JP5591569B2 - 角形電池及びその製造方法ならびにこれを用いてなる組電池 - Google Patents

Description

本発明は、角形電池及びこれを用いてなる組電池に関する。

近年、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）などの二次電池を駆動電源とする電池駆動自動車が普及しつつあるが、電池駆動自動車には高出力な二次電池が必要である。

ＥＶ、ＨＥＶ等の高出力を必要とする用途においては、複数の電池を直列及び／又は並列に接続し、パック電池（組電池）に加工されたものが利用されている。角形電池は、複数の電池を接続する際のスペース利用効率が円筒形電池よりも優れるため、組電池を構成する電池として使用される場合が多い。

また、高出力電池では、電流を安定して取り出せることや複数の電池を接続しやすいことが求められるため、正負電極外部端子を、封口体と絶縁した状態で封口体から突出させた構造が採用されている。

上記電池を複数接続して組電池となす場合、内部に収容された電極体と接触する等によって外装缶が極性を帯びると、異極性を帯びた外装缶同士が接触する等によって短絡するおそれがある。この短絡を防止するため、外装缶の側面及び底面を絶縁被覆する技術が、特許文献１〜６に提案されている。

特開2002-184364号公報 特開2003-223872号公報 特開2004-319260号公報 特開2006-120419号公報 特開2006-269425号公報 特開2008-166191号公報

特許文献１は、ベアセル側面のうち１面にのみベアセルに沿って樹脂フィルムの重なりを有し、その部分を熱融着、接着剤あるいは粘着剤の少なくとも一つで接合し、かつ前記ベアセル側面と樹脂フィルムを接着するか、外装後、加熱することで樹脂フィルムに収縮応力を持たせる技術である。この技術によると、スペース効率が低下することなく、外装フィルムを取り付けることができるとされる。

特許文献２は、チューブ状で延伸したシュリンクフィルムを所定寸法に切断し、このシュリンクフィルムにリチウムイオン二次電池本体を挿入し、このシュリンクフィルムのリチウムイオン二次電池本体の負極側先端部を袋状に閉じ、又は帯状にして、シュリンクフィルムで絶縁性蓋部材を含めてリチウムイオン二次電池本体の外周面を熱収縮して被覆する技術である。この技術によると、迅速で安定した状態の被覆ができるとされる。

特許文献３は、電極・電解液・セパレータ等の電池エレメントを収納する二次電池電槽の電槽容器を構成する長側面、短側面、底面、蓋面の少なくとも一つの面が金属−樹脂複合板、熱可塑性樹脂の異なる材質で構成され、かつ、金属−樹脂複合板壁面と熱可塑性樹脂壁面の接する部分が金属−樹脂複合板と熱可塑性樹脂で一体成形されている技術である。この技術によると、冷熱サイクルでの密着強度低下の欠点を解消し、水蒸気バリア性、電池内で発生する水素、酸素等のガスに対するガスバリア性に優れ、且つ電池の充放電により発生した熱に対する放熱性に優れた二次電池用電槽が得られるとされる。

特許文献４は、外装フィルムにより外面が覆われたケースの少なくとも角部に、水分透過を防止するバリア部材を備える技術である。この技術によると、ケースの角部からの水分の浸入を防止することができるとされる。

特許文献５は、酸化被膜を含む絶縁層が表面に形成されたケースに電極群を収容する技術である。この技術によると、絶縁性とともに、構造的な安全性および信頼性が向上された二次電池が得られるとされる。

特許文献６は、外装缶の外周を絶縁性及び断熱性を有する複数のセパレータで被覆し、各セパレータは、その両面に電池セルの外装缶を接触させるよう、電池セル同士の間に介在させ、セパレータで電池セルの外装缶を被覆した状態で電極端子を露出させ、この部分を連結する技術である。この技術によると、電池セルの外周を必要部位を残して被覆でき、意図せぬ短絡等を効果的に阻止できるとされる。

しかしながら、特許文献１、２にかかる技術では、絶縁フィルムの折り重なり部が外装缶底面部に配されるため、折り重なりにより電池高さが大きくなるとともに、電池高さのバラツキが生じやすい。電池高さにバラツキがある電池を複数組み合わせて組電池となす場合、作業効率が低下するとともに、電池相互を接続する接続部材の接触不良を招くおそれがある。

また、特許文献３は、長側面、短側面、底面、蓋面の少なくとも一つの面が金属−樹脂複合板、熱可塑性樹脂の異なる材質で構成されたケースを用いる必要があり、ケース作製コストが増大するという問題があった。

また、特許文献４は、樹脂製のケースにバリア部材を設けるものであり、ケースの絶縁性は高いものの、衝撃等に対する強度が十分ではないという問題があった。

また、特許文献５は、絶縁被覆が酸化被膜であり、衝撃等によって被膜がはがれて導電層が露出しやすく、絶縁性が十分ではないという問題があった。

また、本発明者らが特許文献６に開示の電池を用いて組電池を作製したところは、結露等によって生じる水分によって短絡が起きることを知った。このメカニズムを以下に説明する。

特許文献６に開示の電池では、各電池の接触等によって短絡することはない。しかし、結露水が組電池の配置された床部分に存在する場合、外装缶を被覆するセパレータの隙間から結露水が浸入する。浸入した結露水により、［セル内部］正極／電解液／外装缶→［セル外部］外装缶／結露水／導電材料からなる床面／結露水／外装缶→［セル内部］外装缶／電解液／負極→負極／負極外部端子／バスパー（接続部材）／正極外部端子／正極という閉回路が生じて短絡してしまう。このような短絡は、隣接する電池間のみならず、１または複数の電池を介して接続された電池間でも生じる場合があるが、電池を介する場合、介在する電池の分電位差が大きくなるので、電位により外装缶や端子が急激に腐食するおそれがある。

