二次電池
【課題】発熱時の放熱性が高く、信頼性の高い電池性能を備えた二次電池を提供する。
【解決手段】正電極３０と負電極４０との間に帯状のセパレータ５０を挟み、正電極３０と、負電極４０と、セパレータ５０とを積層して捲回してなる電極捲回体２０と、電極捲回体２０を内部に収容するケース部材７０とを有する電池１０において、電極捲回体２０では、セパレータ５０が、正極塗工部３２の最外周側に位置する正極塗工エンド部３２Ｅ、及び負極塗工部４２の外周側に位置する負極塗工エンド部４２Ｅを越えて捲回されていること、セパレータ５０の最外周側に位置するセパレータ最外周部５０Ｅと、ケース部材７０の第１，第３側部７１，７３との間隙ｓ１，ｓ２には、アルミニウム製の間隙充填材６０が設けられている。
【解決手段】正電極３０と負電極４０との間に帯状のセパレータ５０を挟み、正電極３０と、負電極４０と、セパレータ５０とを積層して捲回してなる電極捲回体２０と、電極捲回体２０を内部に収容するケース部材７０とを有する電池１０において、電極捲回体２０では、セパレータ５０が、正極塗工部３２の最外周側に位置する正極塗工エンド部３２Ｅ、及び負極塗工部４２の外周側に位置する負極塗工エンド部４２Ｅを越えて捲回されていること、セパレータ５０の最外周側に位置するセパレータ最外周部５０Ｅと、ケース部材７０の第１，第３側部７１，７３との間隙ｓ１，ｓ２には、アルミニウム製の間隙充填材６０が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次電池に関する。詳しくは、捲回電極体をケース内に挿入して収容された二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッドカーや電気自動車のほか、携帯電話やポータブル機器等の電源として、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素等の二次電池が用いられている。二次電池の中には、例えば、特許文献１に開示されているような単電池がある。
【０００３】
図２０は、特許文献１に記載された単電池の内部構造を模式的に示す断面図である。特許文献１は、図２０に示すように、直方体形状のケース１７０内において、ケース１７０の側面部と捲回電極体１２０の最外周との隙間に、絶縁性の間隙充填材１６０を挿入した角型電池である。このような隙間は、主として、収容した捲回電極体１２０（１２０Ａ乃至１２０Ｄ）の形状誤差に起因して生じる。間隙充填材１６０は、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂で形成されている。
【０００４】
複数の単電池を一列状に直列接続して拘束した組電池では、配列方向の拘束荷重が各単電池にかかるため、このような隙間が単電池にあると、拘束荷重による応力が単電池のケース１７０に局部的に集中し、ケース１７０が歪み変形してしまう。
特許文献１は、組電池を構成する単電池１１０毎に、上記隙間を間隙充填材１６０で埋めることにより、単電池１１０の配列方向の寸法を均一にして、拘束荷重による単電池１１０の変形を防止できている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１０８４５７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、特許文献１には、以下のような問題があった。
二次電池は、通常の充放電時のほか、過充電時等の異常時にも、ケース内の発電要素（捲回電極体及び電解質）で生じる化学反応熱によって発熱する。二次電池では、発熱温度が高くなると電池性能に悪影響を及ぼすことから、発熱した熱を効率良く放熱することが重要となる。
樹脂は、熱伝導率が金属と比べて低く、熱を伝え難い。特許文献１は、間隙充填材１６０を樹脂で形成しているため、熱が、捲回電極体１２０から間隙充填材１６０を介してケース１７０に伝わり難く、ケース１７０から外部への放熱を効率良くできない問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、発熱時の放熱性が高く、信頼性の高い電池性能を備えた二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の問題点を解決するために、本発明の二次電池は、次の構成を有している。
（１）正極合材が帯状の正電極板に塗工された正極塗工部を含む正電極、及び負極合材が帯状の負電極板に塗工された負極塗工部を含む負電極を備え、正電極と負電極との間に帯状のセパレータを挟み、正電極と、負電極と、セパレータとを積層して捲回してなる電極捲回体と、電極捲回体を内部に収容するケース部材とを有する二次電池において、電極捲回体では、セパレータが、正極塗工部の最外周側に位置する正極塗工エンド部、及び負極塗工部の外周側に位置する負極塗工エンド部を越えて捲回されていること、セパレータの最外周側に位置するセパレータ最外周部と、ケース部材との間隙には、金属製の間隙充填材が設けられていることを特徴とする。
なお、正極合材には、正極活物質が含まれている。また、負極合材には、負極活物質が含まれている。
（２）（１）に記載する二次電池において、正電極は、正電極板のうち、正極合材が塗工されていない正極未塗工部を含み、負電極は、負電極板のうち、負極合材が塗工されていない負極未塗工部を含み、正極未塗工部では、正電極板が、電極捲回体の径方向内側に圧縮されて互いに重なり合っていること、負極未塗工部では、負電極板が、径方向内側に圧縮されて互いに重なり合っていること、を特徴とする。
（３）（１）または（２）に記載する二次電池において、セパレータ最外周部の表面に接触させる間隙充填材の面積は、セパレータ最外周部の表面積以下であることを特徴とする。
（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載する二次電池において、間隙充填材は、板状または箔状に形成されていることを特徴とする。
（５）（１）乃至（４）のいずれか１つに記載する二次電池において、間隙充填材は、アルミニウム製であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成を有する本発明の二次電池の作用・効果について説明する。
本発明の二次電池では、
（１）正極合材が帯状の正電極板に塗工された正極塗工部を含む正電極、及び負極合材が帯状の負電極板に塗工された負極塗工部を含む負電極を備え、正電極と負電極との間に帯状のセパレータを挟み、正電極と、負電極と、セパレータとを積層して捲回してなる電極捲回体と、電極捲回体を内部に収容するケース部材とを有する二次電池において、電極捲回体では、セパレータが、正極塗工部の最外周側に位置する正極塗工エンド部、及び負極塗工部の外周側に位置する負極塗工エンド部を越えて捲回されていること、セパレータの最外周側に位置するセパレータ最外周部と、ケース部材との間隙には、金属製の間隙充填材が設けられているので、充放電時のほか、過充電時等の異常時に、ケース部材内の発電要素（捲回電極体及び電解質）で生じる化学反応により、発電要素が発熱したときに、熱が、捲回電極体のセパレータ外周部から間隙充填材に、間隙充填材を樹脂で形成した従来の電池に比べて伝わり易く、間隙充填材を介してケース部材外部への放熱が効率良くできる。
【００１０】
特に、本発明の二次電池では、間隙充填材が、例えば、アルミニウム等の金属製であるため、アルミニウムの熱伝導率は、樹脂の熱伝導率に比べ約１０００倍と大きく、間隙充填材は、樹脂製の間隙充填材よりも、発電要素の熱をケース部材に伝え易い。
その結果、ケース部材に伝わった熱として、ケース部材の表面温度をケース部材外部から計測した場合には、本発明の二次電池に係るケース部材の温度は、間隙充填材を樹脂で形成した従来の電池に係るケース部材の温度に比べ、例えば７０％以下の低い温度に抑制することができる。
すなわち、発電要素の発熱時に、間隙充填材から伝熱したケース部材が外気等によって効率良く冷却され、発電要素の温度上昇が抑制できるようになるため、充放電時に、発電要素において化学反応が活性化され、信頼性の高い電池性能が得られる。
【００１１】
また、ケース部材が、例えば、アルミニウム等、金属製で形成される場合がある。この場合でも、セパレータが、正極塗工部の正極塗工エンド部、及び負極塗工部の負極塗工エンド部を越えて捲回されており、電極捲回体の最外周をセパレータで絶縁できているため、間隙充填材が金属製であっても、正負電極の短絡や、ケース部材に正極電位または負極出を有することが生じず、これ等に起因した電池性能の低下が防止できている。
従って、本発明の二次電池では、発熱時の放熱性が高く、信頼性の高い電池性能を備えた二次電池を提供することができる、という優れた効果を奏する。
【００１２】
（２）正電極は、正電極板のうち、正極合材が塗工されていない正極未塗工部を含み、負電極は、負電極板のうち、負極合材が塗工されていない負極未塗工部を含み、正極未塗工部では、正電極板が、電極捲回体の径方向内側に圧縮されて互いに重なり合っていること、負極未塗工部では、負電極板が、径方向内側に圧縮されて互いに重なり合っていること、を特徴とするので、ケース部材は、正極電位や負極電位を持たず、電気的に中立にすることから、当該二次電池に釘刺し試験を行ったときに、ケース部材に正極電位または負極電位を持った二次電池に比べ、降下する電圧を低く抑えることができる。
【００１３】
すなわち、金属製の間隙充填材が充填されていても、電極捲回体の最外周には、絶縁性を有するセパレータが配置されているため、電極捲回体がケース部材に接触していても、ケース部材に電位は有しない。
また、正電極の正極未塗工部は、正極電位を有しているものの、電極捲回体の径方向内側に正電極板を圧縮させて互いに重なり合わせているため、電極捲回体がケース部材に収容された状態でも、セパレータが正極未塗工部まで配置されている如何を問わず、正電極板はケース部材とは接触せず、ケース部材に電位は有しない。
また、負電極の負極未塗工部は、負極電位を有しているものの、正電極の正極未塗工部と同様、電極捲回体の径方向内側に負電極板を圧縮させて互いに重なり合わせているため、電極捲回体がケース部材に収容された状態でも、セパレータが負極未塗工部まで配置されている如何を問わず、負電極板はケース部材とは接触せず、ケース部材に電位は有しない。
【００１４】
本発明の二次電池を含め、一般的な二次電池では、電極捲回体は、帯状のセパレータ、帯状の正電極、帯状のセパレータ、及び帯状の負電極を１組として積層させ、積層した状態で捲回されている。そのため、正電極層、負電極層、及びセパレータ層の各層が、セパレータ層、正電極層、セパレータ層、負電極層、セパレータ層、正電極層、…のように、捲回数に応じて幾重にも形成される。
このような二次電池を単電池として、複数一列状に接続して拘束された組電池を構成し、例えば、ハイブリッドカーや電気自動車等の電源に、この組電池を搭載することがある。このような組電池には、その性能試験の一つに、釘刺し試験が行われている。
【００１５】
ここで、ケース部材に電位（正極電位または負極電位）を有することと、そのケース部材を備えた二次電池の性能に与える影響との関係について、ケース部材が正極電位を持つ場合と、ケース部材が負極電位を持つ場合とに分けて説明する。
電極捲回体の最外周にセパレータが配置されず、電極捲回体の正電極または負電極と、金属製のケース部材との間隙に、金属製の間隙充填材が直に充填されると、金属は導電性であるため、ケース部材は、正極電位または負極電位となる。
【００１６】
〔ケース部材が正極電位の場合〕
この場合、ケース部材、間隙充填材、電極捲回体の径方向外側から内側に向けた順で層別に分けると、(Ａ−１)ケース部材（正極電位）、(Ａ−２)間隙充填材（正極電位）、(Ａ−３)正電極（正極電位）、(Ａ−４)セパレータ、(Ａ−５)負電極（負極電位）…となる。
組電池の性能を釘刺し試験で評価をするときに、電極捲回体の径方向に沿った方向から釘をケース部材に突き刺すと、(Ａ−１)ケース部材、(Ａ−２)間隙充填材、及び(Ａ−３)正電極の正極電位と、(Ａ−４)セパレータを介して(Ａ−３)正電極と隣接する (Ａ−５)負電極の負極電位との間は、突き刺さった釘（何らかの理由で外部から強い衝撃・応力等を受けた場合に相当）により短絡して導通し、電圧降下が生じる。
【００１７】
特に、二次電池がリチウムイオン電池で、正極板と間隙充填材とをＡｌで、負極板をＣｕで形成している場合には、Ａｌの融点はＣｕの融点より低いため、高温状態になると、Ａｌ製の正極板はＣｕ製の負極板より先に溶融する。
Ａｌを含んだ正極電位側では、(Ａ−１)ケース部材、(Ａ−２)間隙充填材、及び(Ａ−３)正電極が積層してこられの厚みが厚くなるため、正極電位側が溶けて負極電位側と完全に溶断されるまでに時間を長く要し、その時間中、正極電位側が(Ａ−５)負電極と導通し続けているため、電圧降下が大きく生じる。
【００１８】
〔ケース部材が負極電位の場合〕
この場合、ケース部材、間隙充填材、電極捲回体の径方向外側から内側に向けた順で層別に分けると、(Ｂ−１)ケース部材（負極電位）、(Ｂ−２)間隙充填材（負極電位）、(Ｂ−３)負電極（負極電位）、(Ｂ−４)セパレータ、(Ｂ−５)正電極（正極電位）…となる。
組電池の性能を釘刺し試験で評価をするときに、電極捲回体の径方向に沿った方向から釘をケース部材に突き刺すと、 (Ｂ−１)ケース部材、(Ｂ−２)間隙充填材、及び(Ｂ−３)負電極の負極電位と、(Ｂ−４)セパレータを介して(Ｂ−３)負極と隣接する(Ｂ−５)正電極の正極電位との間は、突き刺さった釘により短絡して導通する。その結果、加熱した正電極板及び負電極板のうち、融点の低い電極板が溶融し、溶断によって負極電位側と正極電位側とが遮断されるまでの間、電圧降下が生じる。
【００１９】
特に、二次電池がリチウムイオン電池である場合、ケース部材や間隙充填材が、例えば、イオン化傾向の高い金属の一種であるアルミニウムで形成されていると、発電時に本来、正電極側にあるＬｉイオンが電解質を通じて負電極側に移動する化学反応が起きるところに、正電極側にあるＬｉイオンが、負極電位である上記(Ｂ−１)ケース部材、及び上記(Ｂ−２)間隙充填材と化学反応してしまい、Ｌｉ‐Ａｌ合金を生成してしまう。
Ｌｉ‐Ａｌ合金が生成されると、電池性能が格段に悪化してしまい、電池の寿命特性が低下すると共に、電源として、安定した起電力を発生することができなくなる。
【００２０】
