(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向の一方の辺縁に巻き始め側である該長手方向の一端から巻き終わり側である他端にかけて幅の拡がる正極拡幅部を有する正極集電体および該正極拡幅部を除いて該正極集電体上に形成された正極活物質層からなる正極側電極シートと、長手方向の一方の辺縁に巻き始め側である該長手方向の一端から巻き終わり側である他端にかけて幅の拡がる負極拡幅部を有する負極集電体および該負極拡幅部を除いて該負極集電体上に形成された負極活物質層からなる負極側電極シートとを、上記巻き始め側である長手方向の一端を中央側として巻回し、この巻回体の両端において上記正極拡幅部および上記負極拡幅部をそれぞれ圧接して集電部とした電池またはキャパシタであって、
上記正極拡幅部の幅および上記負極拡幅部の幅は、上記正極側電極シートおよび上記負極側電極シートの幅方向に対し、互いに反対側に拡がっていることを特徴とする電池またはキャパシタ。
【請求項２】
上記正極拡幅部の幅および上記負極拡幅部の幅は、上記圧接の際に上記巻回体の上記両端において上記正極拡幅部および上記負極拡幅部の端面がそれぞれ揃うように拡がっている請求項１記載の電池またはキャパシタ。
【請求項３】
請求項１または２記載の電池またはキャパシタを製造する方法であって、上記正極側電極シート、上記負極側電極シートおよびセパレータを巻回し、この巻回体の両端において上記正極拡幅部および上記負極拡幅部をそれぞれ圧接して集電部とすることを特徴とする電池またはキャパシタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池またはキャパシタおよびその製造方法に関し、詳しくは、正極側電極シートと負極側電極シートとを巻回した巻回体の両端を圧接してなる電池またはキャパシタ用およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
長尺状の正極側電極シートおよび負極側電極シートと、両電極シートの間に配されるセパレータとを巻回してなる巻回型の電池またはキャパシタ（以下、「電池・キャパシタ」ともいう。）が知られている。
また、特開平１０−５５９３６号公報には、両電極シートの長手方向の一方の辺縁部には活物質を塗布せず、これらの電極シートをセパレータともに巻回して正極側の辺縁部と負極側の辺縁部とが両端に位置する巻回体を作製し、この巻回体の両端において各辺縁部を束ねて集電端子とする電気二重層コンデンサが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示すように、従来の技術において用いられている正極側電極シート９１、負極側電極シート９２およびセパレータ９３は、いずれも長手方向のどの部分においても幅が一定である。この正極側電極シート９１は、正極集電体９１１のうち辺縁部９１１ａを除いた部分に正極活物質層９１２を形成してなる。また、負極側電極シート９２は、負極集電体９２１のうち辺縁部９２１ａを除いた部分に負極活物質層９２２を形成してなる。両電極シートの間に挟まれたセパレータ９３の幅は、両電極シートのうち正極活物質９１２および負極活物質９２２の塗布された部分の幅にほぼ等しい。また、正極側電極シート９１の辺縁部９１ａと負極側電極シート９２の辺縁部９２ａとは、両電極シートの幅方向に対して反対側にくるように配置されている。
【０００４】
この正極側電極シート９１、負極側電極シート９２およびセパレータ９３を、図６に示すように巻回して巻回体９とし、この巻回体９の両端（図６の上下端）をそれぞれ圧接すると、図７に示すように、圧接により形成された集電部９ａ、９ｂの端面では、外周側に比べて内周側の集電体が突出する。なお、図６および図７では活物質を省略して示している。この突出部は、集電端子８の取付箇所としては適さず、また電池・キャパシタの小型化の妨げとなるため、上記特開平１０−５５９３６号公報では切断して端面を揃えることが好ましいとされている。例えば、図７に示す点線Ｃの位置等で切断するものと推察される。
しかし、このように突出部を切断すると、電池・キャパシタの製造工程数が増加するうえ、切断時に発生した切り屑が巻回体内等に混入して電池・キャパシタの信頼性を低下させる恐れがある。また、突出部を構成する部分の集電体材料は無駄になるため材料費が嵩むという問題もある。
【０００５】
本発明の目的は、巻回体の両端において各辺縁部を束ねて集電部とする電池・キャパシタにおいて、集電部における内周側の突出が少なく、集電体材料を有効に利用することのできる電池・キャパシタおよびその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の電池またはキャパシタは、長手方向の一方の辺縁に巻き始め側である該長手方向の一端から巻き終わり側である他端にかけて幅の拡がる正極拡幅部を有する正極集電体および該正極拡幅部を除いて該正極集電体上に形成された正極活物質層からなる正極側電極シートと、長手方向の一方の辺縁に巻き始め側である該長手方向の一端から巻き終わり側である他端にかけて幅の拡がる負極拡幅部を有する負極集電体および該負極拡幅部を除いて該負極集電体上に形成された負極活物質層からなる負極側電極シートとを、上記巻き始め側である長手方向の一端を中央側として巻回し、この巻回体の両端において上記正極拡幅部および上記負極拡幅部をそれぞれ圧接して集電部とした電池またはキャパシタであって、