本発明は、上記に鑑みなされたものであって、簡便な手法で外装缶外表面を確実に絶縁し得た角形電池を提供することを第１の目的とする。また、外装缶外表面を確実に絶縁し得た角形電池の高さのバラツキを低減し、結露水に起因する短絡を防止することを第２の目的とする。

上記課題を解決するための角形電池にかかる本発明は、上方に開口部を有する角形外装缶と、前記開口部を封止する封口体と、前記封口体と絶縁された状態で、前記封口体から突出する正負電極外部端子と、を有する角形電池において、前記角形外装缶と前記封口体は溶接接続されており、折り曲げられた一枚の絶縁シートにより、前記角形外装缶の底面全面および側面が覆われており、前記絶縁シートの全ての縁部が前記角形外装缶の底面よりも上方に位置することを特徴とする。

この構成では、簡便な手法で外装缶外表面を絶縁被覆することができる。

上記構成において、前記角形外装缶の底面は一枚の前記絶縁シートのみにより覆われ、前記角形外装缶の側面は一枚の前記絶縁シートのみにより覆われる部分と、前記絶縁シートが折り曲げられることにより複数枚折り重なった前記絶縁シートにより覆われる部分と、を有し、且つ前記絶縁シートの全ての縁部が前記外装缶の底面よりも上方に位置する構成とすることができる。

上記構成では、角形外装缶の底面には折り重なった部分が配されておらず（折り重なった部分が外装缶の側面に配されており）、外装缶底面に凹凸が生じなくなるので、電池高さのバラツキが生じない。よって、組電池を作製する際の作業効率の低下や、接続部材の接触不良が防止できる。また、結露等によって生じる水分が浸入しやすい外装缶の底面に絶縁シートの縁部が存在しないので、絶縁シートの縁部と絶縁シートの隙間あるいは絶縁シートの縁部同士の重なり部分の隙間から結露水が外装缶側に入り込むことを防ぐことができ、結露水に起因する短絡を防止できる。

ここで、絶縁シートの縁部とは、絶縁シート自体の輪郭を意味する。また、結露水が絶縁シートの隙間から外装缶側に入り込むことを防止するために、より好ましくは、絶縁シートの全ての縁部を外装缶底面よりも外装缶高さの１／５以上上方（開口部側）に位置させ、さらに好ましくは、絶縁シートの全ての縁部を外装缶底面よりも外装缶高さの１／３以上上方に位置させる。

また、外装缶の開口部近傍は絶縁シートに覆われていなくてもよい。絶縁機能をより確実に得るために、好ましくは少なくとも缶底から外装缶高さの１／３までの領域が絶縁シートにより覆われている構成とし、より好ましくは少なくとも缶底から外装缶高さの１／２までの領域が絶縁シートにより覆われている構成とし、さらに好ましくは少なくとも缶底から開口部より１５ｍｍの地点までの領域が絶縁シートにより覆われている構成とする。

上記構成において、前記絶縁シートは、熱溶着性フィルムからなり、前記角形外装缶の側面において、少なくとも前記絶縁シートの折り重なり合い枚数が変化する境界近傍の折り重なり合い枚数が多い部分が熱溶着より固定されている構成とすることができる。

折り曲げられて複数枚重なり合った絶縁シートは、そのままにしておくと他の作業を害するおそれがあるので、接着固定しておくことが好ましい。複数枚重なり合った領域すべてを固定してもよく、一部を固定する構成であってもよいが、少なくとも前記絶縁シートの折り重なり合い枚数が変化する境界近傍の折り重なり合い枚数が多い部分を接着固定しておくことが好ましい。より好ましくは、絶縁シートの折り重なり合い枚数が変化する境界の折り重なり合い枚数が少ない部分もまた接着固定する。接着固定方法としては、接着剤による固定、粘着テープによる固定、熱溶着等を用いることができ、作業の容易さ等の観点から、熱溶着により接着することが好ましい。この方法を採用するためには、絶縁シートとして熱溶着性フィルムを用いる必要がある。また、折り曲げられて複数枚重なり合った絶縁シートは、外装缶の側面に固定し、好ましくは外装缶の最も面積の大きい側面（長側面）に固定する。

ここで、絶縁シートの折り重なり合い枚数が変化する境界と接着固定について、図３を用いて説明する。同図では、外装缶の最も面積の大きい側面（長側面）においては折り重なり合い枚数が１枚の領域３０ａと、３枚の領域３０ｂと、５枚の領域３０ｃと、を有し、長側面以外の側面及び底面は、折り重なり合い枚数が１枚の領域３０ａのみを有している。このため、折り重なり合い枚数の変化は、長側面における折り重なり合い枚数が１枚の領域３０ａと折り重なり合い枚数が３枚の領域３０ｂとの境界、長側面における折り重なり合い枚数が３枚の領域３０ｂと折り重なり合い枚数が５枚の領域３０ｃとの境界、および折り重なり合い枚数が１枚である短側面と、折り重なり合い枚数が３枚である部分の長側面との境界となる。そして、これらの境界近傍であって折り重なり合い枚数が多い部分を熱溶着する。図３では、（長側面における折り重なり合い枚数が１枚の領域３０ａと折り重なり合い枚数が３枚の領域３０ｂとの境界を熱溶着し（符号３１ａ）、長側面における折り重なり合い枚数が３枚の領域３０ｂと折り重なり合い枚数が５枚の領域３０ｃとの境界を熱溶着し（符号３１ｂ）、長側面と短側面の境界近傍の長側面側部分を熱溶着している（符号３１ｃ）。

熱溶着に用いるヒートシールヘッドを外装缶と封口体とのレーザ接合部近傍に位置させた状態で熱溶着を行うと、外装缶と封口体とのレーザ接合部を損傷させるおそれがある。このため、外装缶の開口部近傍（外装缶の開口部から２〜１５ｍｍ程度）は絶縁シートで覆わないようにして、ヒートシールヘッドを外装缶と封口体とのレーザ接合部近傍に位置させないようにすることが好ましい。なお、熱溶着以外の接着固定法を用いる場合にはこのような問題がないため、確実な絶縁性を得るために、外装缶側面全面を絶縁シートで覆う構成とすることができる。

