(57)【要約】【課題】内部短絡を抑制して信頼性向上を図ることができるリチウムイオン電池およびその製造技術を提供する。【解決手段】セパレータＳＰ１の端部とセパレータＳＰ２の端部に充填材ＦＬが塗布されている。これにより、正極ＰＥＬ、セパレータＳＰ１、負極ＮＥＬ、および、セパレータＳＰ２を捲回したときに、例えば、正極ＰＥＬとセパレータＳＰ１の間に形成されている隙間の端部と、隣接するセパレータＳＰ１とセパレータＳＰ２の間に形成される隙間の端部とを、充填材ＦＬで塞ぐことができる。この結果、充填材ＦＬによって、電極捲回体の内部への異物（特に、金属異物）の浸入を防止できる。【選択図】図５
2011170987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）リチウム含有遷移金属酸化物を含む正極活物質を塗着した正極板と、
（ｂ）リチウムイオンを挿入および放出可能な材料を含む負極活物質を塗着した負極板と、
（ｃ）前記正極板と前記負極板の間に設けられたセパレータと、
（ｄ）前記正極板と前記負極板の間に注入された電解液とを備え、
前記正極板と前記セパレータと前記負極板が捲回されているリチウムイオン電池であって、
前記正極板と前記セパレータの間に形成されている隙間の端部と、隣接する前記セパレータの間に形成されている隙間の端部とが、充填材で塞がれていることを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項２】
請求項１記載のリチウムイオン電池であって、
前記充填材は、絶縁材料であることを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項３】
請求項２記載のリチウムイオン電池であって、
前記充填材は、フェノール樹脂、ユリア樹脂、ポリウレタン樹脂のいずれかを含む材料から形成されていることを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項４】
請求項３記載のリチウムイオン電池であって、
前記充填材は、前記電解液を通過させる多孔質の絶縁材料から形成されていることを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項５】
（ａ）リチウム含有遷移金属酸化物を含む正極活物質を塗着した正極板と、
（ｂ）リチウムイオンを挿入および放出可能な材料を含む負極活物質を塗着した負極板と、
（ｃ）前記正極板と前記負極板の間に設けられたセパレータと、
（ｄ）前記正極板と前記負極板の間に注入された電解液とを備え、
前記正極板と前記セパレータと前記負極板が捲回されているリチウムイオン電池であって、
前記負極板と前記セパレータの間に形成されている隙間の端部と、隣接する前記セパレータの間に形成されている隙間の端部とが、充填材で塞がれていることを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項６】
請求項５記載のリチウムイオン電池であって、
前記充填材は、絶縁材料であることを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項７】
請求項６記載のリチウムイオン電池であって、
前記充填材は、フェノール樹脂、ユリア樹脂、ポリウレタン樹脂のいずれかを含む材料から形成されていることを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項８】
請求項７記載のリチウムイオン電池であって、
前記充填材は、前記電解液を通過させる多孔質の絶縁材料から形成されていることを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項９】
（ａ）リチウム含有遷移金属酸化物を含む正極活物質を塗着した正極板を形成する工程と、
（ｂ）リチウムイオンを挿入および放出可能な材料を含む負極活物質を塗着した負極板を形成する工程と、
（ｃ）セパレータを準備する工程と、
（ｄ）前記正極板と前記セパレータと前記負極板とを捲回する工程と、
（ｅ）前記（ｄ）工程後、前記正極板と前記セパレータの間に形成されている隙間の端部と、前記負極板と前記セパレータの間に形成されている隙間の端部と、隣接する前記セパレータの間に形成されている隙間の端部とを、充填材で塞ぐ工程と、
（ｆ）前記（ｅ）工程後、捲回された前記正極板と前記セパレータと前記負極板からなる電極捲回体を外装缶に挿入して固定する工程と、
（ｇ）前記（ｆ）工程後、前記外装缶内に電解液を注入する工程と、
（ｈ）前記（ｇ）工程後、前記外装缶を封止する工程とを備えることを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載のリチウムイオン電池の製造方法であって、
前記充填材は、絶縁材料から形成されていることを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載のリチウムイオン電池の製造方法であって、
前記充填材は、フェノール樹脂、ユリア樹脂、ポリウレタン樹脂のいずれかを含む材料から形成されていることを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１記載のリチウムイオン電池の製造方法であって、
前記充填材は、前記電解液を通過させる多孔質の絶縁材料から形成されていることを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
【請求項１３】
（ａ）リチウム含有遷移金属酸化物を含む正極活物質を塗着した正極板を形成する工程と、
（ｂ）リチウムイオンを挿入および放出可能な材料を含む負極活物質を塗着した負極板を形成する工程と、
（ｃ）セパレータを準備する工程と、
（ｄ）前記セパレータの端部に充填材を塗布する工程と、
（ｅ）前記（ｄ）工程後、前記正極板と前記セパレータと前記負極板とを捲回する工程と、
（ｆ）前記（ｅ）工程後、捲回された前記正極板と前記セパレータと前記負極板からなる電極捲回体を外装缶に挿入して固定する工程と、
（ｇ）前記（ｆ）工程後、前記外装缶内に電解液を注入する工程と、
（ｈ）前記（ｇ）工程後、前記外装缶を封止する工程とを備え、
