二次電池とその製造方法
【課題】電池缶と発電要素群の電気的隔絶（絶縁）のための絶縁カバーを、発電要素群や絶縁カバーにしわやよじれ、擦れなどを生じさせることなく、なおかつ低コストに電池缶と発電要素群の間に介在させることで、量産性に優れる二次電池を得ること。
【解決手段】本発明の二次電池は、開口部を持つ直方体状の電池缶と、前記電池缶の開口部を封止する電池蓋と、前記電池缶と前記電池蓋とで画定された空間内に配置される発電要素群と、前記電池缶と前記発電要素群との間を電気的に絶縁する絶縁カバーとを有し、前記絶縁カバーは、前記電池缶の開口部に対向し四辺を有する底面部と、前記底面部の四辺のうち少なくとも対向する二辺に沿って形成される側面部と、前記発電要素群の前記電池缶への挿入に応じて前記底面部と前記側面部との境界が折れ曲がるように設けられた折れ曲がり部とを有する。
【解決手段】本発明の二次電池は、開口部を持つ直方体状の電池缶と、前記電池缶の開口部を封止する電池蓋と、前記電池缶と前記電池蓋とで画定された空間内に配置される発電要素群と、前記電池缶と前記発電要素群との間を電気的に絶縁する絶縁カバーとを有し、前記絶縁カバーは、前記電池缶の開口部に対向し四辺を有する底面部と、前記底面部の四辺のうち少なくとも対向する二辺に沿って形成される側面部と、前記発電要素群の前記電池缶への挿入に応じて前記底面部と前記側面部との境界が折れ曲がるように設けられた折れ曲がり部とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池（以下単に電池ともいう）及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球環境保護の社会動向を受け、ハイブリッド車や電気自動車等の車両駆動用電池の実用化，普及が必要である。車両駆動用電池の構造として、発電要素たる正極，負極双方のシート（正負極板）と、正負極板を分離するセパレータと、電解液とが、金属製や樹脂製の密閉容器内に収容され、発電要素の両極とそれぞれ接合された外部端子を設けたものが知られている。
【０００３】
これまでの電池は、外観が円柱状をなしたものが多かった。ところが、車両用電池では、出力や容量の向上を図るために数十から百超の個数の電池をまとめ、組電池としてひとつの車両に搭載することから、実装密度に優れる角形状のもの（角形電池）が検討されるようになっている。
【０００４】
従来の角形電池において、本発明に関係する電池缶と発電要素群の電気的隔絶（絶縁）の具体的な方法が、例えば次に示す各文献により既知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２９６５２２号公報
【特許文献２】特許第３４１３９０７号公報
【特許文献３】特開２００９−１７０１３７号公報
【特許文献４】特開２００７−２２６９８９号公報
【特許文献５】特開２００５−３０２５２９号公報
【０００６】
上記特許文献１では、電池缶と発電要素群との間に袋状絶縁フィルムを配した。
【０００７】
上記特許文献２では、発電要素群を一枚の連続部材を折り曲げて形成した一対のばね片を有する板ばねに挟み込み、電池内で加圧した。
【０００８】
上記特許文献３では、予め展開形状に形成された絶縁カバーで発電要素群を被覆して電池缶に収容した。
【０００９】
上記特許文献４では、予め展開形状に形成された絶縁カバーで発電要素群を被覆して電池缶に収容した。
【００１０】
上記特許文献５では、正極の外面および底面をシート状のセパレータおよび負極材で連続してＵ字状に覆い電池缶に収容した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記従来技術はそれぞれ次のような問題点がある。
【００１２】
特許文献１によれば、絶縁カバーは予め展開形状をなしており、発電要素群をその中に位置させた後、各折り曲げ部を折り曲げてから重ね部を溶着して袋状とする（特許文献１の００１９，００２０段落および図６，図７に記載）工程の後、これらを電池缶に収容する（特許文献１の００２６，００２７段落および図８Ａから図８Ｃに記載）ので、多くの工程を要してコスト高となり、なおかつ絶縁カバーや発電要素群にしわやよじれ、擦れなどを生じさせず、また仕上がり品質をばらつかせることなく組み立てることが難しい。
【００１３】
特許文献２によれば、発電要素群主面に圧縮力を与える板ばね形状のステンレス材で発電要素群および樹脂材を外側から覆い、それらを電池缶に収容する（特許文献２の００１９，００２０段落に記載）ので、ステンレス材が電池缶と直接擦れ合うこととなり、それにより生じた金属の擦れ粉が電池内に侵入する可能性がある。この擦れ粉は電池の信頼性を大きく低下させるので、確実に防止する必要がある。また、板ばね形状のステンレス材は予めプレス等の方法により所定形状に曲げ加工しておく必要があるので、電池の組立工程が多くコスト高となる。
【００１４】
特許文献３および特許文献４によれば、展開形状に形成された絶縁カバーを予め所定形状に折り曲げてから、形成された空間に発電要素群を収める（特許文献３の００３７，００３８段落，特許文献４の００１４段落および図３に記載）。このため、電池の量産過程において薄い樹脂製の絶縁カバーの折り曲げ後の形状がうまく定まらず、ゆがみや折れ曲がりなどを生じて発電要素群を良好に収容することが難しい。また、発電要素群を絶縁カバーに収容した後これらを電池缶に改めて収容する（特許文献３の００３９段落，特許文献４の００１４段落および図４に記載）ため、薄膜の積層構造である発電要素群とやはり薄膜からなる絶縁カバーの電池缶に対する位置決めが難しく、電池缶内にうまく収容することが難しい。
【００１５】
特許文献５によれば、正極材の底面をセパレータのみならずその外面に負極材を配してＵ字状に覆ってから電池缶に収容するため、負極材と電池缶が直接接触することとなり、すなわち負極材を含む発電要素群と電池缶との完全な絶縁が難しい。またセパレータがＵ字状であるため発電要素群の電池短側面側には絶縁手段が施されないため、絶縁が難しい。また正極材とそれをＵ字状に覆うセパレータおよび負極材が予めユニットを構成する（特許文献５の００１８に記載）ため、これらを形成した後に電池缶に収容することとなり、上記したと同様の理由から電池缶内にうまく収容することが難しい。
【００１６】
本発明は上記事案に鑑み、安価で仕上がり品質にばらつきを生じることのない、量産性に優れる二次電池を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明の二次電池は、開口部を持つ直方体状の電池缶と、前記電池缶の開口部を封止する電池蓋と、前記電池缶と前記電池蓋とで画定された空間内に配置される発電要素群と、前記電池缶と前記発電要素群との間を電気的に絶縁する絶縁カバーとを有し、前記絶縁カバーは、前記電池缶の開口部に対向し四辺を有する底面部と、前記底面部の四辺のうち少なくとも対向する二辺に沿って形成される側面部と、前記発電要素群の前記電池缶への挿入に応じて前記底面部と前記側面部との境界が折れ曲がるように設けられた折れ曲がり部とを有する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、絶縁カバーを、専用の樹脂注型金型を用いて立体成型することなく、単なるシート状樹脂素材から取得できるので、絶縁カバー製造コストを低く抑えることができ、結果的に絶縁カバーを含む電池コストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１（ａ）】第１の実施形態の電池の製造過程を示す斜視図である。
【図１（ｂ）】第１の実施形態の電池の製造過程を示す斜視図である。
【図１（ｃ）】第１の実施形態の電池の製造過程を示す斜視図である。
【図１（ｄ）】第１の実施形態の電池の製造過程を示す斜視図である。
【図２（ａ）】第１の実施形態の絶縁カバーの斜視図である。
【図２（ｂ）】第１の実施形態の絶縁カバーの電池缶への収容後の形状を示す断面斜視図である。
【図３（ａ）】第２の実施形態の絶縁カバーの斜視図である。
【図３（ｂ）】第２の実施形態の絶縁カバーの電池缶への収容時の状態を示す部分Ａ―Ａ断面図である。
【図４（ａ）】第３の実施形態の絶縁カバーの斜視図である。
【図４（ｂ）】第３の実施形態の絶縁カバーの電池缶への収容後の形状を示す断面斜視図である。
【図５（ａ）】第４の実施形態の絶縁カバーの斜視図である。
【図５（ｂ）】第４の実施形態の絶縁カバーの電池缶への収容後の形状を示す断面斜視図である。
