(57)【要約】      （修正有）【課題】正極集電体上に正極活物質を含む正極合剤を塗布した正極板と負極集電体上に負極活物質を含む負極合剤を塗布した負極板とをセパレータを介して捲回して形成した極板群をケース内に収納してなる電池において、限られた電池ケース内に、極板群を円滑に挿入でき、セパレータへのダメージを解消し、内部リークが発生せず、かつ十分な容量をもった電池を提供する。【解決手段】正極合剤２２の厚みを傾斜して減少させた正極合剤の塗着終端に絶縁テープ２１を貼着させ、その部分の正極板の厚みｂが他の正極板合剤が塗着されている部分の厚みａ以下とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体上に正極活物質を含む正極合剤を塗布した正極板と負極集電体上に負極活物質を含む負極合剤を塗布した負極板とをセパレータを介して捲回して形成した極板群をケース内に収納してなる電池において、前記正極合剤の厚みが傾斜して減少している正極合剤の塗着終端に絶縁テープが貼着されており、その部分の正極板の厚みが他の正極板合剤が塗着されている部分の厚み以下であることを特徴とする電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電池、特に電池の正極板合剤終端部の絶縁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やノートパソコン等のポータブル、コードレス機器の普及により、その電源である電池の需要が高まっている。特に、小型、軽量でエネルギー密度が高く、繰り返し充放電が可能な二次電池の開発が要望されている。このような電池として非水電解液二次電池、特に、正極にコバルト酸リチウム等のリチウム含有複合酸化物、負極に炭素材料等を用いたリチウムイオン二次電池の研究、開発が活発に行われている。
【０００３】
この種の非水電解液を使用する電池は、水溶液系の電池に比べてイオン電導度が低い。このため、電流特性を向上させるため、正極板と負極板の電極表面積を大きくして極板群を構成する手段が一般的で、集電体に合剤を間欠塗着し、外周に合剤未塗着部で集電体が露出している部分を設け、外部圧力による安全性を確保する提案がある（例えば、特許文献１参照）。さらに、正極合剤未塗着部分で負極合剤塗着部と対向している部分に絶縁層を形成する提案がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
しかしながら、特許文献２による絶縁層を合剤塗着後に形成すると合剤終端部のエッジを被覆できるが、この部分の厚みが厚くなり、極板群の外径に凸部ができ、この状態で電池ケースに挿入すると、挿入する際に、セパレータが電池ケース内で擦られてダメージを受けて破れたり、合剤が脱落したりして内部リークの原因となる問題点があった。
【特許文献１】特開平９−１８０７６１号公報
【特許文献２】特開２００４−２５９６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は上記従来の問題点を解決し、限られた電池ケース内に、極板群を円滑に挿入でき、セパレータへのダメージを解消し、内部リークが発生せず、かつ十分な容量をもった電池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】
【０００６】
この目的を達成するために本発明の電池は、正極集電体上に正極活物質を含む正極合剤を塗布した正極板と負極集電体上に負極活物質を含む負極合剤を塗布した負極板とをセパレータを介して巻回して形成した極板群をケース内に収納してなる電池において、前記正極合剤の厚みが傾斜して減少している正極合剤の塗着終端に絶縁テープが貼着されており、その部分の正極板の厚みが他の正極板合剤が塗着されている部分の厚み以下であることを特徴とする。
【０００７】
絶縁テープを正極合剤の塗着終端部にエッジ部がなく、厚みが傾斜して減少している部分から、合剤がなく集電体が露出している部分にかけて貼着させることにより、絶縁テープを貼着しても他の正極合剤が塗着されている部分の厚み以下の為に、電池ケースに挿入してもセパレータが電池ケース内で擦られてダメージを受けて破れたり、合剤が脱落したりすることがなく、内部リークの無い電池を得ることができる。
【発明の効果】
【０００８】