上記正極拡幅部の幅および上記負極拡幅部の幅は、上記正極側電極シートおよび上記負極側電極シートの幅方向に対し、互いに反対側に拡がっていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の電池またはキャパシタは、請求項１記載の電池またはキャパシタにおいて、上記正極拡幅部の幅および上記負極拡幅部の幅は、上記圧接の際に上記巻回体の上記両端において上記正極拡幅部および上記負極拡幅部の端面がそれぞれ揃うように拡がっていることを特徴とする。
【０００８】
そして請求項３は、請求項１または２記載の電池またはキャパシタを製造する方法であって、上記正極側電極シートと上記負極側電極シートとセパレータとを巻回し、この巻回体の両端において上記正極拡幅部および上記負極拡幅部をそれぞれ圧接して集電部とすることを特徴とする。
【０００９】
上記正極側電極シートおよび上記負極側電極シートを構成する集電体としては、アルミニウム箔、ニッケル箔、銅箔等の金属箔が好ましく用いられる。集電体の厚さは通常５〜１００μｍ程度であり、その長さおよび平均の幅は電池・キャパシタの形状や性能等に応じて適宜設定することができる。
上記正極拡幅部および上記負極拡幅部の幅は、長手方向の一端から他端に向かって次第にまたは段階的に拡がっている。ここで、「長手方向の一端」は巻回体を作製する際の巻き始め側、「長手方向の他端」は巻き終わり側であって、巻回後にはこの一端側が巻回体の中央部を、他端側が外周部を構成することとなる。長手方向の一端における拡幅部の幅は、例えば圧接により形成される集電部の高さ（集電体の幅方向に対する集電部の長さ）程度か、あるいはこの高さの１．０〜１．５倍程度とすることができる。
拡幅部の幅の拡がり具合は直線状でも曲線状でもよいが、電極シートの巻回後に拡幅部を圧接した際、その少なくとも一部範囲において、図４に示すように、拡幅部の端面が揃うような拡がり具合が好ましい。また、原料の金属箔から各電極用の集電体を切り出すにあたって半端となる金属箔を少なくするためには、拡幅部の幅が一端から他端にかけて直線状に拡がっていることが好ましい。
【００１０】
活物質層は、通常は活物質と結着剤および必要に応じて導電化材等からなり、形成には上記各成分および溶媒等を含むペーストを上記集電体上に塗布して乾燥させる等の方法が用いられる。上記ペースト中に含有させる活物質、結着剤および溶媒の種類は、電池・キャパシタの種類や電極の正・負の別に応じて適宜選択すればよい。例えば、この活物質層をリチウムイオン二次電池の電極に適用する場合は、正極活物質としてＬｉＣｏＯ２粉末等を、負極活物質として炭素材料（ピッチコークス）粉末等を、結着剤としてポリフッ化ビニリデン等を、溶媒としてＮ−メチルピロリドン等を採用することができる。また、この活物質層を電気二重層キャパシタの電極に適用する場合には、例えば、正極または負極の活物質として活性炭等を、結着剤としてメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等を、溶媒として水やＮ−メチルピロリドン等を採用することができる。
上記活物質層は、集電体のうち上記拡幅部を除いた部分の全てに形成されてもよく、この部分の一部に形成されてもよい。また、集電体の一方の表面にのみ形成されてもよく、表裏両面に形成されてもよい。
【００１１】
上記セパレータは、巻回体において正極と負極との間に介在され、電極の短絡を防止するとともに電解液を保持するものであって、従来公知の多孔性薄膜等から適宜選択して使用することができる。また、上記正極側電極シートおよび／または負極側電極シートの一面または両面に多孔性の樹脂層等を形成して電極一体型のセパレータとしてもよい。通常、セパレータの幅および長さは、正極活物質および負極活物質の幅および長さとほぼ等しくすることが好ましい。
【００１２】
正極側電極シート、負極側電極シートおよびセパレータを、このセパレータの幅方向の両側からそれぞれ正極拡幅部および負極拡幅部がはみ出すように積層して、巻き始め側である長手方向の一端側から巻き終わり側である他端側に向かって巻き上げることにより巻回体が得られる。この巻回体の両端（両電極シートの幅方向の両端にあたる）は、正極拡幅部および負極拡幅部の形状により、外周側に比べて内周側が凹んだ形状となる。このように圧接前には巻回体の内周側が凹んでいるので、圧接により形成される集電部において、従来に比べて中央部の突出を抑えることができ、好ましい条件では正極拡幅部および負極拡幅部の端面を揃えることができる。
この集電部は、電池・キャパシタの外部端子に電気的に接続される。例えば、金属棒等の集電端子を集電部に溶接し、この集電端子を介して外部端子に接続することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。なお、図２〜図４では活物質層を省略している。
