(57)【要約】【課題】円筒型非水電解質電池の安全性および生産性を両立する。【解決手段】  円筒型非水電解質電池に用いるセンターピンとして、中空円筒形状を有し少なくとも上記ガス排出機構側の一端部に、先端に向かって細くなるテーパー部が設けられ、テーパー部の形成開始部近傍に、溝部もしくは他の部分の厚みよりも薄い薄肉部が形成されたセンターピンを用いる。上述の溝部の深さもしくは他の部分の厚みに対する薄肉部の厚みの厚み減少量が、センターピンの他の部分の厚みに対して１０％以上７５％以下であることが好ましい。【選択図】図２
2011228067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空円筒形状を有し、
少なくとも上記ガス排出機構側の一端部に、先端に向かって細くなるテーパー部が設けられ、
上記テーパー部の形成開始部近傍に、溝部もしくは他の部分の厚みよりも薄い薄肉部が形成された
円筒型非水電解質電池用センターピン。
【請求項２】
上記溝部の深さもしくは上記薄肉部の厚みの上記他の部分の厚みに対する厚み減少量が、上記センターピンの該他の部分の厚みに対して１０％以上７５％以下である
請求項１に記載の円筒型非水電解質電池用センターピン。
【請求項３】
上記センターピンの厚みが、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である
請求項２に記載の円筒型非水電解質電池用センターピン。
【請求項４】
一端部が開放された外装体と、
上記外装体の開放された上記一端部に設けられた電池蓋と、
電池内部圧力の上昇に応じて変形する弁を有するガス排出機構と、
上記外装体に収容される巻回電極体と、
上記巻回電極体の巻回中心部に挿入され、中空円筒形状を有し、少なくとも上記ガス排出機構側の一端部に、先端に向かって細くなるテーパー部が設けられ、該テーパー部の形成開始部近傍に、溝部もしくは他の部分の厚みよりも薄い薄肉部が形成されたセンターピンと
を備える
円筒型非水電解質電池。
【請求項５】
上記溝部の深さもしくは上記薄肉部の厚みの上記他の部分の厚みに対する厚み減少量が、上記センターピンの該他の部分の厚みに対して１０％以上７５％以下である
請求項４に記載の円筒型非水電解質電池。
【請求項６】
上記センターピンの厚みが、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である
請求項５に記載の円筒型非水電解質電池。
【請求項７】
上記センターピンの軸方向における長さが、該巻回電極体の高さよりも小さい
請求項６に記載の円筒型非水電解質電池。
【請求項８】
上記巻回電極体の上記巻回中心部に、該巻回電極体の端部に向かって広がるテーパーが形成される
請求項４記載の円筒型非水電解質電池。
【請求項９】
上記巻回電極体の端部に向かって広がるテーパーが、上記正極および上記負極の端部よりも外側から該巻回電極体の端部に向かって形成される
請求項８に記載の円筒型非水電解質電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状の正極、セパレータおよび負極を含む渦巻き状の巻回電極体の中心に挿入されるセンターピンおよびセンターピンを備えた円筒型非水電解質電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ一体型ＶＴＲ（ビデオテープレコーダ），携帯電話あるいはノートパソコンなどのポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。これらの電子機器のポータブル電源として用いられている電池、特に二次電池はキーデバイスとして、エネルギー密度の向上を図る研究開発が活発に進められている。中でも、例えば、リチウムイオン二次電池のような非水電解質電池は、従来の水系電解液二次電池である鉛電池、ニッケルカドミウム電池と比較して大きなエネルギー密度が得られるので、その改良に関する検討が各方面で行われている。
【０００３】
非水電解質電池には様々な形状のものが開発されているが、その一つに、正極と負極とをセパレータを間にして積層して渦巻き状に巻いた巻回電極体の中心にセンターピンを挿入し、電池缶内に封入した円筒型非水電解質電池がある。センターピンは、電池内部が高温になった場合にセパレータが収縮して巻回電極体中心の空隙部が埋まることを防ぐことを目的の一つとして挿入される。巻回電極体中心の空隙部は、電池内部でガスが発生した場合に、ガスの排出流路として機能する。このため、電池内部が高温になった際に、巻回電極体中心の空隙部を維持する必要がある。センターピンは、例えば電池製造時に巻回電極体への挿入性を向上させるために、両端がテーパー加工されて細く形成され手いることが多い。
【０００４】
また、特許文献２に記載されているように、センターピンには電池外部から圧力がかかった場合に、電極を短絡させるように、溝を設ける構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−３３２４８１号公報
【特許文献２】特開平８−２５５６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来構造のセンターピンを用いた電池では、センターピンに起因してガス排出性を低下してしまう恐れがある。すなわち、巻回電極体への挿入性を高めるために設けたセンターピン両端のテーパー部により、電池内部が高温となってガスが発生した際にガス流路の直径が狭くなってしまう。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電池内部の巻回電極体中心部においてガス排出流路が確保された円筒型非水電解質電池を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、第１の発明のセンターピンは、中空円筒形状を有し
少なくとも上記ガス排出機構側の一端部に、先端に向かって細くなるテーパー部が設けられ、
テーパー部の形成開始部近傍に、溝部もしくは他の部分の厚みよりも薄い薄肉部が形成されたことを特徴とする。
【０００９】
第２の発明の円筒型非水電解質電池は、一端部が開放された外装体と、
上記外装体の開放された上記一端部に設けられた電池蓋と、
電池内部圧力の上昇に応じて変形する弁を有するガス排出機構と、
上記外装体に収容される巻回電極体と、
上記巻回電極体の巻回中心部に挿入され、中空円筒形状を有し、少なくとも上記ガス排出機構側の一端部に、先端に向かって細くなるテーパー部が設けられ、該テーパー部の形成開始部近傍に、溝部もしくは他の部分の厚みよりも薄い薄肉部が形成されたセンターピンとを備えることを特徴とする。
【００１０】
センターピンは、巻回電極体の巻回中心部に挿入されるものであり、両端に設けたテーパー部における溝部の深さもしくは薄肉部の厚みの他の部分の厚みに対する厚み減少量が、センターピンの他の部分の厚みに対して１０％以上７５％以下であることが好ましい。
【００１１】