本発明の二次電池では、ケース部材は、正極電位及び負極電位を持たず、電気的に中立である。
本発明の二次電池に基づいて、組電池を構成し、その組電池に釘刺し試験を行った場合、ケース部材、間隙充填材、電極捲回体の径方向外側から内側に向けた順で層別に分けると、(Ｃ−１)ケース部材、(Ｃ−２)間隙充填材、(Ｃ−３) セパレータ、(Ｃ−４)負電極、(Ｃ−５) セパレータ、(Ｃ−６)正電極…となる。あるいは、(Ｃ−４)正電極、(Ｃ−５) セパレータ、(Ｃ−６)負電極…となる。
(Ｃ−１)ケース部材、(Ｃ−２)間隙充填材、及び(Ｃ−３) セパレータは、電気的に中立であり、突き刺さった釘により、(Ｃ−４)負電極と(Ｃ−６)正電極とが短絡して導通し、電圧降下が生じる。あるいは、(Ｃ−４)正電極と(Ｃ−６)負電極とが短絡して導通し、電圧降下が生じる。
【００２１】
二次電池がリチウムイオン電池で、正極板をＡｌで、負極板をＣｕで形成している場合には、前述したように、Ａｌの融点はＣｕの融点より低いため、高温状態になると、正極板が負極板より先に溶融する。
本発明の二次電池では、釘刺し試験を行っても、突き刺さった釘により、(Ｃ−４)負電極と(Ｃ−６)正電極とが短絡して導通し、(Ｃ−６)正電極が先に溶断される。あるいは、突き刺さった釘により、(Ｃ−４)正電極と(Ｃ−６)負電極とが短絡して導通し、(Ｃ−４)正電極が先に溶断される。
【００２２】
また、本発明の二次電池を含む一般的な二次電池では、ケース部材の厚みが数百（μｍ）であり、正極板や負極板の厚みは数十（μｍ）である。
前述した〔ケース部材が正極電位の場合〕と異なり、溶断する(Ｃ−６)正電極（あるいは(Ｃ−４)正電極）と、(Ｃ−１)ケース部材及び(Ｃ−２)間隙充填材とが別々になり、溶断する(Ｃ−６)正電極（あるいは(Ｃ−４)正電極）の厚みが薄いため、溶断するまでの時間が短く、短絡状態が短くなることから、電圧降下が小さく抑制される。
従って、ケース部材は、正極電位や負極電位を持たず、電気的に中立にすることから、当該二次電池に釘刺し試験を行ったときに、ケース部材に正極電位または負極電位を持った二次電池に比べ、降下する電圧を低く抑えることができる。
【００２３】
（３）セパレータ最外周部の表面に接触させる間隙充填材の面積は、セパレータ最外周部の表面積以下であるので、金属製の間隙充填材は、絶縁性のセパレータ外周部によりケース部材と直に接触せず、ケース部材に正極電位または負極電位を有しない二次電池とすることがより確実にできる。
【００２４】
（４）間隙充填材は、板状または箔状に形成されているので、特に、本発明の二次電池を単電池とし、この単電池を一列状に複数接続して拘束する組電池を構成するときに、各単電池とも、電極捲回体の径方向に沿う電池厚み方向の大きさを均一に揃えることが簡単にできる。
すなわち、組電池を構成するとき、複数の単電池において、ケース部材に収容された状態の電極捲回体のセパレータ最外周部の表面と、ケース部材との間隙の大きさが、単電池毎に異なることがある。この場合でも、間隙充填材は、箔状であることから、例えば、ｔ１＝０．１（ｍｍ）、ｔ２＝０．２（ｍｍ）、ｔ３＝０．３（ｍｍ）等のように、間隙充填材の厚みにバリエーションを持たせることが容易にできる。
よって、ケース部材との間隙の大きさに対応した厚みの間隙充填材を選択し、その隙間に充填すれば、電極捲回体の径方向に沿う厚み方向に対する大きさを、各単電池で均一に揃えることが簡単にできる。
【００２５】
（５）間隙充填材は、アルミニウム製であるので、アルミニウムの熱伝導率は金属の中でも高く、発電要素で発熱した熱は、間隙充填材に伝熱し易い。また、熱伝導率の高い金属のうち、アルミニウムは相対的に安価な材料であるため、間隙充填材を低コストで形成することができ、ひいては本発明の二次電池にかかるコストを安価にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態に係る電池を示す斜視図である。
【図２】図１中、Ａ−Ａ矢視断面図である。
【図３】図１中、Ｂ−Ｂ矢視断面図である。
【図４】図３中、Ｄ部拡大図である。
【図５】図１中、Ｃ−Ｃ矢視断面図である。
【図６】実施形態に係る電池の電極捲回体を示す斜視図である。
【図７】実施形態に係る電池の正電極及び負電極を説明する図である。
【図８】実施形態に係る電池の間隙充填材を示す図であり、（ａ）は最も薄い間隙充填材、（ｂ）は中間の厚みの間隙充填材、（ｃ）は最も厚い間隙充填材である。
【図９】実施形態に係る電池の製造方法のうち、電極捲回体収容工程を説明する工程図を示す。
【図１０】図９と同様、電極捲回体収容工程を説明する工程図を示す。
【図１１】実施形態に係る電池の製造方法のうち、ケース封口工程を説明する工程図を示す。
【図１２】実施形態に係る電池を搭載した車両を示す説明図である。
【図１３】図１２に示す車両に搭載したバッテリパックの説明図である。
【図１４】組電池に対する釘刺し試験の説明図である。
【図１５】実施例に係る電池と、比較例１乃至６に係る電池とについて、２つの評価試験を行ったときの試験条件と試験結果とをまとめて示した表である。
【図１６】実施例に係る電池の内部構造を示す模式図である。
【図１７】比較例３に係る電池の内部構造を示す模式図である。
【図１８】実施例に係る電池の釘刺し試験で、釘刺し後の経過時間と、電圧降下との関係を示すグラフである。
【図１９】比較例３に係る電池の釘刺し試験で、釘刺し後の経過時間と、電圧降下との関係を示すグラフである。
【図２０】特許文献１に記載された単電池の内部構造を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る二次電池について、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態に係る二次電池は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素二次蓄電池等の電池であり、ハイブリットカーや電気自動車等の駆動電源として用いられる。
図１２に、実施形態に係る電池で構成したバッテリパックを搭載した車両を示す。図１３は、図１２に示すバッテリパックの説明図である。
【００２８】
車両１は、図１２に示すように、車体２に、エンジン３に取付けられたフロントモータ４と、リヤモータ５とを搭載し、エンジン３と、フロントモータ４及びリヤモータ５とを併用させて駆動するハイブリッドカーであり、公知の手段によりエンジン３、フロントモータ４及びリヤモータ５で走行できるようになっている。
車体２には、フロントモータ４及びリヤモータ５の駆動用電源として、バッテリパック６が搭載され、フロントモータ４及びリヤモータは、ケーブル７によりバッテリパック６と接続されている。このバッテリパック６は、図１３に示すように、複数の電池１０をバスバ１３により直列接続して一列状に拘束された組電池１０Ｃを複数列置した構成となっている。
【００２９】
次に、電池１０について、図１乃至図７を用いて説明する。
図１は、実施形態に係る電池を示す斜視図である。図２は、図１中、Ａ−Ａ矢視断面図である。図３は、図１中、Ｂ−Ｂ矢視断面図である。図４は、図３中、Ｄ部拡大図である。図５は、図１中、Ｃ−Ｃ矢視断面図である。図６は、実施形態に係る電池の電極捲回体を示す斜視図である。図７は、図６に示す電極捲回体の正電極、負電極の説明図である。
本実施形態では、電池１０（二次電池）は、図１乃至図５に示すように、略直方体形状の角型単電池である。電池１０は、図示しない電解液、電極捲回体２０、この電解液と電極捲回体２０とを内部に収容するケース部材７０、封口部材８０から構成されている。
【００３０】
はじめに、ケース部材７０について、説明する。
ケース部材７０は、例えば、アルミニウム等の金属からなり、図１に示すように、外形が略直方体形状で、挿入側（図１中、上側）が開口し、厚みが０．５（ｍｍ）の素材を深絞りすることにより有底箱状に一体成形されている。
ケース部材７０は、略長方形板状の底部と、この底部の四辺から延びる４つの側部、すなわち第１側部７１、第２側部７２、第３側部７３及び第４側部７４を有している。
第１側部７１と第３側部７３とは、ケース部材７０の長辺と高さを含む側部であり、何れも同形で互いに平行に配置されている。第２側部７２と第４側部７４とは、ケース部材７０の短辺と高さを含む側部であり、何れも同形で互いに平行に配置されている。
このケース部材７０の内部では、第２側部７２及び第４側部７４の沿う厚み方向Ｔ（図５中、左右方向）に対し、第１側部７１の内側面と第３側部７３の内側面との大きさが距離ｍ（０＜ｍ）となっている。
【００３１】
次に、封口部材８０について、説明する。
封口部材８０は、ケース部材７０の開口を閉塞する略矩形板状に形成された蓋であり、弁孔８０Ｈと、正極端子挿通孔８１Ｈと、負極端子挿通孔８２Ｈとを有している。弁孔８０Ｈは、金属製の安全弁８６により封止されている。封口部材８０は、ケース部材７０に、後述する電極捲回体２０を収容し、図示しない電解液を注入した後に、液密に閉塞される。ケース部材７０と封口部材８０とは、例えば、レーザ溶接等により、これらの全周にわたる溶接部８７で固着されている。
【００３２】
次に、電極捲回体２０について説明する。
電極捲回体２０は、正極合材３１Ｐが帯状の正電極板３１に塗工された正極塗工部３２を含む正電極３０、及び負極合材４１Ｐが帯状の負電極板４１に塗工された負極塗工部４２を含む負電極４０を備えている。電極捲回体２０は、この正電極３０とこの負電極４０との間に帯状のセパレータ５０を挟み、正電極３０と、負電極４０と、セパレータ５０とを積層し、図１に示すように、軸線ＡＸを中心に捲回し扁平した形態で形成されている。
【００３３】
具体的には、正電極板３１は、アルミニウムからなり、厚み１０（μｍ）程度のシート状に形成されている。正電極板３１のうち、正極塗工部３２には、図７に示すように、正極活物質を含む正極合材３１Ｐが、正電極板３１の両面側に塗工されている。
また、正電極３０は、正電極板３１のうち、正極合材３１Ｐが塗工されていない正極未塗工部３３を含んでいる。この正極未塗工部３３では、正極側集箔部３４として、正極塗工部３２を除いた正電極板３１の一部のみが渦巻状に重なって露出し、電極捲回体２０において、軸線ＡＸを中心とする径方向内側、すなわち厚み方向Ｔに圧縮されて互いに重なり合っている。
正極側集箔部３４は、電極捲回体２０の軸線ＡＸに沿った方向（図２中、左右方向）の一端側（図２において右側）に配置される。
【００３４】
正極側集箔部３４は、アルミニウムからなる正電極端子３５と、例えば、溶接、ネジ止め等による正極側接続部３６によって接続し導通している。
この正電極端子３５の上部は、図２に示すように、封口部材８０を通じてケース部材７０の外部に露出し、樹脂からなる正極シール部材３７により、封口部材８０と電気的に絶縁された状態で、かつ、封口部材８０に液密に保持されている。
【００３５】
負電極板４１は、銅からなり、厚み１０（μｍ）程度のシート状に形成されている。負電極板４１のうち、負極塗工部４２には、図７に示すように、負極活物質を含む負極合材４１Ｐが、負電極板４１の両面側に塗工されている。
また、負電極４０は、負電極板４１のうち、負極合材４１Ｐが塗工されていない負極未塗工部４３を含んでいる。この負極未塗工部４３では、負極側集箔部４４として、負極塗工部４２を除いた負電極板４１の一部のみが渦巻状に重なって露出し、電極捲回体２０において、軸線ＡＸを中心とする径方向内側、すなわち厚み方向Ｔに圧縮されて互いに重なり合っている。
負極側集箔部４４は、電極捲回体２０の軸線ＡＸに沿った方向（図２中、左右方向）の他端側（図２において左側）に配置されている。
【００３６】
負極側集箔部４４は、銅からなる負電極端子４５と、例えば、溶接、ネジ止め等による負極側接続部４６によって接続し導通している。
この負電極端子４５の上部は、図２に示すように、封口部材８０を通じてケース部材７０の外部に露出し、樹脂からなる負極シール部材４７により、封口部材８０と電気的に絶縁された状態で、かつ、封口部材８０に液密に保持されている。
【００３７】
セパレータ５０は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂からなり、電気的に絶縁性を有し、厚み２０（μｍ）程度のシート状に形成されている。
電極捲回体２０は、図３及び図４に示すように、セパレータ５０を軸芯に配置し、セパレータ５０、正電極３０、セパレータ５０、負電極４０を、１組として積層した状態で、軸線ＡＸを中心に所定の捲回数を螺旋状に捲回してなる。
この電極捲回体２０では、セパレータ５０は、正電極３０の正極塗工部３２の最外周側に位置する正極塗工エンド部３２Ｅ、及び負電極４０の負極塗工部４２の外周側に位置する負極塗工エンド部４２Ｅを越えて捲回されている。本実施形態では、捲回されたセパレータ５０のうち、最外周側に位置するセパレータ最外周部５０Ｅは、負電極４０の周りを完全に捲回した状態で、端部をテープＴＰで留めて固定されている。
【００３８】
セパレータ最外周部５０Ｅには、図６に示すように、略平面形状である間隙充填材配設予定面５１（セパレータ外周部の表面）が含まれている。間隙充填材配設予定面５１は、電極捲回体２０をケース部材７０に収容したに状態にあるときに、次述する間隙充填材６０を当接させる面であり、その間隙充填材配設予定面５１の面積は、表面積Ｓ（０＜Ｓ）となっている。
【００３９】
次に、間隙充填材６０について、図８を用いて説明する。
図８は、間隙充填材を示す図であり、（ａ）は最も薄い厚みｔ１の場合、（ｂ）は中間の厚みｔ２の場合、（ｃ）は最も厚い厚みｔ３の場合である。
電極捲回体２０をケース部材７０に収容した状態では、本実施形態では、電極捲回体２０のうち、セパレータ５０の最外周側に位置するセパレータ最外周部５０Ｅと、ケース部材７０の第１側部７１との間隙、及びセパレータ最外周部５０Ｅと第３側部７３との間隙には、アルミニウム製の間隙充填材６０がそれぞれ設けられている。
なお、本実施形態以外に、場合によっては、第１側部７１との間隙ｓ１または第３側部７３との間隙ｓ２のいずれか一方に、間隙充填材６０が設けられることもある。
【００４０】
間隙充填材６０は、箔状に形成されている。間隙充填材６０は、図８に示すように、矩形形状で、例えば、ｔ１＝０．１（ｍｍ）、ｔ２＝０．２（ｍｍ）、ｔ３＝０．３（ｍｍ）等のように、厚みにバリエーションを有している。何れの厚みの間隙充填材６０についても、一面６０ａ及び他面６０ｂの表面積Ｋは、間隙充填材配設予定面５１の表面積Ｓ以下（０＜Ｋ≦Ｓ）となっている。
