JP4867210B2

JP4867210B2 - 捲回型蓄電装置

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Publication number: JP4867210B2
Application number: JP2005176644A
Authority: JP
Inventors: 俊一増田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-06-16
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2025-06-16
Also published as: JP2006351383A

Description

本発明は、正負の電極シートを捲回してなる捲回型電極ユニットを備える蓄電装置（電池、キャパシタ等）に関し、詳しくは、該電極ユニットの捲回軸方向の両端で電極シートを束ねて集電端子を接続した形態の捲回型蓄電装置に関する。

正極シートと負極シートとを重ね合わせて捲回した電極ユニットが容器に収容された形態の電池が知られている。このような捲回型電池の一つの代表的な構成では、正極シートと負極シートとの相対位置を電極ユニットの捲回軸方向（シートの幅方向）にずらして該軸の一端および他端からそれぞれ正極シートおよび負極シートをはみ出させ、そのはみ出した正極シートおよび負極シートをそれぞれ束ねて正極端子および負極端子に接続する。かかる構成は、正負の電極シートから引き出されたリード線（集電タブ等と称されることもある。）を集めて端子に接続する構成に比べて一般に生産性がよく、また電池の小型化の点からも有利である。例えば特許文献１には、長円筒型に捲回された電極ユニットの両端部にはみ出した正負極の金属箔を捲回軸の左右に分けて束ね、該金属箔の束を集電接続体に溶着してなる電池が記載されている。

ところで、電池はその使用条件等によって電池容器の内部でガスを生じることがある。このため、一般に密閉型電池の容器には、該容器の内圧が高くなると容器内外を連通させて容器内のガスを外部に逃す内圧開放手段（安全弁等）が設けられている。電極ユニットの内部で生じたガスは、該ユニット内から該ユニット外の容器内空間を経て、前記内圧開放手段により電池の外部に放出される。この種の電池に関する従来技術文献として例えば特許文献２が挙げられる。

特開２００３−３４６７６９号公報特開２００４−０３０９４６号公報

ここで、上述のような捲回型の電極ユニットの内部で生じたガスについては、捲回外周側の電極シートによって径方向へのガスの抜け出しが阻まれるため、該ガスの抜け出し経路は実質的に該ユニットの捲回軸方向に限定される。しかし、捲回軸の両端にはみ出した電極シートを束ねて端子に接続（典型的には溶接）した形態の電池では、径方向に巻き重なった電極シートが隣接する（外周側および内周側の）電極シートと該接続により固着されるので、上記軸方向へのガスの抜け出しが妨げられてしまう。

そこで本発明は、捲回型電極ユニットの軸方向の端部に集電端子が接続された構成の蓄電装置であって、該ユニットの内部で発生したガスが該ユニットの外部に抜け出しやすい（ガス抜けのよい）蓄電装置を提供することを目的とする。

本発明により提供される捲回型蓄電装置は、正負の電極シートが扁平に捲回された捲回型電極ユニットと、その電極ユニットの捲回軸方向の端部に接続された集電端子とを備える。前記電極ユニットは、該ユニットを端面側からみた形状における長手方向の両方の端部では前記電極シートが束ねられて前記集電端子に接続されているとともに、該長手方向の中央部は前記ユニット内で生じたガスが前記捲回軸方向に抜け出し可能に開放されている。
かかる構成の蓄電装置は、捲回型電極ユニットの端面形状における長手方向の中央部が開放されていることにより、この電極ユニットの内部でガスが発生した場合にも該ガスを電極ユニットの端面から効率よく抜け出させることができる（すなわち、電極ユニットのガス抜けがよい）。したがって、蓄電装置の容器（外装体）内で発生したガスを該容器の外部に適切に放出することができる。また、上記容器に安全弁等の内圧開放機構が設けられている構成の蓄電装置では、該内圧開放機構をより適切に作動させることができる。

ここに開示される発明の好ましい一つの態様では、前記集電端子が、前記電極ユニットの端面形状における長手方向の両方の端部をそれぞれ該端面形状における幅方向の両外側から挟みつける少なくとも一対ずつの挟込部を備える。該挟込部の間で前記電極シートが束ねられて該挟込部に接続されている。
このような挟込部を有する集電端子によると、電極ユニットの軸方向の端部において、該端部を構成する電極シートを前記端面形状における幅方向の両外側から内側へと容易に寄せ集める（束ねる）ことができる。このため、電極ユニットに集電端子を取り付ける（接続する）操作を効率よく行うことができる。したがって、かかる構成の集電端子を備える態様の蓄電素子は製造効率が良好なものとなり得る。