第１および第２の発明では、電池内部でガス発生が生じた際に溝部・薄肉部が開くか、もしくは溝部・薄肉部が溶断してガス排出流路を確保することが出来ると共に、電池製造時において巻回電極体の巻回中心部への挿入を容易にする。また、ガス噴出時に開いたセンターピンの溝部・薄肉部が、電池内部のいずれかの部分に引っかかりやすくすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、溝部もしくは薄肉部を設けたセンターピンを電池に用いることにより、電池内部でガスが発生した場合に電池内部の圧力を上がりにくくし、ガス噴出に伴う電池の移動を防止することができる。また、センターピンの飛び出し等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態による円筒型非水電解質電池の一構成例を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態による円筒型非水電解質電池に用いるセンターピンの一構成例を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態による円筒型非水電解質電池に用いるセンターピンの一構成例を示す側面図および断面図である。
【図４】この発明の実施の形態による円筒型非水電解質電池に用いるセンターピンに設ける溝部の一構成例を詳細に示す斜視図である。
【図５】電池内部でガス発生が生じた歳のこの発明のセンターピンの形状の変化を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態による円筒型非水電解質電池に用いるセンターピンに設ける溝部の他の構成例を詳細に示す斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態による円筒型非水電解質電池に用いるセンターピンに設ける溝部の他の構成例を詳細に示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態による円筒型非水電解質電池に用いるセンターピンに設ける薄肉部の一構成例を詳細に示す斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態による円筒型非水電解質電池に用いるセンターピンに設ける薄肉部の他の構成例を詳細に示す斜視図である。
【図１０】電池内部でガス発生が生じた歳のこの発明のセンターピンの形状の変化を示す断面図である。
【図１１】この発明の巻回電極体の一構成例を示す側面図である。
【図１２】この発明の巻回電極体の一構成例を示す略線図である。
【図１３】この発明の巻回電極体の一構成例を示す略線図である。
【図１４】この発明の巻回電極体の一構成例を示す略線図である。
【図１５】この発明の巻回電極体の一構成例を示す略線図である。
【図１６】この発明の巻回電極体の一構成例を示す略線図である。
【図１７】この発明の巻回電極体の形成方法の一例を示す略線図である。
【図１８】実施例２における測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（両端のテーパー部に溝部もしくは薄肉部を設けたセンターピンを用いる円筒型非水電解質電池の例）
【００１５】
１．第１の実施の形態
（１−１）非水電解質電池の全体構成
図１は、この発明の実施の一形態による非水電解質電池１の一例であるリチウムイオン二次電池の断面図である。この電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶１１の内部に、帯状の正極２１と負極２２とがセパレータ２３を介して巻回された巻回電極体２０を有している。電池缶１１は、例えばニッケルめっきが施された鉄により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶１１の内部には、巻回電極体２０を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板１８ａ、１８ｂがそれぞれ配置されている。
【００１６】
電池缶１１の材料としては、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ステンレス（ＳＵＳ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）等が挙げられる。この電池缶１１には、電池の充放電に伴う電気化学的な非水電解液による腐食を防止するために、例えばニッケル等のメッキが施されていても良い。電池缶１１の開放端部には、正極端子板である電池蓋１２と、この電池蓋１２の内側に設けられた安全弁機構およびＰＴＣ素子（熱感抵抗素子：Positive Temperature Coefficient）１５とが、絶縁封口ガスケット１６を介してかしめられることにより取り付けられている。
【００１７】
電池蓋１２は、例えば電池缶１１と同様の材料により構成されており、電池内部で発生したガスを排出するための開口部が設けられている。安全弁機構は、安全弁１３とディスクホルダ１６と遮断ディスク１７とが順に重ねられている。安全弁１３の突出部１３ａは遮断ディスク１７の中心部に設けられた孔部１７ａを覆うように配置されたサブディスク１９を介して巻回電極体２０から導出された正極端子２４と接続されている。サブディスク１９を介して安全弁１３と正極端子２４とが接続されることにより、安全弁１３の反転時に正極端子２４が孔部１７ａから引き込まれることを防止する。また、安全弁機構は、ＰＴＣ素子１４を介して電池蓋１２と電気的に接続されている。
【００１８】
安全弁機構は、電池内部短絡あるいは電池外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合に、安全弁１３が反転し、突出部１３ａと電池蓋１２と巻回電極体２０との電気的接続を切断するものである。すなわち、安全弁１３が反転した際には遮断ディスク１７により正極端子２４が押さえられて安全弁１３と正極端子２４との接続が解除される。ディスクホルダ１６は絶縁性材料からなり、安全弁１３が反転した場合には安全弁１３と遮断ディスク１７とが絶縁される。
【００１９】
また、電池内部でさらにガスが発生し、電池内圧がさらに上昇した場合には、安全弁１３の一部が裂壊してガスを電池蓋１２側に排出可能としている。
【００２０】
また、遮断ディスク１７の孔部１７ａの周囲には例えば複数のガス抜き孔７ｂが設けられており、巻回電極体２０からガスが発生した場合にはガスを効果的に電池蓋１２側に排出可能な構成としている。
【００２１】
ＰＴＣ素子１４は、温度が上昇した際に抵抗値が増大し、電池蓋１２と巻回電極体２０との電気的接続を切断することによって電流を遮断し、過大電流による異常な発熱を防止する。絶縁封口ガスケット１５は、例えば絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
【００２２】
非水電解質電池内に収容される巻回電極体２０は、センターピン３０を中心に巻回されている。巻回電極体２０の正極２１には正極端子２４が接続されており、負極２２には負極端子２５が接続されている。正極端子２４は、上述のように、安全弁１３に溶接されて電池蓋１２と電気的に接続されており、負極端子２５は電池缶１１に溶接されて電気的に接続されている。
【００２３】
（１−２）センターピンの構成
図２は、図１に示したこの発明の円筒型非水電解質電池に用いられるセンターピン３０の構成を表すものである。図３は、センターピン３０の側面図及び断面図を示している。図４は、センターピン３０の溝部３０Ｃの詳細を示す斜視図である。センターピン３０は、例えば、薄い帯状の板を丸めて管状に成形し、さらに、両端部にテーパー部を持たせることにより形成された主部３０Ａとテーパー部３０Ｂとによって構成される。
【００２４】
センターピン３０は、長手方向の一方の端部から他方の端部にかけて切れ目３１を有している。そして、このセンターピン３０の主部３０Ａは円筒状となっている。また、センターピン３０の両端に形成されたテーパー部３０Ｂは、後述する製造工程において、巻回電極体２０の中心に挿入を容易にするために設けられたものである。そして、この発明では、テーパー部３０Ｂの表面に、溝部３０Ｃが設けられている。溝部３０Ｃは、下記の理由により設けられている。