【図６（ａ）】第５の実施形態の絶縁カバーの斜視図である。
【図６（ｂ）】第５の実施形態の絶縁カバーの電池缶への収容後の形状を示す断面斜視図である。
【図７（ａ）】第６の実施形態の絶縁カバーの斜視図である。
【図７（ｂ）】第６の実施形態の絶縁カバーの電池缶への収容後の形状を示す断面斜視図である。
【図８（ａ）】第７の実施形態の絶縁カバーの斜視図である。
【図８（ｂ）】第７の実施形態の絶縁カバーの電池缶への収容時の状態を示すＢ―Ｂ断面図である。
【図９】発電要素群である捲回体の構成を示す斜視図である。
【図１０】発電要素群である積層体の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を適用した電池の実施の形態について説明する。
【００２１】
本発明の電池は、図１（ａ）に見られるように、一面が開口した略矩形状の電池缶１と、電池缶１の開口面（開口部）１１を封止する電池蓋３とを備えている。電池蓋３は、輪郭が電池缶１の開口面１１輪郭に合致する平板状に形成されている。電池缶１，電池蓋３の材質には、共にアルミニウム合金が用いられている。
【００２２】
電池蓋３には、貫通孔を通じてシール材１３，接続板５Ａ（正極），接続板５Ｂ（負極）、および外部端子４Ａ（正極），外部端子４Ｂ（負極）が挿着されいずれも電池蓋３と機械的に一体化されている。また、接続板５Ａ，接続板５Ｂと外部端子４Ａ，外部端子４Ｂは直接接しており、電気的に導通している。シール材１３は、材質としてポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、あるいはペルフルオロアルコキシフッ素（ＰＦＡ）等の絶縁性樹脂が用いられている。正極となる接続板５Ａと外部端子４Ａは、材質としてアルミニウム合金が用いられている。また負極となる接続板５Ｂと外部端子４Ｂは、材質として銅合金が用いられている。
【００２３】
電池缶１と電池蓋３で画定される空間内には、正極板６Ｅ，負極板６Ｄとそれらの極性分離のためのセパレータ６Ｃが共に扁平状に捲回された発電要素群６が、電解液が浸潤した状態で配置されている。発電要素群６は、集電箔を有する正極板６Ｅ，負極板６Ｄが捲回または積層されたものである。両端部には、正負極集電箔上に活物質合剤が塗工されず集電箔が露出している未塗工部６Ａ（正極），未塗工部６Ｂ（負極）が露出している。未塗工部６Ａ，未塗工部６Ｂは発電要素群６の中で互いに反対側に位置している。未塗工部６Ａ，未塗工部６Ｂの一表面には接続板５Ａ，５Ｂが配置され、束ねられた各層の未塗工部６Ａ，未塗工部６Ｂと共に接合部で機械的および電気的に接合されている。接合には超音波接合法が用いられている。未塗工部６Ａ，未塗工部６Ｂは正極板６Ｅ，負極板６Ｄの活物質合剤の塗工部６Ｆよりも活物質合剤の厚さ分だけ薄いので、接合により各層同士を密着させた結果塗工部６Ｆよりも全体厚さが小さくなっている。
【００２４】
電池缶１と発電要素群６の間には、発電要素群６と電池缶１を電気的に絶縁する絶縁カバー７が配されている。絶縁カバー７はシート状で、図２（ａ）からも明らかなように、初期の形状は電池缶１の展開形状に略合致している。各面の境界にはほぼ直線状の薄肉部７Ａが形成されている。絶縁カバー７は、材質としてポリプロピレン（ＰＰ），ＰＰＳ，ＰＢＴ，ＰＦＡ、あるいはそれらの複合体などが用いられている。薄肉部７Ａは、シート状の樹脂素材に対してプレスを施すことで形成されている。
【００２５】
＜製造＞
電池は、電池蓋３にシール材１３，接続板５Ａ，接続板５Ｂ，外部端子４Ａ，外部端子４Ｂを固定する準備ステップ，正極板６Ｅ，負極板６Ｄを捲回して形状を整え、発電要素群６を形成する電極形成ステップ，発電要素群６の未塗工部６Ａ，未塗工部６Ｂの各層と接続板５Ａ，５Ｂを密着させて電気的および機械的に接合する接合ステップ，接合ステップを終えた発電要素群６を電池缶１に収容し、電池缶１と電池蓋３とを溶接接合する封止ステップ、を経て製造される。以下、それぞれのステップを説明する。
【００２６】
＜準備ステップ＞
準備ステップでは、貫通孔が設けられた電池蓋３に対し、貫通孔にはシール材１３，外部端子４Ａ，外部端子４Ｂを挿入し、挿入した外部端子４Ａ，外部端子４Ｂの電池内側となる先端部に正極の接続板５Ａ，負極の接続板５Ｂに予め設けた貫通孔を通して、同部をかしめて固定する。これにより、外部端子４Ａ，外部端子４Ｂと接続板５Ａ，接続板５Ｂとは直接接するため電気的に導通状態となり、これらと電池蓋３とは絶縁性のシール材１３を介して接するため電気的に絶縁の状態となって、いずれもが機械的に固定される。外部端子４Ａ，外部端子４Ｂと接続板５Ａ，接続板５Ｂとの電気的，機械的接続信頼性を高めるために、かしめ部の両者界面にさらに溶接を施す場合もある。
【００２７】
＜電極形成ステップ＞
電極形成ステップにおいて、発電要素群６は、正極板６Ｅおよび負極板６Ｄをセパレータ６Ｃを介在させて捲回することで形成する。図９に示すように、セパレータ６Ｃ，負極板６Ｄ，セパレータ６Ｃ，正極板６Ｅの順に積層し、負極側から断面長円状になるよう捲回する。このとき、正極板６Ｅの未塗工部６Ａと負極板６Ｄの未塗工部６Ｂとが互いに反対側に露出するようにする。また、捲き始め部分および巻き終わり部分には、セパレータ６Ｃのみを２〜３周程度捲回し、形状の安定化を図る。
【００２８】
発電要素群６を構成する正極板６Ｅは、正極集電箔としてアルミニウム箔を用いる。アルミニウム箔の両面には、正極活物質としてマンガン酸リチウム等のリチウム含有遷移金属複酸化物を含む正極活物質合剤が略均等かつ略均一に塗着されている。正極活物質合剤には、正極活物質以外に、炭素材料等の導電材およびポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦと略記する。）等のバインダ（結着材）が配合されている。アルミニウム箔への正極活物質合剤の塗工時には、Ｎ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰと略記する）等の分散溶媒で粘度調整される。このとき、アルミニウム箔の長寸方向一側の側縁に正極活物質合剤を塗工しない未塗工部６Ａを形成する。すなわち、未塗工部６Ａでは、アルミニウム箔が露出している。正極板６Ｅは、乾燥後ロールプレスで密度を調整している。
【００２９】
一方、負極板６Ｄは、負極集電箔として銅箔を用いる。銅箔の両面には、負極活物質としてリチウムイオンを可逆に吸蔵、放出可能な黒鉛等の炭素材を含む負極活物質合剤が略均等かつ略均一に塗着されている。負極活物質合剤には、負極活物質以外に、アセチレンブラック等の導電材やＰＶＤＦ等のバインダが配合されている。
【００３０】
銅箔への負極活物質合剤の塗工時には、ＮＭＰ等の分散溶媒で粘度調整される。このとき、銅箔の長寸方向一側の側縁に負極活物質合剤の塗工されない未塗工部６Ｂが形成される。すなわち、未塗工部６Ｂでは銅箔が露出している。負極板６Ｄは、乾燥後ロールプレスで密度を調整している。なお、負極板６Ｄの長さは、正極板６Ｅおよび負極板６Ｄを捲回したときに、捲回最内周および最外周で捲回方向に正極板６Ｅが負極板６Ｄからはみ出すことがないように、正極板６Ｅの長さより長く設定している。
【００３１】
＜接合ステップ＞
準備ステップで構成した部分アセンブリと電極形成ステップで構成した発電要素群６を用意し、両者を位置決めしてから未塗工部６Ｂの各層を発電要素群６の厚さ方向中心部に寄せて密着させる。加えて接続板５Ａ，接続板５Ｂを最表面に接触させ、加圧すると共に超音波振動を加えて未塗工部６Ｂの各層と接続板５Ａ，接続板５Ｂを一括接合する。これにより発電要素群６と外部端子４Ａ，外部端子４Ｂとが、接続板５Ａ，接続板５Ｂを介して電気的および機械的に接合される。これらは正極側，負極側共に行われる。
【００３２】
＜封止ステップ＞
まず、図１（ａ）のように準備ステップおよび接合ステップを経た構造体，絶縁カバー７，電池缶１を配する。このとき絶縁カバー７は電池缶１の開口面１１の領域内に底面７Ｂ全域が包含されるよう、また発電要素群６は絶縁カバー７への投影が絶縁カバー７の底面７Ｂに包含されるようそれぞれ位置決めされる。この状態から発電要素群６（および一体化された各部品）と電池缶１との距離を小さくする方向に、そのいずれかを相対移動させる。ここでは移動するのが発電要素群６，電池缶１のいずれであるかを特に限定しない。絶縁カバー７が発電要素群６，電池缶１の双方に接触する瞬間を経た後も相対移動を続けると、図１（ｂ）のように発電要素群６は次第に電池缶１に内挿され、伴って絶縁カバー７は薄肉部７Ａで折れ曲がる。相対移動がさらに進行すると図１（ｃ）のようになり、絶縁カバー７は電池缶１の内面に沿うように立体状を呈し、同時に発電要素群６と電池缶１の各対向部分に介在する格好となる。この状態において絶縁カバー７は、図２（ｂ）のように曲げ剛性が周囲よりも小さい薄肉部７Ａが集中的に曲がり、その他の部分はほぼ平面を維持することとなる。また薄肉部７Ａは、絶縁カバー７の発電要素に対向する面からノッチを導入することにより形成されることで、例えばその反対面にノッチを導入して形成した場合に起こり得る、電池缶１の開口部のエッジに引っかかるといった不具合を生じることなくスムーズに内挿できる。最終的には図１（ｄ）のように電池缶１と電池蓋３とが接触し、発電要素群６が完全に収容される。