ここに開示される発明の他の一つの好ましい態様では、前記集電端子を前記電極ユニットの端面側からみた形状が、該ユニットの外面を該ユニットの端面形状における長手方向の一方の端部から該端面形状の幅方向の両外側に沿って前記長手方向に延びるＵ字形状である。
このような集電端子によると、前記Ｕ字形状の有する二つの腕部の間に電極ユニットの端部を適切に保持することができる。このため、電極ユニットに集電端子を組み付ける（接続する）操作を効率よく行うことができる。典型的には、該Ｕ字形状における一方の腕部および他方の腕部の対応する部分によって前記一対の挟込部が形成されている。このように一つの部材によって一対の挟込部が形成されているので、これら対を成す挟込部同士の位置合わせが容易である。また、例えば、前記電極ユニットの端面形状における長手方向の一方の端部に前記Ｕ字形状の折返し部（Ｕ字の底部に相当する。）が当接するように集電端子を配置することにより、前記電極ユニットに対する該集電端子の位置決め（特に、電極ユニットの端面形状における長手方向の位置決め）を容易かつ適切に行うことができる。

ここに開示される発明の他の一つの好ましい態様では、前記集電端子が、前記Ｕ字形状の奥側（折返し部側）に設けられた少なくとも一対の挟込部と、該Ｕ字形状の入口側に設けられた少なくとも一対の挟込部とを備える。そして、前記電極ユニットの端面形状における長手方向の一方の端部が前記奥側の挟込部に接続され、他方の端部が前記入口側の挟込部に接続されている。
かかる態様によると、一つの集電端子によって、電極ユニットの端面形状における長手方向の一方の端部および他方の端部をそれぞれ束ねて該集電端子に接続することができる。これら二対の挟込部は前記Ｕ字形状における腕部によって連結されているので、該二対の挟込部相互の位置関係を適切に維持することができる。したがって、電極ユニットの端部に該集電端子を接続することにより、電極ユニットの軸方向端部の形状維持性が高められ得る。これにより、例えば、集電端子が接続された電極ユニットの取扱性（容器内に挿入する際の操作性等）が向上する。

ここに開示される発明の他の一つの好ましい態様では、前記集電端子が、前記電極ユニットの端面形状における長手方向の一方の端部に沿って前記挟込部よりも捲回軸方向内側（中央側）に延びる位置決め部を有する。
このような形状の集電端子を備える態様の蓄電装置では、前記電極ユニットの端面形状における長手方向の一方の端部に前記位置決め部が当接するように集電端子を配置することにより、前記電極ユニットに対する該集電端子の位置決めをさらに容易かつ適切に行うことができる。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している内容以外の技術的事項であって本発明の実施に必要な事項（例えば、電極活物質層の組成や電解質の種類、集電端子の作製方法、電極シートと集電端子とを接続する際の具体的な操作方法（例えば溶接条件）等）は、従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている技術内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。

ここに開示される捲回型蓄電装置は、正負の電極シートが扁平に捲回された捲回型電極ユニットと、該電極ユニットの捲回軸方向の端部に接続された集電端子とを備えるものであればよく、その製造プロセスや蓄電装置の種類等に特に制限はない。ここで「蓄電装置」とは、所定の電力を貯蔵及び放出する蓄電機能（発電機能ともいえる。）を発揮し得るものをいい、いわゆる電池およびキャパシタの双方を含む概念である。典型的な蓄電装置としては、種々の形態の一次電池（例えばリチウム一次電池、マンガン電池）、二次電池（例えばリチウム二次電池、ニッケル水素電池）、或いはキャパシタ（例えば電気二重層キャパシタ）を挙げることができる。

本発明は、密閉型および開放型（非密閉型）のいずれのタイプの蓄電装置にも適用可能である。いずれのタイプの蓄電装置についても、電極ユニット内で発生したガスは、まず該ユニット外に抜け出した後に装置外（電極ユニットを収容する容器の外）に放出される。したがって、電極ユニットのガス抜け向上という本発明の適用効果は、いずれのタイプの蓄電装置においても適切に発揮され得る。一般に密閉型の蓄電装置には安全弁等の内圧開放手段が設けられているところ、電極ユニットの内で発生したガスが該ユニット外に蓄積されると（すなわち、電極ユニットのガス抜け性が不足すると）該ユニットが膨れ、これにより上記内圧開放手段の適切な作動が妨げられる（例えば、安全弁の作動により形成された開口部が塞がれる）虞がある。かかる観点から、本発明は密閉型の蓄電装置に対して好ましく適用される。また、非水系の電解質を用いた蓄電装置は水系の電解質を用いた蓄電装置に比べて容器内でのガス発生が起こりやすい、したがって本発明は、非水系の電解質を備えた蓄電装置に対して好ましく適用される。本発明の特に好ましい適用対象として、リチウム二次電池（典型的には、リチウムイオン二次電池）が挙げられる。