【００２５】
センターピン３０は、電池内部でのガス発生時において、中心の中空部を発生したガスの流路として電池外部に排出しやすくする効果を機能の一つとして有している。そして、電池内部でのガス発生時には全弁機構１５側にガスが流れやすくしてガス排出効果を高めるために、図５Ｂに示すように、溝部３０Ｃを基点としてテーパー部３０Ｂがガスの圧力で開きやすくなるよう構成されている。なお、開くとは、テーパー部３０Ｂが主部３０Ａと同等以上の直径となるように、テーパー部３０Ｂの付け根から先端部が広がることを言う。
【００２６】
また、図５Ｃに示すように、図５Ａに示すセンターピン３０の溝部３０Ｃから先端が、ガス排出時の熱により溶断しても良い。溶断により、センターピン３０の端部の流路径が拡張し、ガス排出効果を高めることができる。
【００２７】
さらに、テーパー部３０Ｂが広がることにより、テーパー部３０Ｂが電池内のいずれかの部品に引っかかり、センターピン３０が電池から飛び出すことを防止する効果も得ることができる。
【００２８】
なお、テーパー部３０Ｂは、少なくとも電池トップ側に位置する端部に設けられることが好ましい。この発明では、電池のトップ部側に安全弁機構が備えられていることから、ガス発生時にはセンターピン３０の電池トップ部側のテーパー部３０Ｂが開くことが重要である。電池トップ部側のテーパー部３０Ｂが開くことで、ガスを排出することが容易となる。ため、電池トップ部側のテーパー部が開くことを阻害しないように少なくとも巻回電極体のトップ部側端部においてテーパーが設けられることが好ましい。
【００２９】
このような溝部３０Ｃは、プレス成型およびレーザによるカッティング等の方法により形成することができる。溝部３０Ｃは、管状に形成前のセンターピン材料に予め設けることが好ましい。
【００３０】
なお、このようなセンターピン３０の材質、厚みは、従来と同様に一定の強度を保つように選択されればよい。具体的には、センターピン３０の構成材料として、強度が高く、耐電解液性、加工性、耐熱性を備え、変形・欠けが生じにくい材質を用いることができる。このような材料としては、例えばステンレス鋼が挙げられる。
【００３１】
センターピン３０の厚みは、例えば０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。０．０５ｍｍ未満では強度が弱くなるおそれがあり、５ｍｍよりも厚いと管状に丸めることが難しくなってしまうからである。また、センターピン３０の長さは、二次電池の寸法により任意に設計される。なお、センターピン３０のテーパー部３０Ｂの付け根部分が、例えば巻回電極体の負極端部近傍となるように設けられることが好ましい。電極に負荷をかけることなく、セパレータ２３のみの部分においてテーパー部３０Ｂを開かせることができるからである。
【００３２】
センターピン３０の溝部３０Ｃの深さは、センターピン３０の材質等によるものの、センターピン６３０を構成する材料の厚みの１０％以上７５％以下とすることが好ましい。範囲外に溝部３０Ｃが浅い場合、ガス発生時にテーパー部３０Ｂが開きにくくなったり、溶断しにくくなるためである。また、範囲外に溝部３０Ｃが深い場合、小さな力でテーパー部３０Ｂが変形し易くなり、電池製造時にテーパー部３０Ｂが変形する恐れがある。
【００３３】
センターピン３０の溝部３０Ｃの溝幅は、テーパー部３０Ｂの長さに対して少なくとも１０％であることが好ましい。範囲外に溝部３０Ｃの幅が狭い場合、溝部３０Ｃを設けた効果が得にくくなってしまう。
【００３４】
切れ目３１は、例えば、後述する製造工程において薄い帯状の板を管状に丸めてセンターピン３０を作製する際に、対向する長辺の間に隙間をあけることにより設けられたものである。切れ目３１の幅は、例えば０．５ｍｍである。
【００３５】
センターピン３０の軸方向における長さは、巻回電極体２０の高さ、すなわち一般的にはセパレータ２３の短手方向の幅よりも小さいことが好ましい。センターピンが巻回電極体２０から飛び出す場合、他の部品に干渉する恐れがあるためである。
【００３６】
また、溝部３０Ｃの形状としては、図６に示す波形形状や、図７に示す十字形状とするようにしても良い。
【００３７】
センターピン３０の構成としては、溝部３０Ｃの代わりに薄肉部を設けるようにしても良い。例えば、図８に示すように、テーパー部３０Ｂの厚さを主部３０Ａの厚さよりも薄い薄肉部３０Ｄとする。また、図９に示すように、テーパー部３０Ｂの付け根部分が波形とされた薄肉部３０Ｄなど、他の形状の薄肉部３０Ｄを設けるようにしても良い。図１０に示すように、薄肉部３０Ｄを設けた場合であっても、溝部３０Ｃを設けた場合と同様に、ガス発生時にテーパー部３０Ｂを開かせるか、もしくは溶断させることができる。
【００３８】
（１−３）巻回電極体の構成
図１に示す巻回電極体２０の構成を図１１および図１２に示す。図１１は、電池缶１１に挿入前の巻回電極体２０の側面図であり、図１２は巻回電極体２０の巻回中心部の様子を示す斜視図、上面図及び断面図である。
【００３９】
一般的に、セパレータ２３は正極２１および負極２２よりも高さがある、すなわち巻回前における短手方向の幅が広くなっている。また、負極２２は、正極２１よりも短手方向の幅が広くなっている。図１１では、正極２１の端部を正極端部２１Ｅ、負極２２の端部を負極端部２２Ｅ、セパレータ２３の端部をセパレータ端部２３Ｅとして示している。巻回電極体２０は、センターピン３０を挿入するため中空状の巻回中心部２０Ａが形成されている。この発明では、センターピン３０の挿入を容易にするために、巻回中心部２０Ａの巻回電極体２０端部において、巻回中心部２０Ａがテーパーを持つように形成されることが好ましい。
【００４０】
なお、巻回中心部２０Ａのテーパーは、正極端部２１Ｅおよび負極端部２２Ｅの外側から巻回電極体２０の端部にかけて設けられることが好ましい。正極２１および負極２２が存在する位置からテーパーを設ける場合、電極を損傷する恐れがあるためである。
【００４１】
また、この発明では、電池のトップ部側に安全弁機構が備えられていることから、ガス発生時にはセンターピン３０の電池トップ部側のテーパー部３０Ｂが開くことが重要である。このため、電池トップ部側のテーパー部が開くことを阻害しないように、少なくとも巻回電極体２０のトップ部側端部においてテーパーが設けられることが好ましい。
【００４２】
図１２Ａは、巻回電極体２０の巻回中心部２０Ａのテーパーを示す斜視図である。また、図１２Ｂは巻回電極体２０の上面図、図１２Ｃは、図１２Ｂのａ−ａ断面を示す断面図である。なお、図１２Ｂおよび図１２Ｃでは、巻回中心部２０Ａのテーパーの形状の説明を容易にするため、テーパーの領域を大きく示してある。図１１および図１２のように巻回中心部２０Ａにテーパーを設けることにより、センターピン３０を容易に挿入することができる。
【００４３】
また、巻回電極体２０の巻回中心部２０Ａのテーパー形状は、図１１および図１２の形状の他、図１３〜図１６のような形状とすることもできる。
【００４４】
図１３は、巻回中心部２０Ａの複数箇所に分けてテーパーを設けた例である。なお、図１３Ｄは、図１３Ｂのｂ−ｂ断面を示す断面図である。図１４は、巻回中心部２０Ａの一部分において、テーパーの傾斜を大きくした例である。図１５は、巻回電極体２０の端部に近い部分のテーパーの傾斜を大きくし、途中からテーパーの傾斜を小さくした例である。図１６は、テーパーの傾斜を部分毎に変えると共に、一部分においてテーパーの傾斜を大きくした例である。テーパーの形状に段差等を持たせることにより、テーパー形状が維持されやすくなる。