【００３３】
上述したように、絶縁カバー７は薄肉部７Ａで折れ曲がる構造を有している。すなわち、絶縁カバー７は、電池缶１の開口面１１（開口部）に対向し四辺を有する底面７Ｂ（底面部）と、この底面部の四辺に沿って形成される２つの長側面７Ｇ，２つの短側面７Ｈ（まとめて側面部という）と、発電要素群６の電池缶１への挿入に応じて前述の底面部と側面部との境界が折れ曲がるように設けられた折れ曲がり部により構成される。
【００３４】
次に、電池蓋３と電池缶１の外周端を合わせ、合わせ面に隙間を生じぬよう治具により加圧する。電池蓋３と電池缶１の外縁の合わせ面に向けてレーザービームを照射し、該合わせ面に沿って全周にわたり走査して、電池缶１と電池蓋３を溶接する。
【００３５】
その後、注液口２０から電解液を注液する。電解液として本例では、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用いている。発電要素の内周部分まで均等かつ効率的に電解液を含浸させるために、電池缶１内圧力を予め電池外周の圧力よりも相対的に低く設定される。注液後、注液口２０を注液栓２２で密栓し注液口２０と注液栓２２との合わせ面外周をレーザービーム溶接して気密封止する。
【００３６】
（作用等）
続いて、本実施形態の電池の作用等について説明する。
【００３７】
［１］本実施形態の電池では、絶縁カバー７を、専用の樹脂注型金型を用いて立体成型することなく、単なるシート状樹脂素材から取得できるので、絶縁カバー７製造コストを低減でき、結果的に絶縁カバー７を用いる電池コストを低減することができる。
【００３８】
［２］本実施形態の電池では、封止ステップにおいて、発電要素群６と電池缶１の距離の相対変化により自動的に絶縁カバー７が折りたたまれ所定の立体形状となるので、特段の治具を要することなく発電要素群６および絶縁カバー７を電池缶１に収容することができ、電池製造コストを低減することができる。
【００３９】
［３］本実施形態の電池では、封止ステップにおいて、介在する絶縁カバー７の電池缶１側の各面が電池缶１の開口面１１エッジを摺動しながら、また摺動面の反対の面は発電要素群６表面を修道することなく密着しながら発電要素群６を電池缶１に収容できるので、発電要素群６が電池缶１の開口面１１エッジで損傷することを防止できる。また発電要素群６の電池缶１へ進入に伴って絶縁カバー７が次第に角度を狭めるので、発電要素群６の見かけの厚さが電池缶１の開口幅より大きい場合でも容易に収容することができる。
【００４０】
続いて、図３（ａ）（ｂ）は第２の実施形態の絶縁カバー７の斜視図と電池缶１への収容後の状態を示すＡ―Ａ断面図である。
【００４１】
本実施形態では、絶縁カバー７の底面７Ｂに凹凸部７Ｃが設けられている。本発明では絶縁カバー７の薄肉部７Ａが折れ曲がるに必要な荷重が発電要素群６に圧縮荷重として直接作用するので、発電要素群６各部にかかる応力を分散させて局所的な変形を抑え、損傷を防止するためには、絶縁カバー７の底面７Ｂが曲がることなく平面を維持する必要がある。凹凸部７Ｃにより、底面７Ｂの曲げ剛性が第１の実施形態よりも向上し、薄肉部７Ａとの曲げ剛性の差がさらに大きくなるので、電池缶１への内挿時に底面７Ｂの変形を小さく抑えることができる。したがって、発電要素群６の損傷を防止することができる。
【００４２】
なお、図３（ｂ）では、薄肉部７Ａは発電要素群６に対向する面の一部を凹とする構成を採用しているため、薄肉部７Ａの位置がより折れ曲がりやすくなる効果を有する。
【００４３】
なお、上記のとおり本実施形態の趣旨は、絶縁カバー７底面７Ｂの曲げ剛性を相対的に向上させることにあるので、形態は図示したものに囚われず、例えば底面７Ｂのみを厚く形成する、ヤング率の高い別材料を複合させる、など種々の構成が適用できる。
【００４４】
続いて、図４（ａ）（ｂ）は第３の実施形態の絶縁カバー７の斜視図と電池缶１の表示を除した電池の断面図である。
【００４５】
本実施形態では、絶縁カバー７のうち、発電要素群６の塗工部６Ｆ表面と対向する面が予め存在せず、一方接続板５Ａ，５Ｂと対向する面は予め両端にリブ（壁面）７Ｄを有する立体状に加工形成されている。図４（ｂ）でわかるように、折りたたまれ電池缶１に収容された後は絶縁カバー７は接続板５Ａ，接続板５Ｂと電池缶１との間、および未塗工部６Ａ，未塗工部６Ｂと電池缶１との間のみをカバーする格好となる。＜電極形成ステップ＞で説明したように、発電要素群６の塗工部６Ｆ表面は絶縁性のセパレータ６Ｃで覆われており外部との絶縁が確保されている。セパレータ６Ｃによる絶縁のマージンが十分である場合にはこのように絶縁カバー７形状を簡略化し、他の絶縁手段が存在しない接続板５Ａ，接続板５Ｂと電池缶１との間、および未塗工部６Ａ，未塗工部６Ｂと電池缶１との間のみをカバーする構成としてもよい。本実施形態により、絶縁カバー７の体積が低減して重量が軽減するので、結果的に電池重量の軽量化が図られる。リブ７Ｄは、シート状の樹脂素材を予め折り曲げて形成する場合と、シート状の素材を用いずに自在形状が得られる樹脂の注型により絶縁カバー７全体を形成する場合がある。
【００４６】
続いて、図５（ａ）（ｂ）は第４の実施形態の絶縁カバー７の斜視図と電池缶１の表示を除した電池の断面図である。
【００４７】
本実施形態では、絶縁カバー７は発電要素群６の塗工部６Ｆに対向する２面の両端にリブ７Ｄが形成されている。図５（ｂ）でわかるように、折りたたまれ電池缶１に収容された後はリブ７Ｄが接続板５Ａ，５Ｂ側まで延伸して結果的に電池缶１と発電要素群６が対向する全ての面に絶縁カバー７が介在することとなる。リブ７Ｄは第３の実施形態で述べたと同様の方法で設けられる。
【００４８】
続いて、図６（ａ）（ｂ）は第５の実施形態の絶縁カバー７の斜視図と電池缶１の表示を除した電池の断面図である。
【００４９】
本実施形態では、図６（ａ）でわかるように絶縁カバー７の短側面７Ｈ側には面に垂直なリブ７Ｄが予め設けられている。図６（ｂ）でわかるように、折りたたまれて電池缶１に収容された後はリブ７Ｄの部分は２枚の絶縁カバー７が重なって、これまでの実施形態で見られた折り曲げられた２面の絶縁カバー７の間の僅かな隙間がなくなっている。この形態により、絶縁カバー７の長側面７Ｇ側と短側面７Ｈ側の間（電池缶１コーナー部）の隙間がなくなることから、例えば未塗工部６Ａ，未塗工部６Ｂの各層から部分的にはみ出した箔片などが隙間に入り込んで電池缶１に接触するなどといった不具合も防止することができ、絶縁効果をより確実なものとすることができる。
【００５０】
なお、２枚の絶縁カバー７が重なっている構成は短側面７Ｈの一部に短側面７Ｈに対して略垂直なリブ７Ｄ（壁面）を有し、短側面７Ｈと電池缶１との間に壁面が介在するものである。本実施形態によれば、リブ７Ｄよりも電池缶１側に別の面の絶縁カバー７が重なっているので、発電要素群６および絶縁カバー７を電池缶１に収容する工程でリブ７Ｄが電池缶１の開口面１１に引っかかることなくスムーズに収容することができる。
【００５１】
また、図６（ａ）（ｂ）では短側面７Ｈにリブ７Ｄを設けたが、短側面７Ｈではなく長側面７Ｇにのみリブ７Ｄを設けた場合であっても、長側面７Ｇと電池缶１との間に壁面を介在させることができ、上記と同様の効果を得られる。
【００５２】
続いて、図７（ａ）（ｂ）は第６の実施形態の絶縁カバー７の斜視図と電池缶１の表示を除した電池の断面図である。
【００５３】
本実施形態では、図７（ａ）でわかるように絶縁カバー７の短側面７Ｈ側には部分的にリブ７Ｄが設けられており、一方長側面７Ｇ側は部分的に切り欠き状になっている。折りたたまれて電池缶１に収容された後は、図７（ｂ）でわかるように短側面７Ｈ側のリブ７Ｄが長側面７Ｇ側の切り欠き部に回り込み、それら両者は重なることなく収容されている。電池缶１内部でそれらが重なることにより、電池に余剰な厚さが必要になり、薄型化の妨げになる場合、あるいはそれらが重なることにより電池内部の熱伝導性（放熱性）が低下することが問題となる場合には、このような形態を採ることにより解決を図ることができる。