また、本明細書において、外装缶の側面とは、特に限定しない限り、缶底面を除く４つの側面すべてを意味する。また、外装缶の最も面積の大きい側面のみを示す場合には「長側面」と称し、長側面以外の側面のみを示す場合には「短側面」と称する。

熱溶着性フィルムとしては、安価で絶縁性・加工性に優れることから、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、ポリスチレンまたはポリエステルを用いることが好ましい。

上記課題を解決するための角形電池の製造方法にかかる本発明は、上方に開口部を有する角形外装缶と、前記開口部を封止する封口体と、前記封口体と絶縁された状態で、前記封口体から突出する正負電極外部端子と、を有し、前記角形外装缶と前記封口体は溶接接続されている角形電池の製造方法において、前記角形外装缶と前記封口体をレーザ溶接により溶接接続し、前記開口部を封止する封止工程と、一枚の絶縁シートを折り曲げることにより、前記角形外装缶の底面全面および側面を覆う絶縁シート被覆工程を備え、前記封止工程の後、前記絶縁シート被覆工程を行うことを特徴とする。

この構成では、簡便な手法で外装缶外表面を絶縁被覆することができる。

上記構成において、前記絶縁シートが方形状であり、前記絶縁シート被覆工程は、前記絶縁シートの中央部に、前記角形外装缶の底面の側辺と方形状の前記絶縁シートの側辺とが平行となるように配置する配置ステップと、前記絶縁シートを前記角形外装缶の底面側から前記角形外装缶の４つの側面側にそれぞれ折り返す折り返しステップと、前記絶縁シートの外装缶を覆っていない部分を前記角形外装缶の最も面積の大きい側面側に折り曲げ、前記角形外装缶の側面において、少なくとも前記絶縁シートの折り重なり合い枚数が変化する境界近傍の折り重なり合い枚数が多い部分を接着固定する絶縁シート固定ステップと、を備える構成とすることができる。

方形状の絶縁シートの中心部に、角形外装缶の底面の側辺と絶縁シートの側辺とが平行となるように配置して上記の方法により絶縁シートを折り曲げると、絶縁シートの折り重なりや絶縁シートの縁部を外装缶の底面ではなく、長側面の缶底よりも離隔した位置（電池高さに影響を及ぼさず、且つ結露水が浸入しにくい位置）に配することができる。これにより、電池高さの増大や結露水に起因する短絡を防止できる。

上記構成において、前記絶縁シートは、熱溶着性フィルムからなり、前記接着固定が熱溶着であり、前記絶縁シートの四隅が切り欠かれている構成とすることができる。

方形状の絶縁シートの四隅は、直接外装缶の底面や側面を覆う部分ではなく、折り返したときに絶縁シートが複数枚重なり合う部分であるので、この部分を切り欠いておいても絶縁被覆に影響を及ぼすことがない。また、四隅を切り欠くことにより、絶縁シートの折り重なり部が複数重なり合ったり近接したりすることを防止できる。熱溶着の際に過剰な熱エネルギーが作用すると、外装缶内部に収容された電極体や電解液が熱ダメージを受けるおそれがある。折り重なり部が複数重なり合う場合には、この部分を溶着するためには多大な熱エネルギーが必要となり、また、絶縁シートの折り重なり部が近接する場合には、熱エネルギーが同一箇所に複数回作用するので、過剰な熱エネルギーが加えられやすいが、上記構成では、電極体や電解液が熱ダメージを受けることを防止できる。

ここで、外装缶を被覆する方形状の絶縁シートについて、図７を参照して説明する。外装缶の幅（外装缶底面の長辺）をＬ１、外装缶の高さをＬ２、外装缶の厚み（外装缶底面の短辺）をＬ３とする。このとき、絶縁シート３０の中央領域（右下がりの斜線部）に外装缶の底面があてがわれる。同図中、中央領域から上下に連続する領域が外装缶の長側面を覆い、中央領域から左右に連続する領域が外装缶の短側面を覆い、残余の四隅領域は図７の破線部で折り曲げて、外装缶長側面側に折り曲げられて当該長側面で固定される。ここで、絶縁シート３０の幅（外装缶底面の短辺と平行となる辺の長さ）をＬ３＋２Ｌ５、長さ（外装缶底面の長辺と平行となる辺の長さ）をＬ１＋２Ｌ４とするとき、（Ｌ２）／３≦Ｌ４≦Ｌ２、（Ｌ２）／３≦Ｌ５≦Ｌ２を満たすことが好ましい。また、Ｌ４とＬ５は、同一の値であってもよく、異なる値であってもよい。また、この絶縁シート３０の四隅を切り欠く場合、切り欠きを設ける領域は、その長さをＬ６とするとき、Ｌ４−（Ｌ１）／２＜Ｌ６≦（Ｌ４）／２を満たすことが好ましい。

上記角形電池にかかる本発明又は角形電池の製造方法にかかる本発明において、前記絶縁シートの外装缶と接する側の面の少なくとも一部に粘着層を設ける構成とすることができる。

絶縁シートにおける外装缶と接する側の面に粘着層を設けると、この粘着層により絶縁シートと外装缶とが接着されるため、外装缶を絶縁シートで覆う際の作業性が向上する。また、外装缶を絶縁シートで覆った後、角形電池から絶縁シートが外れたり、あるいは絶縁シートの位置がずれたりすることを防止できる。

絶縁シートの外装缶と接する側の面に粘着層を設ける場合、少なくとも絶縁シートの外装缶の最も面積の大きい側面（長側面）に接する部分の上端部（外装缶の開口部側の端部）に粘着層を設けることが好ましい。また、絶縁シートの外装缶と接する側の面の全面に粘着層に設けることがより好ましい。