【００４５】
以下、巻回電極体２０を構成する各部と、巻回電極体２０に含浸される非水電解液について説明する。
【００４６】
［正極］
正極２１は、帯状の正極集電体２１Ａの両面に正極活物質層２１Ｂを設けたものである。正極集電体２１Ａは、例えば、厚みが５μｍ〜５０μｍ程度のアルミニウム箔，ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。正極集電体２１Ａはその一部が露出しており、正極集電体２１Ａの露出部には正極端子２４が接続されている。
【００４７】
正極活物質層２１Ｂは、例えば、正極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出可能な正極材料のいずれか１種または２種以上を含んでおり、必要に応じて炭素材料などの導電材およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。リチウムを吸蔵および放出可能な正極材料としては、例えば、硫化チタン（ＴｉＳ2），硫化モリブデン（ＭｏＳ2），セレン化ニオブ（ＮｂＳｅ2）あるいは酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）などのリチウムを含有しない金属硫化物，金属セレン化物あるいは金属酸化物など、またはリチウムを含有するリチウム含有化合物が挙げられる。
【００４８】
中でも、リチウム含有化合物は、高電圧および高エネルギー密度を得ることができるものがあるので好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、またはリチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物が挙げられ、特にコバルト（Ｃｏ），ニッケルおよびマンガン（Ｍｎ）のうちの少なくとも１種を含むものが好ましい。より高い電圧を得ることができるからである。その化学式は、例えば、ＬｉxＭＩＯ2あるいはＬｉyＭIIＰＯ4で表される。式中、ＭＩおよびＭIIは１種類以上の遷移金属元素を表す。ｘおよびｙの値は電池の充放電状態によって異なり、通常、０．０５≦ｘ≦１．１０、０．０５≦ｙ≦１．１０である。
【００４９】
リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物の具体例としては、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉxＣｏＯ2）、リチウムニッケル複合酸化物（ＬｉxＮｉＯ2）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（ＬｉxＮｉ1-z ＣｏzＯ2（ｚ＜１））、あるいはスピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物（ＬｉＭｎ2Ｏ4）などが挙げられる。中でも、ニッケルを含む複合酸化物が好ましい。高い容量を得ることができると共に、優れたサイクル特性も得ることができるからである。リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物の具体例としては、例えばリチウム鉄リン酸化合物（ＬｉＦｅＰＯ4）あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物（ＬｉＦｅ1-yＭｎyＰＯ4（ｖ＜１））が挙げられる。
【００５０】
［負極］
負極２２は、帯状の負極集電体２２Ａの両面に負極活物質層２２Ｂを設けたものである。負極集電体２２Ａは、例えば、銅箔，ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。この負極集電体２２Ａの厚みは、例えば５μｍ〜５０μｍである。負極集電体２２Ａはその一部が露出しており、負極集電体２２Ａの露出部には負極端子２５が接続されている。
【００５１】
負極活物質層２２Ｂは、例えば、負極活物質を含んでおり、必要に応じて導電材および結着剤などの他の材料を含んでいてもよい。負極活物質としては、例えば、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能であり、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を構成元素として含む負極材料が挙げられる。このような負極材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるので好ましい。この負極材料は金属元素あるいは半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、またこれらの１種または２種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本発明において、合金には２種以上の金属元素からなるものに加えて、１種以上の金属元素と１種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体，共晶（共融混合物），金属間化合物あるいはそれらのうちの２種以上が共存するものがある。
【００５２】
この負極材料を構成する金属元素あるいは半金属元素としては、例えばリチウムと合金を形成可能な金属元素あるいは半金属元素が挙げられる。具体的には、マグネシウム（Ｍｇ），ホウ素（Ｂ），アルミニウム（Ａｌ），ガリウム（Ｇａ），インジウム（Ｉｎ），ケイ素，ゲルマニウム（Ｇｅ），スズ，鉛（Ｐｂ），ビスマス（Ｂｉ），カドミウム（Ｃｄ），銀（Ａｇ），亜鉛（Ｚｎ），ハフニウム（Ｈｆ），ジルコニウム（Ｚｒ），イットリウム（Ｙ），パラジウム（Ｐｄ）あるいは白金（Ｐｔ）などが挙げられる。
【００５３】
中でも、この負極材料としては、長周期型周期表における１４族の金属元素あるいは半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、特に好ましいのはケイ素およびスズの少なくとも一方を構成元素として含むものである。ケイ素およびスズは、リチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。具体的には、例えば、ケイ素の単体，合金，あるいは化合物、またはスズの単体，合金，あるいは化合物、またはこれらの１種あるいは２種以上の相を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。
【００５４】
スズの合金としては、例えば、スズ以外の第２の構成元素として、ケイ素，ニッケル，銅，鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），マンガン（Ｍｎ），亜鉛（Ｚｎ），インジウム（Ｉｎ），銀（Ａｇ），チタン（Ｔｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ），ビスマス（Ｂｉ），アンチモン（Ｓｂ）およびクロム（Ｃｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第２の構成元素として、スズ，ニッケル，銅，鉄，コバルト，マンガン，亜鉛，インジウム，銀，チタン，ゲルマニウム，ビスマス，アンチモンおよびクロムからなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。
【００５５】