【００５４】
続いて、図８（ａ）（ｂ）は第７の実施形態の絶縁カバー７の斜視図と電池缶１への収容後の形状を示すＢ―Ｂ断面図である。
【００５５】
本実施形態では、絶縁カバー７の、発電要素群６の塗工部６Ｆと対向する面（長側面７Ｇ）に複数の貫通孔９が形成されている。また各貫通孔９の周囲には発電要素側に凸の厚肉部１０が形成されている。折りたたまれて電池缶１に収容された後は、図８（ｂ）でわかるように厚肉部１０が発電要素群６を加圧している（図８（ｂ）ではそのことをわかりやすく表現するため、厚肉部１０と発電要素群６を一部交差させている）。ここで各貫通孔９は、絶縁カバー７と電池缶１の間および絶縁カバー７と発電要素群６の間の電解液の疎通を可能にし、直接電池機能に作用しない遊離液を低減させる。一方厚肉部１０は、発電要素群６に対して適性な面圧を付与する。厚肉部１０は絶縁カバー７と同材質であり、可撓性を有する樹脂素材であるため、電池缶１と発電要素群６との隙間が異なっていてもその隙間に応じて両者の間に介在することができる。この結果、発電要素群６は適切な面圧が付与されることで、やむを得ず発生し電池効率を低下させる各層の間の隙間が押し潰されて低減し、電池効率を高く維持することが可能になる。また発電要素群６の厚さがやむを得ずばらついても、厚肉部１０の可撓性によりそれを吸収することができる。
【００５６】
なおこれまでは、電池としてリチウムイオン二次電池を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、二次電池一般に適用することができる。また、正極活物質としてマンガン酸リチウム、負極活物質として黒鉛をそれぞれ例示したが、本発明はこれらに制限されるものではなく、通常リチウムイオン二次電池に用いられる活物質を用いることもできる。正極活物質としては、リチウムイオンを挿入・脱離可能な材料であり、予め十分な量のリチウムイオンを挿入したリチウム遷移金属複合酸化物を用いればよく、リチウム遷移金属複合酸化物の結晶中のリチウムや遷移金属の一部をそれら以外の元素で置換あるいはドープした材料を使用するようにしてもよい。さらに、結晶構造についても特に制限はなく、スピネル系，層状系，オリビン系のいずれの結晶構造を有していてもよい。一方、黒鉛以外の負極活物質としては、例えば、コークスや非晶質炭素等の炭素材を挙げることができ、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。
【００５７】
またさらに、本発明は、本実施形態で例示した導電材やバインダについても特に限定されず、通常リチウムイオン二次電池に用いられているいずれのものも使用可能である。本実施形態以外で用いることのできるバインダとしては、ポリテトラフルオロエチレン，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等の重合体およびこれらの混合体等を挙げることができる。
【００５８】
またさらに、本実施形態では、エチレンカーボネート等の炭酸エチレン系有機溶媒にＬｉＰＦ6を溶解した非水電解液を例示したが、一般的なリチウム塩を電解質とし、これを有機溶媒に溶解した非水電解液を用いてもよく、本発明は用いられるリチウム塩や有機溶媒には特に制限されるものではない。例えば、電解質としては、ＬｉＣｌＯ4，ＬｉＡｓＦ6，ＬｉＢＦ4，ＬｉＢ（Ｃ6Ｈ5）4，ＣＨ3ＳＯ3Ｌｉ，ＣＦ3ＳＯ3Ｌｉ等やこれらの混合物を用いることができる。また、有機溶媒としてはジエチルカーボネート，プロピレンカーボネート，１，２−ジエトキシエタン，γ−ブチロラクトン，スルホラン，プロピオニトリル等、または、これらの２種以上を混合した混合溶媒を用いることができる。
【００５９】
またさらに、本実施形態では発電要素群６として正極板６Ｅ，負極板６Ｄを捲回して形成する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、正極板６Ｅ，負極板６Ｄを積層して形成することも可能である。図１０に示すように、積層式の発電要素群６では、矩形状の正極板６Ｅと、矩形状の負極板６Ｄとが、矩形状のセパレータ６Ｃを介して交互に積層されている。このとき、未塗工部６Ａ，未塗工部６Ｂが発電要素群６の両端面にそれぞれ位置するように積層されている。このような積層式の発電要素群６でも、上述した本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
またさらに、シール材１３は予め別体の部品ではなくインサート成型により形成してもよい。電池缶１と外部端子４Ａ，外部端子４Ｂとを一定の間隔に保持する金型を用い、金型に形成した隙間にＰＰＳやＰＢＴなどの樹脂材料をインサート成型することでシール材１３を形成してもよい。インサート成型により、電池蓋３と外部端子４Ａ，外部端子４Ｂとの相対位置が固定され、両者間の絶縁が確保され、かつ気密が確立される。
【符号の説明】
【００６１】
１ 電池缶
３ 電池蓋
４Ａ 外部端子（正極）
４Ｂ 外部端子（負極）
５Ａ 接続板（正極）
５Ｂ 接続板（負極）
６ 発電要素群
６Ａ 未塗工部（正極）
６Ｂ 未塗工部（負極）
６Ｃ セパレータ
６Ｄ 負極板
６Ｅ 正極板
６Ｆ 塗工部
７ 絶縁カバー
７Ａ 薄肉部
７Ｂ 底面
７Ｃ 凹凸部
７Ｄ リブ
７Ｇ 長側面
７Ｈ 短側面
８Ａ 接合部（正極）
８Ｂ 接合部（負極）
９ 貫通孔
１０ 厚肉部
１１ 開口面
１３ シール材
２０ 注液口
２２ 注液栓
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池（以下単に電池ともいう）及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球環境保護の社会動向を受け、ハイブリッド車や電気自動車等の車両駆動用電池の実用化，普及が必要である。車両駆動用電池の構造として、発電要素たる正極，負極双方のシート（正負極板）と、正負極板を分離するセパレータと、電解液とが、金属製や樹脂製の密閉容器内に収容され、発電要素の両極とそれぞれ接合された外部端子を設けたものが知られている。
【０００３】
これまでの電池は、外観が円柱状をなしたものが多かった。ところが、車両用電池では、出力や容量の向上を図るために数十から百超の個数の電池をまとめ、組電池としてひとつの車両に搭載することから、実装密度に優れる角形状のもの（角形電池）が検討されるようになっている。
【０００４】
従来の角形電池において、本発明に関係する電池缶と発電要素群の電気的隔絶（絶縁）の具体的な方法が、例えば次に示す各文献により既知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２９６５２２号公報
【特許文献２】特許第３４１３９０７号公報
【特許文献３】特開２００９−１７０１３７号公報
【特許文献４】特開２００７−２２６９８９号公報
【特許文献５】特開２００５−３０２５２９号公報
【０００６】
上記特許文献１では、電池缶と発電要素群との間に袋状絶縁フィルムを配した。
【０００７】
上記特許文献２では、発電要素群を一枚の連続部材を折り曲げて形成した一対のばね片を有する板ばねに挟み込み、電池内で加圧した。
【０００８】
上記特許文献３では、予め展開形状に形成された絶縁カバーで発電要素群を被覆して電池缶に収容した。
【０００９】
上記特許文献４では、予め展開形状に形成された絶縁カバーで発電要素群を被覆して電池缶に収容した。
【００１０】
上記特許文献５では、正極の外面および底面をシート状のセパレータおよび負極材で連続してＵ字状に覆い電池缶に収容した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記従来技術はそれぞれ次のような問題点がある。
【００１２】
特許文献１によれば、絶縁カバーは予め展開形状をなしており、発電要素群をその中に位置させた後、各折り曲げ部を折り曲げてから重ね部を溶着して袋状とする（特許文献１の００１９，００２０段落および図６，図７に記載）工程の後、これらを電池缶に収容する（特許文献１の００２６，００２７段落および図８Ａから図８Ｃに記載）ので、多くの工程を要してコスト高となり、なおかつ絶縁カバーや発電要素群にしわやよじれ、擦れなどを生じさせず、また仕上がり品質をばらつかせることなく組み立てることが難しい。