【００４１】
次に、電池１０の製造方法について、図９乃至図１１を用いて説明する。
ただし、電池１０において、後に詳述する電極捲回体収容工程及びケース封口工程以外は、公知の手法によれば良いので、これらの工程を中心に説明し、その他は省略または簡略に説明する。
まず、別途、公知の方法により、正極側接続部３６で正電極端子３５を正極側集箔部３４に接続する共に、負極側接続部４６で負電極端子４５を負極側集箔部４４に接続して、電極捲回体２０を構成しておく。
【００４２】
次いで、封口部材８０の正極端子挿通孔８１Ｈに正電極端子３５の上部を、及び負極端子挿通孔８２Ｈに負電極端子４５の上部をそれぞれ挿通する。
次いで、正極シール部材３７により正電極端子３５と正極端子挿通孔８１Ｈとの間を、及び、負極シール部材４７より負電極端子４５と負極端子挿通孔３４Ｈとの間を、それぞれ気密にシールする。
【００４３】
次に、充填する間隙充填材６０の厚みを決めるために、電極捲回体２０及びケース部材７０について計測を行う。
はじめに、図５に示すように、電極捲回体２０のうち、セパレータ最外周部５０Ｅで厚み方向Ｔに薄く扁平状に捲回された平坦部分の厚みｎ（０＜ｎ）を計測しておく。また、この電極捲回体２０を収容する対象のケース部材７０に対し、第１側部７１の内側面と第３側部７３の内側面との距離ｍ（ｎ＜ｍ）を計測しておく。
次に、電極捲回体２０をケース部材７０に収容した状態において、ケース部材７０の距離ｍと電極捲回体２０の厚みｎとの差であるクリアランス（ｍ−ｎ）を求め、このクリアランスに対応した厚さの間隙充填材６０を選択し充填する。
【００４４】
次に、電極捲回体収容工程について、図９及び図１０を用いて説明する。
図９及び図１０に、電極捲回体収容工程の工程図を示す。電極捲回体収容工程では、図９に示すように、以下に説明する吸引装置９５を用いて、ケース部材７０の第１，第３側部７１，７３を外側に向けて弾性変形させ、第１，第３側部７１，７３をそれぞれ外側に凸の形状に変形させる。
そこで、まず吸引装置９０を簡単に説明した後、この装置を用いた電極捲回体収容工程について説明する。
【００４５】
吸引装置９０は、図９に示すように、互いに対向する向きに配置され、互いが近接及び離間する方向に移動可能とされた第１吸引部９０Ａと第２吸引部９０Ｂとを備えている。この吸引装置９０は、第１吸引部９０Ａと第２吸引部９０Ｂとの間にケース部材７０を固定して配置した状態で、第１吸引部９０Ａによりこのケース部材７０の第１側部７１を、第２吸引部１０２により第３側部７３を、それぞれケース部材７０の外部から吸着し、第１，第２吸引部９０Ａ，９０Ｂを互いに離間する方向（図９中、矢印方向）に移動させて、第１側部７１及び第３側部７３を、互いに反対側（外部側）に向けてそれぞれ弾性変形させるように構成されている。
【００４６】
電極捲回体収容工程では、図９に示すように、第１吸引部９０Ａによりケース部材７０の第１側部７１を、第２吸引部９０Ｂにより第３側部７３を、それぞれケース部材７０の外部から吸着し、第１，第２吸引部９０Ａ，９０Ｂを互いに離間する方向に移動させて、第１側部７１及び第３側部７３を、互いに反対側に向けてそれぞれ弾性変形させる。
次に、ケース部材７０の第１側部７１と第３側部７３にそれぞれ対向する位置にある電極捲回体２０の間隙充填材配設予定面５１に、間隙充填材６０の一面６０ａをそれぞれ当接させておき、この状態で、封口部材８０と共に一体となった電極捲回体２０を、その下方からケース部材７０の開口に向けて収容する。収容後、ケース部材７０に電解液を注入する。
【００４７】
電極捲回体２０は、図１０に示すように、封口部材８０がケース部材７０の第１乃至第４側部７１，７２，７３，７４に当接するまで、ケース部材７０内に収容する。この後、第１吸引部９０Ａを第１側部７１から、第２吸引部９０Ｂを第３側部７３から、それぞれ開放し、吸引装置９０を退避させる。
この吸引装置９０により、ケース部材７０の第１側部７１と第３側部７３とを吸引して、第１側部７１及び第３側部７３を、互いに反対側に向けてそれぞれ弾性変形させたため、ケース部材７０では、第１側部７１、第２側部７２、第３側部７３及び第４側部７４は、平板状から湾曲状に変形が生じている。
【００４８】
第１乃至第４側部７１，７２，７３，７４の変形を修復するために、例えば、図１１に示すような第１押圧部材９１、第２押圧部材９２、第３押圧部材９３及び第４押圧部材９４等の治具が、図示しない押圧装置と共に用いられる。
第１押圧部材９１は、平板状に形成され、押圧装置により、ケース部材７０の外部から第１側部７１に向けて移動し、ケース部材７０のうち、第１側部７１全体に当接して、第１側部７１を押圧する治具である。
第２押圧部材９２は、直方体状に形成され、押圧装置により、ケース部材７０の外部から第２側部７２に向けて移動し、ケース部材７０のうち、第２側部７２全体に当接して、第２側部７２を押圧する治具である。
【００４９】
第３押圧部材９３は、Ｌ字型形状に形成され、押圧装置により、ケース部材７０の外部から第３側部７３及び第４側部７４に向けて移動し、ケース部材７０のうち、第３側部７３全体と第４側部７４全体とに対し、互いに直角に当接して、第３側部７３及び第４側部７４を押圧する治具である。
第４押圧部材９４は、ブロック状に形成され、押圧装置により、ケース部材７０の外部から封口部材８０に向けて移動し、封口部材８０のうち、正電極端子３５の露出部及び正極シール部材３７と、負電極端子４５の露出部及び負極シール部材４７とを除いた範囲に当接して、封口部材８０を押圧する治具である。
【００５０】
次に、ケース封口工程について、図１１を用いて説明する。
図１１に、ケース封口工程の工程図を示す。ケース封口工程では、図１１に示すように、第１乃至第４押圧部材９１，９２，９３，９４を、それぞれケース部材７０の外側からケース部材７０に向けて移動させる。
この移動により、第１押圧部材９１をケース部材７０の第１側部７１に、第２押圧部材９２をケース部材７０の第２側部７２に、第３押圧部材９３をケース部材７０の第３側部７３及び第４側部７４にそれぞれ当接させて、第１側部７１及び第３側部７３を、互いに近接させ平行となる向きにそれぞれ弾性変形させる。
また、第１側部７１及び第３側部７３が互いに外部側に弾性変形したことに伴って、第２側部７２及び第４側部７４が弾性変形した分を、互いに平行となる向きにそれぞれ弾性変形させる。
【００５１】
第１側部７１と第３側部７３とが互いに平行になると、間隙充填材６０の一面６０ａは、電極捲回体２０の間隙充填材配設予定面５１に当接し、間隙充填材６０の他面６０ｂは、ケース部材７０の第１，第３側部７１，７３の内側面に当接する。
すなわち、間隙充填材６０は、間隙充填材配設予定面５１、及び第１，第３側部７１，７３の内側面に密着した状態となり、電極捲回体２０と第１側部７１との隙間ｓ１と、電極捲回体２０と第３側部７３との隙間ｓ２は、間隙充填材６０によって埋められる。
【００５２】
次いで、ケース部材７０において、第１側部７１と第３側部７３とが互いに平行に修復され、第２側部７２と第４側部７４と互いに平行に修復されたら、ケース部材７０の第１側部７１、第２側部７２、第３側部７３、及び第４側部７４を封口部材８０に当接させて、ケース部材７０と封口部材８０とが合わさった部分を、例えば、レーザ溶接等により、全周にわたって溶接部８７で固着する。
かくして、電池１０が製造される。
【００５３】
ところで、図１２に示すようなハイブリッドカーのほか、電気自動車、フォークリフト等の電源として、図１３に示すようなバッテリパック６が、車両１等に搭載されている。
電池１０は単電池である。バッテリパック６は、図１３に示すように、複数の電池１０をバスバ１３により直列接続して一列状に拘束された組電池１０Ｃを、１つのユニットとして構成し、この組電池１０Ｃを複数列置して全数の電池１０を直列に接続した構成となっている。
本実施形態に係る電池１０のほか、一般的な二次電池でも、組電池１０Ｃと同様に、組電池は、複数の単電池を直列接続して一列状に拘束して構成されている。
【００５４】
特に、ハイブリッドカーや電気自動車等の車両に搭載される電源に対し、組電池を対象にして、単電池の性能評価の一つに、釘刺し試験が一般的に行われている。
釘刺し試験は、電源の使用中、外部から車両に何らかの理由で衝突等の強い衝撃・応力が加わり、組電池に損傷を受けた場合を想定し、電池のケース部材に釘を突き刺すことにより、組電池の損傷を擬似的につくり出して、組電池の性能を評価する試験である。
本実施形態でも、組電池１０Ｃについても釘刺し試験を実施し、電池１０の性能評価（実施例）を行う共に、比較例１乃至６に係る単電池に基づいて構成した組電池を対象に釘刺し試験を実施し、比較例１乃至６に係る単電池についても性能評価を行った。
また、上記釘刺し試験のほかに、電池１０と、この比較例１乃至６に係る単電池について、過充電試験による性能評価を併せて行った。
【００５５】
図１４に、組電池１０Ｃを対象とした釘刺し試験の説明図を示す。図１５は、実施例に係る電池と、比較例１乃至６に係る電池とについて、２つの評価試験を行ったときの試験条件と試験結果とをまとめて示した表である。
以下、実施例に係る電池１０と、比較例１乃至６に係る単電池とについて、（１）過充電試験と（２）釘刺し試験との共通した試験条件は、
（ａ）正極：ＬｉＮｉＣｏＭｎＯ２、負極：炭素
（ｂ）単セル：３つの単電池（電池１０を含む）／セル
（ｃ）ケース部材はＡｌ製で厚み０．５ｍｍ、間隙充填材の厚み０．１〜０．３ｍｍ、正極電極板の厚み１０μｍ、負極電極板の厚み１０μｍ、セパレータの厚み２０μｍ
である。
【００５６】
なお、図１５において、「電極未塗工部の集箔有無」は、正極未塗工部及び負極未塗工部とも、電極板が、径方向内側に圧縮されて互いに重なり合っている電池を、「集箔有」とし、圧縮されず互いに重なり合っていない電池を、「集箔無」としている。
また、「電極体最外周部セパレータとＡｌ充填材の大小関係」は、参照する電池１０において、間隙充填材配設予定面５１の表面積Ｓと間隙充填材６０の表面積Ｋとの大小関係を意味するものである。
【００５７】
（１）過充電試験
はじめに、過充電試験について説明する。試験条件は、
（ｄ）使用電池：単セル
（ｅ）ＳＯＣ１００％開始、電流２０Ａ、上限電圧１０Ｖ、雰囲気温度２５℃
である。
この試験では、過充電により発電要素で発熱した熱がケース部材に伝熱する温度を確認するため、ケース外部からケース部材の表面温度を測定した。
【００５８】
試験結果を図１５に示す。比較例１，２，４，５では、図１５に示すように、何れも最高到達温度が１２０℃を超えていたのに対し、実施例１、比較例３，６では、何れも最高到達温度が１００℃未満と相対的に低く、比較例１，２，４，５の最高到達温度の約７０％に留まっている。
これは、間隙充填材６０を、熱伝導率がＰＰの熱伝導率に比べて約１０００倍も大きいアルミニウム製で形成したために、発電要素で発熱した熱が、アルミニウム製の間隙充填材を通じてケース部材に伝わり、ケース部材が外気によって効率良く冷却され、発電要素の温度上昇が抑制できるようになるためと考えられる。換言すれば、この実験結果は、電極捲回体とケース部材との間に間隙充填材を設けない場合とほぼ同じような結果となり、ＰＰ製の間隙充填材は、発電要素で発熱した熱をケース部材に伝えないことが判る。
【００５９】
（２）釘刺し試験
次に、釘刺し試験について説明する。試験条件は、
（ｆ）使用電池：３セル直列接続
である。
この試験では、図１４に示すように、組電池１０Ｃ中の電池１０に向けて釘９６を突き刺しことにより、低下する電圧（正極電位の第１端子１１と負極電位の第２端子１２との電位差に対し、釘刺し１分後の電圧降下量を測定した。
【００６０】
試験結果を図１５乃至図１９に示す。図１６は、実施例に係る電池の内部構造を示す模式図である。図１７は、比較例３に係る電池の内部構造を示す模式図である。図１８は、実施例に係る電池の釘刺し試験で、釘刺し後の経過時間と、電圧降下との関係を示すグラフである。図１９は、比較例３に係る電池の釘刺し試験で、釘刺し後の経過時間と、電圧降下との関係を示すグラフである。
図１５より、実施例１、比較例１，２では、中間セルの電圧降下量が４０ｍＶ前後で留まっているのに対し、比較例３乃至６では、電圧降下量が２００ｍＶ前後にまで達していることが判る。
【００６１】
試験結果を考察する。
本実施形態に係る電池１０を含み、一般的な二次電池では、単電池として、電極捲回体が、合成樹脂製の帯状のセパレータ、アルミニウム製の帯状の正電極、帯状のセパレータ、及び銅製の帯状の負電極を１組として積層させ、積層した状態で捲回されている。そのため、正電極層、負電極層、及びセパレータ層の各層が、セパレータ層、正電極層、セパレータ層、負電極層、セパレータ層、正電極層、…のように、捲回数に応じて幾重にも形成される。
【００６２】
実施例は、電極捲回体の最外周にセパレータＰ３が配置され、「集箔有」かつ「Ａｌ＜セパレータ」となっており、アルミニウム製のケース部材Ｐ１とセパレータＰ３との間隙に、アルミニウム製の間隙充填材Ｐ２を直に充填している。
実施例に係る組電池１０Ｃに釘刺し試験を行うと、釘９６を刺し込む方向に向けて順に層別毎に分けると、図１６に示すように、ケース部材Ｐ１、間隙充填材Ｐ２、セパレータＰ３、負極電極板Ｐ４、セパレータＰ５、正極電極板Ｐ６…となる。
ケース部材Ｐ１、間隙充填材Ｐ２、及びセパレータＰ３は積層され、ケース部材Ｐ１は、セパレータＰ３の存在のほか、「集箔有」及び「Ａｌ＜セパレータ」により、負極電極板Ｐ４とも接触せず、正極電位及び負極電位を持たず、電気的に中立である。
一方、セパレータＰ５を超えて突き刺さった釘９６により、負極電極板Ｐ５と正極電極板Ｐ６とは短絡して導通する。
【００６３】
実施例のように、二次電池がリチウムイオン電池で、正極電極板をＡｌで、負極電極板をＣｕで形成していると、Ａｌの融点はＣｕの融点より低いため、高温状態になると、Ａｌ製の正極電極板が、Ｃｕ製の負極電極板より先に溶融する。
実施例では、突き刺さった釘９６により、負極電極板Ｐ５と正極電極板Ｐ６とが短絡して導通すると、正極電極板Ｐ６が負極電極板Ｐ５より先に溶融し、負極電極板Ｐ５と正極電極板Ｐ６とが溶断される。
【００６４】
このとき、ケース部材Ｐ１及び間隙充填材Ｐ２は、正極電極板と同じＡｌ製であっても、セパレータＰ３と負極電極板Ｐ５とを介して、正極電極板Ｐ６と離れているため、短絡時には、厚みが僅か１０μｍの正極電極板Ｐ６だけが溶融し、ケース部材Ｐ１及び間隙充填材Ｐ２等まで溶融しない分、溶断するまでの時間は短い。