スズの化合物あるいはケイ素の化合物としては、例えば、酸素（Ｏ）あるいは炭素（Ｃ）を含むものが挙げられ、スズまたはケイ素に加えて、上述した第２の構成元素を含んでいてもよい。
【００５６】
中でも、この負極材料としては、スズと、コバルトと、炭素とを構成元素として含み、炭素の含有量が９．９質量％以上２９．７質量％以下であり、かつスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合が３０質量％以上７０質量％以下であるＣｏＳｎＣ含有材料が好ましい。このような組成範囲において高いエネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるからである。
【００５７】
このＣｏＳｎＣ含有材料は、必要に応じて更に他の構成元素を含んでいてもよい。他の構成元素としては、例えば、ケイ素，鉄，ニッケル，クロム，インジウム，ニオブ（Ｎｂ），ゲルマニウム，チタン，モリブデン（Ｍｏ），アルミニウム（Ａｌ），リン（Ｐ），ガリウム（Ｇａ）またはビスマスが好ましく、２種以上を含んでいてもよい。容量またはサイクル特性を更に向上させることができるからである。
【００５８】
なお、このＣｏＳｎＣ含有材料は、スズと、コバルトと、炭素とを含む相を有しており、この相は結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。また、このＣｏＳｎＣ含有材料では、構成元素である炭素の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下はスズなどが凝集あるいは結晶化することによるものであると考えられるが、炭素が他の元素と結合することにより、そのような凝集あるいは結晶化を抑制することができるからである。
【００５９】
負極活物質としては、また、天然黒鉛，人造黒鉛，難黒鉛化炭素あるいは易黒鉛化炭素などの炭素材料を用いてもよい。炭素材料を用いれば優れたサイクル特性を得ることができるので好ましい。また、負極活物質としては、リチウム金属も挙げられる。負極活物質はこれらの１種を単独で用いてもよいが、２種以上を混合して用いてもよい。
【００６０】
［セパレータ］
セパレータ２３は、例えばポリプロピレンあるいはポリエチレンなどのポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これら２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。
【００６１】
［非水電解液］
セパレータ２３には、液状の電解質である非水電解液が含浸されている。この非水電解液は、例えば、溶媒と、電解質塩であるリチウム塩とを含んで構成されている。溶媒は、電解質塩を溶解し解離させるものである。溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、１,２−ジメトキシエタン、１,２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、２−メチル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、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステルあるいはプロピオン酸エステルなどが挙げられ、これらのいずれか１種または２種以上を混合して用いてもよい。
【００６２】
電解質塩としては、例えば、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ6、ＬｉＢ（Ｃ6Ｈ5）4、ＣＨ3ＳＯ3Ｌｉ、ＣＦ3ＳＯ3Ｌｉ、ＬｉＣｌあるいはＬｉＢｒが挙げられ、これらのいずれか１種または２種以上を混合して用いてもよい。
【００６３】
（１−４）非水電解質電池の製造方法
この非水電解質電池１は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００６４】
［正極の作製］
正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、この正極合剤スラリーを正極集電体２１Ａにドクタブレードあるいはバーコーターなどを用いて均一に塗布し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して正極活物質層２１Ｂを形成する。最後に、正極集電体２１Ａの露出部に正極端子２４を溶接などにより取り付けて正極２１とする。
【００６５】
［負極］
負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーとする。続いて、この負極合剤スラリーを負極集電体２２Ａにドクタブレードあるいはバーコーターなどを用いて均一に塗布し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機により圧縮成型して負極合剤層２２Ｂを形成する。最後に、負極集電体２２Ａの露出部に負極端子２５を溶接などにより取り付けて負極２２とする。ロールプレス機は加熱して用いてもよい。また、目的の物性値になるまで複数回圧縮成型してもよい。更に、ロールプレス機以外のプレス機を用いてもよい。
【００６６】
［センターピンの作製］
薄い板状のセンターピン材料を用意し、このセンターピン材料を例えばプレス加工により所望の大きさとすると共に、溝部３０Ｃもしくは薄肉部３０Ｄを形成する。続いて、センターピン材料を丸めて筒状に成形し、両端にテーパーをつけてテーパー部３０Ｂを設けることにより、テーパー部３０Ｂに溝部３０Ｃもしくは薄肉部３０Ｄを備えたセンターピン３０を形成する。
【００６７】
［非水電解質電池の組み立て］
正極２１と負極２２とをセパレータ２３を介して積層し、巻回して巻回電極体２０を作製する。この後、図１７Ａに示すように、テーパー形成部４０Ａを備えたフォーミングピン４０を巻回電極体２０の巻回中心部２０Ａに差し込む。これにより、巻回電極体２０の巻回中心部２０Ａにフォーミングピン４０のテーパー形成部４０Ａの形状に対応したテーパーを形成することができる。フォーミングピン４０のテーパー形成部４０Ａの形状を所望の形状に形成することにより、巻回電極体２０の巻回中心部２０Ａにおけるテーパー形状を所望の形状とすることができる。
【００６８】
次に、センターピン３０を巻回電極体２０の中心に挿入する。このとき、少なくとも非水電解質電池１のトップ部方向に対向するテーパー部３０Ｂには溝部３０Ｃもしくは薄肉部３０Ｄが形成されているようにする。続いて、巻回電極体２０を一対の絶縁板１８，１９で挟み、負極端子２５を電池缶１１の缶底部に溶接すると共に、正極端子２４を安全弁１３の突出部１３ａに溶接する。次に、巻回電極体２０を電池缶１１の内部に収容し、非水電解液を電池缶１１の内部に注入し、セパレータ２３に含浸させる。最後に、電池缶１１の開口端部に電池蓋１２，安全弁１３等の安全弁機構、およびＰＴＣ素子１４を絶縁封口ガスケット１５を介してかしめることにより固定する。これにより、図１に示した非水電解質電池１が完成する。
【００６９】
この非水電解質電池１では、充電を行うと、例えば、正極２１からリチウムイオンが放出され、セパレータ２３に含浸された非水電解液を介して負極２２に吸蔵される。放電を行うと、例えば、負極２２からリチウムイオンが放出され、セパレータ２３に含浸された非水電解液を介して正極２１に吸蔵される。そして、この非水電解質電池１では、センターピン３０が溝部３０Ｃもしくは薄肉部３０Ｄが形成されたテーパー部３０Ｂを備えている。このため、電池内部でガス発生が生じた場合、センターピン３０の端部が開くか、もしくは溶断してスの排出流路を確保することができる。
