同様に、サイクル特性等の電池特性が悪化するという問題がある。
本発明は、以上に鑑みなされたものであって、充放電による電極板のたわみを抑制することを目的とする。
上記課題を解決するための第１の形態の本発明の扁平渦巻電極体を備えた二次電池の製造方法は、巻芯を用いて正極板と負極板と両電極板間に介在するセパレータとを巻回し、巻回末端を固定して、略円筒型の電極体を作製する第１工程と、前記第１工程後、略円筒型電極体を巻回軸に対して垂直方向から押圧して断面略楕円形状に変形しつつ、前記変形した電極体を巻回方向と同一方向に回転させて巻き取り状態を緩める第２工程と、前記第２工程の後、前記電極体をプレスして扁平渦巻電極体となす第３工程と、を備えることにより、前記扁平渦巻電極体を中心軸に直交する方向から切断したとき、その断面形状における長軸上にある巻回電極体最内周の内側面から長軸上の最外周表面までの距離Ｄ１と、前記最内周巻回電極体内側面から前記断面形状における短軸上の最表面までの最短距離Ｄ２との間に、Ｄ１／Ｄ２≧１．１が成立することを特徴とする。
上記構成では、巻回末端が固定された略円筒型の電極体を、垂直方向から押圧して断面略楕円形状に変形しつつ、巻回方向と同一方向に回転させる工程を備えている。この工程により、電極体の巻回末端の固定状態を失うことなく電極板の巻き取り状態を僅かにゆるめることができる。この後、プレスして扁平渦巻電極体となすと、扁平渦巻電極体のコーナー部近傍にゆるみ（遊び空隙）が移動し、電極板が膨張した場合に、電極板がこのゆるみを埋める方向に変形して、電極板のたわみを防止できる。これにより、電池厚みの増大を抑制でき、充放電サイクルを繰り返しても正負極板との間に隙間が生じないため、サイクル劣化が小さくなる。
また、電極体の巻回末端での固定機能が失われないため、正負極板の対向状態が悪くなることはない。
また、通常の方法で円筒型に巻回して電極体を作製した後、巻回方向と同一方向に回転させるという簡便な方法であるため、生産性に優れる。
ここで、略円筒型とは、真円筒型であるもの以外に、長軸と短軸の比が１．５以内である楕円や、その他これらに似た形状であるものも含む。また、巻回に用いる巻芯についても、断面真円形以外に、断面の長軸と短軸の比が１．５以内であるものを用いてもよい。
上記構成において、前記第２工程は、前記巻芯を取り除いた後に行われる、とすることができる。
上記構成において、前記第２工程は、前記巻芯の直径を小さくした後に行われる、とすることができる。
第２工程では、電極体を巻回軸に対して垂直方向から押圧して断面略楕円形状に変形することが必要であるが、巻回に用いた巻芯が変形を妨げるように作用する。しかし、上記２つの構成では、巻き取りに用いた巻芯部分に空洞ができるので、このような問題が生じない。
ここで、巻芯の直径を小さくするためには、巻回後巻き芯を抜き取った後、直径の小さい巻芯に取り替えてもよく、空隙を有する巻芯を用いて巻回した後に、巻芯の空隙を埋めるように変形させて直径を小さくしてもよい。
上記構成において、前記第２工程の後であって前記第３工程の前に、略円筒型電極体を巻回軸に対して垂直方向から押圧して断面略楕円形状に変形した状態で、前記電極体を巻回方向に対して逆方向に巻き締める方向に回転させ工程をさらに備えている構成とすることができる。
電極体を巻回方向と同じ方向に回転させる工程の後に電極体を巻回方向に対して逆方向に回転させる工程を行うと、プレス加工後の扁平渦巻電極体コーナー部の極板間ゆるみ（遊び空隙）をさらに広げることができる。よって、電池厚みの増大を更に抑制できるとともに、サイクル特性の劣化を更に抑制できる。
この巻回方向と逆方向への回転数は、１〜３回転であることが好ましい。
この巻回方向と逆方向への回転数は、１〜３回転であることが好ましい。
