JP6038593B2 - 角形二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、平板状の巻き芯に帯状の電極が捲回された扁平状の捲回電極体を備える角形二次電池に関する。

従来から、円筒形電池に比してより高い体積密度が得られる電池として角形二次電池が知られている。角形二次電池は、角形の電池筐体内に、帯状の正極と負極の間にセパレータを介して渦巻状に捲回して構成された断面が長円形状となる扁平状の捲回電極体が収納されるとともに、電解液が注入される構成を有している。

角形二次電池は、捲回電極体の捲回軸方向の両端部に、それぞれ正極と負極の金属箔露出部を突出させ、これらの金属箔露出部にそれぞれ電極端子又は集電体を接続することによって、通電経路の最短化による接続抵抗を低減し、出力を高めている。また、このような構成は、コンパクト化にも効果がある。

捲回電極体と集電体との接続形態に関して、例えば特許文献１の蓄電素子が提案されている。特許文献１記載の蓄電素子では、電極を捲回して捲回電極体を形成した後、その捲回電極体の軸方向端部にて積み重ねられている電極の金属箔露出部を変形させて、電極体の巻回中心部を境にして厚み方向に二つに分けて、それぞれを厚み方向に寄せ集めて集合させた形状とし、その二つに分けて寄せ集められた互いに対向する一対の集合部の間に集電端子のシート接続部を挿入して、集合部と超音波接合している。

また、板状の巻き芯の捲回軸方向端部に一対の拡開部材を取り付けて、これら一対の拡開部材を閉じた状態で巻き芯に電極を捲回して扁平状の捲回電極体を形成し、その後で、一対の拡開部材を互いに離反する方向に開くことにより、捲回電極体の捲回軸方向端部を、捲回中心部を境にして厚み方向に二つに分ける拡開構造が提案されている（特許文献２を参照）。一対の拡開部材は、巻き芯の捲回軸方向端部に形成されたスリットに基端部を挿入することによって巻き芯に保持されており、捲回電極体を形成した後で、捲回電極体の金属箔露出部と集電体に一体に超音波接合される。

特開２００３−２４９４２３号公報 WO2011/111196 A1

特許文献２に示される一対の拡開部材は、超音波接合前は、巻き芯のスリット孔に基端部を挿入して摩擦力あるいは弾性力によって巻き芯に保持されているだけなので、寸法精度の誤差等によって巻き芯に保持される力が弱くなる場合があり、搬送中や捲回機への取り付け作業中、あるいは捲回中に、振動等によって、巻き芯から外れたり、巻き芯との位置関係にずれが生じる恐れがあった。また、弾性支持力を強くするとスリット孔に挿入し難くなり、反対に弱くするとすぐに外れてしまうという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、拡開部材の巻き芯からの脱落や位置ずれを防いで、捲回電極体の金属箔露出部と拡開部材とを予め設定された位置で確実に固定することができる信頼性の高い角形二次電池を提供することである。

上記課題を解決する本発明の角形二次電池は、扁平状の捲回電極体を有する角形二次電池であって、前記捲回電極体は、電極が捲回される平板状の巻き芯と、該巻き芯に設けられた挿入穴に挿入されて前記捲回電極体の捲回軸方向端部を拡開する拡開部材と、を有し、前記挿入穴の穴奥側に前記拡開部材の一部が配置され、前記挿入穴の手前側に前記巻き芯の一部が配置されて互いに対向し、前記巻き芯に対する前記拡開部材の移動が規制された固定構造を有することを特徴としている。