図１に示すように、正極側電極シート１１は、厚さ１５μｍ×長さ５．１３ｍのアルミニウム箔からなる正極集電体１１１と、正極集電体１１１のうち幅８６ｍｍの長方形部分に形成された正極活物質層１１２とからなる。活物質層が形成された部分の正極側電極シート１１の厚さは８７μｍである。また、負極側電極シート１２は、厚さ１０μｍ×長さ５．１３ｍの銅箔からなる負極集電体１２１と、負極集電体１２１のうち幅８６ｍｍの長方形部分に形成された負極活物質層１２２とからなる。活物質層が形成された部分の負極側電極シート１２の厚さは５８μｍである。
正極集電体１１１および負極集電体１２１は、それぞれ長手方向の一方の辺縁に、この長手方向の一端から他端にかけて直線的に幅の拡がる正極拡幅部１１１ａおよび負極拡幅部１２１ａを有する。正極拡幅部１１１ａおよび負極拡幅部１２１ａの幅は、いずれも長手方向の一端において１１ｍｍ、他端において１４ｍｍであり、この部分には活物質層が形成されていない。
セパレータ１３は、幅８６ｍｍ、長さ５．１３ｍの長方形状であって、厚さ２５μｍのポリエチレンからなる。
【００１４】
正極側電極シート１１、負極側電極シート１２およびセパレータ１３を、正極活物質層１１２および負極活物質層１２２の形成された位置とセパレータ１３の位置とを重ね合わせ、かつ正極拡幅部１１１ａがセパレータ１３の幅方向の一方（図１の上端）から、また負極拡幅部１２１ａがセパレータ１３の幅方向の他方（図１の下端）からはみ出すように積層した。すなわち、正極拡幅部１１１ａの幅および負極拡幅部１２１ａの幅は、電極シートの幅方向に対し、互いに反対側に拡がっている。この積層品を、長手方向の一端（図１の左端）から他端に向かって横断面長円形状に巻回（３５回巻き）した。
得られた巻回体１を、長円形状の長軸に沿って切断した断面図を図２に、短軸に沿って切断した断面図（すなわち、図２の  ＩＩＩ−ＩＩＩ  線断面図）を図３に示す。正極拡幅部１１１ａおよび負極拡幅部１２１ａの形状により、巻回体１の両端（図２の上下端）において各拡幅部は、巻回体１の外周側から内周側に向かって次第に低くなっている。
【００１５】
この巻回体１の上端に位置する正極拡幅部１１１ａおよび下端に位置する負極拡幅部１２１ａを図３の左右方向からそれぞれ圧接すると、圧接前には内周側を低くしておいたことにより、図４に示すように、圧接により形成された正極集電部１ａおよび負極集電部１ｂにおいて、正極拡幅部１１１ａおよび負極拡幅部１２１ａの端面が揃う。したがって、この正極集電部１ａおよび負極集電部１ｂの端面を揃えるために集電体を切断する必要がない。これにより、切断工程を増やすことなく電池を小型化することができ、また切り屑の混入を回避することができる。その後、正極集電部１ａおよび負極集電部１ｂに、アルミニウムからなる正極集電端子２ａおよび銅からなる負極集電端子２ｂをそれぞれ溶接し、電解液とともに外容器（いずれも図示せず）に収容して電池を構成する。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の電池・キャパシタおよびその製造方法では、巻回型の電池・キャパシタにおける電極シートとして、巻き始め側から巻き終わり側にかけて幅の拡がる拡幅部を有する集電体を用いる。これにより、電極シートを巻回して上記拡幅部を圧接した際に、圧接により形成される集電部の端面を揃えるか、少なくとも突出を抑えることができる。したがって、集電部を切断することなく電池を小型化することができ、また切り屑の混入を回避することができる。本発明によると、圧接後において集電部の端面が完全には揃わない場合にも、従来に比べて突出の程度が少なくなるため電池の小型化等に有利である。また、集電部を切断して端面を揃える場合にも、従来に比べて切断される部分が少なくなるため、集電体材料の浪費を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の電池において、巻回前の電極シートおよびセパレータの形状および配置を示す平面図である。
【図２】実施例の電池において、両端を圧接する前の巻回体の、長軸に沿った断面を示す模式的断面図である。
【図３】実施例の電池において、両端を圧接する前の巻回体の、短軸に沿った断面を示す模式的断面図であって、図２の  ＩＩＩ−ＩＩＩ  線断面図である。
【図４】実施例の電池において、両端を圧接した後の巻回体の、短軸に沿った断面を示す模式的断面図である。
【図５】従来の電池・キャパシタにおいて、巻回前の電極シートおよびセパレータの形状および配置を示す平面図である。
【図６】従来の電池・キャパシタにおいて、両端を圧接する前の巻回体を示す模式的断面図である。
【図７】従来の電池・キャパシタにおいて、両端を圧接した後の巻回体を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１；巻回体、１ａ；正極集電部（集電部）、１ｂ；負極集電部（集電部）、１１；正極側電極シート、１１１；正極集電体、１１１ａ；正極拡幅部、１１２；正極活物質層、１２；負極側電極シート、１２１；負極集電体、１２１ａ；負極拡幅部、１２２；負極活物質層、１３；セパレータ、２ａ；正極集電端子、２ｂ；負極集電端子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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