上記構成において、前記第２工程は、電極体を平行な２つの部材で挟んで押圧することにより断面略楕円形状に変形しつつ、巻回方向と同一方向に回転させて巻き取り状態を緩める工程である、とすることができる。
第２工程での電極体を巻回軸に対して垂直方向から押圧して断面略楕円形状に変形する方法として、電極体を平行な２つの部材で挟んで押圧する構成を用いると、安価で且つ容易に扁平渦巻電極体を作製することができる。
また、上記構成において、前記平行な２つの部材が、回転体である、とすることができる。
前記平行な２つの部材が回転体であると、上記第２工程を容易に行うことができる。
上記課題を解決するための第２の形態の本発明の扁平渦巻電極体を備えた二次電池の製造方法は、巻芯を用いて正極板と負極板と両電極板間に介在するセパレータとを巻回し、巻回末端を固定して、略円筒型の電極体を作成する第１工程と、前記第１工程後、前記巻芯の直径を小さくして、前記巻芯を巻回方向と同一方向に回転させて、内周側に位置する電極板及びセパレータのみを更に巻き取り、巻き取り状態を緩める第２工程と、前記第２工程の後、前記電極体をプレスして扁平渦巻電極体となす第３工程と、を備えることにより、前記扁平渦巻電極体を中心軸に直交する方向から切断したとき、その断面形状における長軸上にある巻回電極体最内周の内側面から長軸上の最外周表面までの距離Ｄ１と、前記最内周巻回電極体内側面から前記断面形状における短軸上の最表面までの最短距離Ｄ２との間に、Ｄ１／Ｄ２≧１．１が成立することを特徴とする。
上記構成では、巻回末端が固定された略円筒型の電極体を、巻芯の直径を小さくして前記巻芯を巻回方向と同一方向に回転させる工程を備えている。この工程により、電極体の巻回末端の固定状態を失うことなく、電極体の内周側に位置する電極板及びセパレータのみが更に巻き取られるので、電極体の内周と外周との間に隙間ができ、巻き取り状態を僅かにゆるめることができる。この後、プレスして扁平渦巻電極体となすと、扁平渦巻電極体のコーナー部近傍にゆるみ（遊び空隙）が移動する。このため、上記第１の形態の本発明において説明したように、充放電サイクルによる電極板のたわみを防止できる。よって、電池厚みの増大を抑制できるとともに、サイクル特性の劣化が小さくなる。
また、電極体の巻回末端での固定機能が失われないため、正負極板の対向状態が悪くなることはない。
また、通常の方法で略円筒型に巻回して電極体を作製した後、前記巻芯の直径を小さくして、前記巻芯を巻回方向と同一方向に回転させるという簡便な方法であるため、生産性に優れる。
第２工程を、電極体の最外周部分の回転を固定しないで行うと、巻芯の回転に従動して電極体の最外周もまた巻芯の回転方向に回転するおそれがあり、十分に巻き取り状態を緩めることができなくなる可能性がある。よって、前記第２工程は、電極体の最外周部分の回転を固定して行われることが好ましい。
なお、上記第１の形態または第２の形態の本発明の構成において、前記扁平渦巻電極体を中心軸に直交する方向から切断したとき、その断面形状における長軸上にある巻回電極体最内周の内側面から長軸上の最外周表面までの距離Ｄ１と、前記最内周巻回電極体内側面から前記断面形状における短軸上の最表面までの最短距離Ｄ２との間に、Ｄ１／Ｄ２≧１．１が成立するようにする。
上記構成を、図面を参照して説明する。図１は、本発明電池に係る扁平渦巻電極体を示す図であって、図１（ａ）は中心軸に直交する方向から切断したときの断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の部分拡大図である。
図１（ｂ）において、長軸上にある巻回電体最内周の内側面Ａから長軸上の最外周表面Ｂまでの距離がＤ１であり、前記内側面Ａから前記断面形状における短軸上の最表面Ｃまでの最短距離がＤ２である。そして、Ｄ１／Ｄ２の値が大きくなることは、ゆるみ（遊び空隙）１ｂが大きくなることを意味する。