本発明によれば、巻き芯に対する拡開部材の脱落や位置ずれを防いで、捲回電極体の金属箔露出部と拡開部材とを予め設定された位置で確実に固定することができる信頼性の高い角形二次電池を得ることができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第１実施の形態における角形二次電池の外観斜視図。 図１に示す角形二次電池の分解斜視図。 図２に示された捲回電極体の外観斜視図。 第１実施の形態における巻き芯と拡開部材の構成を説明する部分拡大図。 第１実施の形態における巻き芯と拡開部材との固定方法を説明する図。 第１実施の形態における巻き芯と拡開部材との固定方法を説明する図。 図６のＡ−Ａ線断面図。 第１実施の形態における巻き芯と拡開部材との固定前の状態を示す断面図。 第１実施の形態における巻き芯と拡開部材との固定状態を示す断面図。 第２実施の形態における巻き芯と拡開部材との固定方法を説明する図。 第３実施の形態における巻き芯と拡開部材との固定方法を説明する図。 図１０のＢ−Ｂ線断面図。 第４実施の形態における巻き芯と拡開部材との固定方法を説明する図。 第４実施の形態における巻き芯と拡開部材との固定状態を示す断面図。 第５実施の形態における巻き芯と拡開部材との固定方法を説明する斜視図。 第５実施の形態における巻き芯と拡開部材との固定状態を示す断面図。 第５実施の形態における拡開部材の他の構成例を説明する斜視図。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、以下の各実施の形態では、角形二次電池の例として、ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動源として用いられる角形のリチウムイオン二次電池の場合を例に説明する。

［第１実施の形態］
図１は、本実施の形態に係わる角形二次電池の外観斜視図、図２は、図１に示される角形二次電池の分解斜視図である。
角形二次電池であるリチウムイオン二次電池１は、電池缶４内に発電要素を収容した構成を有している。電池缶４は、長方形の底面を有する角形の深絞り形状を有しており、上方に向かって開放された開口部を、電池蓋３で封口することにより、密閉された電池容器２を構成する。

発電要素は、扁平状の捲回電極体１０を有している。捲回電極体１０は、その捲回軸方向が電池缶４の開口部と平行に横方向に延在しかつ扁平面が電池缶４の幅広の縦壁面に沿って縦方向に延在する姿勢状態で電池缶４内に収容されている。捲回電極体１０は、図示していない絶縁シートによって正極集電板６２及び負極集電板７２と共にその外側を覆われた状態で電池容器２に収容されている。

電池缶４及び電池蓋３は、共にアルミニウム合金で製作されている。電池蓋３は、レーザ溶接によって電池缶４に溶接される。電池蓋３には、正極端子構成部６０と負極端子構成部７０が配設されており、蓋組立体を構成している。

電池蓋３には、正極端子構成部６０及び負極端子構成部７０の他に、電池容器２内の圧力が所定値よりも上昇すると開放されて電池容器２内のガスを排出するガス排出弁６と、電池容器２内に電解液を注入するための注液口７が配置されている。注液口７は、電解液の注液後に、注液栓８によって閉塞され、注液栓８を電池蓋３にレーザ溶接することによって接合されて封止される。

正極端子構成部６０及び負極端子構成部７０は、電池蓋３の長辺方向一方側と他方側の互いに離れた位置に配置されている。正極端子構成部６０及び負極端子構成部７０は、電池蓋３の外側に配設される正極外部端子６１、負極外部端子７１と、電池蓋３の内側に配置される正極集電板６２、負極集電板７２とを有している。正極外部端子６１と正極集電板６２との間、及び、負極外部端子７１と負極集電板７２との間は、それぞれ図示していない接続端子によって電気的に接続されている。正極外部端子６１と正極集電板６２は、アルミニウム合金で製作され、負極外部端子７１と負極集電板７２は、銅合金で製作されている。

正極外部端子６１、負極外部端子７１、正極集電板６２、負極集電板７２は、それぞれ電池蓋３との間に絶縁部材６３、７３が介在されており、電池蓋３から電気的に絶縁されている。正極集電板６２と負極集電板７２は、電池蓋３の内側に沿って長辺方向に延在する基部６２ａ、７２ａと、基部６２ａ、７２ａの各長辺でそれぞれ折曲されて電池缶４の底部に向かって延出して捲回電極体１０に導通接続される一対の接続片６２ｂ、７２ｂを有している。捲回電極体１０は、正極集電板６２の接続片６２ｂと負極集電板７２の接続片７２ｂとの間に配置されて支持されており、捲回電極体１０と蓋組立体によって発電要素組立体５が構成されている。