本発明の蓄電装置を構成する捲回型電極ユニットは扁平に捲回されている。したがって、該ユニットを端面側（すなわち捲回軸方向）からみた形状は、一方向（長手方向）の長さが他方向（幅方向）の長さよりも長い形状となっている。典型的には、該端面側からみた電極ユニットの形状（以下、「端面形状」ということもある。）が長円状または楕円状である。ここで、上記蓄電装置の備える「扁平に捲回された電極ユニット」とは、少なくとも蓄電装置を構成した状態において扁平な外形を呈する捲回型電極ユニットをいい、長尺状の電極シートを当初から扁平に捲回したものに限定されない。したがって、例えば長尺状の電極シートを円筒状に捲回した後に押しつぶして扁平形状に成形した捲回型電極ユニットは、本発明の蓄電装置を構成する「扁平に捲回された電極ユニット」の概念に包含され得る。

このような電極ユニットの捲回軸方向の少なくとも一方の端部（正極側端部または負極側端部）に集電端子が接続されている。電極ユニットの捲回軸方向の両端部（正極側端部および負極側端部）にそれぞれ正極用の集電端子および負極用の集電端子が接続された構成の蓄電装置が好ましい。該集電端子は、電極ユニットの端面形状における長手方向の少なくとも一方の端部に接続されている。上記端面形状における長手方向の一方の端部および他方の端部に集電端子が接続されていることが好ましい。この場合、例えば、電極ユニットの正極側端部の端面形状における長手方向の一方の端部に一つの正極用集電端子の一部が接続され、その正極用集電端子の他の一部が長手方向の他方の端部に接続された形態とすることができる。あるいは、電極ユニットの正極側端部の端面形状における長手方向の一方の端部に第一の正極用集電端子が接続され、長手方向の他方の端部には第二の正極用集電端子（第一の正極用集電端子とは別部材）が接続された形態としてもよい。電極ユニット端部の形状維持性を高めるという観点からは、一つの正極用集電端子の一部および他部が長手方向の一方の端部および他方の端部に接続された形態とすることが好ましい。負極側端部と負極用集電端子との接続形態についても同様である。

ここに開示される蓄電装置の典型的な態様では、上記端面形状における長手方向の端部を構成する電極シートが束ねられて（すなわち、巻き重なった電極シートが径方向に寄せ集められて）、その束ねられた状態で電極シートが集電端子に接続されている。電極シートと集電端子とを接続する方法は特に限定されず、従来公知の各種方法から適当なものを選択すればよい。例えば、抵抗溶接、超音波溶接等の溶接（例えばスポット溶接）を含む方法によって電極シートと集電端子とを接続（接合）することができる。

好ましい一つの態様では、上記集電端子が一対の挟込部を備え、該一対の挟込部の間で電極シートが束ねられている。上記一対の挟込部は、一つの集電端子により構成されていてもよく、複数の集電端子により構成されていてもよい。対をなす挟込部同士の位置合わせが容易であることから、一つの集電端子の一部および他部によって構成された挟込部が好ましい。例えば、電極シートと集電端子とを接続する方法として超音波スポット溶接を採用する場合には、上記端面形状における長手方向の端部をこれら一対の挟込部の間に挟んで該端部を構成する電極シートを束ね、該一対の挟込部の外側から超音波エネルギーを加える。これにより、束ねられた電極シート同士を接合するとともに、該電極シートと集電端子の挟込部とを接合することができる。

一方、電極ユニットの端面形状における長手方向の中央部は、前記ユニット内で生じたガスが前記捲回軸方向に抜け出し可能に開放されている。ここで、ガスの抜け出しが可能であるとは、巻き重なった電極シートが相互に固着（例えば溶接による接合）されておらず、該巻き重なった電極シートの間で発生したガスが径方向に隣接する電極シート間の隙間を通って電極ユニットの端面から外部に放出され得ることをいう。したがって、通常の状態（ガスが発生していない状態）では巻き重なった電極シートの一部が径方向に隣接する（外周側または内周側の）電極シートと接触していても、それらの電極シートが相互に固着されておらず、ガス発生時には隣接する電極シートとの隙間を通ってガスが抜け出し可能となっていればよい。例えば、電極ユニットの端面形状における長手方向の中央部の幅が、電極ユニットの捲回軸方向の中央部（扁平に捲回された電極ユニットの扁平面間の厚さに相当する。）に比べて電極ユニットの捲回軸方向の端部の方が狭くても（図４参照）、その狭められた部分の電極シート間を通ってガスの抜け出しが可能であれば、該中央部がガスの抜け出し可能に開放されているといえる。