上記Ｄ１／Ｄ２が１．１未満であると、コーナー部１ａの電極板間に存在するゆるみ１ｂが過小であり、電極板がたわむおそれがある。好ましくは１．１以上とし、より好ましくは１．１５以上する。
上記本発明によると、電極板のたわみを防止し、これによる電池厚みの増大とサイクル劣化を抑制し得た二次電池が得られる。
本発明を実施するための最良の形態を、非水電解質二次電池を例として、図面に基づいて説明する。なお、本発明は下記の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
（実施の形態１−１）
本実施の形態１−１は、上記第１の形態の本発明に属するものである。図１は本発明電池に係る扁平渦巻電極体を示す図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は扁平渦巻電極体のコーナー部の部分拡大図である。
本実施の形態１−１は、上記第１の形態の本発明に属するものである。図１は本発明電池に係る扁平渦巻電極体を示す図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は扁平渦巻電極体のコーナー部の部分拡大図である。
図１（ｂ）に示すように、本発明の扁平渦巻電極体１は、そのコーナー部１ａに僅かなゆるみ（遊び空隙）１ｂを有している。そして、Ｄ１／Ｄ２が１．１４となっている。
上記非水電解質二次電池は、公知の材料、方法を用いて作製することができる。例えば、正極材料としてはコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム等のリチウム含有遷移金属複合酸化物、負極材料としては黒鉛、コークス等の炭素質物、リチウム合金、金属酸化物等、非水溶媒としてはエチレンカーボネート、ジエチルカーボネート等のカーボネート類、γ−ブチロラクトン等のエステル類、１，２−ジメトキシエタン等のエーテル類等、電解質塩としてはＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2、ＬｉＰＦ6等をそれぞれ単独で、あるいは二種以上混合して用いることができる。
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
（実施例１）
〈電極体の作製〉
断面円形の巻芯を用いて、公知の方法により作製された正極板と、公知の方法により作製され負極タブ２を取り付けた負極板と、両電極板間に介在するセパレータと、を巻回し、その後巻回末端をテープで固定し、円筒型の電極体１（直径１６．５ｍｍ）を作製した。この電極体１から巻芯を取り除いた後、図２に示すように、平行に配置された２つの回転ローラ１１を備えたゆるませ加工装置１０を用いて、短径が１５．０ｍｍ（元の直径の約９１％）となるように断面略楕円形に押圧しつつ、巻回方向と同一方向に２回転させた（ゆるませ加工）。この際、図３に示す負極タブ２の移動距離（ゆるみ量）は、６．２ｍｍであった。
〈電極体の作製〉
断面円形の巻芯を用いて、公知の方法により作製された正極板と、公知の方法により作製され負極タブ２を取り付けた負極板と、両電極板間に介在するセパレータと、を巻回し、その後巻回末端をテープで固定し、円筒型の電極体１（直径１６．５ｍｍ）を作製した。この電極体１から巻芯を取り除いた後、図２に示すように、平行に配置された２つの回転ローラ１１を備えたゆるませ加工装置１０を用いて、短径が１５．０ｍｍ（元の直径の約９１％）となるように断面略楕円形に押圧しつつ、巻回方向と同一方向に２回転させた（ゆるませ加工）。この際、図３に示す負極タブ２の移動距離（ゆるみ量）は、６．２ｍｍであった。
この後、負極タブの幅方向に対して垂直な方向からプレスして扁平渦巻電極体となした後、縦３４．６ｍｍ×横２３．８ｍｍ×厚み５．９ｍｍのアルミニウム製外装缶内に挿入し、公知の電解液を注液し、封口することにより実施例１に係る非水電解質二次電池を５つ作製した。なお、Ｄ１／Ｄ２は平均１．１４（バラツキ１．１２〜１．１８）であった。