図３は、図２に示された捲回電極体１０の詳細を示し、一部を展開した状態の外観斜視図である。
捲回電極体１０は、セパレータ１３、負極板１２、セパレータ１５、正極板１４、の順に重ねて巻き芯２１に捲回することによって構成される。捲回電極体１０は、図３に示すように、扁平形状を有しており、最外周の電極板が負極板１２となり、さらにその外側にセパレータ１３が捲回される。

セパレータ１３、１５は、正極板１４と負極板１２を絶縁する役割を有している。負極板１２の負極塗工部１２ａは、正極板１４の正極塗工部１４ａよりも幅方向に大きく、これにより正極塗工部１４ａは、必ず負極塗工部１２ａに挟まれるように構成されている。

正極未塗工部１４ｂ、負極未塗工部１２ｂは、平面部分で束ねられて溶接等により外部端子６１、７１につながる各極の集電板６２、７２に接続される。

尚、セパレータ１３、１５は、幅方向で負極塗工部１２ａよりも広いが、正極未塗工部１４ｂ、負極未塗工部１２ｂで金属箔面が露出する位置に捲回されるため、束ねて溶接する場合の支障にはならない。

正極板１４は、正極集電体である正極電極箔の両面に正極活物質合剤を塗布した正極塗工部１４ａを有し、正極電極箔の幅方向一方側の端部には、正極活物質合剤を塗布しない正極未塗工部（金属箔露出部）１４ｂが設けられている。

負極板１２は、負極集電体である負極電極箔の両面に負極活物質合剤を塗布した負極塗工部１２ａを有し、負極電極箔の幅方向他方側の端部には、負極活物質合剤を塗布しない負極未塗工部（金属箔露出部）１２ｂが設けられている。正極未塗工部１４ｂと負極未塗工部１２ｂは、電極箔の金属面が露出した領域であり、捲回軸方向一方側と他方側の位置に配置されるように捲回される。

負極板１２においては、負極活物質として非晶質炭素粉末１００重量部に対して、結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）を添加し、これに分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰという。）を添加、混練した負極合剤を作製した。この負極合剤を厚さ１０μｍの銅箔（負極電極箔）の両面に集電部（負極未塗工部）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断して銅箔を含まない負極活物質塗布部厚さ７０μｍの負極板を得た。

なお、本実施の形態では、負極活物質に非晶質炭素を用いる場合について例示したが、これに限定されるものではなく、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料等でよく、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。

正極板１４に関しては、正極活物質としてマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）１００重量部に対し、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛と結着剤として１０重量部のＰＶＤＦとを添加し、これに分散溶媒としてＮＭＰを添加、混練した正極合剤を作製した。この正極合剤を厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極電極箔）の両面に無地の集電部（正極未塗工部）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断してアルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部厚さ９０μｍの正極板を得た。

また、本実施の形態では、正極活物質にマンガン酸リチウムを用いる場合について例示したが、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウムや一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムマンガン複合酸化物や層状結晶構造を有すコバルト酸リチウムやチタン酸リチウムやこれらの一部を金属元素で置換またはドープしたリチウム-金属複合酸化物を用いるようにしてもよい。

また、本実施の形態では、正極板、負極板における塗工部の結着材としてＰＶＤＦを用いる場合について例示したが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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、アクリル系樹脂などの重合体およびこれらの混合体などを用いることができる。

図４は、本実施の形態における巻き芯と拡開部材の構成を説明する部分拡大図である。なお、拡開部材は、正極側と負極側で同様の構成を有しているので、図４では、負極側のみを示し、正極側については、対応する符号を括弧内に付することでその詳細な説明を省略する。

巻き芯２１は、捲回電極体１０の平面形状に対応した略矩形の平板部材からなる。巻き芯２１は、絶縁性の材料により形成されており、特に、ＰＰ（ポリプロピレン）樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂の少なくとも一つの樹脂材料を用いて形成されている。

