(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔を集電体とする第１及び第２の帯状電極を帯状セパレータを介して積層した状態でその長さ方向に沿って、渦巻状に巻回して構成される巻回電極体と、
非水電解質と、
前記第１または第２の帯状電極の幅方向に沿ってこの電極と接合して設けられるとともに前記巻回電極体の外周面に位置する電極リードと、
前記巻回電極体を収納した電池缶とをそれぞれ具備し、
前記電池缶の一端に設けられた開口を封口するように構成された電池において、
前記第１または第２の帯状電極の少なくとも一方において、前記電極リードの長さ方向の一端は、電極の幅方向端部からずれており、かつ前記開口を封口する側であって前記帯状電極の長さ方向に沿った端部から１ｍｍ以上ずれていることを特徴とする非水電解質二次電池。
【請求項２】
前記負極にリチウムをドープしかつ脱ドーブし得る材料を用いることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池。
【請求項３】
前記負極に炭素材料を用いることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池。
【請求項４】
前記正極に遷移金属化合物、もしくはリチウム・遷移金属化合物を用いることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池。
【請求項５】
前記電極リードの長さ方向の一端と前記帯状電極の長さ方向に沿った端部との距離ｌ1と前記電極リードの前記接合の長さｌ2とがｌ1／（ｌ1＋ｌ2）≧０．０２４であることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池。
【請求項６】
前記電極リードの長さ方向の一端と前記帯状電極の長さ方向に沿った端部との距離ｌ1と前記電極リードの前記接合の長さｌ2とがｌ2／（ｌ1＋ｌ2）≧０．１であることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池。
【請求項７】
正極及び負極の電極合剤を金属箔の帯状集電体の両面に塗布して成型された第１及び第２の帯状電極を帯状セパレータを介して積層した状態でその長さ方向に沿って、渦巻状に巻回して構成される巻回電極体と、
非水電解質と、
前記第１または第２の帯状電極の幅方向に沿ってこの電極と接合して設けられるとともに前記巻回電極体の外周面に位置する電極リードと、
前記巻回電極体を収納した電池缶とをそれぞれ具備し、前記電池缶の一端に設けられた開口を封口するように構成された電池において、
前記第１または第２の帯状電極の少なくとも一方において、前記電極リードの長さ方向の一端は、電極の幅方向端部からずれており、かつ前記開口を封口する側であって前記帯状電極の長さ方向に沿った端部から１ｍｍ以上ずれていることを特徴とする非水電解質二次電池。
【請求項８】
前記負極にリチウムをドープしかつ脱ドープし得る材料を用いることを特徴とする請求項７に記載の非水電解質二次電池。
【請求項９】
前記負極に炭素材料を用いることを特徴とする請求項７に記載の非水電解質二次電池。
【請求項１０】
前記正極に遷移金属化合物、もしくはリチウム・遷移金属化合物を用いることを特徴とする請求項７に記載の非水電解質二次電池。
【請求項１１】
前記電極リードの長さ方向の一端と前記帯状電極の長さ方向に沿った端部との距離ｌ1と前記電極リードの前記接合の長さｌ2とがｌ1／（ｌ1＋ｌ2）≧０．０２４であることを特徴とする請求項７に記載の非水電解質二次電池。
【請求項１２】
前記電極リードの長さ方向の一端と前記帯状電極の長さ方向に沿った端部との距離ｌ1と前記電極リードの前記接合の長さｌ2とがｌ2／（ｌ1＋ｌ2）≧０．１であることを特徴とする請求項７に記載の非水電解質二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯状電極と帯状セパレータとを積層してから渦巻状に巻回することによって構成される巻回電極体を電池缶内に備える非水電解質二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のビデオカメラやヘッドフォンステレオ等の電子機器の高性能化、小型化には目ざましいものがあり、これらの電子機器の電源となる二次電池の重負荷特性の改善や高容量化への要求も強まってきている。二次電池としては、鉛二次電池やニッケルカドミウム電池が従来から用いられている。