（比較例１）
ゆるませ加工を行わなかったこと以外は上記実施例１と同様にして、比較例１に係る非水電解質二次電池を５つ作製した。なお、Ｄ１／Ｄ２は平均１．０５（バラツキ１．０１〜１．０７）であった。
ゆるませ加工を行わなかったこと以外は上記実施例１と同様にして、比較例１に係る非水電解質二次電池を５つ作製した。なお、Ｄ１／Ｄ２は平均１．０５（バラツキ１．０１〜１．０７）であった。
〔電池厚み増大量試験〕
上記で作製した各電池を０％、５０％、１００％充電し、その厚みを測定した。この試験結果を下記表１に示す。なお、検体数はそれぞれ５である。
上記で作製した各電池を０％、５０％、１００％充電し、その厚みを測定した。この試験結果を下記表１に示す。なお、検体数はそれぞれ５である。
〔サイクル電池厚み増大量試験〕
上記で作製した各電池に対して、以下の条件で充放電サイクルを行い、５００サイクル終了後、０％、１００％充電し、その厚みを測定した。この試験結果を下記表１に示す。なお、検体数はそれぞれ３である。
上記で作製した各電池に対して、以下の条件で充放電サイクルを行い、５００サイクル終了後、０％、１００％充電し、その厚みを測定した。この試験結果を下記表１に示す。なお、検体数はそれぞれ３である。
〈充放電サイクル条件〉
充電：定電流１Ｉｔ（６００ｍＡ）で４．２Ｖ、定電圧４．２Ｖで合計２．５時間
放電：定電流１Ｉｔ（６００ｍＡ）で２．７５Ｖ終止
充電：定電流１Ｉｔ（６００ｍＡ）で４．２Ｖ、定電圧４．２Ｖで合計２．５時間
放電：定電流１Ｉｔ（６００ｍＡ）で２．７５Ｖ終止
〔サイクル特性〕
５００サイクル終了後の電池の放電容量を測定し、下記式１によりサイクル特性を測定した。この試験結果（平均値）を下記表１に示す。なお、検体数はそれぞれ３である。
５００サイクル終了後の電池の放電容量を測定し、下記式１によりサイクル特性を測定した。この試験結果（平均値）を下記表１に示す。なお、検体数はそれぞれ３である。
サイクル特性（％）＝５００サイクル後放電容量÷初期放電容量×１００
上記表１において、カッコ外数値は平均値、かっこ内数値はバラツキを表す。
上記表１から、実施例１では、比較例１に比べて電池の厚みが０．０２〜０．１１ｍｍ薄くなっていることがわかる。
このことは、次のように考えられる。実施例１では、ゆるませ加工を行ったため、図１に示すように、プレス後の扁平渦巻電極体のコーナー部１ａの電極板間にゆるみ（遊び空隙）１ｂがある。このため、図４に示すように空隙を埋める方向に電極板が膨張する。このため、図５に示すように、充電後の電極板にたわみが生じない。このため、たわみによる電池厚みの増大が生じない。
他方、比較例１ではゆるませ加工を行っておらず、図７に示すように電極板間にゆるみ（遊び空隙）がないため、電極体の巻回末端を固定するテープによって、図８に示すように電極板が膨張方向が電極体の内部方向に制限されて、図９に示すように電極板がたわんでしまう。このたわみにより、電池厚みが増大する。
また、実施例１のサイクル特性は９０．１％と、比較例１の８７．２％に比べて２．９％高いことがわかる。
このことは、次のように考えられる。実施例１では、図５に示すように、電極板にたわみがなく、正負極板が隙間なく対向している。このため、充放電がスムースに進行して、サイクル劣化が小さくなる。
他方、比較例１では図９に示すように電極板にたわみがあり、たわんでいる部分においては正負極の間に隙間Ｘが生じている。この隙間Ｘが、スムースな充放電の進行を妨げるため、サイクル特性の劣化が大きくなる。
（実施の形態１−２）