巻き芯２１は、正極板１４の正極塗工部１４ａ、負極板１２の負極塗工部１２ａに対応する部分が捲回される捲回軸方向（Ｘ方向）中央の中央部、及び、正極板１４の正極未塗工部１４ｂに対応する部分が捲回される捲回軸方向一方側の端部と、負極板１２の負極未塗工部１２ｂに対応する部分が捲回される捲回軸方向他方側の端部を有している。巻き芯２１は、中央部よりも両端部の方が捲回方向（Ｙ方向）の長さが短くなっており、中央部と両端部との間には、捲回軸方向外側に移行するにしたがって捲回方向の長さが短くなるように傾斜した傾斜部が設けられている。

巻き芯２１の両端部には、捲回機（図示せず）に巻き芯２１を着脱可能に保持させるための保持部２２が一体に形成されている。保持部２２は、巻き芯２１の捲回軸方向一方側と他方側にそれぞれ２つずつ設けられており、捲回方向（Ｙ方向）に分かれて対をなして配置されている。

巻き芯２１の両端部で且つ一対の保持部２２の間の端面には、それぞれスリット状の挿入穴２３が設けられており、拡開部材である負極拡開操作板３１と正極拡開操作板４１が捲回軸方向一方側と他方側に分かれて装着されている。

負極拡開操作板３１は、銅合金製の板状部材により形成されている。負極拡開操作板３１は、２枚一組として重ね合わせた状態で巻き芯２１の挿入穴２３に基端が挿入されて保持されており、捲回電極体１０を形成した後に、先端同士を互いに離反する方向に拡げることによって捲回電極体１０の負極側の捲回軸方向端部を拡開させることができるようになっている。

捲回電極体１０の負極側の捲回軸方向端部は、一対の負極拡開操作板３１によって、負極未塗工部１２ｂの平面状に積層された部分が、巻き芯２１から扁平厚さ方向に互いに離反する方向に向かって二つに分けられた拡開状態とされる。そして、それぞれを扁平厚さ方向に圧縮することによって、一対の負極接続部が形成される。

これら一対の負極接続部は、蓋組立体に捲回電極体１０を組み付ける際に、負極接続部の外側に沿って負極集電板７２の接続片７２ｂが対向配置され、接続片７２ｂと負極拡開操作板３１との間に挟み込まれた状態で超音波溶接されて一体に接合される（図２を参照）。

正極拡開操作板４１は、アルミニウム合金製の板状部材により形成されている。正極拡開操作板４１は、負極拡開操作板３１と同様の形状を有しており、２枚一組として重ね合わせた状態で巻き芯２１の挿入穴２３に基端が挿入されて保持されており、捲回電極体１０を形成した後に、先端同士を互いに離反する方向に拡げることによって捲回電極体１０の正極側の捲回軸方向端部を拡開させることができるようになっている。

捲回電極体１０の正極側の捲回軸方向端部は、一対の正極拡開操作板４１によって、正極未塗工部１４ｂの平面状に積層された部分が、巻き芯２１から扁平厚さ方向に互いに離反する方向に向かって二つに分けられた拡開状態とされる。そして、それぞれを扁平厚さ方向に圧縮することによって、一対の正極接続部が形成される。

これら一対の正極接続部は、蓋組立体に捲回電極体１０を組み付ける際に、正極接続部の外側に沿って正極集電板６２の接続片６２ｂが対向配置され、接続片６２ｂと正極拡開操作板４１との間に挟み込まれた状態で超音波溶接されて一体に接合される。

負極拡開操作板３１と正極拡開操作板４１は、巻き芯２１の挿入穴２３に挿入しただけの超音波溶接前の状況では、例えば、搬送中の振動や、捲回機への取り付け作業中、あるいは捲回機による回転動作中において、挿入穴２３から脱落したり、位置ずれを起こすおそれがある。