【００７０】
特に、負極２２が、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を含む負極活物質を含むようにした場合には、電池のエネルギー密度が大きく、より高い安全性が求められるので、より高い効果を得ることができる。
【実施例】
【００７１】
［実施例１］
実施例１では、センターピンのテーパー部に溝部もしくは薄肉部を設けて、電池内におけるガス排出性を評価した。
【００７２】
＜実施例１−１＞
［正極の作製］
まず、正極活物質としてコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）を用い、このコバルト酸リチウム９４質量部と、導電剤としてグラファイト３質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン３質量部とを均一に混合して正極合剤を調製した。続いて、正極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーを得た。この正極合剤スラリーを、正極集電体となるアルミニウム（Ａｌ）箔の両面に均一に塗布し、１００℃で２４時間減圧乾燥した後、ロールプレス機で加圧成形することにより正極活物質層を形成した。この後、正極集電体の露出部分にアルミニウム（Ａｌ）製の正極端子を接続した。
【００７３】
［負極の作製］
また、負極活物質として粉砕した黒鉛粉末を用い、この黒鉛粉末９０重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン１０質量部とを均一に混合して負極合剤を調製した。続いて、負極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させて負極合剤スラリーとした。この負極合剤スラリーを、負極集電体となる銅（Ｃｕ）箔の両面に均一に塗布し、１２０℃で２４時間減圧乾燥した後、ロールプレス機で加圧成形することにより負極活物質層を形成した。この後、負極集電体の一端の負極活物質層未形成部にニッケル（Ｎｉ）製の正極端子を接続した。
【００７４】
［センターピンの作製］
図４に示すような、両端に設けたテーパー部に溝部を設けたセンターピンを用いた。センターピンの主部の直径は２．９ｍｍ、テーパー部を設けた先端の直径は２．３ｍｍ、センターピンを構成するニッケル（Ｎｉ）メッキを施したステンレス鋼の厚みは０．２ｍｍとした。また、溝部は、幅０．２ｍｍ、深さがステンレス鋼の厚みの５％となるように構成した。
【００７５】
［円筒型電池の組み立て］
続いて、微孔性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータを用意し、正極、セパレータ、負極、セパレータの順に積層したのち、渦巻状に多数回巻回して巻回電極体を作製した。そののち、巻回電極体の中心にセンターピンを挿入し、正極端子を電池蓋と接合された安全弁に接合すると共に、負極端子を電池缶に接合し、巻回電極体を一対の絶縁板で挟んで電池缶の内部に収納した。
【００７６】
続いて、電池缶の内部に絶縁板の上から電解液を注入した。電解液には、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを等質量比で混合した溶媒に、電解質塩としてＬｉＰＦ6を１ｍｏｌ／Ｌの含有量で溶解させたものを用いた。続いて、電池缶の開放部に、安全弁、ディスクホルダ、遮断ディスクからなる安全弁機構、ＰＴＣ素子ならびに電池蓋を絶縁封口ガスケットを介してかしめることにより固定していわゆる１８６５０サイズの円筒型電池を作製した。
【００７７】
＜実施例１−２＞
溝部の深さをステンレス鋼の厚みの１０％となるように構成した以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【００７８】
＜実施例１−３＞
溝部の深さをステンレス鋼の厚みの３０％となるように構成した以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【００７９】
＜実施例１−４＞
溝部の深さをステンレス鋼の厚みの５０％となるように構成した以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【００８０】
＜実施例１−５＞
溝部の深さをステンレス鋼の厚みの７０％となるように構成した以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【００８１】
＜実施例１−６＞
溝部の深さをステンレス鋼の厚みの９０％となるように構成した以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【００８２】
＜実施例１−７＞
センターピンに溝部を設ける代わりに図８に示すように薄肉部を設け、薄肉部を、ステンレス鋼の厚みの５％プレスして作製した以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【００８３】
＜実施例１−８＞
薄肉部を、ステンレス鋼の厚みの１０％プレスして作製した以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【００８４】
＜実施例１−９＞
薄肉部を、ステンレス鋼の厚みの３０％プレスして作製した以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【００８５】
＜実施例１−１０＞
薄肉部を、ステンレス鋼の厚みの５０％プレスして作製した以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【００８６】
＜実施例１−１１＞
薄肉部を、ステンレス鋼の厚みの７０％プレスして作製した以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【００８７】
＜実施例１−１２＞
薄肉部を、ステンレス鋼の厚みの９０％プレスして作製した以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【００８８】
＜比較例１−１＞
テーパー部において溝部および薄肉部を設けないようにした以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【００８９】
［電池の評価］
（ａ）火中投下試験
上述のようにして作製した実施例および比較例の各電池を金網の上に置き、電池下部からガスバーナーで電池中央部分を加熱した。各実施例および比較例について、それぞれ５個ずつ試験を行い、ガス噴出により電池が金網上から移動するか否かを確認した。電池が金網上から移動する場合には、移動距離を測定した。また、電池からセンターピンの飛び出しがあるか否かを確認した。
【００９０】
下記の表１に電池の移動についての評価を示す。
【００９１】
【表１】
2011228067.tif 000003
【００９２】
表１において、「薄肉部厚み」は、表１の溝部の深さと同等の観点から評価しやすくするために、プレス加工で押圧した厚みを表示する。すなわち、例えば実施例１−７の「５％」は、実質的には従来の厚みの９５％となっているものである。
【００９３】