溶断までの時間が短いと、図１５及び図１８に示すように、組電池１０Ｃの電圧降下量は４２ｍＶと小さく、電圧が急激に降下しないため、電池性能を一気に失うこともない。
【００６５】
これに対し、比較例３は、「集箔有」となっているものの、電極捲回体の最外周にセパレータが配置されておらず、アルミニウム製のケース部材Ｑ１とアルミニウム製の正極電極板Ｑ３との間隙に、アルミニウム製の間隙充填材Ｑ２を充填している。
比較例３の場合、釘刺し試験を行うと、釘９６を刺し込む方向に向けて順に層別毎に分けると、図１７に示すように、ケース部材Ｑ１、間隙充填材Ｑ２、正極電極板Ｑ３、セパレータＱ４、負極電極板Ｑ５…となる。
ケース部材Ｑ１、間隙充填材Ｑ２、及び正極電極板Ｑ３は積層され、ケース部材Ｑ１は、間隙充填材Ｑ２を介して正極電極板Ｑ３と接触して導通し、正極電位を持つ。
一方、セパレータＱ４を超えて突き刺さった釘９６により、負極電極板Ｑ５と、積層されたケース部材Ｑ１、間隙充填材Ｑ２、及び正極電極板Ｑ３とが短絡する。
【００６６】
Ａｌを含んだ正極電位側では、ケース部材Ｑ１、間隙充填材Ｑ２、及び正極電極板Ｑ３が積層してこられの厚みが厚くなるため、正極電位側が溶融して、負極電位側の負極電極板Ｑ５と完全に溶断されるまでに時間が、実施例に比べて長く要し、その時間中、正極電位側が負極電極板Ｑ５と導通し続けている。溶断までの時間が長くなると、図１５及び図１９に示すように、組電池の電圧降下量は２１０ｍＶと非常に大きくなり、電圧が急激に降下して、電池性能を一気に失う。
【００６７】
比較例１，２は、電極捲回体の最外周にセパレータが配置されている如何に関わらず、「集箔有」、かつ絶縁性を有するＰＰで間隙充填材を形成しているため、ケース部材は、正極電極板と接触せず、正極電位を持たず、電気的に中立である。そのため、比較例１，２は、実施例と同様、電圧降下量を４０ｍＶ前後に留まっているが、（１）過充電試験において、比較例１，２は、何れも最高到達温度が１２０℃を超えていることから、ＰＰ製の間隙充填材に、有意性はない。
【００６８】
比較例４は、「集箔有」となっているものの、電極捲回体の最外周にセパレータが配置されておらず、絶縁性を有した間隙充填材も配置されていないため、アルミニウム製のケース部材は、電極捲回体の最外周に位置する正極電極板と接触し、正極電位を持つ。その結果、比較例４は、比較例３と同様、組電池の電圧降下量は２０３ｍＶと非常に大きくなり、電圧が急激に降下して、電池性能を一気に失う。
【００６９】
比較例５は、電極捲回体の最外周にセパレータが配置されているものの、絶縁性を有した間隙充填材も配置されていない上、「集箔無」であるため、アルミニウム製のケース部材は、上記最外周のセパレータより覆われた正極電極板の電極未塗工部で、正極電極板と接触し、正極電位を持つ。その結果、比較例５では、組電池の電圧降下量が比較例３，４より低い１８５ｍＶと大きくなり、電圧は急激に降下する。
【００７０】
比較例６は、実施例と同様、（１）過充電試験においても、前述したように有意性を持つが、実施例と、「Ａｌ＞セパレータ」の点で異なり、組電池の電圧降下量が実施例より大きい１９２ｍＶとなり、電圧は急激に降下する。
【００７１】
なお、ケース部材、間隙充填材、及び負極電極板が積層され、ケース部材が、間隙充填材を介して負極電極板と接触し導通して、負極電位を持つ電池も考えられる。
しかしながら、二次電池がリチウムイオン電池である場合、ケース部材や間隙充填材が、例えば、イオン化傾向の高い金属の一種であるアルミニウムで形成されていると、発電時に本来、正電極側にあるＬｉイオンが電解質を通じて負電極側に移動する化学反応が起きるところに、正電極側にあるＬｉイオンが、負極電位であるケース部材及び間隙充填材と化学反応してしまい、Ｌｉ‐Ａｌ合金を生成してしまう。
Ｌｉ‐Ａｌ合金が生成されると、電池性能が格段に悪化してしまい、電池の寿命特性が低下すると共に、電源として、安定した起電力を発生することができなくなり、好ましくない。
【００７２】
前述した構成を有する本実施形態に係る二次電池の作用・効果について説明する。
（１）本実施形態に係る電池１０では、正極合材３１Ｐが帯状の正電極板３１に塗工された正極塗工部３２を含む正電極３０、及び負極合材４１Ｐが帯状の負電極板４１に塗工された負極塗工部４２を含む負電極４０を備え、正電極３０と負電極４０との間に帯状のセパレータ５０を挟み、正電極３０と、負電極４０と、セパレータ５０とを積層して捲回してなる電極捲回体２０と、電極捲回体２０を内部に収容するケース部材７０とを有する電池１０において、電極捲回体２０では、セパレータ５０が、正極塗工部３２の最外周側に位置する正極塗工エンド部３２Ｅ、及び負極塗工部４２の外周側に位置する負極塗工エンド部４２Ｅを越えて捲回されていること、セパレータ５０の最外周側に位置するセパレータ最外周部５０Ｅと、ケース部材７０の第１，第３側部７１，７３との間隙ｓ１，ｓ２には、アルミニウム製の間隙充填材６０が設けられているので、充放電時のほか、過充電時等の異常時に、ケース部材７０内の発電要素（捲回電極体２０及び図示しない電解質）で生じる化学反応により、発電要素が発熱したときに、熱が、捲回電極体２０のセパレータ最外周部５０Ｅから間隙充填材６０に、間隙充填材を樹脂で形成した従来の電池に比べて伝わり易く、間隙充填材６０を介してケース部材７０外部への放熱が効率良くできる。
【００７３】
特に、電池１０では、間隙充填材６０が、アルミニウム製であるため、アルミニウムの熱伝導率２３６（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）は、合成樹脂の熱伝導率約０．２１（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）に比べ１０００倍以上に大きく、間隙充填材６０は、樹脂製の間隙充填材よりも、発電要素の熱をケース部材７０に伝え易い。
その結果、ケース部材７０に伝わった熱として、ケース部材７０の表面温度をケース部材７０外部から計測した場合には、電池１０に係るケース部材７０の温度は、間隙充填材を樹脂で形成した従来の電池に係るケース部材の温度に比べ、前述したように、例えば７０％以下の低い温度に抑制することができる。
すなわち、発電要素の発熱時に、間隙充填材６０から伝熱したケース部材７０が外気等によって効率良く冷却され、発電要素の温度上昇が抑制できるようになるため、充放電時に、発電要素において化学反応が活性化され、信頼性の高い電池性能が得られる。
【００７４】
また、本実施形態では、ケース部材７０はアルミニウム製である。ケース部材７０が金属製合でも、セパレータ５０が、正極塗工部３２の正極塗工エンド部３２Ｅ、及び負極塗工部４２の負極塗工エンド部４２Ｅを越えて捲回されており、電極捲回体２０の最外周は、セパレータ５０で絶縁できている。
そのため、間隙充填材６０がアルミニウム等の金属製であっても、正負電極の短絡や、ケース部材７０に正極電位または負極出を有することが生じず、これ等に起因した電池性能の低下が防止できている。
従って、本実施形態の電池１０では、発熱時の放熱性が高く、信頼性の高い電池性能を備えた二次電池を提供することができる、という優れた効果を奏する。
【００７５】
（２）本実施形態に係る電池１０では、正電極３０は、正電極板３１のうち、正極合材３１Ｐが塗工されていない正極未塗工部３３を含み、負電極４０は、負電極板４１のうち、負極合材４１Ｐが塗工されていない負極未塗工部４３を含み、正極未塗工部３３では、正電極板３１が、電極捲回体２０の径方向内側、すなわち厚み方向Ｔに圧縮されて互いに重なり合っている正極側集箔部３４になっていること、負極未塗工部４３では、負電極板４１が、径方向内側、すなわち厚み方向Ｔに圧縮されて互いに重なり合っている負極側集箔部４４になっていること、を特徴とするので、ケース部材７０は、正極電位や負極電位を持たず、電気的に中立にすることから、複数の電池１０により構成された組電池１０Ｃに釘刺し試験を行ったときに、ケース部材に正極電位または負極電位を持った二次電池に比べ、降下する電圧を低く抑えることができる。
【００７６】
すなわち、アルミニウム製の間隙充填材６０が充填されていても、電極捲回体２０の最外周には、絶縁性を有するセパレータ５０が配置されているため、電極捲回体２０がケース部材７０に接触していても、ケース部材７０に電位は有しない。
また、正電極３０の正極未塗工部３２は、正極電位を有しているものの、電極捲回体２０の径方向内側に正電極板３１を圧縮させて互いに重なり合わせている正極側集箔部３４となっている。そのため、電極捲回体２０がケース部材７０に収容された状態でも、セパレータ５０が正極未塗工部３３まで配置されている如何を問わず、正電極板３１は、ケース部材７０とは接触せず、ケース部材７０に電位は有しない。
また、負電極４０の負極未塗工部４２は、負極電位を有しているものの、正電極３０の正極未塗工部３３と同様、電極捲回体２０の径方向内側に負電極板４１を圧縮させて互いに重なり合わせている負極側集箔部４４となっている。そのため、電極捲回体２０がケース部材７０に収容された状態でも、セパレータ５０が負極未塗工部４３まで配置されている如何を問わず、負電極板４１は、ケース部材７０とは接触せず、ケース部材７０に電位は有しない。
【００７７】
従って、本実施形態に係る電池１０では、ケース部材７０は、正極電位や負極電位を持たず、電気的に中立にできることから、電池１０（組電池１０Ｃ）に釘刺し試験を行ったときに、ケース部材に正極電位または負極電位を持った二次電池に比べ、降下する電圧を低く抑えることができる。
【００７８】
（３）本実施形態に係る電池１０では、セパレータ最外周部５０Ｅの間隙充填材配設予定面５１に接触させる間隙充填材６０の一面６０ａの面積Ｋは、間隙充填材配設予定面５１の表面積Ｓ以下であるので、アルミニウム製の間隙充填材６０は、絶縁性のセパレータ最外周部５０Ｅによりケース部材７０と直に接触せず、ケース部材７０に正極電位または負極電位を有しない二次電池とすることがより確実にできる。
【００７９】
（４）本実施形態に係る電池１０では、間隙充填材６０は、箔状に形成されているので、複数の電池１０を一列状に直列接続して拘束する組電池１０Ｃを構成するときに、各電池１０とも、電池１０の厚み方向Ｔの厚みを均一に揃えることが簡単にできる。
【００８０】
すなわち、車両１に搭載するバッテリパック６は、複数の組電池１０Ｃを列置して構成され、この組電池１０Ｃは、単電池である電池１０を、バスバ１３により複数直列に接続して一列状に拘束したものである。
この組電池１０Ｃを構成するとき、複数の電池１０において、ケース部材７０に収容された状態の電極捲回体２０のセパレータ最外周部５０Ｅの間隙充填材配設予定面５１と、ケース部材７０の第１，第３側部７１，７３の内側面との間隙ｓ１，ｓ２の大きさが、電池１０毎に異なることがある。この場合でも、間隙充填材６０は、箔状であるため、例示したように、ｔ１＝０．１（ｍｍ）、ｔ２＝０．２（ｍｍ）、ｔ３＝０．３（ｍｍ）等と、箔の厚みにバリエーションを持たせて形成することが容易にできる。
よって、隙間ｓ１，ｓ２の大きさに対応した厚みの間隙充填材６０を選択し、それぞれの隙間ｓ１，ｓ２に充填すれば、電極捲回体２０の径方向に沿う厚み方向Ｔに対する大きさを、各電池１０で均一に揃えることが簡単にできる。
【００８１】
（５）本実施形態に係る電池１０では、間隙充填材６０は、アルミニウム製であるので、アルミニウムの熱伝導率２３６（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）は金属の中でも高く、発電要素で発熱した熱は、間隙充填材６０に伝熱し易い。
また、熱伝導率の高い金属のうち、アルミニウムは相対的に安価な材料であるため、間隙充填材６０を低コストで形成することができ、ひいては電池１０にかかるコストを安価にすることができる。
【００８２】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できる。
例えば、実施形態では、電池１０は角型単電池としたが、本発明に係る二次電池は、実施形態に限らず、例えば、円筒型単電池等、適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１０ 電池（二次電池）
２０ 電極捲回体
３０ 正電極
３１ 正電極板
３１Ｐ 正極合材
３２ 正極塗工部
３２Ｅ 正極塗工エンド部
３３ 正極未塗工部
３４ 正極側集箔部
４０ 負電極
４１ 負電極板
４１Ｐ 負極合材
４２ 負極塗工部
４２Ｅ 負極塗工エンド部
４３ 負極未塗工部
４４ 負極側集箔部
５０ セパレータ
５０Ｅ セパレータ最外周部
５１ 間隙充填材配設予定面（セパレータ最外周部の表面）
６０ 間隙充填材
７０ ケース部材
Ｔ 厚み方向
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次電池に関する。詳しくは、捲回電極体をケース内に挿入して収容された二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッドカーや電気自動車のほか、携帯電話やポータブル機器等の電源として、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素等の二次電池が用いられている。二次電池の中には、例えば、特許文献１に開示されているような単電池がある。
【０００３】
図２０は、特許文献１に記載された単電池の内部構造を模式的に示す断面図である。特許文献１は、図２０に示すように、直方体形状のケース１７０内において、ケース１７０の側面部と捲回電極体１２０の最外周との隙間に、絶縁性の間隙充填材１６０を挿入した角型電池である。このような隙間は、主として、収容した捲回電極体１２０（１２０Ａ乃至１２０Ｄ）の形状誤差に起因して生じる。間隙充填材１６０は、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂で形成されている。
【０００４】
複数の単電池を一列状に直列接続して拘束した組電池では、配列方向の拘束荷重が各単電池にかかるため、このような隙間が単電池にあると、拘束荷重による応力が単電池のケース１７０に局部的に集中し、ケース１７０が歪み変形してしまう。