そこで、本実施の形態における角形二次電池１では、負極拡開操作板３１と正極拡開操作板４１を、巻き芯２１の挿入穴２３に挿入して保持した状態で巻き芯２１に固定することにより、超音波溶接前における挿入穴２３からの脱落や位置ずれの防止が図られている。

図５〜図８は、本実施の形態における巻き芯と拡開部材との固定方法の一例を説明する図である。
拡開操作板３１、４１と巻き芯２１との間には、負極拡開操作板３１、正極拡開操作板４１が巻き芯２１の挿入穴２３に挿入して保持された状態で、巻き芯２１に対する拡開操作板３１、４１の移動を規制して、挿入穴２３からの脱落や位置ずれを防止する固定手段が設けられている。

一対の負極拡開操作板３１は、例えば図５に示すように、巻き芯２１の挿入穴２３に挿入される基端の領域３１ａに、貫通孔３２が設けられている。貫通孔３２は、一対の負極拡開操作板３１を互いに重ね合わせて巻き芯２１の挿入穴２３に挿入した状態で互いに連通する位置に設けられている。

そして、巻き芯２１の少なくとも片側の平面部２１ｂには、加熱手段である加熱棒１００によって巻き芯２１の一部が部分的に溶融される被溶融部２４が設けられている。被溶融部２４は、挿入穴２３に挿入された負極拡開操作板３１の貫通孔３２に対向する位置に配置されている。被溶融部２４は、平面部２１ｂに環状の凹溝２１ａを凹設し、その凹溝２１ａに囲まれた中心部分に形成されている。

負極拡開操作板３１を巻き芯２１に固定するには、まず、巻き芯２１の挿入穴２３に２枚一組の負極拡開操作板３１を挿入する。その際、２枚の負極拡開操作板３１の貫通孔３２を重ねて巻き芯２１の内部まで押し込み、各貫通孔３２の中心が被溶融部２４の中心に一致する位置に配置する。

次に、図６に示すように、被溶融部２４に、所定の溶着温度まで加熱された加熱棒１００を押し当てて巻き芯の一部である挿入穴２３よりも平面部２１ｂの一方面側を軟化溶融させ、その溶融樹脂を貫通孔３２内に流れ込ませ、負極拡開操作板３１の貫通孔３２を通って、平面部２１ｂの他方側まで到達させる。溶融樹脂は、貫通孔３２内で冷却凝固して、貫通孔３２内に突出する溶着部２５を形成する（図８Ｂを参照）。

これにより、負極拡開操作板３１は、被溶融部２４を加熱棒１００で溶して凝固させた溶着部２５によって貫通孔３２の周囲を固められ、巻き芯２１に固定される。すなわち、挿入穴２３の穴奥側には負極拡開操作板３１の一部が配置され、挿入穴２３の手前側には巻き芯２１の一部である溶着部２５が配置されて互いに対向し、巻き芯２１に対する負極拡開操作板３１の移動が規制される。したがって、互いに固定することができ、負極拡開操作板３１の挿入穴２３からの脱落や位置ずれを防止することができる。

なお、被溶融部２４を加熱棒１００で溶かす際に、溶けた樹脂が加熱棒１００の先端からはみ出して加熱棒１００の周囲に肉盛りを発生させることがあるが、本実施の形態では、図８Ａに示すように、被溶融部２４の周囲に環状の凹溝２１ａが設けられているので、この凹溝２１ａに加熱棒１００の周囲の肉盛りを入り込ませることができる。したがって、平面部２１ｂよりも肉盛りが盛り上がって凸になるのを防ぐことができ、正極板１４、負極板１２、セパレータ１３、１５を凹凸なく平面部２１ｂに巻き付けることができる。
正極拡開操作板４１も、負極拡開操作板３１と同様に、巻き芯２１に固定される。

上記した固定構造によれば、被溶融部２４の溶融状態を調整して溶着部２５の大きさを小さくすることによって、拡開操作板３１、４１を、巻き芯２１に対してある程度のガタツキを有した状態、すなわち、所定範囲の移動を許容した状態に固定することができる。