【００１３】
特許文献２によれば、発電要素群主面に圧縮力を与える板ばね形状のステンレス材で発電要素群および樹脂材を外側から覆い、それらを電池缶に収容する（特許文献２の００１９，００２０段落に記載）ので、ステンレス材が電池缶と直接擦れ合うこととなり、それにより生じた金属の擦れ粉が電池内に侵入する可能性がある。この擦れ粉は電池の信頼性を大きく低下させるので、確実に防止する必要がある。また、板ばね形状のステンレス材は予めプレス等の方法により所定形状に曲げ加工しておく必要があるので、電池の組立工程が多くコスト高となる。
【００１４】
特許文献３および特許文献４によれば、展開形状に形成された絶縁カバーを予め所定形状に折り曲げてから、形成された空間に発電要素群を収める（特許文献３の００３７，００３８段落，特許文献４の００１４段落および図３に記載）。このため、電池の量産過程において薄い樹脂製の絶縁カバーの折り曲げ後の形状がうまく定まらず、ゆがみや折れ曲がりなどを生じて発電要素群を良好に収容することが難しい。また、発電要素群を絶縁カバーに収容した後これらを電池缶に改めて収容する（特許文献３の００３９段落，特許文献４の００１４段落および図４に記載）ため、薄膜の積層構造である発電要素群とやはり薄膜からなる絶縁カバーの電池缶に対する位置決めが難しく、電池缶内にうまく収容することが難しい。
【００１５】
特許文献５によれば、正極材の底面をセパレータのみならずその外面に負極材を配してＵ字状に覆ってから電池缶に収容するため、負極材と電池缶が直接接触することとなり、すなわち負極材を含む発電要素群と電池缶との完全な絶縁が難しい。またセパレータがＵ字状であるため発電要素群の電池短側面側には絶縁手段が施されないため、絶縁が難しい。また正極材とそれをＵ字状に覆うセパレータおよび負極材が予めユニットを構成する（特許文献５の００１８に記載）ため、これらを形成した後に電池缶に収容することとなり、上記したと同様の理由から電池缶内にうまく収容することが難しい。
【００１６】
本発明は上記事案に鑑み、安価で仕上がり品質にばらつきを生じることのない、量産性に優れる二次電池を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明の二次電池は、開口部を持つ直方体状の電池缶と、前記電池缶の開口部を封止する電池蓋と、前記電池缶と前記電池蓋とで画定された空間内に配置される発電要素群と、前記電池缶と前記発電要素群との間を電気的に絶縁する絶縁カバーとを有し、前記絶縁カバーは、前記電池缶の開口部に対向し四辺を有する底面部と、前記底面部の四辺のうち少なくとも対向する二辺に沿って形成される側面部と、前記発電要素群の前記電池缶への挿入に応じて前記底面部と前記側面部との境界が折れ曲がるように設けられた折れ曲がり部とを有する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、絶縁カバーを、専用の樹脂注型金型を用いて立体成型することなく、単なるシート状樹脂素材から取得できるので、絶縁カバー製造コストを低く抑えることができ、結果的に絶縁カバーを含む電池コストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１（ａ）】第１の実施形態の電池の製造過程を示す斜視図である。
【図１（ｂ）】第１の実施形態の電池の製造過程を示す斜視図である。
【図１（ｃ）】第１の実施形態の電池の製造過程を示す斜視図である。
【図１（ｄ）】第１の実施形態の電池の製造過程を示す斜視図である。
【図２（ａ）】第１の実施形態の絶縁カバーの斜視図である。
【図２（ｂ）】第１の実施形態の絶縁カバーの電池缶への収容後の形状を示す断面斜視図である。
【図３（ａ）】第２の実施形態の絶縁カバーの斜視図である。
【図３（ｂ）】第２の実施形態の絶縁カバーの電池缶への収容時の状態を示す部分Ａ―Ａ断面図である。
【図４（ａ）】第３の実施形態の絶縁カバーの斜視図である。
【図４（ｂ）】第３の実施形態の絶縁カバーの電池缶への収容後の形状を示す断面斜視図である。
【図５（ａ）】第４の実施形態の絶縁カバーの斜視図である。
【図５（ｂ）】第４の実施形態の絶縁カバーの電池缶への収容後の形状を示す断面斜視図である。
【図６（ａ）】第５の実施形態の絶縁カバーの斜視図である。
【図６（ｂ）】第５の実施形態の絶縁カバーの電池缶への収容後の形状を示す断面斜視図である。
【図７（ａ）】第６の実施形態の絶縁カバーの斜視図である。
【図７（ｂ）】第６の実施形態の絶縁カバーの電池缶への収容後の形状を示す断面斜視図である。
【図８（ａ）】第７の実施形態の絶縁カバーの斜視図である。
【図８（ｂ）】第７の実施形態の絶縁カバーの電池缶への収容時の状態を示すＢ―Ｂ断面図である。
【図９】発電要素群である捲回体の構成を示す斜視図である。
【図１０】発電要素群である積層体の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を適用した電池の実施の形態について説明する。
【００２１】
本発明の電池は、図１（ａ）に見られるように、一面が開口した略矩形状の電池缶１と、電池缶１の開口面（開口部）１１を封止する電池蓋３とを備えている。電池蓋３は、輪郭が電池缶１の開口面１１輪郭に合致する平板状に形成されている。電池缶１，電池蓋３の材質には、共にアルミニウム合金が用いられている。
【００２２】
電池蓋３には、貫通孔を通じてシール材１３，接続板５Ａ（正極），接続板５Ｂ（負極）、および外部端子４Ａ（正極），外部端子４Ｂ（負極）が挿着されいずれも電池蓋３と機械的に一体化されている。また、接続板５Ａ，接続板５Ｂと外部端子４Ａ，外部端子４Ｂは直接接しており、電気的に導通している。シール材１３は、材質としてポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、あるいはペルフルオロアルコキシフッ素（ＰＦＡ）等の絶縁性樹脂が用いられている。正極となる接続板５Ａと外部端子４Ａは、材質としてアルミニウム合金が用いられている。また負極となる接続板５Ｂと外部端子４Ｂは、材質として銅合金が用いられている。
【００２３】
電池缶１と電池蓋３で画定される空間内には、正極板６Ｅ，負極板６Ｄとそれらの極性分離のためのセパレータ６Ｃが共に扁平状に捲回された発電要素群６が、電解液が浸潤した状態で配置されている。発電要素群６は、集電箔を有する正極板６Ｅ，負極板６Ｄが捲回または積層されたものである。両端部には、正負極集電箔上に活物質合剤が塗工されず集電箔が露出している未塗工部６Ａ（正極），未塗工部６Ｂ（負極）が露出している。未塗工部６Ａ，未塗工部６Ｂは発電要素群６の中で互いに反対側に位置している。未塗工部６Ａ，未塗工部６Ｂの一表面には接続板５Ａ，５Ｂが配置され、束ねられた各層の未塗工部６Ａ，未塗工部６Ｂと共に接合部で機械的および電気的に接合されている。接合には超音波接合法が用いられている。未塗工部６Ａ，未塗工部６Ｂは正極板６Ｅ，負極板６Ｄの活物質合剤の塗工部６Ｆよりも活物質合剤の厚さ分だけ薄いので、接合により各層同士を密着させた結果塗工部６Ｆよりも全体厚さが小さくなっている。
【００２４】
電池缶１と発電要素群６の間には、発電要素群６と電池缶１を電気的に絶縁する絶縁カバー７が配されている。絶縁カバー７はシート状で、図２（ａ）からも明らかなように、初期の形状は電池缶１の展開形状に略合致している。各面の境界にはほぼ直線状の薄肉部７Ａが形成されている。絶縁カバー７は、材質としてポリプロピレン（ＰＰ），ＰＰＳ，ＰＢＴ，ＰＦＡ、あるいはそれらの複合体などが用いられている。薄肉部７Ａは、シート状の樹脂素材に対してプレスを施すことで形成されている。
【００２５】
＜製造＞
電池は、電池蓋３にシール材１３，接続板５Ａ，接続板５Ｂ，外部端子４Ａ，外部端子４Ｂを固定する準備ステップ，正極板６Ｅ，負極板６Ｄを捲回して形状を整え、発電要素群６を形成する電極形成ステップ，発電要素群６の未塗工部６Ａ，未塗工部６Ｂの各層と接続板５Ａ，５Ｂを密着させて電気的および機械的に接合する接合ステップ，接合ステップを終えた発電要素群６を電池缶１に収容し、電池缶１と電池蓋３とを溶接接合する封止ステップ、を経て製造される。以下、それぞれのステップを説明する。
【００２６】
＜準備ステップ＞