一枚の絶縁シートを折り曲げることにより角形外装缶の底面及び側面を覆う場合、外装缶の長側面を覆う絶縁シートの上端部（外装缶の開口部側の端部）が外装缶と密着せずに外装缶から離れて撓んだ状態となることがある。このような場合、外装缶の長側面と外装缶の長側面を覆う絶縁シートの上端部との間に隙間が生じ、次のような課題が生じる可能性がある。

組電池を作製する場合、複数の角形電池を各角形電池の長側面が向かい合うように、各角形電池の間にスペーサを介して配列し、配列された複数の角形電池を纏めて拘束する。角形電池の長側面を覆う絶縁シートが外装缶に密着せずに撓んだ状態であると、角形電池を拘束する際に撓んだ絶縁シートが外装缶の長側面に押し付けられて、外装缶の長側面を覆う絶縁シートにしわが生じる。これにより、各角形電池の電池厚みにバラツキが生じ、組電池作製時の作業効率の低下や、接続不良が生じるおそれがある。

また、外装缶の長側面とこの長側面を覆う絶縁シートの上端部（外装缶の開口部側の端部）との間に隙間がある場合、この隙間から結露により生じた水が外装缶と絶縁シートの間に浸入する可能性がある。外装缶と絶縁シートの間に水が存在すると、例えば図５に示すように、方形状の絶縁シートの四隅を切り欠いた絶縁シートを用いて外装缶を覆い、絶縁シートの縁部同士の重なる部分が外装缶の高さ方向に沿って存在する場合、角形電池同士の短絡が生じる可能性がある。

具体的には、［セル内部］正極／電解液／外装缶→［セル外部］外装缶／外装缶と絶縁シートの間の水／絶縁シート同士の間の水／絶縁シートの電池外側面上の水膜→床に溜まった水（あるいは金属製の床）→絶縁シートの電池外側面上の水膜→絶縁シート同士の間の結露水／外装缶と絶縁シートの間の結露水／外装缶→［セル内部］外装缶／電解液／負極→負極／負極外部端子／バスパー（接続部材）／正極外部端子／正極という閉回路が生じて短絡するおそれがある。

このような短絡は、絶縁シートの縁部同士の重なり部分が、外装体を直接覆う絶縁シートの上端部（外装缶の開口側端部）よりも低い位置に存在する場合に生じる可能性がある。

少なくとも絶縁シートにおける外装缶の長側面に接する部分の上端部に粘着層が設けられている構成を採用することにより、外装缶の長側面と絶縁シートの外装缶の長側面を覆う部分の上端部を接着することができる。したがって、外装缶の長側面を覆う絶縁シートの上端部と外装缶との間に隙間が生じることを防止できるため、上述の課題が生じることを防止できる。

粘着層を構成する粘着剤としては、ゴム系粘着剤、アクリル系粘着剤、シリコン系粘着剤、ウレタン系粘着剤などを使用することができる。また、粘着層には、粘着剤以外に、溶剤、添加剤等がさらに含まれていてもよい。

粘着層を設けた絶縁シートについて、図９を用いて説明する。絶縁シートに粘着層を設ける場合、基材２０の一方の面に熱溶着層２１が設けられ、他方の面に粘着層２２が設けられたものを使用できる（図９（ａ））。また、熱溶着層２１と粘着層２２からなるもの（図９（ｂ））、あるいは基材２０の一方の面に粘着層２２が設けられたもの（図９（ｃ））を用いることができる。ここで、熱溶着層２１としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、ポリスチレンまたはポリエステルを用いることができる。また、基材としては、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、ビニール系樹脂などを用いることができる。

上記課題を解決するための組電池にかかる本発明は、上記本発明に係る角形電池を複数用いてなる組電池である。

上記構成の角形電池を用いてなる組電池は、短絡のおそれや接続不良等を防止できる。

本発明によると、簡便な手法で外装缶外表面を確実に絶縁することができる。また、電池高さの増大やバラツキを防止でき、且つ結露水に起因する短絡を防止できる。

図１は、実施の形態１にかかる角形電池（絶縁シート取り付け前）の斜視図である。 図２は、実施の形態１にかかる電極体を示す図である。 図３は、実施の形態１にかかる角形電池（絶縁シート取り付け後）を示す図であり、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は側面図、図３（ｃ）は底面図である。 図４は、実施の形態２にかかる角形電池（絶縁シート取り付け後）を示す図であり、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は側面図、図４（ｃ）は底面図である。 図５は、絶縁シート取り付け工程を説明する図である。 図６は、絶縁シートの切り欠き形状の変形例を示す図である。 図７は、本発明に用いる絶縁シートを示す図である。 図８は、比較の形態にかかる角形電池を示す図であり、図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は底面図である。 図９は、粘着層が設けられた絶縁シートの断面図である。図９（ａ）は、熱溶着層／基材／粘着層からなる絶縁シートの断面図であり、図９（ｂ）は、熱溶着層／粘着層からなる絶縁シートの断面図であり、図９（ｃ）は基材／粘着層からなる絶縁シートの断面図である。 図１０は、実施の形態３〜６にかかる粘着層が設けられた絶縁シートを外装缶に接する側の面から見た図である。図１０（ａ）および（ｂ）は、方形状の絶縁シートでを示し、図１０（ｃ）および（ｄ）は、方形状の四隅を切り欠いた絶縁シートを示す。

（実施の形態１）
以下に、本発明に係る角形電池をリチウムイオン二次電池に適用した場合について、図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池（絶縁シート取り付け前）を示す図であり、図２は、リチウムイオン二次電池に用いる電極体を示す図であり、図３は、本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池（絶縁シート取り付け後）を示す図である。