したがって、負極拡開操作板３１と負極集電板７２の接続片７２ｂとの間に捲回電極体１０の負極接続部を挟み込んで超音波溶接する際、及び、正極拡開操作板４１と正極集電板６２の接続片６２ｂとの間に捲回電極体１０の正極接続部を挟み込んで超音波溶接する際に、巻き芯２１に対する拡開操作板３１、４１のガタツキによって、超音波溶接の振動を吸収することができる。したがって、超音波溶接の振動によって負極電極箔の負極接続部及び正極電極箔の正極接続部に破れ等が発生するのを防ぐことができる。

巻き芯２１は、拡開操作板３１、４１が固定された後、捲回機にセットされる。そして、巻き芯２１にセパレータ１３、１５の捲き始め端部が溶着され、負極板１２、正極板１４の各捲き始め端部がセパレータ１３、１５の間に挟み込まれて捲回されることによって、捲回電極体１０が形成される。

なお、上述の実施の形態では、拡開操作板３１、４１と巻き芯２１を、加熱棒１００を用いた熱溶着によって固定する場合を例に説明したが、インサート成形により一体に形成してもよい。また、巻き芯２１に拡開操作板３１、４１を固定する方法として、接着剤や、粘着テープを用いることもできる。

上記した本実施の形態のリチウムイオン二次電池１によれば、巻き芯２１の一部である被溶融部２４を溶融させて、拡開操作板３１、４１の貫通孔３２、４２内に巻き芯２１の溶着部２５を設けており、挿入穴２３の穴奥側に拡開操作板３１、４１の一部を配置し、挿入穴２３の手前側には巻き芯の一部である溶着部２５を配置して互いに対向させ、拡開操作板３１、４１が巻き芯２１の挿入穴２３から外れる方向に移動するのを規制している。

したがって、互いに固定することができ、例えば、巻き芯２１に正極板１４と負極板１２を捲回する際、あるいは、捲回した後において拡開操作板３１、４１が巻き芯２１から脱落したり、位置ずれが生ずるのを防ぐことができる。したがって、捲回電極体の正極接続部と正極拡開操作板４１及び負極接続部と負極拡開操作板３１とを超音波接合する際に、溶接不良が発生するのを抑制できる。したがって、生産性にも優れ、信頼性の高い角形二次電池１を提供することができる。

［第２実施の形態］
図９は、第２実施の形態について説明する図であり、第１実施の形態における図４に対応する図である。
本実施の形態において特徴的なことは、拡開操作板３１、４１を巻き芯２１に固定する溶着部２５を、拡開操作板３１、４１に対してそれぞれ複数設けたことである。

図９に示すように、巻き芯２１の負極側には、負極拡開操作板３１を固定する溶着部２５が、挿入穴２３の挿入方向に直交する方向である巻き芯２１の捲回方向（Ｙ方向）に所定間隔をおいて２個設けられている。そして、同様に、巻き芯２１の正極側には、正極拡開操作板４１を固定する溶着部２５が、巻き芯２１の捲回方向（Ｙ方向）に所定間隔をおいて２個設けられている。

本実施の形態によれば、溶着部２５が拡開操作板３１、４１に対してそれぞれ複数設けられているので、１点のみを固定している第１実施の形態と比較して、各拡開操作板３１、４１の保持強度を向上すると共に、各拡開操作板３１、４１の固定部位を中心とした回転方向の移動を防止して、巻き芯２１に対して拡開操作板３１、４１が斜めに保持されてしまうのを防ぐことができる。なお、上述の実施の形態では、溶着部２５が拡開操作板３１、４１に対して溶着部２５をそれぞれ２個設ける場合を例に説明したが、さらに増加させて、３個以上としてもよい。

