(57)【要約】【課題】  電解液の注液性を悪化させることのない絶縁板を適用して、電池性能に優れ、かつ生産性も優れた非水電解液二次電池およびその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の非水電解液二次電池は、セパレータを介して正極と負極が相対向して渦巻状に巻回された電極群を収容した外装缶の上部に該外装缶の外部から内部に向けて形成された溝入れ加工部を備え、この溝入れ加工部の上部にガスケット（絶縁パッキング）を介して封口体が載置されて気密に封口されている。そして、電極群の上部と溝入れ加工部の下面との間に円弧状に湾曲した開口１２と、この開口１２の端部１２ａ，１２ｂから延出する切り込み部１３，１４とを備えた円形絶縁板１０が配設されているとともに、この円形絶縁板１０の切り込み部の内周部側は当該切り込み部１３，１４の外周部側より浮き上がるようになされている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介して正極と負極が相対向して渦巻状に巻回された電極群を収容した外装缶の上部に該外装缶の外部から内部に向けて突出して形成された溝入れ加工部を備え、該溝入れ加工部の上部に絶縁パッキングを介して封口体が載置されて気密に封口された非水電解液二次電池であって、
前記電極群の上部と前記溝入れ加工部の下面との間に開口と該開口の端部から延出する切り込み部とを備えた円形絶縁板が配設されているとともに、
前記円形絶縁板の前記切り込み部の内周部側は当該切り込み部の外周部側より浮き上がっていることを特徴とする非水電解液二次電池。
【請求項２】
前記開口は半円弧状に湾曲した形状に形成されているとともに、該開口の内周部は前記電極群の中心部に対応する部分を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の非水電解液二次電池。
【請求項３】
前記切り込み部は前記半円弧状に湾曲した開口の外周部の半径方向に沿って該開口の端部より両側に延出するように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非水電解液二次電池。
【請求項４】
前記切り込み部は前記半円弧状に湾曲した開口の内周部の一端部より直線状に延出するように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非水電解液二次電池。
【請求項５】
セパレータを介して正極と負極が相対向して渦巻状に巻回された電極群を収容した外装缶の上部に封口体を絶縁パッキングを介して載置した後、当該外装缶の封口部をかしめることにより封口して作製する非水電解液二次電池の製造方法であって、
前記電極群の上部に半円弧状に湾曲した開口と、該半円弧状に湾曲した開口の端部から延出する切り込み部とを備えた円形絶縁板を配設した後、該電極群を外装缶内に収容する収容工程と、
前記電極群が収容された外装缶の上部の前記円形絶縁板が配設された位置とほぼ同一の位置に該外装缶の外部から内部に向けて突出する溝入れ加工部を形成する溝入れ加工工程と、
該溝入れ加工部の上部に封口体を絶縁パッキングを介して載置した後、当該外装缶の封口部をかしめる封口工程とを備えたことを特徴とする非水電解液二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セパレータを介して正極と負極が相対向して渦巻状に巻回された電極群を収容した外装缶の上部に、該外装缶の外部から内部に向けて突出して形成された溝入れ加工部を備え、該溝入れ加工部の上部に絶縁パッキングを介して封口体が載置されて封口された非水電解液二次電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、例えば、携帯電話機やＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等の携帯情報端末、ノートパソコンあるいはデジタルカメラなどの電源として、軽量で高エネルギー密度を有するリチウム二次電池で代表される非水電解液二次電池が用いられるようになった。このうち、リチウム二次電池は、例えば、以下のようにして作製されている。即ち、天然黒鉛よりなる負極活物質と結着剤等を有機溶剤に溶解してスラリーあるいはペーストを作製し、これを銅箔などからなる負極芯体に塗布して負極を作製する。一方、ＬｉＣｏＯ2，ＬｉＮｉＯ2，ＬｉＭｎＯ2，ＬｉＭｎ2Ｏ4などからなる正極活物質と炭素系導電剤と有機溶剤等を混合してスラリーあるいはペーストを作製し、これをアルミニウム箔などからなる正極芯体に塗布して正極を作製する。
【０００３】