図１に示すように、本実施の形態に係るリチウムイオン二次電池は、開口部を有する角形の外装缶１と、外装缶１の開口部を封止する封口体２と、封口体２から外部に突出した正負極外部端子５，６と、を有している。

電極体１０は、正極１１と負極１２とが、ポリエチレン製の微多孔膜からなるセパレータを介して巻回されてなる。図２に示すように、電極体１０の正極１１の活物質層が形成されていない芯体露出部には正極集電板１４が、負極１２の活物質層が形成されていない芯体露出部には負極集電板１５がそれぞれ取り付けられている。

この電極体１０は、非水電解質とともに上記外装缶１内に収容され、正極集電板１４及び負極集電板１５がそれぞれ、封口体２と絶縁した状態で封口体２から突出した外部端子５，６と電気的に接続され、電流が外部に取り出される構造である。

図３に示すように、本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池の外装缶表面は、一枚の方形状の熱溶着性フィルムからなる絶縁シート（粘着層なし）を折り曲げることにより覆われている。ここで、外装缶の短側面（図３（ｂ）参照）及び底面（図３（ｃ）参照）は、折り重なっていない（一枚の）絶縁シートにより覆われており（符号３０ａ）、これに対し外装缶の長側面は、一枚の絶縁シートにより覆われた領域３０ａと、３枚の絶縁シートが折り重なった領域３０ｂと、５枚の絶縁シートが折り重なった領域３０ｃとを有している。そして、少なくとも重なり合い枚数が変化する境界近傍の少なくとも折り重なり合い枚数が多い部分には、熱溶着により固定されてなる溶着部３１が形成されている。本実施の形態では、長側面における折り重なり合い枚数が１枚の領域３０ａと折り重なり合い枚数が３枚の領域３０ｂとの境界が熱溶着されてなる溶着部３１ａと、長側面における折り重なり合い枚数が３枚の領域３０ｂと折り重なり合い枚数が５枚の領域３０ｃとの境界が熱溶着されてなる溶着部３１ｂと、折り重なり合い枚数が１枚である短側面と折り重なり合い枚数が３枚である長側面部分との境界近傍の長側面側部分が熱溶着されてなる溶着部３１ｃと、が形成されている。

（実施の形態２）
本実施の形態に係る角形電池の正面図を図４に示す。絶縁シートとしては、図５（ａ）の符号３０に示すように、方形状で且つ四隅が切り欠かれた熱溶着性フィルム（粘着層なし）を用いる。本実施の形態にかかる角形電池は、図４（ａ）に示すように、折り重なった状態で長側面に折り曲げられた絶縁シート３０相互が重なり合っておらず、外装缶の長側面において５枚の絶縁シートが折り重なった領域（図３における符号３０ｃ）及び長側面における折り重なり合い枚数が３枚の領域３０ｂと折り重なり合い枚数が５枚の領域３０ｃとの境界が熱溶着されてなる溶着部３１ｂを有していないこと以外は、上記実施の形態１と同様である。

（実施の形態３）
絶縁シートとして図１０（ａ）に示すように、方形状の熱溶着性フィルムからなる絶縁シート３０の一方の面の全面に粘着層２２を設けたものを用いる以外は、上記実施の形態１と同様である。ここで、絶縁シート３０に設けられた粘着層２２が外装缶１に接するようにして、外装缶１を絶縁シート３０で覆う。

（実施の形態４）
絶縁シートとして図１０（ｂ）に示すように、方形状の熱溶着性フィルムからなる絶縁シート３０の一方の面における一対の対向する端部に粘着層２２を設けたものを用いる以外は、上記実施の形態１と同様である。ここで、絶縁シート３０に設けられた粘着層２２が外装缶１に接するようにして、外装缶１を絶縁シート３０で覆う。粘着層２２が設けられた部分は、絶縁シート３０において外装缶１の長側面に接する部分の上端部（外装缶の開口部側の端部）となる。

（実施の形態５）
絶縁シートとして図１０（ｃ）に示すように、方形状の熱溶着性フィルムからなる絶縁シート３０の四隅を切り欠いたもので、一方の面の全面に粘着層２２が設けられたものを用いること以外は、上記実施の形態２と同様である。ここで、絶縁シート３０に設けられた粘着層２２が外装缶１に接するようにして、外装缶１を絶縁シート３０で覆う。

（実施の形態６）
絶縁シートとして図１０（ｄ）に示すように、方形状の熱溶着性フィルムからなる絶縁シート３０の四隅を切り欠いたもので、一方の面における一対の対向する端部に粘着層２２が設けられたものを用いること以外は、上記実施の形態２と同様である。ここで、絶縁シート３０に設けられた粘着層２２が外装缶１に接するようにして、外装缶１を絶縁シート３０で覆う。粘着層２２が設けられた部分は、絶縁シート３０において外装缶１の長側面に接する部分の上端部（外装缶の開口部側の端部）となる。

上記構造のリチウムイオン二次電池の作製方法について、実施の形態２にかかる構成を例として説明する。

＜正極板の作製＞
コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂）からなる正極活物質と、アセチレンブラックまたはグラファイト等の炭素系導電剤と、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）からなる結着剤とを、質量比９０：５：５の割合で量り採り、これらをＮ−メチル−２−ピロリドンからなる有機溶剤等に溶解させた後、混合し、正極活物質スラリーを調製する。

次に、ダイコーターまたはドクターブレード等を用いて、帯状のアルミニウム箔（厚さが２０μｍ）からなる正極芯体の両面に、この正極活物質スラリーを均一な厚みで塗布する。ただし、正極芯体の長手方向に沿う一方の端部（両面ともに同一方向の端部）にはスラリーを塗布せず、その芯体を露出させて、正極芯体露出部を形成する。

この極板を乾燥機内に通して上記有機溶剤を除去し、乾燥極板を作製する。この乾燥極板を、ロールプレス機を用いて圧延して、正極板を作製する。このようにして作製した正極板を所定のサイズに裁断して正極を得る。