【０００３】
更に、最近はリチウム金属やリチウム合金もしくはコークスや有機物焼成体などの炭素材料のような、リチウムイオンをドープしかつ脱ドープできる物質を負極材料として用いた非水電解質二次電池の開発も活発におこなわれている。
【０００４】
このような非水電解質二次電池においては、その重負荷特性の改良のために渦巻状の巻回電極体が用いられている。
【０００５】
このような巻回電極体を用いた従来の円筒型非水電解質二次電池について図３〜図６を参照して説明する。
【０００６】
図４に示す非水電解質二次電池を次のようにして作製できる。
【０００７】
負極２では、例えば負極活物質担持体として炭素材料である粉砕したピッチコークスを用いることができる。このピッチコークス９０重量部にポリフッ化ビニリデン１０重量部を混合して負極合剤とする。この負極合剤を溶剤のＮ−メチルピロリドンに分散させて、スラリー（ペースト状）にする。次に、この負極合剤スラリーを、負極集電体１４としての厚さが例えば１０μｍの帯状の銅箔の両面に均一に塗布して乾燥させる。乾燥後に圧縮成形し切断して、幅が４１．５mm、長さが２９０mmの帯状負極２を得る。
【０００８】
図３に示すように、帯状負極２は、負極集電体１４の両面に負極合剤層２ａを備え、負極集電体１４の幅方向に沿った端部１４ａの近傍において一定の範囲で負極合剤層２ａを形成していない。
【０００９】
この負極集電体１４の幅方向に沿った端部１４ａの近傍にその幅方向に沿ってニッケル製の細長い板状の負極リード４が負極集電体１４と接合して設けられる。
【００１０】
この場合、負極リード４は、その長さ方向の一端４ａが負極集電体１４の長さ方向に沿った端部１４ｂと一致するように溶接によって取り付けられる。これは、負極集電体１４と負極リード４との接触面積を大きくすることによって、負極集電体１４と負極リード４との溶接強度をできるだけ大きくするためである。
【００１１】
次に、正極１では、例えば炭素リチウム０．５モルと炭素コバルト１モルとを混合し、９００℃の空気中で５時間焼成して得られるＬｉＣｏＯ２を正極活物質として用いることができる。このＬｉＣｏＯ２９１重量部に、導電剤としてのグラファイト６重量部と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン３重量部とを混合して、正極合剤とする。この正極合剤を溶剤のＮ−メチルピロリドンに分散させて、スラリー（ペースト状）にする。次に、この正極合剤スラリーを、正極集電体１５としての厚さが例えば２０μｍの帯状のアルミニウム箔の両面に均一に塗布して、乾燥させる。乾燥後に圧縮成型して、幅が３９．５mm、長さが２７０mmの帯状正極１を得る。なお、正極集電体１５にアルミニウム製の正極リード５を溶接する。
【００１２】
上述のような帯状負極２、帯状正極１及び厚さが例えば２５μｍの微孔性ポリプロピレンフィルムから成る一対のセパレータ３ａ、３ｂを用いて、負極２、セパレータ３ｂ、正極１、セパレータ３ａの順に積層してから、この積層体をその長手方向に渦巻状に多数回巻回することによって巻回電極体１２を得ることができる。
【００１３】
このような巻回電極体１２の外周部分の一部横断面を図５に示す。
【００１４】
図５に示すように、負極２の負極集電体１４の端部１４ａの近傍に取り付けられた負極リード４は、巻回電極体１２の外周面１３側に位置する。
【００１５】
また、図４に示すように、負極リード４の一端４ａは、巻回電極体１２における負極１の先端Ｍに一致している。
【００１６】
なお、巻回電極体１２において負極２はその上下端部で正極１の上下端部からはみ出ており、図４に示す例では、上下端部でそれぞれ１mmだけはみ出している。セパレータ３ａ、３ｂの幅は負極２の幅よりも広い。また、正極リード５は巻回電極体１２の最内周側に位置する。
【００１７】
上述のような巻回電極体１２の構造によれば、電極面積を比較的大きくできて大電流を流しても単位面積あたりの電流は小さくなるから、優れた重負荷特性が得られる。なお、負極集電体１４及び正極集電体１５は、電池の高容量化（活物質又は活物質担持体をできるだけ多く充填する）のために厚さをできるだけ薄くするのが好ましい。
【００１８】
次に、図５に示す巻回電極体１２を、図４に示すように、ニッケルめっきを施した鉄製の電池缶６内に収納する。
【００１９】