好ましい一つの態様では、上記集電端子は、電極ユニットの端面側からみて、該長手方向の中央部を覆わないように配設されている。好ましい他の一つの態様では、集電端子の一部が電極ユニットの端面よりも捲回軸方向外側に突出している。このことによって、容器の内壁面と電極ユニットとの間に隙間を確保し、電極ユニット内から抜け出したガスを容器内空間に効率よく導入することができる。例えば、該ガスにより容器の内圧を高めて内圧開放機構を適切に作動させ得る。また、電極ユニットから抜け出したガスが内圧開放用の貫通孔にスムーズに到達させて容器外に排出され得る。

このように、電極ユニットの端面形状における長手方向の端部で電極シートを束ねて集電端子に接続する一方、該長手方向の中央部が開放された形態とすることにより、電極ユニットのガス抜け性のよい捲回型蓄電装置を実現することができる。電極ユニットの端面形状における長手方向の「端部」は、該長手方向の中央よりもいずれかの端に偏った部分であればよく、その偏りの程度および端部の長さは特に限定されない。例えば、電極ユニットの端面形状における長手方向の一方の端部および他方の端部のいずれにも集電端子が接続された形態では、該長手方向の全長を１００％として、各端部の長さを端から３０％以内（より好ましくは２５％以内）の範囲とすることが好ましい。また、上記長手方向の一方の端部のみに集電端子が接続された形態では、該端部の長さを端から４０％以内の範囲とすることが好ましく、３０％以内の範囲とすることがより好ましい。電極ユニットの端面形状における長手方向の「中央部」の長さは、該長手方向の全長を１００％として、該長手方向の中央を含む３０％以上（より好ましくは４０％以上、さらに好ましくは５０％以上）の範囲とすることが好ましい。

以下、本発明に関する具体的実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。

本発明をリチウム二次電池に適用した一実施例につき、図面を参照しつつ説明する。
図１および図２に示すように、本実施例に係るリチウム二次電池１は、扁平な直方体状の外形を有する容器２と、この容器２に収容されており扁平状に捲回された電極ユニット１０と、電極ユニット１０の軸方向両端部（図１の左右端部）を構成する正極シート１２および負極シート１４にそれぞれ接続された正集電端子４０および負集電端子５０と、これらの集電端子４０，５０に接続されているとともに容器２を貫通してその外部に突出する正外部端子４および負極外部端子５とを備える。

容器２は、アルミニウム等の導電性金属からなり、その一つの上端面には正負の外部端子４，５をそれぞれ貫通させる二つの端子取付孔（図示せず）が設けられている。該上端面の中央部には、容器２の内圧が所定値よりも高くなると容器内外を連通させて容器２内のガスを外部に逃す安全弁３が設けられている。この容器２には図示しない液状電解質（電解液）が収容されており、電極ユニット１０に含浸されている。電解液の組成は特に限定されず、例えばジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とエチレンカーボネート（ＥＣ）とを質量比７：３程度の割合で含む混合溶媒に支持塩としてのリチウム塩（ＬｉＰＦ₆等）を例えば１ｍｏｌ／Ｌ程度の濃度で溶解させた非水電解液を好適に用いることができる。

電極ユニット１０としては、従来の扁平な捲回型電池に備えられる電極ユニットと同様のものを使用し得る。例えば、正極集電体１２２の表面に正極活物質を含む層（正極活物質層）を有する正極シート１２と、負極集電体３４２の表面に負極活物質層を有する負極シート１４とを、セパレータシート（図示せず）を介して重ね合わせ、それらのシートを扁平に捲回してなる構造の電極ユニット１０を使用することができる。この電極ユニット１０を端面側からみた形状（以下、「端面形状」ということもある。）は、ほぼ長円形である（図３参照）。正極集電体１２２の幅方向の一端には、正極活物質層が形成されていない帯状領域（集電端子接続部）が設けられている。同様に、負極集電体１４２の幅方向の一端には、負極活物質層が形成されていない帯状領域（集電端子接続部）が設けられている。正極シート１２および負極シート１４に比べてセパレータシートの幅はやや狭く、正極シート１２、負極シート１４およびセパレータシートは、上記集電端子接続部がセパレータシートの幅方向の両側からそれぞれはみ出すように重ね合わされている。このように重ね合わされたシートが捲回されていることにより、電極ユニット１０の捲回軸方向の一方の端部１０ａは正極シート１２の集電端子接続部（すなわち正極集電体１２２）から実質的に構成され、他方の端部１０ｂは負極シート１４の集電端子接続部（すなわち負極集電体１４２）から実質的に構成されている。