本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池で用いる正極活物質としては、上記コバルト酸リチウム以外にも、例えばニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ₂）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ₂Ｏ₄）、オリビン型リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ₄）、またはこれらの酸化物に含まれる遷移金属の一部を他の元素で置換した酸化物等のリチウム含有遷移金属複合酸化物を単独で、あるいは二種以上を混合して用いることができる。

＜負極板の作製＞
体積平均粒径２０μｍの人造黒鉛からなる負極活物質と、スチレンブタジエンゴムからなる結着剤と、カルボキシメチルセルロースからなる増粘剤とを、質量比９８：１：１の割合で量り採り、これらを適量の水と混合し、負極活物質スラリーを調製する。

次に、ダイコーターまたはドクターブレード等を用いて、帯状の銅箔（厚さが１２μｍ）からなる負極芯体の両面に、この負極活物質スラリーを均一な厚さで塗布する。ただし、負極芯体の長手方向に沿う一方の端部（両面ともに同一方向の端部）にはスラリーを塗布せず、その芯体を露出させて、負極芯体露出部を形成する。

この極板を乾燥機内に通して水分を除去し、乾燥極板を作製する。その後、この乾燥極板を、ロールプレス機により圧延して、負極板を作製する。このようにして作製した負極板を所定のサイズに裁断して、負極を得る。

ここで、本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池で用いる負極材料としては、例えば天然黒鉛、カーボンブラック、コークス、ガラス状炭素、炭素繊維、あるいはこれらの焼成体等の炭素質物、または前記炭素質物と、リチウム、リチウム合金、およびリチウムを吸蔵・放出できる金属酸化物からなる群から選ばれる１種以上との混合物を用いることができる。

＜電極体の作製＞
上記正極と負極とポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータとを、同極の芯体露出部同士が複数枚直接重なり、異なる芯体露出部同士が巻回方向に対し互いに逆向きに突出し、かつ異なる活物質層間にはセパレータが介在するように３つの部材を位置合わせし重ね合わせ、巻き取り機により巻回し、絶縁性の巻き止めテープを設け、その後プレスして扁平状の電極体を完成させる。

＜集電板と封口体との接続＞
一方面側に突出した凸部（図示せず）が２つ、離間して設けられたアルミニウム製の正極集電板１４及び銅製の負極集電板１５をそれぞれ１つと、一方面側に突出した凸部が１つ設けられたアルミニウム製の正極集電板受け部品（図示せず）及び銅製の負極集電板受け部品（図示せず）をそれぞれ２つ準備する。この正極集電板１４、負極集電板１５、正極集電板受け部品、及び負極集電板受け部品の凸部を囲うように、絶縁テープを貼り付ける。

封口体２に設けられた貫通穴（図示せず）の内面、及び貫通穴の周囲の電池外側表面にガスケット（図示せず）を配置し、封口体２に設けた貫通穴の周囲の電池内側表面に絶縁部材（図示せず）を配置する。そして、封口板２の電池内側表面に位置する絶縁部材上に、上記正極集電板１４を封口体２の貫通穴と集電板に設けられた貫通穴（図示せず）とが重なるように位置させる。その後、鍔部（図示せず）と、挿入部（図示せず）と、を有する正極外部端子５の挿入部を、電池外側から封口体２の貫通穴および集電板の貫通穴に挿通させる。この状態で挿入部の下部（電池内側部）の径を広げて、正極集電板１４と共に正極外部端子５を封口体２にカシメ固定する。

負極側についても同様にして、負極集電板１５と共に負極外部端子６を封口体２にカシメ固定する。これらの作業により各部材が一体化されると共に、正負電極集電板１４，１５と正負電極外部端子５，６とが、それぞれ通電可能に接続される。また、正負電極外部端子５，６が封口体２と絶縁された状態で封口体２から突出した構造となる。

＜集電板の取り付け＞
扁平状電極体の正極１１の芯体露出部の一方面に、上記正極集電板１４を、凸部が正極芯体露出部側となるようにしてあてがう。そして、上記正極集電板受け部品を１つ、凸部が正極芯体露出部側となるように、且つ正極集電板１４の１つの凸部と正極集電板受け部品の凸部とが対向するようにして、正極芯体露出部にあてがう。この後、正極集電板１４の凸部の裏側、及び正極集電板受け部品の凸部の裏側に一対の溶接用電極を押し当て、一対の溶接用電極に電流を流して、正極集電板１４および正極集電板受け部品を正極芯体露出部に抵抗溶接する。

次いで、もう１つの正極集電板受け部品を、凸部が正極芯体露出部側となるように、且つ正極集電板１４のもう１つの凸部と正極集電板受け部品の凸部とが対向するようにして、正極芯体露出部にあてがう。この後、正極集電板１４の凸部の裏側、及び正極集電板受け部品の凸部の裏側に一対の溶接用電極を押し当て、一対の溶接用電極に電流を流して、２点目の抵抗溶接を行う。これらの作業により、正極集電板１４及び正極集電板受け部品が正極芯体露出部に固定される。

負極１２についても同様にして、上記負極集電板１５及び上記負極集電板受け部品を抵抗溶接する。

＜電解液の作製＞
エチレンカーボネート（ＥＣ）とプロピレンカーボネート（ＰＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを体積比１：１：８の割合（１気圧、２５℃と換算した場合における）で混合した非水溶媒に、電解質塩としてのＬｉＰＦ₆を１．０Ｍ（モル／リットル）の割合で溶解したものを電解液となす。