特許文献１は、組電池を構成する単電池１１０毎に、上記隙間を間隙充填材１６０で埋めることにより、単電池１１０の配列方向の寸法を均一にして、拘束荷重による単電池１１０の変形を防止できている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１０８４５７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、特許文献１には、以下のような問題があった。
二次電池は、通常の充放電時のほか、過充電時等の異常時にも、ケース内の発電要素（捲回電極体及び電解質）で生じる化学反応熱によって発熱する。二次電池では、発熱温度が高くなると電池性能に悪影響を及ぼすことから、発熱した熱を効率良く放熱することが重要となる。
樹脂は、熱伝導率が金属と比べて低く、熱を伝え難い。特許文献１は、間隙充填材１６０を樹脂で形成しているため、熱が、捲回電極体１２０から間隙充填材１６０を介してケース１７０に伝わり難く、ケース１７０から外部への放熱を効率良くできない問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、発熱時の放熱性が高く、信頼性の高い電池性能を備えた二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の問題点を解決するために、本発明の二次電池は、次の構成を有している。
（１）正極合材が帯状の正電極板に塗工された正極塗工部を含む正電極、及び負極合材が帯状の負電極板に塗工された負極塗工部を含む負電極を備え、正電極と負電極との間に帯状のセパレータを挟み、正電極と、負電極と、セパレータとを積層して捲回してなる電極捲回体と、電極捲回体を内部に収容するケース部材とを有する二次電池において、電極捲回体では、セパレータが、正極塗工部の最外周側に位置する正極塗工エンド部、及び負極塗工部の外周側に位置する負極塗工エンド部を越えて捲回されていること、セパレータの最外周側に位置するセパレータ最外周部と、ケース部材との間隙には、金属製の間隙充填材が設けられていることを特徴とする。
なお、正極合材には、正極活物質が含まれている。また、負極合材には、負極活物質が含まれている。
（２）（１）に記載する二次電池において、正電極は、正電極板のうち、正極合材が塗工されていない正極未塗工部を含み、負電極は、負電極板のうち、負極合材が塗工されていない負極未塗工部を含み、正極未塗工部では、正電極板が、電極捲回体の径方向内側に圧縮されて互いに重なり合っていること、負極未塗工部では、負電極板が、径方向内側に圧縮されて互いに重なり合っていること、を特徴とする。
（３）（１）または（２）に記載する二次電池において、セパレータ最外周部の表面に接触させる間隙充填材の面積は、セパレータ最外周部の表面積以下であることを特徴とする。
（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載する二次電池において、間隙充填材は、板状または箔状に形成されていることを特徴とする。
（５）（１）乃至（４）のいずれか１つに記載する二次電池において、間隙充填材は、アルミニウム製であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成を有する本発明の二次電池の作用・効果について説明する。
本発明の二次電池では、
（１）正極合材が帯状の正電極板に塗工された正極塗工部を含む正電極、及び負極合材が帯状の負電極板に塗工された負極塗工部を含む負電極を備え、正電極と負電極との間に帯状のセパレータを挟み、正電極と、負電極と、セパレータとを積層して捲回してなる電極捲回体と、電極捲回体を内部に収容するケース部材とを有する二次電池において、電極捲回体では、セパレータが、正極塗工部の最外周側に位置する正極塗工エンド部、及び負極塗工部の外周側に位置する負極塗工エンド部を越えて捲回されていること、セパレータの最外周側に位置するセパレータ最外周部と、ケース部材との間隙には、金属製の間隙充填材が設けられているので、充放電時のほか、過充電時等の異常時に、ケース部材内の発電要素（捲回電極体及び電解質）で生じる化学反応により、発電要素が発熱したときに、熱が、捲回電極体のセパレータ外周部から間隙充填材に、間隙充填材を樹脂で形成した従来の電池に比べて伝わり易く、間隙充填材を介してケース部材外部への放熱が効率良くできる。
【００１０】
特に、本発明の二次電池では、間隙充填材が、例えば、アルミニウム等の金属製であるため、アルミニウムの熱伝導率は、樹脂の熱伝導率に比べ約１０００倍と大きく、間隙充填材は、樹脂製の間隙充填材よりも、発電要素の熱をケース部材に伝え易い。
その結果、ケース部材に伝わった熱として、ケース部材の表面温度をケース部材外部から計測した場合には、本発明の二次電池に係るケース部材の温度は、間隙充填材を樹脂で形成した従来の電池に係るケース部材の温度に比べ、例えば７０％以下の低い温度に抑制することができる。
すなわち、発電要素の発熱時に、間隙充填材から伝熱したケース部材が外気等によって効率良く冷却され、発電要素の温度上昇が抑制できるようになるため、充放電時に、発電要素において化学反応が活性化され、信頼性の高い電池性能が得られる。
【００１１】
また、ケース部材が、例えば、アルミニウム等、金属製で形成される場合がある。この場合でも、セパレータが、正極塗工部の正極塗工エンド部、及び負極塗工部の負極塗工エンド部を越えて捲回されており、電極捲回体の最外周をセパレータで絶縁できているため、間隙充填材が金属製であっても、正負電極の短絡や、ケース部材に正極電位または負極出を有することが生じず、これ等に起因した電池性能の低下が防止できている。
従って、本発明の二次電池では、発熱時の放熱性が高く、信頼性の高い電池性能を備えた二次電池を提供することができる、という優れた効果を奏する。
【００１２】
（２）正電極は、正電極板のうち、正極合材が塗工されていない正極未塗工部を含み、負電極は、負電極板のうち、負極合材が塗工されていない負極未塗工部を含み、正極未塗工部では、正電極板が、電極捲回体の径方向内側に圧縮されて互いに重なり合っていること、負極未塗工部では、負電極板が、径方向内側に圧縮されて互いに重なり合っていること、を特徴とするので、ケース部材は、正極電位や負極電位を持たず、電気的に中立にすることから、当該二次電池に釘刺し試験を行ったときに、ケース部材に正極電位または負極電位を持った二次電池に比べ、降下する電圧を低く抑えることができる。
【００１３】
すなわち、金属製の間隙充填材が充填されていても、電極捲回体の最外周には、絶縁性を有するセパレータが配置されているため、電極捲回体がケース部材に接触していても、ケース部材に電位は有しない。
また、正電極の正極未塗工部は、正極電位を有しているものの、電極捲回体の径方向内側に正電極板を圧縮させて互いに重なり合わせているため、電極捲回体がケース部材に収容された状態でも、セパレータが正極未塗工部まで配置されている如何を問わず、正電極板はケース部材とは接触せず、ケース部材に電位は有しない。
また、負電極の負極未塗工部は、負極電位を有しているものの、正電極の正極未塗工部と同様、電極捲回体の径方向内側に負電極板を圧縮させて互いに重なり合わせているため、電極捲回体がケース部材に収容された状態でも、セパレータが負極未塗工部まで配置されている如何を問わず、負電極板はケース部材とは接触せず、ケース部材に電位は有しない。
【００１４】
本発明の二次電池を含め、一般的な二次電池では、電極捲回体は、帯状のセパレータ、帯状の正電極、帯状のセパレータ、及び帯状の負電極を１組として積層させ、積層した状態で捲回されている。そのため、正電極層、負電極層、及びセパレータ層の各層が、セパレータ層、正電極層、セパレータ層、負電極層、セパレータ層、正電極層、…のように、捲回数に応じて幾重にも形成される。
このような二次電池を単電池として、複数一列状に接続して拘束された組電池を構成し、例えば、ハイブリッドカーや電気自動車等の電源に、この組電池を搭載することがある。このような組電池には、その性能試験の一つに、釘刺し試験が行われている。
【００１５】
ここで、ケース部材に電位（正極電位または負極電位）を有することと、そのケース部材を備えた二次電池の性能に与える影響との関係について、ケース部材が正極電位を持つ場合と、ケース部材が負極電位を持つ場合とに分けて説明する。
電極捲回体の最外周にセパレータが配置されず、電極捲回体の正電極または負電極と、金属製のケース部材との間隙に、金属製の間隙充填材が直に充填されると、金属は導電性であるため、ケース部材は、正極電位または負極電位となる。
【００１６】
〔ケース部材が正極電位の場合〕
この場合、ケース部材、間隙充填材、電極捲回体の径方向外側から内側に向けた順で層別に分けると、(Ａ−１)ケース部材（正極電位）、(Ａ−２)間隙充填材（正極電位）、(Ａ−３)正電極（正極電位）、(Ａ−４)セパレータ、(Ａ−５)負電極（負極電位）…となる。
組電池の性能を釘刺し試験で評価をするときに、電極捲回体の径方向に沿った方向から釘をケース部材に突き刺すと、(Ａ−１)ケース部材、(Ａ−２)間隙充填材、及び(Ａ−３)正電極の正極電位と、(Ａ−４)セパレータを介して(Ａ−３)正電極と隣接する (Ａ−５)負電極の負極電位との間は、突き刺さった釘（何らかの理由で外部から強い衝撃・応力等を受けた場合に相当）により短絡して導通し、電圧降下が生じる。
【００１７】
特に、二次電池がリチウムイオン電池で、正極板と間隙充填材とをＡｌで、負極板をＣｕで形成している場合には、Ａｌの融点はＣｕの融点より低いため、高温状態になると、Ａｌ製の正極板はＣｕ製の負極板より先に溶融する。
Ａｌを含んだ正極電位側では、(Ａ−１)ケース部材、(Ａ−２)間隙充填材、及び(Ａ−３)正電極が積層してこられの厚みが厚くなるため、正極電位側が溶けて負極電位側と完全に溶断されるまでに時間を長く要し、その時間中、正極電位側が(Ａ−５)負電極と導通し続けているため、電圧降下が大きく生じる。
【００１８】
〔ケース部材が負極電位の場合〕
この場合、ケース部材、間隙充填材、電極捲回体の径方向外側から内側に向けた順で層別に分けると、(Ｂ−１)ケース部材（負極電位）、(Ｂ−２)間隙充填材（負極電位）、(Ｂ−３)負電極（負極電位）、(Ｂ−４)セパレータ、(Ｂ−５)正電極（正極電位）…となる。
組電池の性能を釘刺し試験で評価をするときに、電極捲回体の径方向に沿った方向から釘をケース部材に突き刺すと、 (Ｂ−１)ケース部材、(Ｂ−２)間隙充填材、及び(Ｂ−３)負電極の負極電位と、(Ｂ−４)セパレータを介して(Ｂ−３)負極と隣接する(Ｂ−５)正電極の正極電位との間は、突き刺さった釘により短絡して導通する。その結果、加熱した正電極板及び負電極板のうち、融点の低い電極板が溶融し、溶断によって負極電位側と正極電位側とが遮断されるまでの間、電圧降下が生じる。
【００１９】
特に、二次電池がリチウムイオン電池である場合、ケース部材や間隙充填材が、例えば、イオン化傾向の高い金属の一種であるアルミニウムで形成されていると、発電時に本来、正電極側にあるＬｉイオンが電解質を通じて負電極側に移動する化学反応が起きるところに、正電極側にあるＬｉイオンが、負極電位である上記(Ｂ−１)ケース部材、及び上記(Ｂ−２)間隙充填材と化学反応してしまい、Ｌｉ‐Ａｌ合金を生成してしまう。
Ｌｉ‐Ａｌ合金が生成されると、電池性能が格段に悪化してしまい、電池の寿命特性が低下すると共に、電源として、安定した起電力を発生することができなくなる。
【００２０】
本発明の二次電池では、ケース部材は、正極電位及び負極電位を持たず、電気的に中立である。
本発明の二次電池に基づいて、組電池を構成し、その組電池に釘刺し試験を行った場合、ケース部材、間隙充填材、電極捲回体の径方向外側から内側に向けた順で層別に分けると、(Ｃ−１)ケース部材、(Ｃ−２)間隙充填材、(Ｃ−３) セパレータ、(Ｃ−４)負電極、(Ｃ−５) セパレータ、(Ｃ−６)正電極…となる。あるいは、(Ｃ−４)正電極、(Ｃ−５) セパレータ、(Ｃ−６)負電極…となる。
(Ｃ−１)ケース部材、(Ｃ−２)間隙充填材、及び(Ｃ−３) セパレータは、電気的に中立であり、突き刺さった釘により、(Ｃ−４)負電極と(Ｃ−６)正電極とが短絡して導通し、電圧降下が生じる。あるいは、(Ｃ−４)正電極と(Ｃ−６)負電極とが短絡して導通し、電圧降下が生じる。
【００２１】
二次電池がリチウムイオン電池で、正極板をＡｌで、負極板をＣｕで形成している場合には、前述したように、Ａｌの融点はＣｕの融点より低いため、高温状態になると、正極板が負極板より先に溶融する。
本発明の二次電池では、釘刺し試験を行っても、突き刺さった釘により、(Ｃ−４)負電極と(Ｃ−６)正電極とが短絡して導通し、(Ｃ−６)正電極が先に溶断される。あるいは、突き刺さった釘により、(Ｃ−４)正電極と(Ｃ−６)負電極とが短絡して導通し、(Ｃ−４)正電極が先に溶断される。
【００２２】
また、本発明の二次電池を含む一般的な二次電池では、ケース部材の厚みが数百（μｍ）であり、正極板や負極板の厚みは数十（μｍ）である。
前述した〔ケース部材が正極電位の場合〕と異なり、溶断する(Ｃ−６)正電極（あるいは(Ｃ−４)正電極）と、(Ｃ−１)ケース部材及び(Ｃ−２)間隙充填材とが別々になり、溶断する(Ｃ−６)正電極（あるいは(Ｃ−４)正電極）の厚みが薄いため、溶断するまでの時間が短く、短絡状態が短くなることから、電圧降下が小さく抑制される。
従って、ケース部材は、正極電位や負極電位を持たず、電気的に中立にすることから、当該二次電池に釘刺し試験を行ったときに、ケース部材に正極電位または負極電位を持った二次電池に比べ、降下する電圧を低く抑えることができる。
【００２３】
（３）セパレータ最外周部の表面に接触させる間隙充填材の面積は、セパレータ最外周部の表面積以下であるので、金属製の間隙充填材は、絶縁性のセパレータ外周部によりケース部材と直に接触せず、ケース部材に正極電位または負極電位を有しない二次電池とすることがより確実にできる。
【００２４】
（４）間隙充填材は、板状または箔状に形成されているので、特に、本発明の二次電池を単電池とし、この単電池を一列状に複数接続して拘束する組電池を構成するときに、各単電池とも、電極捲回体の径方向に沿う電池厚み方向の大きさを均一に揃えることが簡単にできる。
すなわち、組電池を構成するとき、複数の単電池において、ケース部材に収容された状態の電極捲回体のセパレータ最外周部の表面と、ケース部材との間隙の大きさが、単電池毎に異なることがある。この場合でも、間隙充填材は、箔状であることから、例えば、ｔ１＝０．１（ｍｍ）、ｔ２＝０．２（ｍｍ）、ｔ３＝０．３（ｍｍ）等のように、間隙充填材の厚みにバリエーションを持たせることが容易にできる。