この際、巻回電極体１２の上下両面には絶縁板４ａ及び４ｂを夫々配設し、負極集電体９に取り付けた負極リード４の他端４ｂ側（図３参照）を電池缶６の底部に溶接するとともに、正極集電体１５に取り付けた正極リード５を金属製の安全弁１０の突起部１０ａに溶接する。
【００２０】
この電池缶６内に、例えばプロプレンカーボネートと１，２−ジメトキシエタンとの等容量混合溶媒中にＬｉＰＦ６を１モル／ｌの割合で溶解した非水電解質としての非水電解液を注入する。
【００２１】
この後、電池缶６の上端部２０を、互いに外周が密着している安全弁１０及び金属製の金属蓋９と絶縁封口ガスケット８とを介してかしめることによって、電池缶６を封口する。これにより電池蓋９及び安全弁１０を固定するとともに電池缶６内の気密性を保持できる。
【００２２】
図６は、電池缶６が封口される前の電池缶６の上端部２０の近傍を示す断面図である。電池缶６の開口６ａから絶縁封口ガスケット材料８及び安全弁１０及び電池蓋９を電池缶６の上端部２０の内周面にはめ込んでから、電池缶６の上端部２０及び絶縁封口ガスケット材料８は、図の矢印ａ方向から電池缶６を変形させることによってかしめられ、これによって電池缶６は封口される。
【００２３】
また、このとき、ガスケット８の環状の延長部８ａは絶縁板４ａの外周面と当接することによって、絶縁板４ａは巻回電極体１２の上面側に密着する。
【００２４】
上述のようにして作製される電池では、図４に示すように、図６の電池缶６の上端部２０に対応する電池缶６のかしめによる変形部分Ｌにおいて、電池缶６がその外周面で環状に凹んだ状態に変形している。
【００２５】
以上のようにして、例えば直径１４mm、高さ５０mmの円筒型非水電解質二次電池を作製できる。なお、上記円筒型非水電解質二次電池は、二重の安全装置を構成するために、安全弁１０、ストリッパ３６、これらの安全弁１０とストリッパ３６とを一体にするための絶縁材料から成る中間嵌合体３５を備えている。図示省略するが、安全弁１０にはこの安全弁１０が変形したときに開裂する開裂部が、電池蓋９には孔が夫々設けられている。
【００２６】
万一、電池内圧が何らかの原因で上昇した場合、安全弁１０がその突起部１０ａを中心にして図４の上方へ変形することによって、正極リード１２と突起部３４ａとの接続が断たれて電池電流を遮断するように、あるいは安全弁１０の開裂部が開裂して電池内に発生したガスを排気するように夫々構成されている。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のような巻回電極体を用いた電池は、電池製造時において内部短絡を起こし易いという問題点を有していた。
【００２８】
これは、電池缶６を封口する工程において、図４に示すように電池缶６がかしめにより変形する部分Ｌの内側に負極リード４が存在するため、負極リード４の一端４ａ近傍が電池缶６の内周面に圧迫されるからである。この負極リード４に負極集電体１４及びセパレータ３ａを介して隣接する負極２の先端Ｍの近傍が圧迫されることによって、この負極２の先端Ｍの近傍部分がセパレータ３ｂを貫通して正極１の先端Ｎの近傍部分と接触してしまう。この結果、電池が内部短絡を起こしてしまう。
【００２９】
負極集電体１４は高容量のために薄く、またセパレータ３ａ、３ｂは微孔性のポリプロピレンフィルムのために変形し易いことなどの理由から、負極リード４が圧迫されて変形すると、負極集電体１４及びセパレータ３ａを介して隣接する負極２が変形してしまい正極１に接触してしまうのである。
【００３０】
本発明の目的は、上述のような内部短絡を防止するようにした電池を提供することである。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属箔を集電体１５、１４とする第１及び第２の帯状電極１、２を帯状セパレータ３ａ、３ｂを介して積層した状態でその長さ方向に沿って渦巻状に巻回して構成される巻回電極体１２と、前記第１又は第２の帯状電極２（１）の幅方向に沿ってこの電極２（１）と接合して設けられるとともに前記巻回電極体１２の外周面１３に位置する電極リード４と、前記巻回電極体１２を収納した電池缶６とをそれぞれ具備し、前記電池缶６の一端に設けられた開口６ａを封口するように構成された電池において、前記第１または第２の帯状電極２（１）の少なくとも一方において、前記電極リード４の長さ方向の一端４ａは前記開口６ａを封口する側であって前記帯状電極２の長さ方向に沿った端部１４ｂから少なくとも１mmずれていることを特徴とするものである。
【００３２】