準備ステップでは、貫通孔が設けられた電池蓋３に対し、貫通孔にはシール材１３，外部端子４Ａ，外部端子４Ｂを挿入し、挿入した外部端子４Ａ，外部端子４Ｂの電池内側となる先端部に正極の接続板５Ａ，負極の接続板５Ｂに予め設けた貫通孔を通して、同部をかしめて固定する。これにより、外部端子４Ａ，外部端子４Ｂと接続板５Ａ，接続板５Ｂとは直接接するため電気的に導通状態となり、これらと電池蓋３とは絶縁性のシール材１３を介して接するため電気的に絶縁の状態となって、いずれもが機械的に固定される。外部端子４Ａ，外部端子４Ｂと接続板５Ａ，接続板５Ｂとの電気的，機械的接続信頼性を高めるために、かしめ部の両者界面にさらに溶接を施す場合もある。
【００２７】
＜電極形成ステップ＞
電極形成ステップにおいて、発電要素群６は、正極板６Ｅおよび負極板６Ｄをセパレータ６Ｃを介在させて捲回することで形成する。図９に示すように、セパレータ６Ｃ，負極板６Ｄ，セパレータ６Ｃ，正極板６Ｅの順に積層し、負極側から断面長円状になるよう捲回する。このとき、正極板６Ｅの未塗工部６Ａと負極板６Ｄの未塗工部６Ｂとが互いに反対側に露出するようにする。また、捲き始め部分および巻き終わり部分には、セパレータ６Ｃのみを２〜３周程度捲回し、形状の安定化を図る。
【００２８】
発電要素群６を構成する正極板６Ｅは、正極集電箔としてアルミニウム箔を用いる。アルミニウム箔の両面には、正極活物質としてマンガン酸リチウム等のリチウム含有遷移金属複酸化物を含む正極活物質合剤が略均等かつ略均一に塗着されている。正極活物質合剤には、正極活物質以外に、炭素材料等の導電材およびポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦと略記する。）等のバインダ（結着材）が配合されている。アルミニウム箔への正極活物質合剤の塗工時には、Ｎ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰと略記する）等の分散溶媒で粘度調整される。このとき、アルミニウム箔の長寸方向一側の側縁に正極活物質合剤を塗工しない未塗工部６Ａを形成する。すなわち、未塗工部６Ａでは、アルミニウム箔が露出している。正極板６Ｅは、乾燥後ロールプレスで密度を調整している。
【００２９】
一方、負極板６Ｄは、負極集電箔として銅箔を用いる。銅箔の両面には、負極活物質としてリチウムイオンを可逆に吸蔵、放出可能な黒鉛等の炭素材を含む負極活物質合剤が略均等かつ略均一に塗着されている。負極活物質合剤には、負極活物質以外に、アセチレンブラック等の導電材やＰＶＤＦ等のバインダが配合されている。
【００３０】
銅箔への負極活物質合剤の塗工時には、ＮＭＰ等の分散溶媒で粘度調整される。このとき、銅箔の長寸方向一側の側縁に負極活物質合剤の塗工されない未塗工部６Ｂが形成される。すなわち、未塗工部６Ｂでは銅箔が露出している。負極板６Ｄは、乾燥後ロールプレスで密度を調整している。なお、負極板６Ｄの長さは、正極板６Ｅおよび負極板６Ｄを捲回したときに、捲回最内周および最外周で捲回方向に正極板６Ｅが負極板６Ｄからはみ出すことがないように、正極板６Ｅの長さより長く設定している。
【００３１】
＜接合ステップ＞
準備ステップで構成した部分アセンブリと電極形成ステップで構成した発電要素群６を用意し、両者を位置決めしてから未塗工部６Ｂの各層を発電要素群６の厚さ方向中心部に寄せて密着させる。加えて接続板５Ａ，接続板５Ｂを最表面に接触させ、加圧すると共に超音波振動を加えて未塗工部６Ｂの各層と接続板５Ａ，接続板５Ｂを一括接合する。これにより発電要素群６と外部端子４Ａ，外部端子４Ｂとが、接続板５Ａ，接続板５Ｂを介して電気的および機械的に接合される。これらは正極側，負極側共に行われる。
【００３２】
＜封止ステップ＞
まず、図１（ａ）のように準備ステップおよび接合ステップを経た構造体，絶縁カバー７，電池缶１を配する。このとき絶縁カバー７は電池缶１の開口面１１の領域内に底面７Ｂ全域が包含されるよう、また発電要素群６は絶縁カバー７への投影が絶縁カバー７の底面７Ｂに包含されるようそれぞれ位置決めされる。この状態から発電要素群６（および一体化された各部品）と電池缶１との距離を小さくする方向に、そのいずれかを相対移動させる。ここでは移動するのが発電要素群６，電池缶１のいずれであるかを特に限定しない。絶縁カバー７が発電要素群６，電池缶１の双方に接触する瞬間を経た後も相対移動を続けると、図１（ｂ）のように発電要素群６は次第に電池缶１に内挿され、伴って絶縁カバー７は薄肉部７Ａで折れ曲がる。相対移動がさらに進行すると図１（ｃ）のようになり、絶縁カバー７は電池缶１の内面に沿うように立体状を呈し、同時に発電要素群６と電池缶１の各対向部分に介在する格好となる。この状態において絶縁カバー７は、図２（ｂ）のように曲げ剛性が周囲よりも小さい薄肉部７Ａが集中的に曲がり、その他の部分はほぼ平面を維持することとなる。また薄肉部７Ａは、絶縁カバー７の発電要素に対向する面からノッチを導入することにより形成されることで、例えばその反対面にノッチを導入して形成した場合に起こり得る、電池缶１の開口部のエッジに引っかかるといった不具合を生じることなくスムーズに内挿できる。最終的には図１（ｄ）のように電池缶１と電池蓋３とが接触し、発電要素群６が完全に収容される。
【００３３】
上述したように、絶縁カバー７は薄肉部７Ａで折れ曲がる構造を有している。すなわち、絶縁カバー７は、電池缶１の開口面１１（開口部）に対向し四辺を有する底面７Ｂ（底面部）と、この底面部の四辺に沿って形成される２つの長側面７Ｇ，２つの短側面７Ｈ（まとめて側面部という）と、発電要素群６の電池缶１への挿入に応じて前述の底面部と側面部との境界が折れ曲がるように設けられた折れ曲がり部により構成される。
【００３４】
次に、電池蓋３と電池缶１の外周端を合わせ、合わせ面に隙間を生じぬよう治具により加圧する。電池蓋３と電池缶１の外縁の合わせ面に向けてレーザービームを照射し、該合わせ面に沿って全周にわたり走査して、電池缶１と電池蓋３を溶接する。
【００３５】
その後、注液口２０から電解液を注液する。電解液として本例では、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用いている。発電要素の内周部分まで均等かつ効率的に電解液を含浸させるために、電池缶１内圧力を予め電池外周の圧力よりも相対的に低く設定される。注液後、注液口２０を注液栓２２で密栓し注液口２０と注液栓２２との合わせ面外周をレーザービーム溶接して気密封止する。
【００３６】
（作用等）
続いて、本実施形態の電池の作用等について説明する。
【００３７】
［１］本実施形態の電池では、絶縁カバー７を、専用の樹脂注型金型を用いて立体成型することなく、単なるシート状樹脂素材から取得できるので、絶縁カバー７製造コストを低減でき、結果的に絶縁カバー７を用いる電池コストを低減することができる。
【００３８】
［２］本実施形態の電池では、封止ステップにおいて、発電要素群６と電池缶１の距離の相対変化により自動的に絶縁カバー７が折りたたまれ所定の立体形状となるので、特段の治具を要することなく発電要素群６および絶縁カバー７を電池缶１に収容することができ、電池製造コストを低減することができる。
【００３９】
［３］本実施形態の電池では、封止ステップにおいて、介在する絶縁カバー７の電池缶１側の各面が電池缶１の開口面１１エッジを摺動しながら、また摺動面の反対の面は発電要素群６表面を修道することなく密着しながら発電要素群６を電池缶１に収容できるので、発電要素群６が電池缶１の開口面１１エッジで損傷することを防止できる。また発電要素群６の電池缶１へ進入に伴って絶縁カバー７が次第に角度を狭めるので、発電要素群６の見かけの厚さが電池缶１の開口幅より大きい場合でも容易に収容することができる。
【００４０】
続いて、図３（ａ）（ｂ）は第２の実施形態の絶縁カバー７の斜視図と電池缶１への収容後の状態を示すＡ―Ａ断面図である。
【００４１】
本実施形態では、絶縁カバー７の底面７Ｂに凹凸部７Ｃが設けられている。本発明では絶縁カバー７の薄肉部７Ａが折れ曲がるに必要な荷重が発電要素群６に圧縮荷重として直接作用するので、発電要素群６各部にかかる応力を分散させて局所的な変形を抑え、損傷を防止するためには、絶縁カバー７の底面７Ｂが曲がることなく平面を維持する必要がある。凹凸部７Ｃにより、底面７Ｂの曲げ剛性が第１の実施形態よりも向上し、薄肉部７Ａとの曲げ剛性の差がさらに大きくなるので、電池缶１への内挿時に底面７Ｂの変形を小さく抑えることができる。したがって、発電要素群６の損傷を防止することができる。
【００４２】
なお、図３（ｂ）では、薄肉部７Ａは発電要素群６に対向する面の一部を凹とする構成を採用しているため、薄肉部７Ａの位置がより折れ曲がりやすくなる効果を有する。
【００４３】