これらの負極と正極をポリエチレン製微多孔膜などからなるセパレータを間にして重ね合わせ、巻き取り機により渦巻状に卷回した後、最外周をテープ止めして渦巻状電極群とする。ついで、これを外装缶内に挿入した後、負極に接続された負極リード（負極集電タブ）と外装缶の底部とを接続するとともに、正極に接続された正極リード（正極集電タブ）と正極端子とを接続する。ついで、外装缶内に有機溶媒（例えば、ＥＣとＤＥＣよりなる混合溶媒）に電解質塩を添加した非水電解液を注入した後、外装缶の開口部を気密に封口することによリ作製される。
【０００４】
ところで、上述したリチウム二次電池においては、近年の電子機器の高性能化に伴い更なる高容量化が要求されるようになった。このため、例えば、電極の活物質層等の充填密度を向上させることにより高容量化が図られるようになった。この場合、電極の活物質層の充填密度の向上によって、活物質層へ非水電解液が浸透、含浸しにくくなるため、電極に非水電解液が満遍なく行き渡らなくなって、逆に、電池特性の低下を引き起こすという新たな問題を生じた。
【０００５】
また、活物質層への非水電解液の浸透、含浸性の低下により、生産性も低下して製造歩留まりが悪くなるという問題も生じた。さらに、この種のリチウム二次電池においては、通常、電極群の上下の端面に、円盤状で略中央部に孔部が設けられた円形絶縁板が配置されている。そして、この円形絶縁板は、全体の面積に対して孔部が占める面積が少ないことから、電極群の上端面のほぼ全体を覆うようになる。このため、非水電解液の移動が妨げられて、活物質層への非水電解液の浸透、含浸性がさらに低下してしまうという問題も生じた。
【０００６】
そこで、このような問題を解決するために、例えば、特許文献１（特開平９−２８３１１１号公報）や特許文献２（特開平９−２８３１１２号公報）が提案されるようになった。ここで、特許文献１においては、外装缶内に収納された電極群の上部に、その外周部に少なくとも一つの切り欠き部を有する絶縁板を配置することにより、電極群に対する非水電解液の含浸性を向上させることが提案されている。
【０００７】
また、特許文献２においては、外装缶内に収納された電極群の上部に、中央平面部とこの中央平面部の外周部近傍に形成された環状壁と、この環状壁の外周部に形成された鍔部とを有する絶縁板を配置するようにしている。そして、中央平面部はその中央部に電極リードが挿通する貫通孔と周辺部に複数の貫通孔を有し、鍔部は複数の貫通孔を有し、鍔部底面は中央平面部底面より電極群側に位置しており、環状壁の底面部は中央平面部の底面部と同一平面、または鍔部底面部と中央平面部の底面部の中間に位置するようになされている。これにより、非水電解液の注液時間を短くすることが可能になるというものである。
【特許文献１】特開平９−２８３１１１号公報
【特許文献２】特開平９−２８３１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した特許文献１や特許文献２にて提案された手段を用いても、非水電解液の含浸性を向上させることは困難であり、電池特性の低下や、電池製造時の歩留まりの低下が起こっているのが現状である。また、近年、この種のリチウム二次電池において、渦巻状電極群の中心部に形成された中空部分の充放電による変形を防止するためと、ガス排出通路を確保するために、渦巻状電極群の中心部に形成された中空部分にセンターピンが挿入、配置されるようになった。
【０００９】
ところが、渦巻状電極群の中心部に形成された中空部分に挿入、配置されたセンターピンが渦巻状電極群からの圧迫力により飛び出すという問題を生じた。そこで、中央部に孔部を設けないようにした円形絶縁板が用いられるようになった。このような円形絶縁板３０は、図５に示されるように、渦巻状電極群の中心部に対応する部分３０ａは渦巻状電極群の中心部を覆うような形状に形成されていると共に、この部分３０ａの周囲に半円弧状に湾曲した開口３２を備えるようにしている。
【００１０】
このように、渦巻状電極群の中心部に対応する部分３０ａが渦巻状電極群の中心部を覆うような形状になされていると、電極群の中心部に形成された中空部分に挿入、配置されたセンターピンの上部が、図６に示すように、絶縁板３０の渦巻状電極群の中心部に対応する部分３０ａにより覆われるようになるため、センターピンの飛び出しを防止できるようになる。
【００１１】
しかしながら、電極群の中心部に形成された中空部分の上部が絶縁板３０の渦巻状電極群の中心部に対応する部分３０ａにより覆われていると、非水電解液の注液時に非水電解液が渦巻状電極群の中心部に浸透するための経路を確保することができなくなる。このため、電極群の各電極内に非水電解液が浸透するのに長時間を要し、注液性が悪化して、この種の非水電解液電池の生産性が低下するとともに、歩留まりも悪くなるという問題も生じた。
【００１２】