以上の説明から明らかなように本発明によれば、絶縁テープを正極合剤の塗着終端部にエッジ部がなく、厚みが傾斜して減少している部分から、合剤がなく集電体が露出している部分にかけて貼着させることにより、絶縁テープを貼着しても他の正極合剤が塗着されている部分の厚み以下の為に、電池ケースに挿入してもセパレータが電池ケース内で擦られてダメージを受けて破れたり、合剤が脱落したりすることがなく、内部リークの無い電池を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明の電池の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１は、本発明の筒型リチウム二次電池の断面図である。図１に示すように、正極板１１と負極板１３とがセパレータ１５を介して渦巻状に捲回された極板群が、有底筒状の電池ケース１８に収容されており、負極板１３から連接する負極リード１４が下部絶縁リング１７を介して、前記ケース１８と電気的に接続され、正極板１１から連接する正極リード１２が上部絶縁リング１６を介して、封口板２０の内部端子に電気的に接続されており、非水電解液（図示せず）を注液し、封口板２０と電池ケース１８とが絶縁ガスケット１９を介してかしめ封口されている。
【００１１】
この正極板１１は、アルミニウム製の箔やラス加工やエッチング処理された箔からなる集電体の片側または両面に正極活物質と結着剤、必要に応じて導電剤を分散媒に混練分散させたペーストを間欠塗布、乾燥した後、圧延して正極板１１を作製する。
【００１２】
結着剤としては、活物質間の密着性を保つフッ素樹脂材料、ポリアルキレンオキサイド骨格を持つ高分子材料、またはスチレン−ブタジエン共重合体などがある。フッ素系樹脂材料として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）の共重合体Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）が好ましい。
【００１３】
必要に応じて加える導電剤としてはアセチレンブラック、グラファイト、炭素繊維等の炭素系導電材が好ましい。
【００１４】
分散媒としては、結着剤が溶解可能な分散媒が適切で、有機結着剤の場合は、アセトン、シクロヘキサノン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）等の有機溶剤を単独またはこれらを混合した混合分散媒が好ましく、水系結着剤の場合は水が好ましい。
【００１５】
混練分散させる装置としては、特に限定されるものではないが、例えば、双腕式練合機、プラネタリーミキサー、ホモミキサー、ピンミキサー、ニーダー、ホモジナイザー等を用いることができ、これらを単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１６】
また、塗着するには、特に限定されるものではなく、上記のように混錬分散させたペーストを、例えば、スリットダイコーター、リバースロールコーター、リップコーター、ブレードコーター、ナイフコーター、グラビアコーター、ディップコーター等を用いて、容易に塗着することができ、塗着ノズルを閉じる速度を調整することにより、正極合剤の塗着終端部にエッジ部がなく、厚みが傾斜して減少している部分を容易に作製することができ、この部分の寸法は３ｍｍ〜１５ｍｍの範囲が、塗着終端部にエッジが生じることがなく、電池容量を確保する観点から好ましい。
【００１７】
そして、絶縁テープをこの部分から、合剤がなく集電体が露出している部分にかけて貼着させることにより、絶縁テープを貼着しても他の正極合剤が塗着されている部分の厚み以下にすることができる。
【００１８】
また、負極板６は、集電体の片側または両面に負極活物質と結着剤、必要に応じて導電剤を分散媒に混錬分散させたペーストを塗布、乾燥、圧延して作製することができる。
【００１９】
この負極集電体として用いる銅または銅合金は、特に限定されるものではなく、圧延箔、電解箔などが挙げられ、その形状も箔、孔開き箔、エキスパンド材、ラス材等であっても構わない。
【００２０】
負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵、脱離し得る黒鉛型結晶構造を有するグラファイトを含む材料、例えば天然黒鉛や人造黒鉛が使用される。特に、格子面（００２）の面間隔（ｄ002）が０．３３５０〜０．３４００ｎｍである黒鉛型結晶構造を有する炭素材料を使用することが好ましい。
【００２１】
結着剤、分散媒および必要に応じて加えることができる導電剤、可塑剤は正極と同様のものを使用することができる。
【００２２】
セパレータとしては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などの微多孔性ポリオレフィン系樹脂が好ましい。
【００２３】