［第３実施の形態］
図１０は、第３実施の形態について説明する図であり、第１実施の形態における図４に対応する図、図１１は、図１０のＢ−Ｂ線断面図である。

本実施の形態において特徴的なことは、拡開操作板３１、４１に設けられる貫通孔３３、４３の一部を巻き芯２１の端部から露出させて、貫通孔３３、４３を介して互いに対向する巻き芯２１の端部を溶着し、挿入穴２３から突出した位置に配置し、溶着部２５の一部を巻き芯２１の端面から突出させたことである。

拡開操作板３１、４１は、図１１に示すように、巻き芯２１の挿入穴２３内に貫通孔３３、４３の一部が配置され、巻き芯２１の端面よりも外側に貫通孔３３、４３の一部が配置されている。そして、被溶融部２４は、巻き芯２１の平面部２１ｂの一方面側で且つ貫通孔３３、４３に対向する位置に設定されており、例えば図示していない加熱棒を押し付けることによって、溶着部２５が形成されている。溶着部２５は、拡開操作板３１、４１の貫通孔３３、４３を通過して、巻き芯２１の端部である平面部２１ｂの一方面側と他方面側を接続しており、巻き芯２１の挿入穴２３の入口側を閉じている。

したがって、挿入穴２３の穴奥側に拡開操作板３１、４１の一部を配置し、挿入穴２３の手前側に巻き芯２１の一部である溶着部２５を配置して互いに対向させ、拡開操作板３１、４１が巻き芯２１の挿入穴２３から外れる方向に移動するのを規制して、拡開操作板３１、４１を巻き芯２１に固定している。

上記した第１及び第２実施の形態では、被溶融部２４の周囲が全周に亘って、巻き芯２１の溶融されない部分によって囲まれていたのに対して、本実施の形態では、一部が囲まれていない。したがって、巻き芯２１の挿入穴２３を形成する両側の壁部を、挿入穴２３の幅が縮小する方向に押さえることができ、溶着を容易に行うことができる。

また、加熱棒１００によって溶かされた溶融樹脂は、巻き芯２１の挿入穴２３内に流れ込むと共に、巻き芯２１の端面から突出する方向に流れ出るので、加熱棒１００の先端からはみ出る溶けた樹脂が肉盛りとして平面部２１ｂから突出するのを防ぐことができる。したがって、溶接が容易になると共に品質の安定化が図れる。さらに、巻き芯２１の挿入穴２３の両側の壁部を超音波溶着により接合することで拡開操作板３１、４１の固定を図ることも可能である。

［第４実施の形態］
図１２は、第４実施の形態における拡開操作板の巻き芯への固定方法を説明する斜視図、図１３は、巻き芯と拡開操作板との固定状態を説明する断面図である。

本実施の形態において特徴的なことは、拡開操作板３１、４１に設けた係止爪３４、４４を、巻き芯２１に設けた係止穴２６に係止させて、拡開操作板３１、４１を巻き芯２１に固定する構造としたことである。

巻き芯２１は、端面から所定距離だけ捲回軸方向中央側に離間した位置に、捲回方向に沿って延在する係止穴２６を有している。係止穴２６は、挿入穴２３に交差する方向に穿設されて挿入穴２３に連通している。係止穴２６は、平面部２１ｂの挿入穴２３を形成する両側の壁部に形成されており、平面部２１ｂを貫通している。

拡開操作板３１、４１は、拡開操作板３１、４１の一部を巻き芯２１の挿入穴２３に挿入することによって係止穴２６に係止される係止爪３４、４４を有している。

係止爪３４、４４は、係止穴２６に対向する位置に設けられており、挿入方向前側から挿入方向と反対方向である挿入方向後側（図１３では右側）に向かって移行するにしたがって漸次挿入穴２３の幅方向外側に向かって移行するテーパ形状を有している。

拡開操作板３１、４１は、それぞれ２枚一組であり、各係止爪３４、４４は、互いに接した状態においてハの字に拡がった形になり、２枚のハの字の最も拡がった先端間の距離は、巻き芯２１の挿入穴２３の幅よりも大きい寸法に設定されている。