ここで、本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池で用いる非水溶媒としては、上記の組み合わせに限定されるものではなく、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン等のリチウム塩の溶解度が高い高誘電率溶媒と、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、アニソール、１，４−ジオキサン、４−メチル−２−ペンタノン、シクロヘキサノン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ジメチルホルムアミド、スルホラン、蟻酸メチル、蟻酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸エチル等の低粘性溶媒とを混合させて用いることができる。さらに、前記高誘電率溶媒や低粘性溶媒をそれぞれ二種以上の混合溶媒とすることもできる。また、電解質塩としては、上記ＬｉＰＦ₆以外にも、例えばＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＣｌＯ₄またはＬｉＢＦ₄等を単独で、あるいは２種以上混合して用いることができる。

＜電池の組み立て＞
封口体２と一体化された電極体１０を外装缶１内に挿入して外装缶１の開口部に封口体２を嵌合し、封口体２の周囲と外装缶１の接合部をレーザ溶接し、封口体２に設けられた電解液注入孔（図示せず）から所定量の上記電解液を注入した後、この電解液注入孔を密閉する。

＜絶縁シートの取り付け＞
図５（ａ）に示すように、方形状で且つ四隅部が切り欠かれたポリプロピレン製の絶縁シート３０の中央部に、絶縁シート３０の側辺と外装缶１の底面部の側辺とが平行となるように上記角形電池を配置する。

外装缶長側面側に絶縁シート３０を折り曲げる（図５（ｂ）参照）。

外装缶短側面側に絶縁シート３０を折り曲げる。このとき、外装缶を覆っていない絶縁シート部分を、外装缶底面の角部に接する部分（図７の地点Ｂ）から切り欠き部を設けていない状態の方形状の絶縁シートの角部（図７の地点Ｃ）に向かう線（図７の破線参照）に沿って折り曲げる。この折り曲げ線は、外装缶底面の長辺の延長線と外装缶底面の短辺の延長線がなす角の二等分線となっている。その後、外装缶を覆っていない部分を外装缶の長側面で折り重ねる（図５（ｃ）参照）。

ここで、外装缶短側面側に絶縁シート３０を折り曲げたのち、外装缶長側面側に絶縁シート３０を折り曲げてもよい。この場合、外装缶長側面側に絶縁シート３０を折り曲げる際に、外装缶底面の角部に接する部分（図７の地点Ｂ）から切り欠き部を設けていない状態の方形状の絶縁シートの角部（図７の地点Ｃ）に向かう線に沿って折り曲げられる（図７の破線参照）。その後、外装缶を覆っていない絶縁シート部分を外装缶の長側面で折り重ねる。

絶縁シート３０の折り重なり合い枚数が変化する境界近傍（長側面における折り重なり合い枚数が１枚の領域３０ａと折り重なり合い枚数が３枚の領域３０ｂとの境界、及び折り重なり合い枚数が３枚である長側面部分と折り重なり合い枚数が１枚である短側面の境界近傍の長側面側）を熱溶着して溶着部３１ａ，３１ｃを形成する（図５（ｄ）参照）。これにより、本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池が完成する。

このような構成によると、結露水が入り込む可能性がある絶縁シートの縁部同士の重なる部分が、外装缶底面より上方（開口部側）に位置する。したがって、電池が配置される床部分に溜まった結露水が、絶縁シート同士の隙間から外装缶側に入り込むことを防止できる。

結露水が絶縁シートの隙間から外装缶側に入り込むことを防止するためには、絶縁シートの縁部同士の重なる部分（図５（ｃ）の破線で囲んだ領域Ａ）の下端部が、外装缶底面よりも外装缶高さの１／５以上上方に位置するように設定することが好ましく、外装缶底面よりも外装缶高さの１／３以上上方に位置するように設定することがより好ましい。

また、絶縁シートの縁部同士が完全に重なりあわない場合には、それぞれの絶縁シートの縁部を、外装缶底面よりも上部に位置させる。この場合も、それぞれの絶縁シートの縁部が外装缶底面よりも外装缶高さの１／５以上上方に位置するように設定することが好ましく、外装缶底面よりも外装缶高さの１／３上上方に位置するように設定することがより好ましい。

図４に示す例では、外装缶１の開口部近傍（開口から１５ｍｍの領域）は、絶縁シート３０に覆われておらず、外装缶１を露出させている。これは、ヒートシールヘッドにより外装缶１と封口体２とのレーザ接合部の損傷を防止するためである。

（比較の形態）
比較の形態に係る角形電池を図８に示す。比較の形態にかかる角形電池は、ポリオレフィン製の熱収縮チューブに角形電池を挿入し、ドライヤーで加熱して熱収縮チューブ４０を熱収縮させて角形外装缶１に密着させた後、熱収縮チューブの缶底側端部を外装缶の底面において熱溶着して溶着部４１を形成したこと以外は、上記実施の形態１と同様である。比較の形態では、外装缶の側面においてに熱収縮チューブが重なり合っておらず、外装缶の底面において熱収縮チューブの端部が折り重なっている。

比較の形態の構成では、外装缶底面部に折り重なり部が存在するため、底面に凹凸が生じる。これに対し、実施の形態１、２の構成では、外装缶底面部に折り重なり部が存在しない（折り重なり部が側面に位置する）ため、底面に凹凸が生じることがない。よって、実施の形態１、２の構成によると、電池高さの増大が極めて小さくでき、且つ、電池高さのバラツキが顕著に小さくできる。

また、比較の形態の構成では、外装缶底面部に熱溶着チューブの熱溶着部が存在するため、熱溶着が不十分な場合に熱溶着部に隙間が生じ、この隙間から電池が配置された床部分に生じた結露水が浸入し、結露水に起因する短絡が生じるおそれがある。これに対し、実施の形態１、２の構成では、絶縁シートの全ての縁部が底面よりも上方の長側面に位置するため（図３，４参照）、結露水に起因する短絡が生じにくい。

実施の形態２の構成では、実施の形態１と異なり、長側面において５枚の絶縁シートが重なり合う領域３０ｃを有していないので、折り重なり合い枚数が変化する境界を熱溶着するときに、熱が同一箇所に重複して作用することを防止でき、熱ダメージを低減できる。