なお、上記のとおり本実施形態の趣旨は、絶縁カバー７底面７Ｂの曲げ剛性を相対的に向上させることにあるので、形態は図示したものに囚われず、例えば底面７Ｂのみを厚く形成する、ヤング率の高い別材料を複合させる、など種々の構成が適用できる。
【００４４】
続いて、図４（ａ）（ｂ）は第３の実施形態の絶縁カバー７の斜視図と電池缶１の表示を除した電池の断面図である。
【００４５】
本実施形態では、絶縁カバー７のうち、発電要素群６の塗工部６Ｆ表面と対向する面が予め存在せず、一方接続板５Ａ，５Ｂと対向する面は予め両端にリブ（壁面）７Ｄを有する立体状に加工形成されている。図４（ｂ）でわかるように、折りたたまれ電池缶１に収容された後は絶縁カバー７は接続板５Ａ，接続板５Ｂと電池缶１との間、および未塗工部６Ａ，未塗工部６Ｂと電池缶１との間のみをカバーする格好となる。＜電極形成ステップ＞で説明したように、発電要素群６の塗工部６Ｆ表面は絶縁性のセパレータ６Ｃで覆われており外部との絶縁が確保されている。セパレータ６Ｃによる絶縁のマージンが十分である場合にはこのように絶縁カバー７形状を簡略化し、他の絶縁手段が存在しない接続板５Ａ，接続板５Ｂと電池缶１との間、および未塗工部６Ａ，未塗工部６Ｂと電池缶１との間のみをカバーする構成としてもよい。本実施形態により、絶縁カバー７の体積が低減して重量が軽減するので、結果的に電池重量の軽量化が図られる。リブ７Ｄは、シート状の樹脂素材を予め折り曲げて形成する場合と、シート状の素材を用いずに自在形状が得られる樹脂の注型により絶縁カバー７全体を形成する場合がある。
【００４６】
続いて、図５（ａ）（ｂ）は第４の実施形態の絶縁カバー７の斜視図と電池缶１の表示を除した電池の断面図である。
【００４７】
本実施形態では、絶縁カバー７は発電要素群６の塗工部６Ｆに対向する２面の両端にリブ７Ｄが形成されている。図５（ｂ）でわかるように、折りたたまれ電池缶１に収容された後はリブ７Ｄが接続板５Ａ，５Ｂ側まで延伸して結果的に電池缶１と発電要素群６が対向する全ての面に絶縁カバー７が介在することとなる。リブ７Ｄは第３の実施形態で述べたと同様の方法で設けられる。
【００４８】
続いて、図６（ａ）（ｂ）は第５の実施形態の絶縁カバー７の斜視図と電池缶１の表示を除した電池の断面図である。
【００４９】
本実施形態では、図６（ａ）でわかるように絶縁カバー７の短側面７Ｈ側には面に垂直なリブ７Ｄが予め設けられている。図６（ｂ）でわかるように、折りたたまれて電池缶１に収容された後はリブ７Ｄの部分は２枚の絶縁カバー７が重なって、これまでの実施形態で見られた折り曲げられた２面の絶縁カバー７の間の僅かな隙間がなくなっている。この形態により、絶縁カバー７の長側面７Ｇ側と短側面７Ｈ側の間（電池缶１コーナー部）の隙間がなくなることから、例えば未塗工部６Ａ，未塗工部６Ｂの各層から部分的にはみ出した箔片などが隙間に入り込んで電池缶１に接触するなどといった不具合も防止することができ、絶縁効果をより確実なものとすることができる。
【００５０】
なお、２枚の絶縁カバー７が重なっている構成は短側面７Ｈの一部に短側面７Ｈに対して略垂直なリブ７Ｄ（壁面）を有し、短側面７Ｈと電池缶１との間に壁面が介在するものである。本実施形態によれば、リブ７Ｄよりも電池缶１側に別の面の絶縁カバー７が重なっているので、発電要素群６および絶縁カバー７を電池缶１に収容する工程でリブ７Ｄが電池缶１の開口面１１に引っかかることなくスムーズに収容することができる。
【００５１】
また、図６（ａ）（ｂ）では短側面７Ｈにリブ７Ｄを設けたが、短側面７Ｈではなく長側面７Ｇにのみリブ７Ｄを設けた場合であっても、長側面７Ｇと電池缶１との間に壁面を介在させることができ、上記と同様の効果を得られる。
【００５２】
続いて、図７（ａ）（ｂ）は第６の実施形態の絶縁カバー７の斜視図と電池缶１の表示を除した電池の断面図である。
【００５３】
本実施形態では、図７（ａ）でわかるように絶縁カバー７の短側面７Ｈ側には部分的にリブ７Ｄが設けられており、一方長側面７Ｇ側は部分的に切り欠き状になっている。折りたたまれて電池缶１に収容された後は、図７（ｂ）でわかるように短側面７Ｈ側のリブ７Ｄが長側面７Ｇ側の切り欠き部に回り込み、それら両者は重なることなく収容されている。電池缶１内部でそれらが重なることにより、電池に余剰な厚さが必要になり、薄型化の妨げになる場合、あるいはそれらが重なることにより電池内部の熱伝導性（放熱性）が低下することが問題となる場合には、このような形態を採ることにより解決を図ることができる。
【００５４】
続いて、図８（ａ）（ｂ）は第７の実施形態の絶縁カバー７の斜視図と電池缶１への収容後の形状を示すＢ―Ｂ断面図である。
【００５５】
本実施形態では、絶縁カバー７の、発電要素群６の塗工部６Ｆと対向する面（長側面７Ｇ）に複数の貫通孔９が形成されている。また各貫通孔９の周囲には発電要素側に凸の厚肉部１０が形成されている。折りたたまれて電池缶１に収容された後は、図８（ｂ）でわかるように厚肉部１０が発電要素群６を加圧している（図８（ｂ）ではそのことをわかりやすく表現するため、厚肉部１０と発電要素群６を一部交差させている）。ここで各貫通孔９は、絶縁カバー７と電池缶１の間および絶縁カバー７と発電要素群６の間の電解液の疎通を可能にし、直接電池機能に作用しない遊離液を低減させる。一方厚肉部１０は、発電要素群６に対して適性な面圧を付与する。厚肉部１０は絶縁カバー７と同材質であり、可撓性を有する樹脂素材であるため、電池缶１と発電要素群６との隙間が異なっていてもその隙間に応じて両者の間に介在することができる。この結果、発電要素群６は適切な面圧が付与されることで、やむを得ず発生し電池効率を低下させる各層の間の隙間が押し潰されて低減し、電池効率を高く維持することが可能になる。また発電要素群６の厚さがやむを得ずばらついても、厚肉部１０の可撓性によりそれを吸収することができる。
【００５６】
なおこれまでは、電池としてリチウムイオン二次電池を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、二次電池一般に適用することができる。また、正極活物質としてマンガン酸リチウム、負極活物質として黒鉛をそれぞれ例示したが、本発明はこれらに制限されるものではなく、通常リチウムイオン二次電池に用いられる活物質を用いることもできる。正極活物質としては、リチウムイオンを挿入・脱離可能な材料であり、予め十分な量のリチウムイオンを挿入したリチウム遷移金属複合酸化物を用いればよく、リチウム遷移金属複合酸化物の結晶中のリチウムや遷移金属の一部をそれら以外の元素で置換あるいはドープした材料を使用するようにしてもよい。さらに、結晶構造についても特に制限はなく、スピネル系，層状系，オリビン系のいずれの結晶構造を有していてもよい。一方、黒鉛以外の負極活物質としては、例えば、コークスや非晶質炭素等の炭素材を挙げることができ、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。
【００５７】
またさらに、本発明は、本実施形態で例示した導電材やバインダについても特に限定されず、通常リチウムイオン二次電池に用いられているいずれのものも使用可能である。本実施形態以外で用いることのできるバインダとしては、ポリテトラフルオロエチレン，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等の重合体およびこれらの混合体等を挙げることができる。
【００５８】
またさらに、本実施形態では、エチレンカーボネート等の炭酸エチレン系有機溶媒にＬｉＰＦ6を溶解した非水電解液を例示したが、一般的なリチウム塩を電解質とし、これを有機溶媒に溶解した非水電解液を用いてもよく、本発明は用いられるリチウム塩や有機溶媒には特に制限されるものではない。例えば、電解質としては、ＬｉＣｌＯ4，ＬｉＡｓＦ6，ＬｉＢＦ4，ＬｉＢ（Ｃ6Ｈ5）4，ＣＨ3ＳＯ3Ｌｉ，ＣＦ3ＳＯ3Ｌｉ等やこれらの混合物を用いることができる。また、有機溶媒としてはジエチルカーボネート，プロピレンカーボネート，１，２−ジエトキシエタン，γ−ブチロラクトン，スルホラン，プロピオニトリル等、または、これらの２種以上を混合した混合溶媒を用いることができる。
【００５９】