正極集電体１２２としてはアルミニウム箔等の金属箔が好適に使用される。正極活物質層に含まれる正極活物質としては、リチウム二次電池の正極活物質として従来から用いられている物質の一種又は二種以上を特に限定なく使用することができる。好適例としては、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄，ＬｉＣｏＯ₂，ＬｉＮｉＯ₂等のリチウム遷移金属酸化物が挙げられる。また、負極集電体１４２としては銅箔等の金属箔が好適に使用される。負極活物質層に含まれる負極活物質としては、リチウム二次電池の負極活物質として従来から用いられている物質の一種又は二種以上を特に限定なく使用することができる。好適例としては、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素材料、リチウム遷移金属酸化物、遷移金属窒化物等が挙げられる。正負極シート間に配置されるセパレータシートとしては、例えば、オレフィン系樹脂（ポリプロピレン樹脂等）からなる多孔質シートを使用することができる。

このように構成された電極ユニット１０の一方の端部（正極側端部）１０ａに正集電端子４０が接続され、他方の端部１０ｂに（負極側端部）負集電端子５０が接続されている。正集電端子４０の材質としてはアルミニウム等の金属を好適に採用し得る。負集電端子５０の材質としては銅等の金属を好適に採用し得る。本実施例では、正集電端子４０と負集電端子５０との形状は実質的に同一であるので、以下の説明では正集電端子４０を例として説明する。

図２および図３に示すように、正集電端子４０は、正極側端部１０ａに取り付けられた状態で、電極ユニット１０の端面側から見てほぼＵ字形状である。電極ユニット１０の端面形状における長手方向の一方の端部（図２の上端）１０２と集電端子４０の折返し部（Ｕ字の底部に相当する。）４２との位置を合わせることによって、電極ユニット１０に対する集電端子４０の位置決め（特に集電端子４０の長手方向（図２の上下方向）に対する位置決め）を容易に行うことができる。折返し部４２には、電極ユニット１０の上端１０２に沿って軸方向内側（図２の左側）に延びる位置決め部４２２が設けられている。このことによって集電端子４０の位置決めをさらに安定して行うことができる。
集電端子４０は、折返し部４２に続く二本の腕部４４，４６を有する。これらの腕部４４，４６は、電極ユニット１０の端面形状における幅方向の両側（図３の左右端）に沿って、該端面形状における長手方向に互いにほぼ平行に延びている。該腕部４４，４６の先端部４４ａ，４６ａは長手方向の他方の端部（図２の下端）１０４に至っている。

腕部４４，４６の先端部４４ａ，４６ａは、腕部４４，４６の長手方向の中央部４４ｃ，４６ｃに比べて、集電端子４０のＵ字形状の内側に向かって肉厚となるように形成されている。したがって、先端部４４ａ，４６ａの対向面間の距離は、中央部４４ｃ，４６ｃにおける対向面間の距離に比べて小さくなっている。電極ユニット１０の正極側端部１０ａを構成する正極シート１２は、該ユニット１０の下端１０４において、これらの先端部４４ａ，４６ａによって挟みつけられている。すなわち、先端部４４ａ，４６ａによって、電極ユニット１０の端面形状における長手方向の他端（下端）１０４を束ねる一対の挟込部（入口側挟込部）４０４が構成されている。この入口側挟込部４０４に挟まれた正極シート１２と挟込部４０４とが超音波スポット溶接等により溶接されている。この超音波溶接は、例えば、先端部４４ａ，４６ａの両外側からこれらの間に超音波エネルギーを付与して実施することができる。典型的には、該超音波溶接によって、巻き重なった正極シート１２同士を接合するとともに該正極シート１２と挟込部４０４とを接合する。