（追加事項）
本発明は、リチウムイオン二次電池に限らず、ニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池等、他の角形電池に対しても適用可能である。

また、上記実施の形態では、絶縁シート３０の切り欠き形状を正方形としたが、図６（ａ）に示すように三角形であってもよく、正方形以外の四角形、円や楕円の一部形状、その他不定形であってもよい。たとえば、図６（ａ）に示すように三角形に切り欠いた場合、外装缶長側面に現れる絶縁シート３０の折り重なり形態は、図６（ｂ）に示すような形状となる。

なお、折り曲げによって確実に外装缶側面すべて（長側面と短側面との境界部を含む）を覆うためには、外装缶の幅をＬ１、外装缶の高さをＬ２、外装缶の厚みをＬ３、絶縁シート３０の幅をＬ３＋２Ｌ５、長さをＬ１＋２Ｌ４とするとき、角を落とす領域の長さＬ６を、Ｌ４−（Ｌ１）／２＜Ｌ６≦（Ｌ４）／２とすることが好ましい（図７参照）。

また、上記実施の形態では、絶縁シート３０の折り重なり部を外装缶の長側面に配したが、外装缶の短側面に配してもよい。

また、絶縁シートは、電池組み立て後に取り付けてもよく、電池組み立て前の外装缶に取り付けてもよい。

以上説明したように、本発明によると、一枚の絶縁シートを折り曲げるという簡便な手法で、外装缶表面を確実に絶縁被覆できる。また、外装缶の底面に折り重なりを配さない（外装缶の側面に折り重なりを配する）ようにすることにより、電池高さのバラツキを低減できる。また、絶縁シートの全ての縁部を外装缶の底面よりも上方（開口部側）に位置させることにより、結露水に起因する短絡を防止できる。よって、本発明の産業上の利用可能性は大きい。

１ 外装缶
２ 封口体
５，６ 電極端子
１０ 電極体
１１ 正極
１２ 負極
１４ 正極集電板
１５ 負極集電板
２０ 基材
２１ 熱溶着層
２２ 粘着層
３０ 絶縁シート
３１ 溶着部
４０ 熱収縮性チューブ
４１ 溶着部

Claims (10)

1. 上方に開口部を有する角形外装缶と、前記開口部を封止する封口体と、前記封口体と絶縁された状態で、前記封口体から突出する正負電極外部端子と、を有する角形電池において、
   前記角形外装缶と前記封口体は溶接接続されており、
   折り曲げられた一枚の絶縁シートにより、前記角形外装缶の底面全面および側面が覆われており、前記絶縁シートの全ての縁部が前記角形外装缶の底面よりも上方に位置する角形電池。
2. 請求項１に記載の角形電池において、
   前記角形外装缶の底面は一枚の前記絶縁シートのみにより覆われ、前記角形外装缶の側面は一枚の前記絶縁シートのみにより覆われる部分と、前記絶縁シートが折り曲げられることにより複数枚折り重なった前記絶縁シートにより覆われる部分と、を有する、
   ことを特徴とする角形電池。
3. 請求項１又は２に記載の角形電池において、
   前記絶縁シートは、熱溶着性フィルムからなり、
   前記角形外装缶の側面に、前記絶縁シートの折り重なり合い枚数が変化する境界線が存在し、
   前記絶縁シートの重なり合い枚数が多い部分における前記境界線側の端部が熱溶着により接着されている、
   ことを特徴とする角形電池。
4. 請求項３に記載の角形電池において、
   前記熱溶着性フィルムは、ポリスチレン、ポリオレフィンまたはポリエステルからなる、ことを特徴とする角形電池。
5. 請求項１ないし３の何れか１項に記載の角形電池において、
   前記絶縁シートの前記角形外装缶と接する側の面の少なくとも一部に粘着層が設けられている、
   ことを特徴とする角形電池。
6. 請求項１ないし５の何れか１項に記載の角形電池を複数用いてなる組電池。
7. 上方に開口部を有する角形外装缶と、前記開口部を封止する封口体と、前記封口体と絶縁された状態で、前記封口体から突出する正負電極外部端子と、を有し、前記角形外装缶と前記封口体が溶接接続されている角形電池の製造方法において、
   前記角形外装缶と前記封口体をレーザ溶接により溶接接続し、前記開口部を封止する封止工程と、
   一枚の絶縁シートを折り曲げることにより、前記角形外装缶の底面全面および側面を覆う絶縁シート被覆工程を備え、
   前記封止工程の後、前記絶縁シート被覆工程を行う角形電池の製造方法。
8. 請求項７に記載の角形電池の製造方法において、
   前記絶縁シートの全ての縁部が前記角形外装缶の底面よりも上方に位置する角形電池の製造方法。
9. 請求項７又は８に記載の角形電池の製造方法において、
   前記絶縁シートが方形状であり、
   前記絶縁シート被覆工程は、
   前記絶縁シートの中央部に、前記角形外装缶の底面の側辺と方形状の前記絶縁シートの側辺とが平行となるように配置する配置ステップと、
   前記絶縁シートを前記角形外装缶の底面側から前記角形外装缶の４つの側面側にそれぞれ折り返す折り返しステップと、
   前記絶縁シートの外装缶を覆っていない部分を前記角形外装缶の最も面積の大きい側面側に折り曲げ、前記角形外装缶の側面において、前記絶縁シートの重なり合い枚数が多い部分の前記絶縁シートの折り重なり合い枚数が変化する境界線側端部を接着固定する絶縁シート固定ステップと、を備える、
   ことを特徴とする角形電池の製造方法。
10. 請求項９に記載の角形電池の製造方法において、
    前記絶縁シートは、熱溶着性フィルムからなり、
    前記接着固定が熱溶着であり、
    前記絶縁シートの四隅が切り欠かれている、
    ことを特徴とする角形電池の製造方法。