表１に示すように、溝部もしくは薄肉部を設けないセンターピンを用いた比較例１−１では、全ての電池において金網上からの移動が生じた。これは、センターピンの先端の直径が小さく、ガス発生時の排出流路が小さいため、効率的に電池外部にガスを排出することができなかったためであると考えられる。電池内部で一定以上の圧力となった場合、遮断ディスクのガス抜き孔からのガス排出のみでは間に合わず、安全弁の反転が生じ、ガスが一気に噴出して、電池の移動が生じてしまったと考えられる。
【００９４】
これに対して、溝部もしくは薄肉部を設けた各実施例では、電池の移動が少ないか、もしくは電池の移動が生じなかった。特に、溝部の深さおよび薄肉部の厚さが１０％以上の場合には、電池の移動が生じなかった。溝部の深さおよび薄肉部の厚さが５％の実施例１−１および実施例１−７では、試験を行った電池の一部が１〜２ｍ移動した。
【００９５】
このため、特に溝部の深さおよび薄肉部の厚さが１０％以上の場合が好ましいことが分かった。
【００９６】
下記の表２に、センターピンの飛び出しについての評価を示す。
【００９７】
【表２】
2011228067.tif 000004
【００９８】
表２に示すように、溝部もしくは薄肉部を設けないセンターピンを用いた比較例１−１では、評価を行った電池のうち３つの電池においてセンターピンの飛び出しが生じた。これは、ガス発生時にセンターピンの先端が開かず直径が小さいままであるため、ガス発生時の排出流路が小さく、ガスの噴出が生じると共に、電池内部でセンターピンが他の部品に引っかかることがなかったためであると考えられる。
【００９９】
これに対して、溝部もしくは薄肉部を設けた各実施例では、センターピンの飛び出しが少ないか、もしくは電池の移動が生じなかった。特に、溝部の深さおよび薄肉部の厚さが１０％以上の場合には、センターピンの飛び出しが生じなかった。溝部の深さおよび薄肉部の厚さが５％の実施例１−１および実施例１−７では、２つの電池でセンターピンが飛び出した。
【０１００】
下記の表３および表４に、上記試験結果のまとめを示す。また、併せて、電池製造前のセンターピン取り扱い時もしくは電池挿入時におけるセンターピンの変形について確認した結果を示す。
【０１０１】
【表３】
2011228067.tif 000005
【０１０２】
【表４】
2011228067.tif 000006
【０１０３】
表３から分かるように、電池内部でのガス排出の観点から、溝部の深さおよび薄肉部の厚さが１０％以上の場合が好ましいことが分かった。また、センターピンの変形の観点から、溝部の深さおよび薄肉部の厚さが７５％以内の場合が好ましいことが分かった。この範囲内に溝部の深さおよび薄肉部の厚さを設定することにより、電池製造前、製造中においてセンターピンの変形を抑制し、かつ電池組み立て後には電池内部でのガス発生に応じてテーパー部を開かせてガス排出口かを高めることができる。
【０１０４】
なお、上述の火中投下試験は非常に厳しい試験であり、一般的な使用方法においてはこの発明のセンターピンを用いた場合はセンターピンの飛び出しはほぼ生じない。
【０１０５】
＜実施例２＞
実施例２では、巻回中心部にテーパーを持たせた巻回電極体とテーパー部に溝部を有するセンターピンとを用いた円筒型電池について、ガス排出性を評価した。
【０１０６】
＜実施例２−１＞
正極、セパレータ、負極、セパレータの順に積層したのち、渦巻状に多数回巻回して巻回電極体を作製した。このとき、巻回電極体の巻回中心部穴径を２．６ｍｍ、巻回中心部穴高さを４３ｍｍとした。こののち、電池トップ部側の巻回電極体端部からフォーミングピンを差し込み、巻回中心部にテーパーを形成した。このとき、巻回電極体端部における巻回中心部の直径が、巻回電極体作製時の巻回中心部の直径に対して５％拡張するようにテーパーを形成した。これ以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【０１０７】
＜実施例２−２＞
電池トップ部側の巻回電極体端部における巻回中心部の直径が、巻回電極体作製時の巻回中心部の直径に対して１０％拡張するようにテーパーを形成した。これ以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【０１０８】
＜実施例２−３＞
電池トップ部側の巻回電極体端部における巻回中心部の直径が、巻回電極体作製時の巻回中心部の直径に対して３０％拡張するようにテーパーを形成した。これ以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【０１０９】
＜実施例２−４＞
電池トップ部側の巻回電極体端部における巻回中心部の直径が、巻回電極体作製時の巻回中心部の直径に対して５０％拡張するようにテーパーを形成した。これ以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【０１１０】
＜実施例２−５＞
電池トップ部側の巻回電極体端部における巻回中心部の直径が、巻回電極体作製時の巻回中心部の直径に対して７０％拡張するようにテーパーを形成した。これ以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【０１１１】
＜実施例２−６＞
電池トップ部側の巻回電極体端部における巻回中心部の直径が、巻回電極体作製時の巻回中心部の直径に対して９０％拡張するようにテーパーを形成した。これ以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【０１１２】
＜実施例２−７＞
フォーミングピンを電池ボトム部側から差し込み、巻回中心部にテーパーを形成した。このとき、巻回電極体端部における巻回中心部の直径が、巻回電極体作製時の巻回中心部の直径に対して５％拡張するようにテーパーを形成した。これ以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【０１１３】
＜実施例２−８＞
電池ボトム部側の巻回電極体端部における巻回中心部の直径が、巻回電極体作製時の巻回中心部の直径に対して１０％拡張するようにテーパーを形成した。これ以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【０１１４】
＜実施例２−９＞
電池ボトム部側の巻回電極体端部における巻回中心部の直径が、巻回電極体作製時の巻回中心部の直径に対して３０％拡張するようにテーパーを形成した。これ以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【０１１５】
＜実施例２−１０＞
電池ボトム部側の巻回電極体端部における巻回中心部の直径が、巻回電極体作製時の巻回中心部の直径に対して５０％拡張するようにテーパーを形成した。これ以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【０１１６】
＜実施例２−１１＞
電池ボトム部側の巻回電極体端部における巻回中心部の直径が、巻回電極体作製時の巻回中心部の直径に対して７０％拡張するようにテーパーを形成した。これ以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【０１１７】
＜実施例２−１２＞
電池ボトム部側の巻回電極体端部における巻回中心部の直径が、巻回電極体作製時の巻回中心部の直径に対して９０％拡張するようにテーパーを形成した。これ以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【０１１８】
＜実施例２−１３＞
フォーミングピンを電池トップ部側と電池ボトム部側の双方から差し込み、巻回中心部にテーパーを形成した。このとき、巻回電極体端部における巻回中心部の直径が、巻回電極体作製時の巻回中心部の直径に対して５％拡張するようにテーパーを形成した。これ以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【０１１９】