本実施の形態１−２は、上記第１の形態の本発明に属するものであり、第２工程の後であって第３工程の前に、略円筒型電極体を巻回軸に対して垂直方向から押圧して断面略楕円形状に変形した状態で、電極体を巻回方向に対して逆方向に回転させる工程をさらに備えていること以外は、上記実施の形態１−１と同様である。このため、電池に構成についての詳細な説明は省略する。以下、この実施の形態を、実施例を用いて説明する。
本実施の形態１−２は、上記第１の形態の本発明に属するものであり、第２工程の後であって第３工程の前に、略円筒型電極体を巻回軸に対して垂直方向から押圧して断面略楕円形状に変形した状態で、電極体を巻回方向に対して逆方向に回転させる工程をさらに備えていること以外は、上記実施の形態１−１と同様である。このため、電池に構成についての詳細な説明は省略する。以下、この実施の形態を、実施例を用いて説明する。
（実施例２）
上記実施例１と同様に作製した電極体１を、図２に示すように、平行に配置された２つの回転ローラ１１を備えたゆるませ加工装置１０を用いて、短径が１６．０ｍｍ(元の直径の約９７％)となるように断面略楕円形に押圧しつつ、巻回方向と同一方向に８回転させ、（ゆるませ加工）。その後、巻回方向と逆方向に１回転させた。この際、図３に示す負極タブ２の移動距離は６．９ｍｍであった。
この後、上記実施例１と同様にして実施例２に係る非水電解質二次電池を５つ作製した。なお、Ｄ１／Ｄ２は平均１．１５（バラツキ１．１３〜１．１８）であった。
上記実施例１と同様に作製した電極体１を、図２に示すように、平行に配置された２つの回転ローラ１１を備えたゆるませ加工装置１０を用いて、短径が１６．０ｍｍ(元の直径の約９７％)となるように断面略楕円形に押圧しつつ、巻回方向と同一方向に８回転させ、（ゆるませ加工）。その後、巻回方向と逆方向に１回転させた。この際、図３に示す負極タブ２の移動距離は６．９ｍｍであった。
この後、上記実施例１と同様にして実施例２に係る非水電解質二次電池を５つ作製した。なお、Ｄ１／Ｄ２は平均１．１５（バラツキ１．１３〜１．１８）であった。
（実施例３）
上記実施例１と同様に作製した電極体１を、図２に示すように、平行に配置された２つの回転ローラ１１を備えたゆるませ加工装置１０を用いて、短径が１６．０ｍｍ(元の直径の約９７％)となるように断面略楕円形に押圧しつつ、巻回方向と同一方向に９回転させ、（ゆるませ加工）。その後、巻回方向と逆方向に２回転させた。この際、図３に示す負極タブ２の移動距離は７．０ｍｍであった。
上記実施例１と同様に作製した電極体１を、図２に示すように、平行に配置された２つの回転ローラ１１を備えたゆるませ加工装置１０を用いて、短径が１６．０ｍｍ(元の直径の約９７％)となるように断面略楕円形に押圧しつつ、巻回方向と同一方向に９回転させ、（ゆるませ加工）。その後、巻回方向と逆方向に２回転させた。この際、図３に示す負極タブ２の移動距離は７．０ｍｍであった。
この後、上記実施例１と同様にして実施例３に係る非水電解質二次電池を５つ作製した。なお、Ｄ１／Ｄ２は平均１．１６（バラツキ１．１４〜１．１８）であった。
（実施例４）
上記実施例１と同様に作製した電極体１を、図２に示すように、平行に配置された２つの回転ローラ１１を備えたゆるませ加工装置１０を用いて、短径が１６．０ｍｍ(元の直径の約９７％)となるように断面略楕円形に押圧しつつ、巻回方向と同一方向に１０回転させ、（ゆるませ加工）。その後、巻回方向と逆方向に３回転させた。この際、図３に示す負極タブ２の移動距離は６．８ｍｍであった。
上記実施例１と同様に作製した電極体１を、図２に示すように、平行に配置された２つの回転ローラ１１を備えたゆるませ加工装置１０を用いて、短径が１６．０ｍｍ(元の直径の約９７％)となるように断面略楕円形に押圧しつつ、巻回方向と同一方向に１０回転させ、（ゆるませ加工）。その後、巻回方向と逆方向に３回転させた。この際、図３に示す負極タブ２の移動距離は６．８ｍｍであった。