そこで、本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、非水電解液の注液性を悪化させることのない円形絶縁板を適用して、電池性能に優れ、かつ生産性にも優れた非水電解液二次電池およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の非水電解液二次電池は、セパレータを介して正極と負極が相対向して渦巻状に巻回された電極群を収容した外装缶の上部に該外装缶の外部から内部に向けて形成された溝入れ加工部を備え、該溝入れ加工部の上部に絶縁パッキングを介して封口体が載置されて気密に封口されている。そして、上記目的を達成するため、電極群の上部と溝入れ加工部の下面との間に開口とこの開口の端部から延出する切り込み部とを備えた円形絶縁板が配設されているとともに、この円形絶縁板の切り込み部の内周部側は当該切り込み部の外周部側より浮き上がっていることを特徴とする。
【００１４】
このように、円形絶縁板は開口とこの開口の端部から延出する切り込み部とを備え、かつこの円形絶縁板の切り込み部の内周部側は当該切り込み部の外周部側より浮き上がっていると、円形絶縁板と電極群の上部との間に電解液の浸透経路が形成されるようになる。このため、渦巻状電極群の中心部に電解液が浸透するための経路を確保することが可能となって、注液性を改善させることが可能となる。
【００１５】
そして、このような開口が半円弧状に湾曲した形状に形成されているとともに、この開口の内周部は電極群の中心部に対応する部分を覆うように形成されていると、電極群の中心部に形成された中空部分にセンターピンが挿入、配置されている場合に、このセンターピンが飛び出すことが防止できるようになる。この場合、切り込み部は半円弧状に湾曲した開口の外周部の半径方向に沿ってこの開口の端部より両側に延出するように形成されているか、切り込み部は半円弧状に湾曲した開口の内周部の一端部より直線状に延出するように形成されているのが好ましい。
【００１６】
なお、このような非水電解液二次電池を製造するためには、電極群の上部に半円弧状に湾曲した開口と、この半円弧状に湾曲した開口の端部から延出する切り込み部とを備えた円形絶縁板を配設した後、この電極群を外装缶内に収容する収容工程と、電極群が収容された外装缶の上部の円形絶縁板が配設された位置とほぼ同一の位置に外装缶の外部から内部に向けて突出する溝入れ加工部を形成する溝入れ加工工程と、溝入れ加工部の上部に封口体を絶縁パッキングを介して載置した後、当該外装缶の封口部をかしめる封口工程とを備えるようにすればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を図１〜図４に基づいて説明するが、本発明はこの実施の形態に何ら限定されるものでなく、本発明の目的を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。なお、図１は本発明の非水電解液二次電池に用いられる第１実施例の円形絶縁板を模式的に示す平面図である。また、図２は本発明の非水電解液二次電池に用いられる第２実施例の円形絶縁板を模式的に示す平面図である。図３は、電極群の上部に図１または図２に示す円形絶縁板が配設されて外装缶内に挿入された状態で電解液を注液する様子を模式的に示す断面図である。図４は図３に示す外装缶に封口体が装着されて完成した非水電解液二次電池を模式的に示す断面図である。
【００１８】
１．円形絶縁板
（１）実施例１
実施例１の円形絶縁板１０は、厚みが０．３ｍｍのポリプロピレン製シートを打ち抜き成形することにより作製されている。この円形絶縁板１０は、図１に示すように、本体部１１を備えており、この本体部１１の内部に半円弧状に湾曲した開口１２と、この半円弧状に湾曲した開口１２の外周部の端部１２ａ，１２ｂからそれぞれ延出する切り込み部１３，１４とを備えている。ここで、本体部１１は直径が１７ｍｍになるように形成されている。
【００１９】
そして、この本体部１１の内部に形成された半円弧状に湾曲した開口１２は、本体部１１の中心点からの半径が２．５ｍｍの半円部を除く半径が５．５ｍｍの半円部により形成されている。また、この半円弧状に湾曲した開口１２の外周部の一端部１２ａからこの開口１２の外周部に沿って半円弧状に延出するように切り込み部１３が形成されている。また、この半円弧状に湾曲した開口１２の外周部の他端部１２ｂからこの開口１２の外周部に沿って半円弧状に延出するように切り込み部１４が形成されている。この場合、各切り込み部１３，１４は本体部１１の中心点から６０°の角度まで半円弧状に延出するように切り込まれている。
【００２０】
（２）実施例２