腕部４４，４６の根元部４４ｂ，４６ｂもまた、中央部４４ｃ，４６ｃに比べて、集電端子４０のＵ字形状の内側に向かって肉厚となるように形成されている。これにより、該根元部４４ｂ，４６ｂの対向面間の距離は、中央部４４ｃ，４６ｃにおける対向面間の距離に比べて小さくなっている。電極ユニット１０の正極側端部１０ａを構成する正極シート１２は、該ユニット１０の上端１０２において、これらの根元部４４ｂ，４６ｂによって挟みつけられている。これら根元部４４ｂおよび根元部４６ｂによって、電極ユニット１０の端面形状における長手方向の一端（上端）１０２を束ねる一対の挟込部（奥側挟込部）４０２が構成されている。この奥側挟込部４０２に挟まれた正極シート１２と挟込部４０２とが超音波スポット溶接等により溶接されている。この超音波溶接は、上記と同様に、根元部４４ｂ，４６ｂの両外側からこれらの間に超音波エネルギーを付与して実施することができる。典型的には、該超音波溶接によって、巻き重なった正極シート１２同士を接合するとともに該正極シート１２と挟込部４０２とを接合する。

このようにして、図３によく示されるように、正極側端部１０ａの長手方向の両端（上端１０２および下端１０４）が束ねられて正集電端子４０と接続されている。一方、正極側端部１０ａの長手方向の中央部１０３では、正極シート１２同士が固着されることなく開放されている。なお、この図３では、図を見やすくするために、正極シート１０の一部のみを模式的に示している。
本実施例では、図４に模式的に示すように、腕部４４，４６の中央部４４ｃ，４６ｃの外面同士の距離は電極ユニット１０の軸方向の中央部における扁平面間の距離とほぼ同等である。また、中央部４４ｃ，４６ｃの内面同士（対向面間）の距離は、該中央部４４ｃ，４６ｃの厚み分だけ上記扁平面間の距離よりも小さくなっている。このような構成によると、電極ユニット１０の端面側からみて電極ユニット１０の幅（すなわち扁平面間の距離）と集電端子４０の幅とがほぼ同等であるので、容器２内のスペースを有効に利用することができる。電極ユニット１０の軸方向の端部１０ａには、電極ユニット１０の軸方向の中央部とは異なり、負極シート１４、セパレータシートおよび正極活物質層が存在しない。このため、該端部１０ａの中央部１０３の幅を中央部４４ｃ，４６ｃの厚み分だけ小さくしても、電極ユニット１０のガスの抜け性を十分に確保することが可能である。あるいは、本実施例の変形例として、中央部４４ｃ，４６ｃの対向面間の距離を電極ユニット１０の軸方向の中央部における扁平面間の距離とほぼ同等としてもよい。かかる構成によると、より良好なガス抜け性が実現され得る。なお、この図４では、図を見やすくするために、正極活物質層、負極活物質層およびセパレータシートの図示を省略している。
これらいずれの例においても、電極ユニット１０の端面形状における長手方向のほぼ全長が集電端子４０の腕部４４，４６の間に保持されていることにより（図３参照）、電極ユニット１０と集電体４０との複合体を容器２に収容する際の作業性が良好である。

図２によく示されるように、電極ユニット１０の扁平面側（図２の手前側）からみて、腕部４４，４６の中央部４４ｃ，４６ｃは電極ユニット１０の端面よりも軸方向内側（図２の左側）に位置している。一方、腕部４４，４６の先端部４４ａ，４６ａおよび根元部４４ｂ，４６ｂは、電極ユニット１０の端面よりも軸方向外側（図２の右側）に突出している。これらの突出部が容器２の内壁面に当接することによって、電極ユニット１０の端面が容器２の内壁面に密着することが防止され、この端面からのガス抜け性が良好に維持される。すなわち、上記突出部は、電極ユニット１０の端面と容器２の内壁面とを隔ててガス通路を確保するスペーサとして機能し得る。

電極ユニット１０の正極側端部１０ａと正集電端子４０との接続は、例えば以下の手順で行うことができる。まず、集電端子４０のＵ字形状の入口（腕部４４，４６間）が電極ユニット１０の正極側端部１０ａの上端１０２の外側にくるように、電極ユニット１０と集電端子４０とを配置する。このとき、集電端子４０の腕部４４，４６の延びる方向と、電極ユニット１０の端面形状における長手方向とをほぼ一致させるとよい。そして、該端面形状における長手方向に集電端子４０を、その折返し部４２が電極ユニット１０の上端１０２に当接するまで移動させる。これにより電極ユニット１０の正極側端部１０ａが捲回軸に垂直な方向から腕部４４，４６の内側に挿入される。このように捲回軸に垂直な方向から集電端子４０をセットすることにより、正極側端部１０ａを構成する正極シート１２の形状を不必要に乱すことなく集電端子４０をスムーズに配置することができる。なお、先端部４４ａ，４６ａが互いに離隔する方向（Ｕ字形状が開く方向）に腕部４４，４６を撓ませた状態で電極ユニット１０を挿入してもよい。