この後、上記実施例１と同様にして実施例４に係る非水電解質二次電池を５つ作製した。なお、Ｄ１／Ｄ２は平均１．１８（バラツキ１．１５〜１．２０）であった。
（実施例５）
上記実施例１と同様に作製した電極体１を、図２に示すように、平行に配置された２つの回転ローラ１１を備えたゆるませ加工装置１０を用いて、短径が１６．０ｍｍ(元の直径の約９７％)となるように断面略楕円形に押圧しつつ、巻回方向と同一方向に７回転させた（ゆるませ加工）。なお、巻回方向と逆方向には回転させなかった。この際、図３に示す負極タブ２の移動距離は６．７ｍｍであった。
上記実施例１と同様に作製した電極体１を、図２に示すように、平行に配置された２つの回転ローラ１１を備えたゆるませ加工装置１０を用いて、短径が１６．０ｍｍ(元の直径の約９７％)となるように断面略楕円形に押圧しつつ、巻回方向と同一方向に７回転させた（ゆるませ加工）。なお、巻回方向と逆方向には回転させなかった。この際、図３に示す負極タブ２の移動距離は６．７ｍｍであった。
この後、上記実施例１と同様にして実施例５に係る非水電解質二次電池を５つ作製した。なお、Ｄ１／Ｄ２は平均１．１３（バラツキ１．１１〜１．１７）であった。
〔サイクル電池厚み増大量試験〕
上記で作製した各電池に対して、以下の条件で充放電サイクルを行い、５００サイクル終了後、０％、１００％充電し、その厚みを測定した。この試験結果を下記表２に示す。なお、検体数はそれぞれ５である。
上記で作製した各電池に対して、以下の条件で充放電サイクルを行い、５００サイクル終了後、０％、１００％充電し、その厚みを測定した。この試験結果を下記表２に示す。なお、検体数はそれぞれ５である。
〈充放電サイクル条件〉
充電：定電流１．０８Ｉｔ（６５０ｍＡ）で４．２Ｖまで充電し、その後定電圧４．２Ｖで合計２．５時間
放電：定電流１．０８Ｉｔ（６５０ｍＡ）で２．７５Ｖまで放電
充電：定電流１．０８Ｉｔ（６５０ｍＡ）で４．２Ｖまで充電し、その後定電圧４．２Ｖで合計２．５時間
放電：定電流１．０８Ｉｔ（６５０ｍＡ）で２．７５Ｖまで放電
〔サイクル特性〕
５００サイクル終了後の電池の放電容量を測定し、下記式１によりサイクル特性を測定した。この試験結果（平均値）を下記表２に示す。なお、検体数はそれぞれ５である。
５００サイクル終了後の電池の放電容量を測定し、下記式１によりサイクル特性を測定した。この試験結果（平均値）を下記表２に示す。なお、検体数はそれぞれ５である。
（式１）サイクル特性（％）＝５００サイクル後放電容量÷１サイクル目放電容量×１００
上記表２において、カッコ外数値は平均値、かっこ内数値はバラツキを表す。
上記表２から分かるように、巻回方向と同じ方向に回転させた後に、巻回方向と逆方向に回転させた実施例２〜４は、巻回方向と逆方向に回転させていない実施例５よりも、サイクル後の電池厚みを更に０．０４〜０．１０ｍｍ薄くでき、サイクル特性を更に２〜３％向上できることが分かる。
このことは、次のように考えられる。上述したように、ゆるませ加工を行う事により、図１に示すように、プレス後の扁平渦巻電極体のコーナー部１ａの電極板間にゆるみ（遊び空隙）１ｂができる（図１０（ａ）参照）。そしてゆるませ加工の後、巻回方向と逆方向に回転させる工程を行うことにより、その電極板間のゆるみ（遊び空隙）１ｂを、更に大きくすることができる（図１０（ｂ）参照）。このため、充放電サイクル後の電極板たわみ解消効果が増大して、電池厚みが更に減少し、サイクル特性が更に向上する。
なお、上記実施例５は、上記実施例１よりも電池厚みが大きくなり、且つサイクル特性が低下しているが、この理由は、実施例１よりも実施例５の方が、充放電サイクル条件をより厳しい条件（実施例では１Ｉｔ、実施例５では１．０８Ｉｔ）で行っていることによるものである。
（実施の形態２）