前記第１及び／又は第２の電極１、２が帯状集電体１４、１５を備えている場合には、前記電極リード４は前記帯状集電体１４に設けられるのが好ましい。
【００３３】
また、前記第１の電極は、正極１又は負極２を構成でき、また、前記第２の電極は、負極２又は正極１を構成できる。
【００３４】
【作用】
本発明によれば、電極リード４の長さ方向の一端４ａが集電体１４の長さ方向に沿った端部１４ａからずれて離れているから、電池缶６を封口する際に電池缶６を変形させてもその変形部分Ｌに対応する巻回電極体１２の外周面１３の端部に電極リード４が存在しないように構成される。よって、電池缶６を封口する工程において、電極リード４が電池缶６によって圧迫されることはないから、巻回電極体１２における一方の電極２の先端Ｍの部分がセパレータ３ａを貫通して他方の電極１の先端Ｎの部分と接触することを未然に防ぐことができる。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明による実施例を図１〜図２を参照しながら説明する。なお、図３〜図６により説明した従来例と同一部分には同一符号を付けてその説明は省略する。
【００３６】
図１は、帯状負極集電体１４に負極リード４を取り付けた帯状負極２を示す斜視図である。
【００３７】
図１に示すように、負極集電体１４の幅方向に沿った端部１４ａの近傍に負極リード４を、その長さ方向の一端４ａが負極集電体１４の長さ方向に沿った端部１４ｂから１mmだけずれるように溶接によって取り付けた。従って、負極リード４の長さ方向の一端４ａと負極集電体１４の長さ方向に沿った端部１４ｂとの距離ｌ１は１mmである。
【００３８】
なお、負極の幅は４１．５mmであるから、負極リード４が負極集電体１４と重合または接合している部分の長さ（溶接長さ）ｌ２は４０．５mmである。
【００３９】
また、負極リード４の厚さは５０μｍでかつ幅は４mmである。負極リード４の厚さは強度確保の点で４０〜１００μｍ程度が好ましい。
【００４０】
また、負極リード４を集電体１４に取り付けるための溶接は、超音波溶接、スポット溶接又はレーザ溶接などを用いることができる。
【００４１】
以上のような帯状負極１を用いた以外は、図４に示す電池と同様にして直径１４mm、高さ５０mmの円筒型非水電解質二次電池を作製した。この電池を便宜上、Ａとする。
【００４２】
以上のようにして作製された非水電解質二次電池の概略的な縦断面を図２に示す。
【００４３】
図２に示すように、巻回電極体１２の外周面１３に位置する負極リード４は、その一端４ａは、セパレータ３ａを介して隣接する負極２の先端Ｍから１mm（ｌ１）だけずれている。
【００４４】
従って、電池缶６の開口６ａをかしめによって封口するために電池缶６の上端部２０を変形させても、その変形部分Ｌに対応する巻回電極体１２の外周面１３の上端に負極リード４は存在しない。よって、電池缶６を封口する工程において、負極リード４が電池缶６によって圧迫されることはないから、負極２の先端Ｍの近傍部分がセパレータ３ａを貫通して正極１の先端Ｎの近傍部分と接触してしまうことを防止できる。
【００４５】
次に、図１におけるｌ１をそれぞれ５mm、１０mm、３８mmとした以外は、図２と同様の円筒型非水電解質二次電池Ｂ、Ｃ及びＤをそれぞれ作製した。
【００４６】
また、本発明による効果を確認するための比較例として、図１におけるｌ１を０mmとした以外は、図２と同様の円筒型非水電解質二次電池Ｅ（図４に示す従来の電池と実質的に同一の電池）を作製した。
【００４７】
上述の電池Ｄ（図１のｌ１が３８mm）では、電池製造中に負極リード４が集電体１４から取れてしまい、電池を完成させることはできなかった。
【００４８】
従って、上述の電池Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅの四種類の電池について、それぞれ５０個ずつ作製し、これらの各電池の内部短絡品発生率を調査した。
【００４９】
この結果を下記の第１表に示す。
【００５０】
【表１】
0003541770.tif 000002
【００５１】
上記第１表からわかるように、ｌ１の値が１mm、５mm、１０mmである電池Ａ、Ｂ、Ｃでは内部短絡品発生率が０％であり内部短絡の発生は認められずに、本発明の効果が現われている。
【００５２】