＜実施例２−１４＞
電池トップ部側および電池ボトム部側の双方の巻回電極体端部における巻回中心部の直径が、巻回電極体作製時の巻回中心部の直径に対して１０％拡張するようにテーパーを形成した。これ以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【０１２０】
＜実施例２−１５＞
電池トップ部側および電池ボトム部側の双方の巻回電極体端部における巻回中心部の直径が、巻回電極体作製時の巻回中心部の直径に対して３０％拡張するようにテーパーを形成した。これ以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【０１２１】
＜実施例２−１６＞
電池トップ部側および電池ボトム部側の双方の巻回電極体端部における巻回中心部の直径が、巻回電極体作製時の巻回中心部の直径に対して５０％拡張するようにテーパーを形成した。これ以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【０１２２】
＜実施例２−１７＞
電池トップ部側および電池ボトム部側の双方の巻回電極体端部における巻回中心部の直径が、巻回電極体作製時の巻回中心部の直径に対して７０％拡張するようにテーパーを形成した。これ以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【０１２３】
＜実施例２−１８＞
電池トップ部側および電池ボトム部側の双方の巻回電極体端部における巻回中心部の直径が、巻回電極体作製時の巻回中心部の直径に対して９０％拡張するようにテーパーを形成した。これ以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【０１２４】
＜比較例２−１＞
電池トップ部側および電池ボトム部側の双方の巻回電極体端部における巻回中心部にテーパーを形成しない以外は、実施例１−１と同様にして円筒型電池を作製した。
【０１２５】
［電池の評価］
（ａ）火中投下試験
上述のようにして作製した実施例および比較例の各電池について、実施例１と同様の方法によりそれぞれ５個ずつ試験を行い、ガス噴出により電池が金網上から移動するか否かを確認した。電池が金網上から移動する場合には、移動距離を測定した。
【０１２６】
（ｂ）火中投下試験とテーパー加工性の評価
上述のようにして作製した実施例および比較例の各電池について、実施例１と同様の方法によりそれぞれ１００個ずつ試験を行い、ガス噴出により電池が金網上から移動した電池数を確認した。また、巻回中心部におけるテーパー加工時の加工性を評価し、テーパーが形成できない電池数を確認した。
【０１２７】
下記の表５に電池の移動についての評価を示す。
【０１２８】
【表５】
2011228067.tif 000007
【０１２９】
また、図６に電池の移動本数と、テーパー加工が良好に行われなかった電池数を示す。
【０１３０】
表５に示すように、巻回電極体の巻回中心部にテーパーを設けない比較例２−１は、３本の電池で電池移動が生じた。これは、テーパーを設けないことにより、熱で収縮したセパレータによりセンターピンのテーパー部が開くことを阻害した恐れがあると考えられる。テーパー部が充分に開かないことにより、電池内部の圧力が上昇し、ガスの噴出が生じ、電池の移動が生じたと考えられる。
【０１３１】
これに対して、トップ部およびボトム部側の巻回電極体端部の少なくとも一方にテーパーを設けた巻回電極体を用いた場合、電池の移動が少なくなるか、もしくは電池の移動が生じなかった。特に、テーパー径の拡張が１０％の場合には、電池の移動が生じなかった。
【０１３２】
溝部の深さおよび薄肉部の厚さが５％の実施例２−１、実施例２−７および実施例２−１３では、試験を行った電池の一部が０．５〜２ｍ移動した。また、実施例２−１、実施例２−７および実施例２−１３を比較すると、トップ部側およびボトム部側の双方にテーパーを持たせる実施例２−１３が最も電池の移動を抑制することがわかった。そして、トップ部側およびボトム部側の少なくとも一方にテーパーを設ける場合には、トップ部側に設けることが好ましいことが分かった。
【０１３３】
これは、電池のトップ部側に安全弁機構が備えられていることから、ガス発生時にはセンターピンの電池トップ部側のテーパー部が開くことが最も重要であるためであると考えられる。電池トップ部側のテーパー部が開くことで、ガスを排出することが可能となるため、電池トップ部側のテーパー部が開くことを阻害しないように少なくとも巻回電極体のトップ部側端部においてテーパーが設けられることが好ましい。
【０１３４】
なお、この発明では、トップ部側にガス排出のための安全弁機構が設けられているため、少なくともトップ部側にテーパーを設けることが好ましいとされるが、安全弁機構もしくはガス排出機構の位置によっては異なる構成とすることが好ましい場合もある。
【０１３５】
図１８に示すように、火中投下試験により移動する電池数は、巻回電極体端部におけるテーパー径が広いほど起こりにくくなる。一方、テーパーの加工性は、巻回電極体端部におけるテーパー径が広いほど悪くなる。図１８から、巻回電極体端部におけるテーパー拡張径は、３５％以上４５％以下程度とすることにより、安全性と生産性を顕著に高めることができることが分かった。
【０１３６】
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【０１３７】
例えば、上述の実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。また、薄肉部および溝部の形状は上述のものに限ったものではない。
【符号の説明】
【０１３８】
１・・・非水電解質電池
１１・・・電池缶
１２・・・電池蓋
１３・・・安全弁
１３ａ・・・突起部
１４・・・ＰＴＣ素子
１５・・・絶縁封口ガスケット
１６・・・ディスクホルダ
１７・・・遮断ディスク
１８ａ，１８ｂ・・・絶縁板
２０・・・電池素子
２１・・・正極
２１Ａ・・・正極集電体
２１Ｂ・・・正極活物質層
２２・・・負極
２２Ａ・・・負極集電体
２２Ｂ・・・負極活物質層
２３・・セパレータ
２４・・・正極端子
２５・・・負極端子
３０・・・センターピン
３０Ａ・・・主部
３０Ｂ・・・テーパー部
３０Ｃ・・・溝部
３０Ｄ・・・薄肉部
【図１】
2011228067.tif 000008
【図２】
2011228067.tif 000009
【図３】
2011228067.tif 000010
【図４】
2011228067.tif 000011
【図５】
2011228067.tif 000012
【図６】
2011228067.tif 000013
【図７】
2011228067.tif 000014
【図８】
2011228067.tif 000015
【図９】
2011228067.tif 000016
【図１０】
2011228067.tif 000017
【図１１】
2011228067.tif 000018
【図１２】
2011228067.tif 000019
【図１３】
2011228067.tif 000020
【図１４】
2011228067.tif 000021
【図１５】
2011228067.tif 000022
【図１６】
2011228067.tif 000023
【図１７】
2011228067.tif 000024
【図１８】
2011228067.tif 000025