そして、２枚を組み合わせて巻き芯２１の挿入穴２３内に挿入した場合、拡開操作板３１、４１の係止爪３４、４４は、弾性変形してその曲げ角度が平面状に規制された状態で挿入穴２３内に挿入される。そして、巻き芯２１の係止穴２６に重なる位置まで移動した際に、互いに離反する方向に開いて係止穴２６に入り込む。したがって、係止爪３４、４４の先端が係止穴２６に係止されて、拡開操作板３１、４１が巻き芯２１から脱落することが防止される。

したがって、上記した第１〜第３実施の形態と比較して、拡開操作板３１、４１を巻き芯２１の挿入穴２３内に挿入するだけで固定することが可能となり、加工が容易になると共に生産コストの低減、及び生産効率の向上を図ることができる。

［第５実施の形態］
図１４は、第５実施の形態における拡開操作板の巻き芯への固定方法を説明する斜視図、図１５は、巻き芯と拡開操作板との固定状態を説明する断面図である。

本実施の形態において特徴的なことは、係止穴２６に係止される係止爪３５、４５を、断面くの字状の山形状としたことである。

係止爪３５、４５は、拡開操作板３１、４１の挿入穴２３への挿入方向前側から挿入方向後側に向かって移行するにしたがって挿入穴２３の幅方向外側に向かって移行する第１傾斜面部と、第１傾斜面部に連続して挿入方向後側に向かって移行するにしたがって挿入穴２３の幅方向中央側に向かって移行する第２傾斜面部を有している。

第４実施の形態における係止爪３４、４４は、平板形状であり、片持ち梁の基端部のみでの屈曲になるが、本実施の形態では、係止爪３５、４５をその断面形状がくの字となる山形状としたので、片持ち梁の基端部と、頂部の両方で屈曲させることができる。したがって、係止爪３５、４５のストッパーとしての強度が向上すると共に、巻き芯２１の係止穴２６との隙間も、より小さくすることができ、巻き芯２１に対する係止爪３５、４５の移動量である、ガタツキ度合いを小さくすることができる。

また、拡開操作板３１、４１を２枚重ねた構造であることから、互いの係止爪３５、４５の位置がずれて凹凸部が干渉し、係止爪３５、４５が適切に屈曲しない可能性が考えられる。その場合は、図１６に示すように、互いの係止爪３５、４５の位置を係止穴２６の長手方向一方側と他方側にずらすことによって、２枚重ね合わせたときに、ずれがあっても干渉することなく、安定した屈曲効果を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 角形二次電池
２ 電池容器
３ 電池蓋
４ 電池缶
５ 発電要素
１０ 捲回電極体
２１ 巻き芯
２３ 挿入穴
２４ 被溶融部
２５ 溶着部
３１ 負極拡開操作板（拡開部材）
３２、３３、４２、４３ 貫通孔
４１ 正極拡開操作板（拡開部材）
６０ 正極端子構成部
６２ 正極集電板
７０ 負極端子構成部
７２ 負極集電板
１００ 加熱棒

Claims (4)

1. 扁平状の捲回電極体を有する角形二次電池であって、
   前記捲回電極体は、電極が捲回される平板状の巻き芯と、該巻き芯に凹設された挿入穴に挿入されて前記捲回電極体の捲回軸方向端部を拡開する拡開部材と、を有し、
   前記拡開部材は、前記巻き芯の挿入穴に挿入される挿入部分に貫通孔が穿設されており、
   前記巻き芯は、該巻き芯の一部が溶融して前記貫通孔内に突出した溶着部を有することを特徴とする角形二次電池。
2. 前記拡開部材は、前記巻き芯の挿入穴に挿入した状態で前記貫通孔の一部が前記巻き芯の端部から露出しており、
   前記巻き芯は、前記貫通孔を介して互いに対向する前記巻き芯の端部が溶着されていることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
3. 前記溶着部は、複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
4. 前記複数の溶着部は、前記挿入穴の挿入方向に直交する捲回方向に所定間隔をおいて設けられていることを特徴とする請求項３に記載の角形二次電池。

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