かかる操作により、集電端子４０の腕部４４，４６の内側に電極ユニット１０の正極側端部１０ａが配置される。これにより、正極側端部１０ａの上端１０２を構成する正極シート１２が根元部４４ｂ，４６ｂの間に束ねられ、また下端１０４を構成する正極シート１２が先端部４４ａ，４６ａの間に束ねられる。この状態で、先端部４４ａおよび４６ａの間および根元部４４ｂおよび４６ｂの間に超音波エネルギーを付与する。これにより、これらの挟込部４０２，４０４に挟まれた正極シート１２と集電端子４０とを接合するとともに、その挟まれた正極シート１２同士を接合する。このようにして正極側端部１０ａと正集電端子４０とを接続することができる。電極ユニット１０の負極側端部１０ｂと負集電端子５０との接続も同様の手順で行うことができる。

以上説明したように、本実施例のリチウム二次電池１は、電極ユニット１０の正極側端部１０ａにおいて、長手方向の上端１０２および下端１０４を構成する正極シート１２が束ねられて正集電端子４０と接続されている。一方、正極側端部１０ａの長手方向の中央部１０３を構成する正極シート１２は互いに固着されることなく開放されている。負極側端部１０ｂについても同様である。これにより、本実施例のリチウム二次電池１によると、電極ユニット１０の内部でガスが発生した場合にも、該ガスを電極ユニット１０の端部１０ａ，１０ｂからスムーズに抜け出させることができる。したがって、容器２の内圧が所定値よりも高くなって安全弁３が作動した場合には、電極ユニット１０内で発生したガスを含めて、容器２内のガスを安全弁３から外部に適切に逃すことができる。また、電極ユニット１０のガス抜けがよいので、該電極ユニット１０が内部に滞留したガスにより電極ユニット１０が変形して（例えば膨れて）安全弁３を塞いだり、内部に滞留したガスが電極ユニット１０から抜け出す際に電極ユニット１０を損傷して該損傷部分が安全弁３を塞いで適正な作動を妨げたりする事象が未然に防止される。

上記実施例の構成を採用したことによるガス抜け性向上効果を、以下の実験により確認した。
正極活物質としてのＬｉＮｉＯ₂と導電材としての炭素粉末と結着剤としてのポリビニリデンフロライド（ＰＶｄＦ）とをＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）と混合したペーストを調製し、該ペーストを正極集電箔としてのアルミニウム箔の表面に付与して正極シートを作製した。また、負極活物質としての炭素粉末と結着剤としてのＰＶｄＦとをＮＭＰと混合したペーストを調製し、該ペーストを負極集電箔としての銅箔の表面に付与して負極シートを作製した。これらの正極シートと負極シートとポリプロピレン製多孔質シート（セパレータシート）とを扁平に捲回して電極ユニットを得た。このようにして得られた電極ユニットの捲回軸方向の両端部に、図２〜４に示す形状のアルミニウム製正集電端子および同形状の銅製負集電端子をスポット溶接により接合した。これを液状電解質（ＤＥＣ：ＥＣを質量比７：３の割合で含む混合溶媒にＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させた電解液）とともに、安全弁を有する容器に収容した。その後、該容器を密閉して上記実施例に示す構成のリチウム二次電池を作製した。以下、このリチウム二次電池を電池Ａという。
この電池Ａでは、図４によく示されるように、正極側端部１０ａの長手方向の中央部を構成する正極シート１２は互いに固着されることなく開放されている。負極側端部についても同様である。

また、比較例として、電池Ａの作製に使用したものと同じ電極ユニットの軸方向両端に、図５に示す形状のアルミニウム製の正集電端子７４０と、同形状の銅製の負集電端子を接続したリチウム二次電池を作製した。すなわち、図６および図７に示すように、電極ユニット１０の正極側端部１０ａの捲回中心部に正集電端子７４０の板状部７４４を挿入し、正極側端部１０ａを構成する正極シートを板状部７４４の両面上に束ねてスポット溶接した。同様にして、正集電端子７４０と同形状を有する銅製の負集電端子を電極ユニット１０の負極側端部にスポット溶接した。その他の点については電池Ａと同様にしてリチウム二次電池を作製した。以下、このリチウム二次電池を電池Ｂという。
この電池Ｂでは、図７によく示されるように、正極側端部１０ａの長手方向の中央部を構成する正極シート１２が正集電端子７４０の板状部７４４上に寄せ集められて溶着されている。負極側端部についても同様である。