よって、ケース部材との間隙の大きさに対応した厚みの間隙充填材を選択し、その隙間に充填すれば、電極捲回体の径方向に沿う厚み方向に対する大きさを、各単電池で均一に揃えることが簡単にできる。
【００２５】
（５）間隙充填材は、アルミニウム製であるので、アルミニウムの熱伝導率は金属の中でも高く、発電要素で発熱した熱は、間隙充填材に伝熱し易い。また、熱伝導率の高い金属のうち、アルミニウムは相対的に安価な材料であるため、間隙充填材を低コストで形成することができ、ひいては本発明の二次電池にかかるコストを安価にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態に係る電池を示す斜視図である。
【図２】図１中、Ａ−Ａ矢視断面図である。
【図３】図１中、Ｂ−Ｂ矢視断面図である。
【図４】図３中、Ｄ部拡大図である。
【図５】図１中、Ｃ−Ｃ矢視断面図である。
【図６】実施形態に係る電池の電極捲回体を示す斜視図である。
【図７】実施形態に係る電池の正電極及び負電極を説明する図である。
【図８】実施形態に係る電池の間隙充填材を示す図であり、（ａ）は最も薄い間隙充填材、（ｂ）は中間の厚みの間隙充填材、（ｃ）は最も厚い間隙充填材である。
【図９】実施形態に係る電池の製造方法のうち、電極捲回体収容工程を説明する工程図を示す。
【図１０】図９と同様、電極捲回体収容工程を説明する工程図を示す。
【図１１】実施形態に係る電池の製造方法のうち、ケース封口工程を説明する工程図を示す。
【図１２】実施形態に係る電池を搭載した車両を示す説明図である。
【図１３】図１２に示す車両に搭載したバッテリパックの説明図である。
【図１４】組電池に対する釘刺し試験の説明図である。
【図１５】実施例に係る電池と、比較例１乃至６に係る電池とについて、２つの評価試験を行ったときの試験条件と試験結果とをまとめて示した表である。
【図１６】実施例に係る電池の内部構造を示す模式図である。
【図１７】比較例３に係る電池の内部構造を示す模式図である。
【図１８】実施例に係る電池の釘刺し試験で、釘刺し後の経過時間と、電圧降下との関係を示すグラフである。
【図１９】比較例３に係る電池の釘刺し試験で、釘刺し後の経過時間と、電圧降下との関係を示すグラフである。
【図２０】特許文献１に記載された単電池の内部構造を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る二次電池について、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態に係る二次電池は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素二次蓄電池等の電池であり、ハイブリットカーや電気自動車等の駆動電源として用いられる。
図１２に、実施形態に係る電池で構成したバッテリパックを搭載した車両を示す。図１３は、図１２に示すバッテリパックの説明図である。
【００２８】
車両１は、図１２に示すように、車体２に、エンジン３に取付けられたフロントモータ４と、リヤモータ５とを搭載し、エンジン３と、フロントモータ４及びリヤモータ５とを併用させて駆動するハイブリッドカーであり、公知の手段によりエンジン３、フロントモータ４及びリヤモータ５で走行できるようになっている。
車体２には、フロントモータ４及びリヤモータ５の駆動用電源として、バッテリパック６が搭載され、フロントモータ４及びリヤモータは、ケーブル７によりバッテリパック６と接続されている。このバッテリパック６は、図１３に示すように、複数の電池１０をバスバ１３により直列接続して一列状に拘束された組電池１０Ｃを複数列置した構成となっている。
【００２９】
次に、電池１０について、図１乃至図７を用いて説明する。
図１は、実施形態に係る電池を示す斜視図である。図２は、図１中、Ａ−Ａ矢視断面図である。図３は、図１中、Ｂ−Ｂ矢視断面図である。図４は、図３中、Ｄ部拡大図である。図５は、図１中、Ｃ−Ｃ矢視断面図である。図６は、実施形態に係る電池の電極捲回体を示す斜視図である。図７は、図６に示す電極捲回体の正電極、負電極の説明図である。
本実施形態では、電池１０（二次電池）は、図１乃至図５に示すように、略直方体形状の角型単電池である。電池１０は、図示しない電解液、電極捲回体２０、この電解液と電極捲回体２０とを内部に収容するケース部材７０、封口部材８０から構成されている。
【００３０】
はじめに、ケース部材７０について、説明する。
ケース部材７０は、例えば、アルミニウム等の金属からなり、図１に示すように、外形が略直方体形状で、挿入側（図１中、上側）が開口し、厚みが０．５（ｍｍ）の素材を深絞りすることにより有底箱状に一体成形されている。
ケース部材７０は、略長方形板状の底部と、この底部の四辺から延びる４つの側部、すなわち第１側部７１、第２側部７２、第３側部７３及び第４側部７４を有している。
第１側部７１と第３側部７３とは、ケース部材７０の長辺と高さを含む側部であり、何れも同形で互いに平行に配置されている。第２側部７２と第４側部７４とは、ケース部材７０の短辺と高さを含む側部であり、何れも同形で互いに平行に配置されている。
このケース部材７０の内部では、第２側部７２及び第４側部７４の沿う厚み方向Ｔ（図５中、左右方向）に対し、第１側部７１の内側面と第３側部７３の内側面との大きさが距離ｍ（０＜ｍ）となっている。
【００３１】
次に、封口部材８０について、説明する。
封口部材８０は、ケース部材７０の開口を閉塞する略矩形板状に形成された蓋であり、弁孔８０Ｈと、正極端子挿通孔８１Ｈと、負極端子挿通孔８２Ｈとを有している。弁孔８０Ｈは、金属製の安全弁８６により封止されている。封口部材８０は、ケース部材７０に、後述する電極捲回体２０を収容し、図示しない電解液を注入した後に、液密に閉塞される。ケース部材７０と封口部材８０とは、例えば、レーザ溶接等により、これらの全周にわたる溶接部８７で固着されている。
【００３２】
次に、電極捲回体２０について説明する。
電極捲回体２０は、正極合材３１Ｐが帯状の正電極板３１に塗工された正極塗工部３２を含む正電極３０、及び負極合材４１Ｐが帯状の負電極板４１に塗工された負極塗工部４２を含む負電極４０を備えている。電極捲回体２０は、この正電極３０とこの負電極４０との間に帯状のセパレータ５０を挟み、正電極３０と、負電極４０と、セパレータ５０とを積層し、図１に示すように、軸線ＡＸを中心に捲回し扁平した形態で形成されている。
【００３３】
具体的には、正電極板３１は、アルミニウムからなり、厚み１０（μｍ）程度のシート状に形成されている。正電極板３１のうち、正極塗工部３２には、図７に示すように、正極活物質を含む正極合材３１Ｐが、正電極板３１の両面側に塗工されている。
また、正電極３０は、正電極板３１のうち、正極合材３１Ｐが塗工されていない正極未塗工部３３を含んでいる。この正極未塗工部３３では、正極側集箔部３４として、正極塗工部３２を除いた正電極板３１の一部のみが渦巻状に重なって露出し、電極捲回体２０において、軸線ＡＸを中心とする径方向内側、すなわち厚み方向Ｔに圧縮されて互いに重なり合っている。
正極側集箔部３４は、電極捲回体２０の軸線ＡＸに沿った方向（図２中、左右方向）の一端側（図２において右側）に配置される。
【００３４】
正極側集箔部３４は、アルミニウムからなる正電極端子３５と、例えば、溶接、ネジ止め等による正極側接続部３６によって接続し導通している。
この正電極端子３５の上部は、図２に示すように、封口部材８０を通じてケース部材７０の外部に露出し、樹脂からなる正極シール部材３７により、封口部材８０と電気的に絶縁された状態で、かつ、封口部材８０に液密に保持されている。
【００３５】
負電極板４１は、銅からなり、厚み１０（μｍ）程度のシート状に形成されている。負電極板４１のうち、負極塗工部４２には、図７に示すように、負極活物質を含む負極合材４１Ｐが、負電極板４１の両面側に塗工されている。
また、負電極４０は、負電極板４１のうち、負極合材４１Ｐが塗工されていない負極未塗工部４３を含んでいる。この負極未塗工部４３では、負極側集箔部４４として、負極塗工部４２を除いた負電極板４１の一部のみが渦巻状に重なって露出し、電極捲回体２０において、軸線ＡＸを中心とする径方向内側、すなわち厚み方向Ｔに圧縮されて互いに重なり合っている。
負極側集箔部４４は、電極捲回体２０の軸線ＡＸに沿った方向（図２中、左右方向）の他端側（図２において左側）に配置されている。
【００３６】
負極側集箔部４４は、銅からなる負電極端子４５と、例えば、溶接、ネジ止め等による負極側接続部４６によって接続し導通している。
この負電極端子４５の上部は、図２に示すように、封口部材８０を通じてケース部材７０の外部に露出し、樹脂からなる負極シール部材４７により、封口部材８０と電気的に絶縁された状態で、かつ、封口部材８０に液密に保持されている。
【００３７】
セパレータ５０は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂からなり、電気的に絶縁性を有し、厚み２０（μｍ）程度のシート状に形成されている。
電極捲回体２０は、図３及び図４に示すように、セパレータ５０を軸芯に配置し、セパレータ５０、正電極３０、セパレータ５０、負電極４０を、１組として積層した状態で、軸線ＡＸを中心に所定の捲回数を螺旋状に捲回してなる。
この電極捲回体２０では、セパレータ５０は、正電極３０の正極塗工部３２の最外周側に位置する正極塗工エンド部３２Ｅ、及び負電極４０の負極塗工部４２の外周側に位置する負極塗工エンド部４２Ｅを越えて捲回されている。本実施形態では、捲回されたセパレータ５０のうち、最外周側に位置するセパレータ最外周部５０Ｅは、負電極４０の周りを完全に捲回した状態で、端部をテープＴＰで留めて固定されている。
【００３８】
セパレータ最外周部５０Ｅには、図６に示すように、略平面形状である間隙充填材配設予定面５１（セパレータ外周部の表面）が含まれている。間隙充填材配設予定面５１は、電極捲回体２０をケース部材７０に収容したに状態にあるときに、次述する間隙充填材６０を当接させる面であり、その間隙充填材配設予定面５１の面積は、表面積Ｓ（０＜Ｓ）となっている。
【００３９】
次に、間隙充填材６０について、図８を用いて説明する。
図８は、間隙充填材を示す図であり、（ａ）は最も薄い厚みｔ１の場合、（ｂ）は中間の厚みｔ２の場合、（ｃ）は最も厚い厚みｔ３の場合である。
電極捲回体２０をケース部材７０に収容した状態では、本実施形態では、電極捲回体２０のうち、セパレータ５０の最外周側に位置するセパレータ最外周部５０Ｅと、ケース部材７０の第１側部７１との間隙、及びセパレータ最外周部５０Ｅと第３側部７３との間隙には、アルミニウム製の間隙充填材６０がそれぞれ設けられている。
なお、本実施形態以外に、場合によっては、第１側部７１との間隙ｓ１または第３側部７３との間隙ｓ２のいずれか一方に、間隙充填材６０が設けられることもある。
【００４０】
間隙充填材６０は、箔状に形成されている。間隙充填材６０は、図８に示すように、矩形形状で、例えば、ｔ１＝０．１（ｍｍ）、ｔ２＝０．２（ｍｍ）、ｔ３＝０．３（ｍｍ）等のように、厚みにバリエーションを有している。何れの厚みの間隙充填材６０についても、一面６０ａ及び他面６０ｂの表面積Ｋは、間隙充填材配設予定面５１の表面積Ｓ以下（０＜Ｋ≦Ｓ）となっている。
【００４１】
次に、電池１０の製造方法について、図９乃至図１１を用いて説明する。
ただし、電池１０において、後に詳述する電極捲回体収容工程及びケース封口工程以外は、公知の手法によれば良いので、これらの工程を中心に説明し、その他は省略または簡略に説明する。
まず、別途、公知の方法により、正極側接続部３６で正電極端子３５を正極側集箔部３４に接続する共に、負極側接続部４６で負電極端子４５を負極側集箔部４４に接続して、電極捲回体２０を構成しておく。
【００４２】
次いで、封口部材８０の正極端子挿通孔８１Ｈに正電極端子３５の上部を、及び負極端子挿通孔８２Ｈに負電極端子４５の上部をそれぞれ挿通する。
次いで、正極シール部材３７により正電極端子３５と正極端子挿通孔８１Ｈとの間を、及び、負極シール部材４７より負電極端子４５と負極端子挿通孔３４Ｈとの間を、それぞれ気密にシールする。
【００４３】
次に、充填する間隙充填材６０の厚みを決めるために、電極捲回体２０及びケース部材７０について計測を行う。
はじめに、図５に示すように、電極捲回体２０のうち、セパレータ最外周部５０Ｅで厚み方向Ｔに薄く扁平状に捲回された平坦部分の厚みｎ（０＜ｎ）を計測しておく。また、この電極捲回体２０を収容する対象のケース部材７０に対し、第１側部７１の内側面と第３側部７３の内側面との距離ｍ（ｎ＜ｍ）を計測しておく。
次に、電極捲回体２０をケース部材７０に収容した状態において、ケース部材７０の距離ｍと電極捲回体２０の厚みｎとの差であるクリアランス（ｍ−ｎ）を求め、このクリアランスに対応した厚さの間隙充填材６０を選択し充填する。
【００４４】
次に、電極捲回体収容工程について、図９及び図１０を用いて説明する。
図９及び図１０に、電極捲回体収容工程の工程図を示す。電極捲回体収容工程では、図９に示すように、以下に説明する吸引装置９５を用いて、ケース部材７０の第１，第３側部７１，７３を外側に向けて弾性変形させ、第１，第３側部７１，７３をそれぞれ外側に凸の形状に変形させる。
そこで、まず吸引装置９０を簡単に説明した後、この装置を用いた電極捲回体収容工程について説明する。
【００４５】
吸引装置９０は、図９に示すように、互いに対向する向きに配置され、互いが近接及び離間する方向に移動可能とされた第１吸引部９０Ａと第２吸引部９０Ｂとを備えている。この吸引装置９０は、第１吸引部９０Ａと第２吸引部９０Ｂとの間にケース部材７０を固定して配置した状態で、第１吸引部９０Ａによりこのケース部材７０の第１側部７１を、第２吸引部１０２により第３側部７３を、それぞれケース部材７０の外部から吸着し、第１，第２吸引部９０Ａ，９０Ｂを互いに離間する方向（図９中、矢印方向）に移動させて、第１側部７１及び第３側部７３を、互いに反対側（外部側）に向けてそれぞれ弾性変形させるように構成されている。
【００４６】
電極捲回体収容工程では、図９に示すように、第１吸引部９０Ａによりケース部材７０の第１側部７１を、第２吸引部９０Ｂにより第３側部７３を、それぞれケース部材７０の外部から吸着し、第１，第２吸引部９０Ａ，９０Ｂを互いに離間する方向に移動させて、第１側部７１及び第３側部７３を、互いに反対側に向けてそれぞれ弾性変形させる。