実施例２の円形絶縁板２０は、実施例１と同様に、厚みが０．３ｍｍのポリプロピレン製シートを打ち抜き成形することにより作製されている。この円形絶縁板２０は、図２に示すように、本体部２１を備えており、この本体部２１の内部に半円弧状に湾曲した開口２２と、この半円弧状に湾曲した開口２２の内周部の一端部２２ａから延出する切り込み部２３とを備えている。ここで、本体部２１は直径が１７ｍｍになるように形成されている。
【００２１】
そして、この本体部２１の内部に形成された半円弧状に湾曲した開口２２は、本体部２１の中心点からの半径が２．５ｍｍの半円部を除く半径が５．５ｍｍの半円部により形成されている。そして、この半円弧状に湾曲した開口２２の内周部の一端部２２ａから延出するように切り込み部２３が形成されている。この場合、切り込み部２３は半円弧状に湾曲した開口２２の内周部の一端部２２ａから４５°の角度で直線状に延出するように切り込まれている。
【００２２】
（３）比較例１
比較例１の円形絶縁板３０は、実施例１と同様に、厚みが０．３ｍｍのポリプロピレン製シートを打ち抜き成形することにより作製されている。この円形絶縁板３０は、図５に示すように、本体部３１を備えており、この本体部３１の内部に半円弧状に湾曲した開口３２を備えている。ここで、本体部３１は直径が１７ｍｍになるように形成されている。そして、この本体部３１の内部に形成された半円弧状に湾曲した開口３２は、本体部３１の中心点からの半径が２．５ｍｍの半円部を除く半径が５．５ｍｍの半円部により形成されている。
【００２３】
２．非水電解液二次電池
正極活物質としてのコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）粉末と、導電剤としてのアセチレンブラックと、結着剤としてのフッ素樹脂（ここでは、ポリフッ化ビニリデンとした）を質量比で９４：３：３の割合で混合して正極合剤を調製した。この正極合剤にＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を添加、混合してスラリーとした。この後、このスラリーをアルミニウム箔からなる正極集電体（厚み１５μｍ）の両面にドクターブレード法もしくはダイコート法により塗布して、正極合剤層を形成した。ついで、乾燥させた後、所定の充填密度になるように圧延し、所定の形状に切断して正極を作製した。
【００２４】
一方、負極活物質としての黒鉛（比表面積約３.０ｍ2/ｇ）と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）と、結着剤としてのスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）を質量比で９５：３：２の割合で混合して負極合剤を調製した。この負極合剤に水を添加、混合してスラリーとした。この後、このスラリーを銅箔からなる負極集電体（厚み１０μｍ）の両面にドクターブレード法もしくはダイコート法により塗布して、負極活物質層を形成した。ついで、乾燥させた後、所定の充填密度になるように圧延し、所定の形状に切断して負極を作製した。
【００２５】
この後、上述のようにして作製した正極と負極とを用い、これらの間にポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを介在させて重ね合わせた後、これを巻き取り機により渦巻状に巻回して渦巻状電極群４０を作製した。この場合、渦巻状電極群４０の中心部には巻回用軸心を抜いた跡であるところの中空部分４１が形成されており、この中空部分４１に円筒状のセンターピン（図示せず：なお、センターピンについては、特開２００３−２２９１７７号公報を参照されたい）が挿入されている。ついで、渦巻状電極群４０の底面にポリプロピレン製の下絶縁板４２を取り付けるとともに、渦巻状電極群４０の上面に上述した円形絶縁板１０（２０，３０）を取り付けた後、この渦巻状電極群４０を外装缶５０内に挿入した。この場合、外装缶５０の外底面から円形絶縁板１０（２０，３０）の上端面までの高さが６０．３ｍｍになるようになされている。
【００２６】
ついで、渦巻状電極群４０の負極より延出する負極リード（図示せず）を外装缶５０の内底面に溶接した。一方、渦巻状電極群の正極より延出する正極リード５３を封口体５２の蓋体の下面に溶接した。この後、外装缶５０の側壁の円形絶縁板１０（２０，３０）の上端部に対応する位置（外装缶５０の外底面から６０．０ｍｍの位置）に、溝入れ加工機の円盤（図示せず）を押し当て、外装缶５０を回転させながら円盤を回転させて溝入れ加工を施した。これにより、外装缶５０の側壁の円形絶縁板１０（２０，３０）の上端部に対応する位置に、この外装缶５０の外部から内部に向けて突出する溝入れ加工部５１が形成されることとなる。
【００２７】