次に、上記第２の形態の本発明に属する実施の形態２について説明する。なお、本実施の形態２に係る電池の構造及び構成は、上記実施の形態１−１と同様であるので、その説明を省略する。以下、本実施の形態２を、実施例を用いて説明する。
次に、上記第２の形態の本発明に属する実施の形態２について説明する。なお、本実施の形態２に係る電池の構造及び構成は、上記実施の形態１−１と同様であるので、その説明を省略する。以下、本実施の形態２を、実施例を用いて説明する。
（実施例６）
断面円形の巻芯を用いて、公知の方法により作製された正極板と、公知の方法により作製され負極タブ２を取り付けた負極板と、両電極板間に介在するセパレータと、を巻回し、その後巻回末端をテープで固定し、巻芯を取り除かないで円筒型の電極体１（直径１９．７ｍｍ）を作製した。
断面円形の巻芯を用いて、公知の方法により作製された正極板と、公知の方法により作製され負極タブ２を取り付けた負極板と、両電極板間に介在するセパレータと、を巻回し、その後巻回末端をテープで固定し、巻芯を取り除かないで円筒型の電極体１（直径１９．７ｍｍ）を作製した。
この後、図１１に示すように、平行に配置された２つの押さえ板２１を備えたゆるませ加工装置２０を用いて、図１１（ａ）に示すように、電極体１を、電極体上下押さえ板２１を用いて固定し、巻芯３を０．５ｍｍ閉じた（巻き芯の直径を０.５ｍｍ小さくした）。
この後、図１１（ｂ）に示すように、上下押さえ板２１で電極体１の最外周を固定したまま、巻芯３を巻回方向と同じ方向に１／４回転させて、電極体内周側に位置する電極板及びセパレータのみを更に巻き取り、電極体の外周と内周との間に隙間を形成した（ゆるませ加工）。
この後、巻芯３を取り除き、負極タブ２の幅方向に対して垂直な方向からプレスして扁平渦巻電極体となした後、縦３５．５ｍｍ×横３３．７ｍｍ×厚み５．１ｍｍのアルミニウム製外装缶内に挿入し、公知の電解液を注液し、封口することにより実施例１に係る非水電解質二次電池を作製した。なお、Ｄ１／Ｄ２は１．１８であった。
このことから、上記実施例６によっても、図１（ｂ）に示すように扁平渦巻電極体のコーナー部１ａにゆるみ（遊び空隙）１ｂを形成することができる。
このことは、次のように考えられる。電極体１の巻回末端の固定状態を失うことなく、電極体１の内周側に位置する電極板及びセパレータのみが更に巻き取られるので、電極体の内周と外周との間に隙間ができ、巻き取り状態を僅かにゆるめることができる。この後、プレスして扁平渦巻電極体となすと、扁平渦巻電極体のコーナー部近傍にゆるみ（遊び空隙）が移動する。
よって、上記実施の形態１−１、１−２と同様に、充放電サイクルによる電池厚みの増大を抑制でき、且つサイクル特性の劣化を抑制できることがわかる。
（その他の事項）
本発明は、ラミネート外装体を用いた電池に適用することができる。
本発明は、ラミネート外装体を用いた電池に適用することができる。
また、本発明は、ポリマー電解質等の固体電解質を用いた電池に適用することができる。
また、負極タブの代わりに、正極タブを取り付けてもよい。
また、ゆるませ加工におけるゆるみ量は、電極板の厚さ、巻回数、充放電での電極板の厚み変化量を考慮して、充放電サイクルでたわみを生じないように調節することができる。
また、ゆるませ加工における押圧による変形量は、略円筒型の電極体の直径に対して７０〜９５％の範囲内であることが好ましい。
また、第１の形態の本発明においては、図６に示すように、電極体をすき間のある巻芯を用いて巻回後、巻芯の直径を小さくし、２つのテンションローラで電極体を断面略楕円形に押圧しつつ、巻芯を巻回方向に回転させ、テンションローラはその回転に従動させることで、電極体のゆるませ加工を行うことができる。
加えて、本発明による製造方法は、扁平渦巻電極体を備え、かつ充放電時に電極板の体積変動が生じる二次電池であれば十分な効果が得られる。上記実施例ではリチウムイオン電池を作製したが、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池等に利用することができる。