一方、ｌ１の値が０mmである電池Ｅでは３％の内部短絡品が発生している。この内部短絡の発生した電池を解体して観察したところ、負極リード４の一端４ａの近傍部分は、この負極リード４が取り付けられた負極集電体１４の上端部分とともに変形し、この負極リード４及び負極集電体１４の変形部分がセパレータ３ａを破っていた。そして、負極２はその先端Ｍの近傍で変形し、さらにこの先端Ｍの変形部分はセパレータ３ｂをつき破って正極１の先端Ｎの近傍と接触していた。
【００５３】
以上のように、巻回電極体を具備する円筒型非水電解質二次電池において、内部短絡を防止するために、巻回電極体の外周面に位置する電極リードの長さ方向の一端と集電体の長さ方向に沿った端部との距離ｌ１は少なくとも１mm以上離れていなければならないことがわかる。
【００５４】
また、上述の端部間距離ｌ１が大きくなると、電極リードと集電体との接触面積が小さくなって、溶接強度が低下して電極リードが集電体から剥離したり、電気抵抗が大きくなってしまうから好ましくない。
【００５５】
従って、上記端部間距離ｌ１と溶接長さｌ２との関係はｌ２／（ｌ１＋ｌ２）が０．１以上であることが望ましい。
【００５６】
なお、本実施例の非水電解質二次電池において、負極にはリチウムをドープしかつ脱ドープし得る材料を用いることができる。このような材料としては、リチウム金属、リチウム合金、ポリアセチレンなどのような導電性ポリマー、あるいはコークスなどのような炭素材料を挙げることができる。
【００５７】
また、正極には、二酸化マンガン、五酸化バナジウムなどのような遷移金属化合物、硫化鉄などの遷移金属カルコゲン化合物、あるいはこれらの化合物とリチウムとの複合化合物（リチウム・コバルト複合酸化物、リチウム・コバルト・ニッケル複合酸化物など）を用いることができる。
【００５８】
また、非水電解質としては、例えばリチウム塩を電解質としこれを有機溶剤（非水溶媒）に溶解した非水電解液が使用できる。
【００５９】
ここで有機溶剤としては特に限定されるものではないが、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエキトシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリルなどを単独でもしくは２種以上を混合して使用できる。電解質も従来より公知のものがいずれも使用可能であり、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）４、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉなどがある。
【００６０】
また、上記非水電解質は固体であってもよく、例えば高分子錯体固体電解質などがある。
【００６１】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので、巻回電極体を具備する電池において、電池缶を封口する工程時に発生し易い電極リードに起因する内部短絡を防止することができる。従って、電池製造における歩留まりが上がり、電池の生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施例の円筒型非水電解質二次電池に用いられる帯状負極を示す斜視図である。
【図２】図１に示す負極を用いた非水電解質二次電池の概略的な縦断面図である。
【図３】従来の非水電解質二次電池において用いられる帯状負極の斜視図である。
【図４】図３に示す負極を用いた従来の非水電解質二次電池の概略的な縦断面図である。
【図５】図２及び図４に示す電池内に収納される前の巻回電極体の部分的な横断面図である。
【図６】図２及び図４に示す電池を封口する前の状態を示す電池の上端部の縦断面図である。
【符号の説明】
２    帯状負極（第１又は第２の電極）
３ａ    帯状セパレータ
３ｂ    帯状セパレータ
４    負極リード（電極リード）
４ａ    負極リードの長さ方向の一端
６    電池缶
６ａ    開口
１２    巻回電極体
１３    外周面
１４    負極集電体（帯状集電体）
１４ａ  負極集電体又は帯状電極の幅方向に沿った端部
１４ｂ  負極集電体又は帯状電極の長さ方向に沿った端部
【図１】
0003541770.tif 000003
【図２】
0003541770.tif 000004
【図３】
0003541770.tif 000005
【図４】
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【図５】
0003541770.tif 000007
【図６】
0003541770.tif 000008