この場合、溝入れ加工部５１の深さ（長さ）が１．５ｍｍになるように溝入れ加工を施した。この溝入れ加工により、溝入れ加工部５１の底面（下面）は外装缶５０の外底面から５９．４ｍｍの位置となった。これにより、円形絶縁板１０（２０，３０）の外周部は０．９ｍｍだけ缶底方向に押圧されることとなる。この結果、切り込み部１３，１４（あるいは２３）を備えた円形絶縁板１０（２０）の中央部は、渦巻状電極群４０の中空部分（巻芯部）４１の上部において、その外周部より約２ｍｍだけ隆起することとなった。一方、切り込み部を備えない円形絶縁板３０においては、渦巻状電極群４０の中空部分（巻芯部）４１の上部は外周部より隆起することはなかった。
【００２８】
この後、外装缶５０内に、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とからなる混合溶媒（ＥＣ：ＤＭＣ＝１：１（２５℃）；体積比）にＬｉＰＦ6を１モル／リットル溶解した非水電解液を３．８ｍｌだけ注入した。ついで、上述のように外装缶５０の側壁に形成した溝入れ加工部５１の上に、ポリプロピレン（ＰＰ）製でリング状のガスケット（絶縁パッキング）５４を載置するとともに、このガスケット（絶縁パッキング）５４の内部に封口体５２を挿入した。この後、外装缶５０の上端部を内方にかしめることにより封口して、直径が１８ｍｍで、高さ（長さ）が６５ｍｍで設計容量が２０００ｍＡｈの非水電解液二次電池Ａ，Ｂ，Ｘをそれぞれ作製した。
【００２９】
この場合、円形絶縁板１０を用いた非水電解液二次電池を電池Ａとし、円形絶縁板２０を用いた非水電解液二次電池を電池Ｂとし、円形絶縁板３０を用いた非水電解液二次電池を電池Ｘとした。
【００３０】
３．注液性について
ここで、３．８ｍｌの非水電解液を外装缶５０内に注液するに際して、１．８ｍｌ、０．８ｍｌ、０．７ｍｌ、０．５ｍｌの４回に分けて注液するようにした。そして、所定量の非水電解液を注液した後、非水電解液が渦巻状電極群４０内に浸透するまでの時間を測定すると、下記の表１に示すような結果となった。
【表１】
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【００３１】
上記表１の結果から明らかなように、各注液過程において、切り込み部１３，１４（あるいは２３）を備えた円形絶縁板１０（２０）を用いた電池Ａ，Ｂは、切り込み部を備えない円形絶縁板３０を用いた電池Ｘよりも注液時間が短く、非水電解液の浸透速度が早いことが分かる。これは、切り込み部１３，１４（あるいは２３）を備えた円形絶縁板１０（２０）は、渦巻状電極群４０の中空部分（巻芯部）４１の上部において、その外周部より所定の高さだけ隆起することにより、渦巻状電極群４０の中空部分（巻芯部）４１に対して注液経路が確保できたためと考えられる。
【００３２】
このことから、切り込み部１３，１４（あるいは２３）を備えた円形絶縁板１０（２０）を用いると注液性を改善することが可能であることが明らかとなった。なお、注液後に電池を封口する際には、渦巻状電極群４０の中空部分（巻芯部）４１の上部の円形絶縁板１０（２０）の隆起は障害とはならなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の非水電解液二次電池に用いられる第１実施例の円形絶縁板を模式的に示す平面図である。
【図２】本発明の非水電解液二次電池に用いられる第２実施例の円形絶縁板を模式的に示す平面図である。
【図３】電極群の上部に図１または図２に示す円形絶縁板が配設されて外装缶内に挿入された状態で電解液を注液する様子を模式的に示す断面図である。
【図４】図３に示す外装缶に封口体が装着されて完成した非水電解液二次電池を模式的に示す断面図である。
【図５】非水電解液二次電池に用いられる従来例（比較例）の円形絶縁板を模式的に示す平面図である。
【図６】電極群の上部に図５に示す円形絶縁板が配設されて外装缶内に挿入された状態で電解液を注液する様子を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０…円形絶縁板、１１…本体部、１２…円弧状に湾曲した開口、１２ａ…円弧状に湾曲した開口の外周部の一端部、１２ｂ…円弧状に湾曲した開口の外周部の他端部、１３，１４…切り込み部、２０…円形絶縁板、２１…本体部、２２…円弧状に湾曲した開口、２２ａ… 円弧状に湾曲した開口の内周部の一端部、２３…切り込み部、３０…円形絶縁板、３０ａ…渦巻状電極群の中心部に対応する部分、３１…本体部、３２…円弧状に湾曲した開口、４０…渦巻状電極群、４１…中空部分（巻芯部）、４２…下絶縁板、５０…外装缶、５１…溝入れ加工部、５２…封口体、５３…正極リード、５４…ガスケット（絶縁パッキング）
【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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