次に、ケース部材７０の第１側部７１と第３側部７３にそれぞれ対向する位置にある電極捲回体２０の間隙充填材配設予定面５１に、間隙充填材６０の一面６０ａをそれぞれ当接させておき、この状態で、封口部材８０と共に一体となった電極捲回体２０を、その下方からケース部材７０の開口に向けて収容する。収容後、ケース部材７０に電解液を注入する。
【００４７】
電極捲回体２０は、図１０に示すように、封口部材８０がケース部材７０の第１乃至第４側部７１，７２，７３，７４に当接するまで、ケース部材７０内に収容する。この後、第１吸引部９０Ａを第１側部７１から、第２吸引部９０Ｂを第３側部７３から、それぞれ開放し、吸引装置９０を退避させる。
この吸引装置９０により、ケース部材７０の第１側部７１と第３側部７３とを吸引して、第１側部７１及び第３側部７３を、互いに反対側に向けてそれぞれ弾性変形させたため、ケース部材７０では、第１側部７１、第２側部７２、第３側部７３及び第４側部７４は、平板状から湾曲状に変形が生じている。
【００４８】
第１乃至第４側部７１，７２，７３，７４の変形を修復するために、例えば、図１１に示すような第１押圧部材９１、第２押圧部材９２、第３押圧部材９３及び第４押圧部材９４等の治具が、図示しない押圧装置と共に用いられる。
第１押圧部材９１は、平板状に形成され、押圧装置により、ケース部材７０の外部から第１側部７１に向けて移動し、ケース部材７０のうち、第１側部７１全体に当接して、第１側部７１を押圧する治具である。
第２押圧部材９２は、直方体状に形成され、押圧装置により、ケース部材７０の外部から第２側部７２に向けて移動し、ケース部材７０のうち、第２側部７２全体に当接して、第２側部７２を押圧する治具である。
【００４９】
第３押圧部材９３は、Ｌ字型形状に形成され、押圧装置により、ケース部材７０の外部から第３側部７３及び第４側部７４に向けて移動し、ケース部材７０のうち、第３側部７３全体と第４側部７４全体とに対し、互いに直角に当接して、第３側部７３及び第４側部７４を押圧する治具である。
第４押圧部材９４は、ブロック状に形成され、押圧装置により、ケース部材７０の外部から封口部材８０に向けて移動し、封口部材８０のうち、正電極端子３５の露出部及び正極シール部材３７と、負電極端子４５の露出部及び負極シール部材４７とを除いた範囲に当接して、封口部材８０を押圧する治具である。
【００５０】
次に、ケース封口工程について、図１１を用いて説明する。
図１１に、ケース封口工程の工程図を示す。ケース封口工程では、図１１に示すように、第１乃至第４押圧部材９１，９２，９３，９４を、それぞれケース部材７０の外側からケース部材７０に向けて移動させる。
この移動により、第１押圧部材９１をケース部材７０の第１側部７１に、第２押圧部材９２をケース部材７０の第２側部７２に、第３押圧部材９３をケース部材７０の第３側部７３及び第４側部７４にそれぞれ当接させて、第１側部７１及び第３側部７３を、互いに近接させ平行となる向きにそれぞれ弾性変形させる。
また、第１側部７１及び第３側部７３が互いに外部側に弾性変形したことに伴って、第２側部７２及び第４側部７４が弾性変形した分を、互いに平行となる向きにそれぞれ弾性変形させる。
【００５１】
第１側部７１と第３側部７３とが互いに平行になると、間隙充填材６０の一面６０ａは、電極捲回体２０の間隙充填材配設予定面５１に当接し、間隙充填材６０の他面６０ｂは、ケース部材７０の第１，第３側部７１，７３の内側面に当接する。
すなわち、間隙充填材６０は、間隙充填材配設予定面５１、及び第１，第３側部７１，７３の内側面に密着した状態となり、電極捲回体２０と第１側部７１との隙間ｓ１と、電極捲回体２０と第３側部７３との隙間ｓ２は、間隙充填材６０によって埋められる。
【００５２】
次いで、ケース部材７０において、第１側部７１と第３側部７３とが互いに平行に修復され、第２側部７２と第４側部７４と互いに平行に修復されたら、ケース部材７０の第１側部７１、第２側部７２、第３側部７３、及び第４側部７４を封口部材８０に当接させて、ケース部材７０と封口部材８０とが合わさった部分を、例えば、レーザ溶接等により、全周にわたって溶接部８７で固着する。
かくして、電池１０が製造される。
【００５３】
ところで、図１２に示すようなハイブリッドカーのほか、電気自動車、フォークリフト等の電源として、図１３に示すようなバッテリパック６が、車両１等に搭載されている。
電池１０は単電池である。バッテリパック６は、図１３に示すように、複数の電池１０をバスバ１３により直列接続して一列状に拘束された組電池１０Ｃを、１つのユニットとして構成し、この組電池１０Ｃを複数列置して全数の電池１０を直列に接続した構成となっている。
本実施形態に係る電池１０のほか、一般的な二次電池でも、組電池１０Ｃと同様に、組電池は、複数の単電池を直列接続して一列状に拘束して構成されている。
【００５４】
特に、ハイブリッドカーや電気自動車等の車両に搭載される電源に対し、組電池を対象にして、単電池の性能評価の一つに、釘刺し試験が一般的に行われている。
釘刺し試験は、電源の使用中、外部から車両に何らかの理由で衝突等の強い衝撃・応力が加わり、組電池に損傷を受けた場合を想定し、電池のケース部材に釘を突き刺すことにより、組電池の損傷を擬似的につくり出して、組電池の性能を評価する試験である。
本実施形態でも、組電池１０Ｃについても釘刺し試験を実施し、電池１０の性能評価（実施例）を行う共に、比較例１乃至６に係る単電池に基づいて構成した組電池を対象に釘刺し試験を実施し、比較例１乃至６に係る単電池についても性能評価を行った。
また、上記釘刺し試験のほかに、電池１０と、この比較例１乃至６に係る単電池について、過充電試験による性能評価を併せて行った。
【００５５】
図１４に、組電池１０Ｃを対象とした釘刺し試験の説明図を示す。図１５は、実施例に係る電池と、比較例１乃至６に係る電池とについて、２つの評価試験を行ったときの試験条件と試験結果とをまとめて示した表である。
以下、実施例に係る電池１０と、比較例１乃至６に係る単電池とについて、（１）過充電試験と（２）釘刺し試験との共通した試験条件は、
（ａ）正極：ＬｉＮｉＣｏＭｎＯ２、負極：炭素
（ｂ）単セル：３つの単電池（電池１０を含む）／セル
（ｃ）ケース部材はＡｌ製で厚み０．５ｍｍ、間隙充填材の厚み０．１〜０．３ｍｍ、正極電極板の厚み１０μｍ、負極電極板の厚み１０μｍ、セパレータの厚み２０μｍ
である。
【００５６】
なお、図１５において、「電極未塗工部の集箔有無」は、正極未塗工部及び負極未塗工部とも、電極板が、径方向内側に圧縮されて互いに重なり合っている電池を、「集箔有」とし、圧縮されず互いに重なり合っていない電池を、「集箔無」としている。
また、「電極体最外周部セパレータとＡｌ充填材の大小関係」は、参照する電池１０において、間隙充填材配設予定面５１の表面積Ｓと間隙充填材６０の表面積Ｋとの大小関係を意味するものである。
【００５７】
（１）過充電試験
はじめに、過充電試験について説明する。試験条件は、
（ｄ）使用電池：単セル
（ｅ）ＳＯＣ１００％開始、電流２０Ａ、上限電圧１０Ｖ、雰囲気温度２５℃
である。
この試験では、過充電により発電要素で発熱した熱がケース部材に伝熱する温度を確認するため、ケース外部からケース部材の表面温度を測定した。
【００５８】
試験結果を図１５に示す。比較例１，２，４，５では、図１５に示すように、何れも最高到達温度が１２０℃を超えていたのに対し、実施例１、比較例３，６では、何れも最高到達温度が１００℃未満と相対的に低く、比較例１，２，４，５の最高到達温度の約７０％に留まっている。
これは、間隙充填材６０を、熱伝導率がＰＰの熱伝導率に比べて約１０００倍も大きいアルミニウム製で形成したために、発電要素で発熱した熱が、アルミニウム製の間隙充填材を通じてケース部材に伝わり、ケース部材が外気によって効率良く冷却され、発電要素の温度上昇が抑制できるようになるためと考えられる。換言すれば、この実験結果は、電極捲回体とケース部材との間に間隙充填材を設けない場合とほぼ同じような結果となり、ＰＰ製の間隙充填材は、発電要素で発熱した熱をケース部材に伝えないことが判る。
【００５９】
（２）釘刺し試験
次に、釘刺し試験について説明する。試験条件は、
（ｆ）使用電池：３セル直列接続
である。
この試験では、図１４に示すように、組電池１０Ｃ中の電池１０に向けて釘９６を突き刺しことにより、低下する電圧（正極電位の第１端子１１と負極電位の第２端子１２との電位差に対し、釘刺し１分後の電圧降下量を測定した。
【００６０】
試験結果を図１５乃至図１９に示す。図１６は、実施例に係る電池の内部構造を示す模式図である。図１７は、比較例３に係る電池の内部構造を示す模式図である。図１８は、実施例に係る電池の釘刺し試験で、釘刺し後の経過時間と、電圧降下との関係を示すグラフである。図１９は、比較例３に係る電池の釘刺し試験で、釘刺し後の経過時間と、電圧降下との関係を示すグラフである。
図１５より、実施例１、比較例１，２では、中間セルの電圧降下量が４０ｍＶ前後で留まっているのに対し、比較例３乃至６では、電圧降下量が２００ｍＶ前後にまで達していることが判る。
【００６１】
試験結果を考察する。
本実施形態に係る電池１０を含み、一般的な二次電池では、単電池として、電極捲回体が、合成樹脂製の帯状のセパレータ、アルミニウム製の帯状の正電極、帯状のセパレータ、及び銅製の帯状の負電極を１組として積層させ、積層した状態で捲回されている。そのため、正電極層、負電極層、及びセパレータ層の各層が、セパレータ層、正電極層、セパレータ層、負電極層、セパレータ層、正電極層、…のように、捲回数に応じて幾重にも形成される。
【００６２】
実施例は、電極捲回体の最外周にセパレータＰ３が配置され、「集箔有」かつ「Ａｌ＜セパレータ」となっており、アルミニウム製のケース部材Ｐ１とセパレータＰ３との間隙に、アルミニウム製の間隙充填材Ｐ２を直に充填している。
実施例に係る組電池１０Ｃに釘刺し試験を行うと、釘９６を刺し込む方向に向けて順に層別毎に分けると、図１６に示すように、ケース部材Ｐ１、間隙充填材Ｐ２、セパレータＰ３、負極電極板Ｐ４、セパレータＰ５、正極電極板Ｐ６…となる。
ケース部材Ｐ１、間隙充填材Ｐ２、及びセパレータＰ３は積層され、ケース部材Ｐ１は、セパレータＰ３の存在のほか、「集箔有」及び「Ａｌ＜セパレータ」により、負極電極板Ｐ４とも接触せず、正極電位及び負極電位を持たず、電気的に中立である。
一方、セパレータＰ５を超えて突き刺さった釘９６により、負極電極板Ｐ５と正極電極板Ｐ６とは短絡して導通する。
【００６３】
実施例のように、二次電池がリチウムイオン電池で、正極電極板をＡｌで、負極電極板をＣｕで形成していると、Ａｌの融点はＣｕの融点より低いため、高温状態になると、Ａｌ製の正極電極板が、Ｃｕ製の負極電極板より先に溶融する。
実施例では、突き刺さった釘９６により、負極電極板Ｐ５と正極電極板Ｐ６とが短絡して導通すると、正極電極板Ｐ６が負極電極板Ｐ５より先に溶融し、負極電極板Ｐ５と正極電極板Ｐ６とが溶断される。
【００６４】
このとき、ケース部材Ｐ１及び間隙充填材Ｐ２は、正極電極板と同じＡｌ製であっても、セパレータＰ３と負極電極板Ｐ５とを介して、正極電極板Ｐ６と離れているため、短絡時には、厚みが僅か１０μｍの正極電極板Ｐ６だけが溶融し、ケース部材Ｐ１及び間隙充填材Ｐ２等まで溶融しない分、溶断するまでの時間は短い。
溶断までの時間が短いと、図１５及び図１８に示すように、組電池１０Ｃの電圧降下量は４２ｍＶと小さく、電圧が急激に降下しないため、電池性能を一気に失うこともない。
【００６５】
これに対し、比較例３は、「集箔有」となっているものの、電極捲回体の最外周にセパレータが配置されておらず、アルミニウム製のケース部材Ｑ１とアルミニウム製の正極電極板Ｑ３との間隙に、アルミニウム製の間隙充填材Ｑ２を充填している。
比較例３の場合、釘刺し試験を行うと、釘９６を刺し込む方向に向けて順に層別毎に分けると、図１７に示すように、ケース部材Ｑ１、間隙充填材Ｑ２、正極電極板Ｑ３、セパレータＱ４、負極電極板Ｑ５…となる。
ケース部材Ｑ１、間隙充填材Ｑ２、及び正極電極板Ｑ３は積層され、ケース部材Ｑ１は、間隙充填材Ｑ２を介して正極電極板Ｑ３と接触して導通し、正極電位を持つ。
一方、セパレータＱ４を超えて突き刺さった釘９６により、負極電極板Ｑ５と、積層されたケース部材Ｑ１、間隙充填材Ｑ２、及び正極電極板Ｑ３とが短絡する。
【００６６】
Ａｌを含んだ正極電位側では、ケース部材Ｑ１、間隙充填材Ｑ２、及び正極電極板Ｑ３が積層してこられの厚みが厚くなるため、正極電位側が溶融して、負極電位側の負極電極板Ｑ５と完全に溶断されるまでに時間が、実施例に比べて長く要し、その時間中、正極電位側が負極電極板Ｑ５と導通し続けている。溶断までの時間が長くなると、図１５及び図１９に示すように、組電池の電圧降下量は２１０ｍＶと非常に大きくなり、電圧が急激に降下して、電池性能を一気に失う。
【００６７】
比較例１，２は、電極捲回体の最外周にセパレータが配置されている如何に関わらず、「集箔有」、かつ絶縁性を有するＰＰで間隙充填材を形成しているため、ケース部材は、正極電極板と接触せず、正極電位を持たず、電気的に中立である。そのため、比較例１，２は、実施例と同様、電圧降下量を４０ｍＶ前後に留まっているが、（１）過充電試験において、比較例１，２は、何れも最高到達温度が１２０℃を超えていることから、ＰＰ製の間隙充填材に、有意性はない。
【００６８】
比較例４は、「集箔有」となっているものの、電極捲回体の最外周にセパレータが配置されておらず、絶縁性を有した間隙充填材も配置されていないため、アルミニウム製のケース部材は、電極捲回体の最外周に位置する正極電極板と接触し、正極電位を持つ。その結果、比較例４は、比較例３と同様、組電池の電圧降下量は２０３ｍＶと非常に大きくなり、電圧が急激に降下して、電池性能を一気に失う。
【００６９】
比較例５は、電極捲回体の最外周にセパレータが配置されているものの、絶縁性を有した間隙充填材も配置されていない上、「集箔無」であるため、アルミニウム製のケース部材は、上記最外周のセパレータより覆われた正極電極板の電極未塗工部で、正極電極板と接触し、正極電位を持つ。その結果、比較例５では、組電池の電圧降下量が比較例３，４より低い１８５ｍＶと大きくなり、電圧は急激に降下する。
【００７０】