非水電解液としては、非水溶媒と電解質からなり、非水溶媒としては、環状カーボネートであるγブチロラクトン（ＧＢＬ）を使用し、一種類で使用しても良く、その他の成分として環状カーボネートおよび鎖状カーボネートをγブチロラクトン（ＧＢＬ）に加え二種類以上組み合わせて使用しても良い。前記環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、およびブチレンカーボネート（ＢＣ）から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。また、前記鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、およびエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等から選ばれる少なくとも一種であることが好ましく、更にγブチロラクトン(ＧＢＬ)の含有率は体積比率で５０％以上が好ましい。
【００２４】
電解質としては、電子吸引性の強いリチウム塩、例えば、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＳＯ2ＣＦ3）2、ＬｉＮ（ＳＯ2Ｃ2Ｆ5）2、ＬｉＣ（ＳＯ2ＣＦ3）3等から選ばれる一種類または二種類以上組み合わせて使用することができる。これらの電解質は、前記非水溶媒に対して０．５Ｍ／Ｌ〜２．０Ｍ／Ｌの濃度で溶解させることが好ましい。
【実施例】
【００２５】
本発明を実施例および比較例を用いて、詳細に説明するが、これらは本発明を何ら限定するものではない。
【００２６】
（実施例１）
正極板１１は次のようにして作製した。まず、正極活物質としてＬｉＣｏＯ2の粉末１００質量部、導電剤としてアセチレンブラック５質量部、結着剤としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の水性ディスパ−ジョン（固形分５０質量％）を７質量部、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースの水溶液（固形分１質量％）を８３質量部配合して、プラネタリ−ミキサーにより１２０分間混練分散させた正極ペ−ストを作製した。
【００２７】
次に、この正極ペーストを厚さ２０μｍの帯状のアルミニウム箔からなる集電体２３上にスリットダイコーターを用いて両面に塗着し、１２０℃で１０分間乾燥した後、集電体２３と正極合剤層２２で構成され、その厚さが２００μｍになるように、線圧１０００ｋｇ／ｃｍで２回圧延した。
【００２８】
図２に示すように、スリットダイコーターの塗着ノズルを閉じる速度を調整することにより、正極合剤の塗着終端部にエッジ部がなく、厚みが傾斜して減少している部分を作製し、絶縁テープ２１をこの部分の中央部から、合剤がなく集電体が露出している部分にかけて貼着した。正極板１１の正極合剤部分厚みａが２００μｍ、絶縁テープ２１の厚みｂが５０μｍ、絶縁テープ２１を貼着した部分の最大厚みｃが２００μｍ、正極合剤の厚みが傾斜して減少している部分の寸法ｄが５．０ｍｍであった。
【００２９】
この集電体が露出している部分にアルミニウム製の正極リード１２の一端側をスポット溶接して取付け、正極リード１２には正極絶縁テープを貼着した。
【００３０】
また、負極板１３は次のようにして作製した。まず、負極活物質としてリチウムを吸蔵、放出可能な鱗片状黒鉛を１００質量部、結着剤としてスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）の水性デイスパージョン（固形分４８％）を８質量部、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースの水溶液（固形分１質量％）を８０質量部配合し、分散媒として水を加え、プラネタリーミキサーにより９０分間混練分散させた負極ペーストを作製した。
【００３１】
次に、この負極ペーストを、厚さ１４μｍの帯状の銅箔上にスリットダイコーターを用いて片面に間欠塗着し、１２０℃で１０分間乾燥した後、裏面も同様にして塗着、乾燥させた後、厚さが１８０μｍになるように線圧１１０Ｋｇ／ｃｍで３回圧延した。
【００３２】
この圧延した負極板の集電体が露出している部分にニッケル製の負極リード１４の一端側をスポット溶接して取付け、負極リード１４には負極絶縁テープを貼着した。
【００３３】
このようにして作製した正極板１１と負極板１３とを厚さ２５μｍの微多孔性のポリエチレン樹脂製のセパレータ１５を介して絶縁され、正極板１１の正極合剤の塗着終端部に貼着した絶縁テープ２１の位置が対向する負極板１３の負極合剤層領域内に配設されるように渦巻状に巻回されている極板群の巻き終端部を群固定した後、図１に示すような上部が開口している有底の電池ケース１８内に収容し、正極板１１に接続された正極リード１２の他端部を封口板２０に接続し、負極板１３に接続された負極リード１４の他端部を、電池ケース１８の底部に接続し、この極板群の上下それぞれに上部絶縁板１６、下部絶縁板１７を配した。