またさらに、本実施形態では発電要素群６として正極板６Ｅ，負極板６Ｄを捲回して形成する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、正極板６Ｅ，負極板６Ｄを積層して形成することも可能である。図１０に示すように、積層式の発電要素群６では、矩形状の正極板６Ｅと、矩形状の負極板６Ｄとが、矩形状のセパレータ６Ｃを介して交互に積層されている。このとき、未塗工部６Ａ，未塗工部６Ｂが発電要素群６の両端面にそれぞれ位置するように積層されている。このような積層式の発電要素群６でも、上述した本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
またさらに、シール材１３は予め別体の部品ではなくインサート成型により形成してもよい。電池缶１と外部端子４Ａ，外部端子４Ｂとを一定の間隔に保持する金型を用い、金型に形成した隙間にＰＰＳやＰＢＴなどの樹脂材料をインサート成型することでシール材１３を形成してもよい。インサート成型により、電池蓋３と外部端子４Ａ，外部端子４Ｂとの相対位置が固定され、両者間の絶縁が確保され、かつ気密が確立される。
【符号の説明】
【００６１】
１ 電池缶
３ 電池蓋
４Ａ 外部端子（正極）
４Ｂ 外部端子（負極）
５Ａ 接続板（正極）
５Ｂ 接続板（負極）
６ 発電要素群
６Ａ 未塗工部（正極）
６Ｂ 未塗工部（負極）
６Ｃ セパレータ
６Ｄ 負極板
６Ｅ 正極板
６Ｆ 塗工部
７ 絶縁カバー
７Ａ 薄肉部
７Ｂ 底面
７Ｃ 凹凸部
７Ｄ リブ
７Ｇ 長側面
７Ｈ 短側面
８Ａ 接合部（正極）
８Ｂ 接合部（負極）
９ 貫通孔
１０ 厚肉部
１１ 開口面
１３ シール材
２０ 注液口
２２ 注液栓
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を持つ直方体状の電池缶と、
前記電池缶の開口部を封止する電池蓋と、
前記電池缶と前記電池蓋とで画定された空間内に配置される発電要素群と、
前記電池缶と前記発電要素群との間を電気的に絶縁する絶縁カバーとを有し、
前記絶縁カバーは、前記電池缶の開口部に対向し四辺を有する底面部と、前記底面部の四辺のうち少なくとも対向する二辺に沿って形成される側面部と、前記発電要素群の前記電池缶への挿入に応じて前記底面部と前記側面部との境界が折れ曲がるように設けられた折れ曲がり部とを有することを特徴とする二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載の二次電池であって、
前記絶縁カバーは前記折れ曲がり部を規定するための直線状の薄肉部を備えることを特徴とする二次電池。
【請求項３】
請求項２に記載の二次電池であって、
前記薄肉部は前記発電要素群に対向する面の一部を凹とすることで形成されていることを特徴とする二次電池。
【請求項４】
請求項１に記載の二次電池であって、
前記絶縁カバーにおいて、前記底面部は他の部分よりも曲げ剛性が高いことを特徴とする二次電池。
【請求項５】
請求項１に記載の二次電池であって、
前記絶縁カバーにおいて、前記底面部は前記側面部の厚さが前記側面部よりも厚いことで他の部分よりも曲げ剛性が高いことを特徴とする二次電池。
【請求項６】
請求項１に記載の二次電池であって、
前記絶縁カバーにおいて、前記底面部は凹凸面を有することで他の部分よりも曲げ剛性が高いことを特徴とする二次電池。
【請求項７】
請求項１に記載の二次電池であって、
前記側面部の一部に前記側面部に対して略垂直な壁面を有し、前記側面部と前記電池缶との間に前記壁面が介在することを特徴とする二次電池。
【請求項８】
請求項１に記載の二次電池であって、
前記側面部の一部に貫通孔を有することを特徴とする二次電池。
【請求項９】
請求項１に記載の二次電池であって、
前記側面部の一部に前記発電要素群に向かって凸な部分を有することを特徴とする二次電池。
【請求項１０】
開口部を持つ直方体状の電池缶と、
前記電池缶の開口部を封止する電池蓋と、
前記電池缶と前記電池蓋とで画定された空間内に配置される発電要素群と、
前記電池缶と前記発電要素群との間を電気的に絶縁し、前記電池缶の開口部に対向し四辺を有する底面部と、前記底面部の四辺のうち少なくとも対向する二辺に沿って形成される側面部とを有する絶縁カバーとを備えた二次電池の製造方法であって、
前記発電要素群が前記絶縁カバーを押圧することにより、前記底面部と前記側面部との境界が折れ曲がり、前記絶縁カバーとともに前記発電要素群を前記電池缶に収容するステップを有することを特徴とする二次電池の製造方法。
【請求項１】
開口部を持つ直方体状の電池缶と、
前記電池缶の開口部を封止する電池蓋と、
前記電池缶と前記電池蓋とで画定された空間内に配置される発電要素群と、
前記電池缶と前記発電要素群との間を電気的に絶縁する絶縁カバーとを有し、
前記絶縁カバーは、前記電池缶の開口部に対向し四辺を有する底面部と、前記底面部の四辺のうち少なくとも対向する二辺に沿って形成される側面部と、前記発電要素群の前記電池缶への挿入に応じて前記底面部と前記側面部との境界が折れ曲がるように設けられた折れ曲がり部とを有することを特徴とする二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載の二次電池であって、
前記絶縁カバーは前記折れ曲がり部を規定するための直線状の薄肉部を備えることを特徴とする二次電池。
【請求項３】
請求項２に記載の二次電池であって、
前記薄肉部は前記発電要素群に対向する面の一部を凹とすることで形成されていることを特徴とする二次電池。
【請求項４】
請求項１に記載の二次電池であって、
前記絶縁カバーにおいて、前記底面部は他の部分よりも曲げ剛性が高いことを特徴とする二次電池。
【請求項５】
請求項１に記載の二次電池であって、
前記絶縁カバーにおいて、前記底面部は前記側面部の厚さが前記側面部よりも厚いことで他の部分よりも曲げ剛性が高いことを特徴とする二次電池。
【請求項６】
請求項１に記載の二次電池であって、
前記絶縁カバーにおいて、前記底面部は凹凸面を有することで他の部分よりも曲げ剛性が高いことを特徴とする二次電池。
【請求項７】
請求項１に記載の二次電池であって、
前記側面部の一部に前記側面部に対して略垂直な壁面を有し、前記側面部と前記電池缶との間に前記壁面が介在することを特徴とする二次電池。
【請求項８】
請求項１に記載の二次電池であって、
前記側面部の一部に貫通孔を有することを特徴とする二次電池。
【請求項９】
請求項１に記載の二次電池であって、
前記側面部の一部に前記発電要素群に向かって凸な部分を有することを特徴とする二次電池。
【請求項１０】
開口部を持つ直方体状の電池缶と、
前記電池缶の開口部を封止する電池蓋と、
前記電池缶と前記電池蓋とで画定された空間内に配置される発電要素群と、
前記電池缶と前記発電要素群との間を電気的に絶縁し、前記電池缶の開口部に対向し四辺を有する底面部と、前記底面部の四辺のうち少なくとも対向する二辺に沿って形成される側面部とを有する絶縁カバーとを備えた二次電池の製造方法であって、
前記発電要素群が前記絶縁カバーを押圧することにより、前記底面部と前記側面部との境界が折れ曲がり、前記絶縁カバーとともに前記発電要素群を前記電池缶に収容するステップを有することを特徴とする二次電池の製造方法。
【図１（ａ）】
【図１（ｂ）】
【図１（ｃ）】
【図１（ｄ）】
【図２（ａ）】
【図２（ｂ）】
【図３（ａ）】
【図３（ｂ）】
【図４（ａ）】
【図４（ｂ）】
【図５（ａ）】
【図５（ｂ）】
【図６（ａ）】
【図６（ｂ）】
【図７（ａ）】
【図７（ｂ）】
【図８（ａ）】
【図８（ｂ）】
【図９】
【図１０】
【図１（ｂ）】
【図１（ｃ）】
【図１（ｄ）】
【図２（ａ）】
【図２（ｂ）】
【図３（ａ）】
【図３（ｂ）】
【図４（ａ）】
【図４（ｂ）】
【図５（ａ）】
【図５（ｂ）】
【図６（ａ）】
【図６（ｂ）】
【図７（ａ）】
【図７（ｂ）】
【図８（ａ）】
【図８（ｂ）】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１９８６６３（Ｐ２０１１−１９８６６３Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６５４１３（Ｐ２０１０−６５４１３）
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（５０５０８３９９９）日立ビークルエナジー株式会社 (438)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（５０５０８３９９９）日立ビークルエナジー株式会社 (438)
【Ｆターム（参考）】
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