以上に説明したように、本発明によれば、公知の方法で略円筒型の電極体を作製し、この電極体を巻回軸に対して垂直方向から押圧して断面略楕円形状に変形しつつ、巻回方向と同一方向に回転させるという簡便な方法によって、電極板のたわみを防止でき、これに伴う電池厚みの増大、サイクル劣化を抑制できるという優れた効果を奏する。したがって、産業上の利用可能性は大きい。
１ 電極体
２ 負極タブ
３ 巻芯
１０ ゆるませ加工装置
１１ 回転ローラ
２０ ゆるませ加工装置
２１ 押さえ板
２ 負極タブ
３ 巻芯
１０ ゆるませ加工装置
１１ 回転ローラ
２０ ゆるませ加工装置
２１ 押さえ板
Claims (6)
- 巻芯を用いて正極板と負極板と両電極板間に介在するセパレータとを巻回し、巻回末端を固定して、略円筒型の電極体を作製する第１工程と、
前記第１工程後、略円筒型電極体を巻回軸に対して垂直方向から押圧して断面略楕円形状に変形しつつ、前記変形した電極体を巻回方向と同一方向に回転させて巻き取り状態を緩める第２工程と、
前記第２工程の後、前記電極体をプレスして扁平渦巻電極体となす第３工程と、
を備えることにより、
前記扁平渦巻電極体を中心軸に直交する方向から切断したとき、その断面形状における長軸上にある巻回電極体最内周の内側面から長軸上の最外周表面までの距離Ｄ１と、前記最内周巻回電極体内側面から前記断面形状における短軸上の最表面までの最短距離Ｄ２との間に、Ｄ１／Ｄ２≧１．１が成立する、
ことを特徴とする扁平渦巻電極体を備えた二次電池の製造方法。 - 請求項１に記載の扁平渦巻電極体を備えた二次電池の製造方法において、
前記第２工程は、前記巻芯を取り除いた後に行われる、
ことを特徴とする扁平渦巻電極体を備えた二次電池の製造方法。 - 請求項１に記載の扁平渦巻電極体を備えた二次電池の製造方法において、
前記第２工程は、前記巻芯の直径を小さくした後に行われる、
ことを特徴とする扁平渦巻電極体を備えた二次電池の製造方法。 - 請求項１、２または３に記載の扁平渦巻電極体を備えた二次電池の製造方法において、
前記第２工程の後であって前記第３工程の前に、略円筒型電極体を巻回軸に対して垂直方向から押圧して断面略楕円形状に変形した状態で、前記電極体を巻回方向に対して逆方向に回転させる工程を更に備える、
ことを特徴とする扁平渦巻電極体を備えた二次電池の製造方法。 - 請求項１ないし４いずれかに記載の扁平渦巻電極体を備えた二次電池の製造方法において、
前記第２工程は、電極体を平行な２つの部材で挟んで押圧することにより断面略楕円形状に変形しつつ、巻回方向と同一方向に回転させて巻き取り状態を緩める工程である、
ことを特徴とする扁平渦巻電極体を備えた二次電池の製造方法。 - 巻芯を用いて正極板と負極板と両電極板間に介在するセパレータとを巻回し、巻回末端を固定して、略円筒型の電極体を作成する第１工程と、
前記第１工程後、前記巻芯の直径を小さくして、前記巻芯を巻回方向と同一方向に回転させて、内周側に位置する電極板及びセパレータのみを更に巻き取り、巻き取り状態を緩める第２工程と、
前記第２工程の後、前記電極体をプレスして扁平渦巻電極体となす第３工程と、
を備えることにより、
前記扁平渦巻電極体を中心軸に直交する方向から切断したとき、その断面形状における長軸上にある巻回電極体最内周の内側面から長軸上の最外周表面までの距離Ｄ１と、前記最内周巻回電極体内側面から前記断面形状における短軸上の最表面までの最短距離Ｄ２との間に、Ｄ１／Ｄ２≧１．１が成立する、
ことを特徴とする扁平渦巻電極体を備えた二次電池の製造方法。
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