【００３４】
さらに、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネートの混合溶媒中に、電解質としてヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を１．３モル溶かした電解液を所定量注液した後、ポリプロピレン樹脂製のガスケット１９を介して電池ケース１８を封口板２０で密封して、１８６５０サイズで電池容量が２０００ｍＡｈの電池を作製し、実施例１の電池とした。
【００３５】
（実施例２）
図２に示すように、正極板１１の正極合剤部分厚みａを２００μｍ、絶縁テープ２１の厚みｂを３０μｍ、絶縁テープ２１を貼着した部分の最大厚みｃを１８０μｍ、正極合剤の厚みが傾斜して減少している部分の寸法ｄを５．０ｍｍになるようにした以外は実施例１と同様にして実施例２の電池を作製した。
【００３６】
（比較例１）
図３に示すように、スリットダイコーターの塗着ノズルを閉じる速度を調整することにより、正極合剤の塗着終端部にエッジ部があり、厚みの傾斜がほとんどなく、合剤がなく集電体が露出している部分になる正極板１１を作製した。正極板１１の正極合剤部分厚みａが２００μｍ、絶縁テープ２１は無く、正極合剤の厚みの傾斜がほとんどない部分の寸法ｄが１．５ｍｍになるようにした以外は実施例１と同様にして比較例１の電池を作製した。
【００３７】
（比較例２）
図４に示すように、正極板１１の正極合剤部分厚みａを２００μｍ、絶縁テープ２１の厚みｂを５０μｍ、絶縁テープ２１を貼着した部分の最大厚みｃを２３０μｍ、正極合剤の厚みが傾斜して減少している部分の寸法ｄを５．０ｍｍになるようにした以外は実施例１と同様にして比較例２の電池を作製した。
【００３８】
このようにして、作製した実施例１〜実施例２、比較例１〜比較例２の電池を各１０００個を用いて、リーク不良の有無を検査した結果を表１に示す。なお、正・負極リードに４５０Ｖの電圧を印可し、抵抗値を測定し、１０ＭΩ以下の抵抗値を示したものをリーク不良と判定し、その不良率を算出した。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１より明らかなように、本実施例１、２の電池では内部リークが全く起こらなかったが、比較例１、比較例２の電池では内部リークによるリーク不良率がそれぞれ１．８％、０．８％生じた。比較例１の電池の場合、正極合剤塗着終端部に絶縁テープが貼着していない為に、塗着終端部のエッジよってリークが生じたと考えられる。また、比較例２の電池を分解したところ、極板群の外径が凸形に膨らんでいる部分のセパレータが破れたり、合剤が脱落していることが認められた。これは、比較例２の電池の極板群が、合剤端テープ部の影響により部分的に外径が凸形になり、極板群を電池ケースに挿入する際にケースに擦られて、セパレータに破れが生じたり、合剤が脱落したと推定される。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明による電池によれば、電池ケースに挿入してもセパレータが電池ケース内で擦られてダメージを受けて破れたり、合剤が脱落したりすることがなく、内部リークの無い電池を得ることができ、携帯電話やノートパソコン等のポータブル機器、コードレス機器の電源として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態における円筒形電池の縦断面図
【図２】同実施形態の正極合剤終端部の断面図
【図３】従来例の正極合剤終端部の断面図
【図４】従来例の別の正極合剤終端部の断面図
【符号の説明】
【００４３】
１１  正極板
１２  正極リード
１３  負極板
１４  負極リード
１５  セパレータ
１６  上部絶縁板
１７  下部絶縁板
１８  電池ケース
１９  絶縁ガスケット
２０  封口板
２１  絶縁テープ
２２  正極合剤層
２３  集電体
ａ    正極合剤塗着部の正極板厚み
ｂ    絶縁テープの厚み
ｃ    絶縁テープ貼着部の正極板厚み
ｄ    正極合剤の厚みが傾斜して減少している部分の寸法
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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