比較例６は、実施例と同様、（１）過充電試験においても、前述したように有意性を持つが、実施例と、「Ａｌ＞セパレータ」の点で異なり、組電池の電圧降下量が実施例より大きい１９２ｍＶとなり、電圧は急激に降下する。
【００７１】
なお、ケース部材、間隙充填材、及び負極電極板が積層され、ケース部材が、間隙充填材を介して負極電極板と接触し導通して、負極電位を持つ電池も考えられる。
しかしながら、二次電池がリチウムイオン電池である場合、ケース部材や間隙充填材が、例えば、イオン化傾向の高い金属の一種であるアルミニウムで形成されていると、発電時に本来、正電極側にあるＬｉイオンが電解質を通じて負電極側に移動する化学反応が起きるところに、正電極側にあるＬｉイオンが、負極電位であるケース部材及び間隙充填材と化学反応してしまい、Ｌｉ‐Ａｌ合金を生成してしまう。
Ｌｉ‐Ａｌ合金が生成されると、電池性能が格段に悪化してしまい、電池の寿命特性が低下すると共に、電源として、安定した起電力を発生することができなくなり、好ましくない。
【００７２】
前述した構成を有する本実施形態に係る二次電池の作用・効果について説明する。
（１）本実施形態に係る電池１０では、正極合材３１Ｐが帯状の正電極板３１に塗工された正極塗工部３２を含む正電極３０、及び負極合材４１Ｐが帯状の負電極板４１に塗工された負極塗工部４２を含む負電極４０を備え、正電極３０と負電極４０との間に帯状のセパレータ５０を挟み、正電極３０と、負電極４０と、セパレータ５０とを積層して捲回してなる電極捲回体２０と、電極捲回体２０を内部に収容するケース部材７０とを有する電池１０において、電極捲回体２０では、セパレータ５０が、正極塗工部３２の最外周側に位置する正極塗工エンド部３２Ｅ、及び負極塗工部４２の外周側に位置する負極塗工エンド部４２Ｅを越えて捲回されていること、セパレータ５０の最外周側に位置するセパレータ最外周部５０Ｅと、ケース部材７０の第１，第３側部７１，７３との間隙ｓ１，ｓ２には、アルミニウム製の間隙充填材６０が設けられているので、充放電時のほか、過充電時等の異常時に、ケース部材７０内の発電要素（捲回電極体２０及び図示しない電解質）で生じる化学反応により、発電要素が発熱したときに、熱が、捲回電極体２０のセパレータ最外周部５０Ｅから間隙充填材６０に、間隙充填材を樹脂で形成した従来の電池に比べて伝わり易く、間隙充填材６０を介してケース部材７０外部への放熱が効率良くできる。
【００７３】
特に、電池１０では、間隙充填材６０が、アルミニウム製であるため、アルミニウムの熱伝導率２３６（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）は、合成樹脂の熱伝導率約０．２１（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）に比べ１０００倍以上に大きく、間隙充填材６０は、樹脂製の間隙充填材よりも、発電要素の熱をケース部材７０に伝え易い。
その結果、ケース部材７０に伝わった熱として、ケース部材７０の表面温度をケース部材７０外部から計測した場合には、電池１０に係るケース部材７０の温度は、間隙充填材を樹脂で形成した従来の電池に係るケース部材の温度に比べ、前述したように、例えば７０％以下の低い温度に抑制することができる。
すなわち、発電要素の発熱時に、間隙充填材６０から伝熱したケース部材７０が外気等によって効率良く冷却され、発電要素の温度上昇が抑制できるようになるため、充放電時に、発電要素において化学反応が活性化され、信頼性の高い電池性能が得られる。
【００７４】
また、本実施形態では、ケース部材７０はアルミニウム製である。ケース部材７０が金属製合でも、セパレータ５０が、正極塗工部３２の正極塗工エンド部３２Ｅ、及び負極塗工部４２の負極塗工エンド部４２Ｅを越えて捲回されており、電極捲回体２０の最外周は、セパレータ５０で絶縁できている。
そのため、間隙充填材６０がアルミニウム等の金属製であっても、正負電極の短絡や、ケース部材７０に正極電位または負極出を有することが生じず、これ等に起因した電池性能の低下が防止できている。
従って、本実施形態の電池１０では、発熱時の放熱性が高く、信頼性の高い電池性能を備えた二次電池を提供することができる、という優れた効果を奏する。
【００７５】
（２）本実施形態に係る電池１０では、正電極３０は、正電極板３１のうち、正極合材３１Ｐが塗工されていない正極未塗工部３３を含み、負電極４０は、負電極板４１のうち、負極合材４１Ｐが塗工されていない負極未塗工部４３を含み、正極未塗工部３３では、正電極板３１が、電極捲回体２０の径方向内側、すなわち厚み方向Ｔに圧縮されて互いに重なり合っている正極側集箔部３４になっていること、負極未塗工部４３では、負電極板４１が、径方向内側、すなわち厚み方向Ｔに圧縮されて互いに重なり合っている負極側集箔部４４になっていること、を特徴とするので、ケース部材７０は、正極電位や負極電位を持たず、電気的に中立にすることから、複数の電池１０により構成された組電池１０Ｃに釘刺し試験を行ったときに、ケース部材に正極電位または負極電位を持った二次電池に比べ、降下する電圧を低く抑えることができる。
【００７６】
すなわち、アルミニウム製の間隙充填材６０が充填されていても、電極捲回体２０の最外周には、絶縁性を有するセパレータ５０が配置されているため、電極捲回体２０がケース部材７０に接触していても、ケース部材７０に電位は有しない。
また、正電極３０の正極未塗工部３２は、正極電位を有しているものの、電極捲回体２０の径方向内側に正電極板３１を圧縮させて互いに重なり合わせている正極側集箔部３４となっている。そのため、電極捲回体２０がケース部材７０に収容された状態でも、セパレータ５０が正極未塗工部３３まで配置されている如何を問わず、正電極板３１は、ケース部材７０とは接触せず、ケース部材７０に電位は有しない。
また、負電極４０の負極未塗工部４２は、負極電位を有しているものの、正電極３０の正極未塗工部３３と同様、電極捲回体２０の径方向内側に負電極板４１を圧縮させて互いに重なり合わせている負極側集箔部４４となっている。そのため、電極捲回体２０がケース部材７０に収容された状態でも、セパレータ５０が負極未塗工部４３まで配置されている如何を問わず、負電極板４１は、ケース部材７０とは接触せず、ケース部材７０に電位は有しない。
【００７７】
従って、本実施形態に係る電池１０では、ケース部材７０は、正極電位や負極電位を持たず、電気的に中立にできることから、電池１０（組電池１０Ｃ）に釘刺し試験を行ったときに、ケース部材に正極電位または負極電位を持った二次電池に比べ、降下する電圧を低く抑えることができる。
【００７８】
（３）本実施形態に係る電池１０では、セパレータ最外周部５０Ｅの間隙充填材配設予定面５１に接触させる間隙充填材６０の一面６０ａの面積Ｋは、間隙充填材配設予定面５１の表面積Ｓ以下であるので、アルミニウム製の間隙充填材６０は、絶縁性のセパレータ最外周部５０Ｅによりケース部材７０と直に接触せず、ケース部材７０に正極電位または負極電位を有しない二次電池とすることがより確実にできる。
【００７９】
（４）本実施形態に係る電池１０では、間隙充填材６０は、箔状に形成されているので、複数の電池１０を一列状に直列接続して拘束する組電池１０Ｃを構成するときに、各電池１０とも、電池１０の厚み方向Ｔの厚みを均一に揃えることが簡単にできる。
【００８０】
すなわち、車両１に搭載するバッテリパック６は、複数の組電池１０Ｃを列置して構成され、この組電池１０Ｃは、単電池である電池１０を、バスバ１３により複数直列に接続して一列状に拘束したものである。
この組電池１０Ｃを構成するとき、複数の電池１０において、ケース部材７０に収容された状態の電極捲回体２０のセパレータ最外周部５０Ｅの間隙充填材配設予定面５１と、ケース部材７０の第１，第３側部７１，７３の内側面との間隙ｓ１，ｓ２の大きさが、電池１０毎に異なることがある。この場合でも、間隙充填材６０は、箔状であるため、例示したように、ｔ１＝０．１（ｍｍ）、ｔ２＝０．２（ｍｍ）、ｔ３＝０．３（ｍｍ）等と、箔の厚みにバリエーションを持たせて形成することが容易にできる。
よって、隙間ｓ１，ｓ２の大きさに対応した厚みの間隙充填材６０を選択し、それぞれの隙間ｓ１，ｓ２に充填すれば、電極捲回体２０の径方向に沿う厚み方向Ｔに対する大きさを、各電池１０で均一に揃えることが簡単にできる。
【００８１】
（５）本実施形態に係る電池１０では、間隙充填材６０は、アルミニウム製であるので、アルミニウムの熱伝導率２３６（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）は金属の中でも高く、発電要素で発熱した熱は、間隙充填材６０に伝熱し易い。
また、熱伝導率の高い金属のうち、アルミニウムは相対的に安価な材料であるため、間隙充填材６０を低コストで形成することができ、ひいては電池１０にかかるコストを安価にすることができる。
【００８２】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できる。
例えば、実施形態では、電池１０は角型単電池としたが、本発明に係る二次電池は、実施形態に限らず、例えば、円筒型単電池等、適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１０ 電池（二次電池）
２０ 電極捲回体
３０ 正電極
３１ 正電極板
３１Ｐ 正極合材
３２ 正極塗工部
３２Ｅ 正極塗工エンド部
３３ 正極未塗工部
３４ 正極側集箔部
４０ 負電極
４１ 負電極板
４１Ｐ 負極合材
４２ 負極塗工部
４２Ｅ 負極塗工エンド部
４３ 負極未塗工部
４４ 負極側集箔部
５０ セパレータ
５０Ｅ セパレータ最外周部
５１ 間隙充填材配設予定面（セパレータ最外周部の表面）
６０ 間隙充填材
７０ ケース部材
Ｔ 厚み方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極合材が帯状の正電極板に塗工された正極塗工部を含む正電極、及び負極合材が帯状の負電極板に塗工された負極塗工部を含む負電極を備え、前記正電極と前記負電極との間に帯状のセパレータを挟み、前記正電極と、前記負電極と、前記セパレータとを積層して捲回してなる電極捲回体と、該電極捲回体を内部に収容するケース部材とを有する二次電池において、
前記電極捲回体では、前記セパレータが、前記正極塗工部の最外周側に位置する正極塗工エンド部、及び前記負極塗工部の外周側に位置する負極塗工エンド部を越えて捲回されていること、
前記セパレータの最外周側に位置するセパレータ最外周部と、前記ケース部材との間隙には、金属製の間隙充填材が設けられていることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載する二次電池において、
前記正電極は、前記正電極板のうち、前記正極合材が塗工されていない正極未塗工部を含み、前記負電極は、前記負電極板のうち、前記負極合材が塗工されていない負極未塗工部を含み、
前記正極未塗工部では、前記正電極板が、前記電極捲回体の径方向内側に圧縮されて互いに重なり合っていること、
前記負極未塗工部では、前記負電極板が、前記径方向内側に圧縮されて互いに重なり合っていること、を特徴とする二次電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する二次電池において、
前記セパレータ最外周部の表面に接触させる前記間隙充填材の面積は、前記セパレータ最外周部の表面積以下であることを特徴とする二次電池。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載する二次電池において、
前記間隙充填材は、板状または箔状に形成されていることを特徴とする二次電池。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載する二次電池において、
前記間隙充填材は、アルミニウム製であることを特徴とする二次電池。
【請求項１】
正極合材が帯状の正電極板に塗工された正極塗工部を含む正電極、及び負極合材が帯状の負電極板に塗工された負極塗工部を含む負電極を備え、前記正電極と前記負電極との間に帯状のセパレータを挟み、前記正電極と、前記負電極と、前記セパレータとを積層して捲回してなる電極捲回体と、該電極捲回体を内部に収容するケース部材とを有する二次電池において、
前記電極捲回体では、前記セパレータが、前記正極塗工部の最外周側に位置する正極塗工エンド部、及び前記負極塗工部の外周側に位置する負極塗工エンド部を越えて捲回されていること、
前記セパレータの最外周側に位置するセパレータ最外周部と、前記ケース部材との間隙には、金属製の間隙充填材が設けられていることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載する二次電池において、
前記正電極は、前記正電極板のうち、前記正極合材が塗工されていない正極未塗工部を含み、前記負電極は、前記負電極板のうち、前記負極合材が塗工されていない負極未塗工部を含み、
前記正極未塗工部では、前記正電極板が、前記電極捲回体の径方向内側に圧縮されて互いに重なり合っていること、
前記負極未塗工部では、前記負電極板が、前記径方向内側に圧縮されて互いに重なり合っていること、を特徴とする二次電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する二次電池において、
前記セパレータ最外周部の表面に接触させる前記間隙充填材の面積は、前記セパレータ最外周部の表面積以下であることを特徴とする二次電池。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載する二次電池において、
前記間隙充填材は、板状または箔状に形成されていることを特徴とする二次電池。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載する二次電池において、
前記間隙充填材は、アルミニウム製であることを特徴とする二次電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−１３８２１１（Ｐ２０１２−１３８２１１Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８８６１１（Ｐ２０１０−２８８６１１）
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]