電池Ａおよび電池Ｂについて、電極ユニットの設計容量を基準として、その容量の１／５の電流で（すなわち、該電池を５時間で満充電とする電流値で）４．１Ｖまで定電圧・定電流充電を行い、５分間無通電の状態に保持した後、充電時と同一の電流で３Ｖまで放電し、５分間無通電の状態に保持した。この充放電サイクルを５回繰り返して電池の初期活性化（コンディショニング）を行った。
かかる初期活性化を終えた電池Ａおよび電池Ｂを１０個づつ用意した。これらの電池Ａ，Ｂにつき、上記設計容量の二倍の電流で通電不可能となるまで充電を行う過充電試験を行い、そのときの電池の状態を観察した。その結果、電極ユニットを端面側からみた形状における長手方向の中央部が開放されている電池Ａではいずれも安全弁が正常に作動し、電池の内圧を適切に逃すことができた。一方、該端面形状における長手方向の中央部が溶接により塞がれている電池Ｂでは、いくつかの電池において、内圧の過剰な上昇による容器の変形が観察された。これらの容器を詳細に調べたところ、安全弁に電極ユニット（負極集電箔）の破片が詰まっていることがわかった。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上記実施例では金属性の外装容器を備えた電池について説明したが、外装容器の材質はこれに限定されない。本発明は、例えばフィルム外装体を備えた蓄電装置（リチウム二次電池等）にも適用可能である。
また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独で或いは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

一実施例に係るリチウム二次電池を示す正面図である。一実施例に係るリチウム二次電池の電極ユニットおよび集電端子を示す正面図である。図２のIII方向矢視図である。図３のIV−IV線断面図である。比較例に係るリチウム二次電池の集電端子を示す斜視図である。比較例に係るリチウム二次電池の電極ユニットおよび集電端子を示す正面図である図６のVII−VII線断面図である。

符号の説明

１：リチウム二次電池
３：安全弁（内圧開放機構）
１０：電極ユニット
１０ａ：一方の端部（正極側端部）
１０ｂ：他方の端部（負極側端部）
１０２：一方の端部（上端）
１０３：中央部
１０４：他方の端部（下端）
１２：正極シート
１４：負極シート
４０：正集電端子
４０２：奥側挟込部
４０４：入口側挟込部
４２：折返し部
４２２：位置決め部
４４，４６：腕部
４４ａ，４６ａ：先端部
４４ｂ，４６ｂ：根元部
５０：負集電端子

Claims

正負の電極シートが扁平に捲回された捲回型電極ユニットと、その電極ユニットの捲回軸方向の端部に接続された集電端子とを備える捲回型蓄電装置であって、
前記電極ユニットは、該ユニットを端面側からみた形状における長手方向の両方の端部では前記電極シートが束ねられて前記集電端子に接続されているとともに、該長手方向の中央部は前記ユニット内で生じたガスが前記捲回軸方向に抜け出し可能に開放されている、捲回型蓄電装置。
前記集電端子は、前記電極ユニットの端面形状における長手方向の両方の端部をそれぞれ該端面形状における幅方向の両外側から挟みつける少なくとも一対ずつの挟込部を備え、該挟込部の間で前記電極シートが束ねられて該挟込部に接続されている、請求項１に記載の蓄電装置。
前記集電端子を前記電極ユニットの端面側からみた形状は、該ユニットの外面を該ユニットの端面形状における長手方向の一方の端部から該端面形状の幅方向の両外側に沿って前記長手方向に延びるＵ字形状である、請求項２に記載の蓄電装置。
前記集電端子は、前記Ｕ字形状の奥側に設けられた少なくとも一対の挟込部と、該Ｕ字形状の入口側に設けられた少なくとも一対の挟込部とを備え、
前記電極ユニットの端面形状における長手方向の一方の端部が前記奥側の挟込部に接続され、他方の端部が前記入口側の挟込部に接続されている、請求項３に記載の蓄電装置。
前記集電端子は、前記電極ユニットの端面形状における長手方向の一方の端部に沿って前記挟込部よりも捲回軸方向内側に延びる位置決め部を有する、請求項２から４のいずれか一項に記載の蓄電装置。