前記（ｅ）工程では、前記正極板と前記セパレータの間に形成されている隙間の端部と、前記負極板と前記セパレータの間に形成されている隙間の端部と、隣接する前記セパレータの間に形成されている隙間の端部が、前記充填材で塞がれることを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３記載のリチウムイオン電池の製造方法であって、
前記充填材は、絶縁材料から形成されていることを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４記載のリチウムイオン電池の製造方法であって、
前記充填材は、フェノール樹脂、ユリア樹脂、ポリウレタン樹脂のいずれかを含む材料から形成されていることを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５記載のリチウムイオン電池の製造方法であって、
前記充填材は、前記電解液を通過させる多孔質の絶縁材料から形成されていることを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン電池およびその製造技術に関し、特に、正極活物質を塗着した正極板と、セパレータと、負極活物質を塗着した負極板とを捲回した電極捲回体を備え、この電極捲回体が外装缶に挿入され、かつ、外装缶内に電解液が注入されたリチウムイオン電池およびその製造技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００４−２４１２５１号公報（特許文献１）には、電解液を注入する際、電解液と一緒に金属異物が電極捲回体の内部に浸入することを防止する技術が記載されている。具体的に、特許文献１には、捲回された正極板とセパレータと負極板からなる電極捲回体の上方に、電解液を通過させるろ過機能を有する絶縁板を設けている。これにより、電解液を注入する際、絶縁板で金属異物の浸入が阻止できるとしている。
【０００３】
特開２００９−１４６７９２号公報（特許文献２）には、捲回した正極板とセパレータと負極板からなる電極捲回体の内部に異物が浸入することを抑制することにより、信頼性を向上させた非水電解質二次電池が記載されている。具体的に、特許文献２では、正極板および負極板からはみ出しているセパレータの先端部分を、隣接するセパレータで融着する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２４１２５１号公報
【特許文献２】特開２００９−１４６７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
携帯電子機器の発達に伴い、これらの携帯電子機器の電力供給源として、繰り返し充電が可能な小型二次電池が使用されている。中でも、エネルギー密度が高く、サイクルライフが長いとともに、自己放電性が低く、かつ、作動電圧が高いリチウムイオン電池が注目されている。リチウムイオン電池は、上述した利点を有するため、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機などの携帯電子機器に多用されている。さらに、近年では、電気自動車用電池や電力貯蔵用電池として、高容量、高出力、かつ、高エネルギー密度を実現できる大型のリチウムイオン電池の研究開発が進められている。特に、自動車産業においては、環境問題に対応するため、動力源としてモータを使用する電気自動車や、動力源としてエンジン（内燃機関）とモータとの両方を使用するハイブリッド車の開発が進められている。このような電気自動車やハイブリッド車の電源としてもリチウムイオン電池が注目されている。
【０００６】
リチウムイオン電池は、正極活物質を塗着した正極板と、負極活物質を塗着した負極板と、正極板と負極板の接触を防止するセパレータとを捲回した電極捲回体を備えている。そして、リチウムイオン電池では、この電極捲回体が外装缶に挿入されるとともに、外装缶内に電解液が注入されている。
【０００７】
以下に、上述したリチウムイオン電池の製造工程の概略について説明する。まず、金属箔からなる正極板に正極活物質を塗着して正極を形成し、金属箔からなる負極板に負極活物質を塗着して負極を形成する。さらに、正極と負極との接触を防止しつつ、リチウムイオンを通過させる多孔質の絶縁材料からなるセパレータを用意する。続いて、正極板と負極板の間にセパレータを挟み、正極板とセパレータと負極板を捲回する。これにより、捲回した正極板とセパレータと負極板からなる電極捲回体を形成することができる。次に、この電極捲回体を電池の外装缶に挿入して固定した後、外装缶の内部に電解液を注入する。そして、外装缶をキャップ封止することにより、リチウムイオン電池を製造することができる。
【０００８】
このようなリチウムイオン電池の製造工程では、金属箔からなる正極板や負極板を捲回させる工程や、電極捲回体を外装缶に溶接して固定する工程や、電解液を外装缶内に注入する工程などが存在する。例えば、正極板や負極板を捲回する工程では、金属箔である正極板や負極板を捲回する際に、金属微粉が発生するおそれがある。また、電極捲回体を外装缶に溶接して固定する工程では、溶接する際に金属異物が飛散するおそれがある。さらに、電解液を外装缶の内部に注入する工程で、電解液中に混入している金属異物が電極捲回体の内部に浸入するおそれがある。以上のことから、リチウムイオン電池の製造工程においては、電極捲回体の内部に金属異物が混入するポテンシャル（潜在可能性）があることになる。
【０００９】
電極捲回体の内部に金属異物が浸入すると、正極と負極との間で内部短絡が引き起こされる可能性がある。具体的に、電極捲回体の内部に金属異物が浸入する状態とは、正極板とセパレータとの間に形成されている隙間や負極板とセパレータとの間に形成されている隙間に金属異物が浸入する状態を意味している。例えば、金属異物が銅の場合、隙間に浸入した銅が正極に付着すると、正極の高い電位によって銅が酸化され（電子が奪われ）、金属イオンとなって電解液中に溶解する。そして、この金属イオンが負極に到達すると、金属イオンが還元されて（電子が供給されて）金属（銅）として負極に析出する。このようなメカニズムによって負極に金属が析出し続けると、負極から成長した金属がセパレータの孔を通過して正極に達し、この析出した金属を介して正極と負極が内部短絡するのである。一方、金属異物がアルミニウムの場合、酸化還元反応による溶解・析出の現象は生じないが、浸入する金属異物の大きさが大きくなると、セパレータを突き破って正極と負極が金属異物（アルミニウム）により内部短絡する。正極と負極が内部短絡すると、リチウムイオン電池として機能しなくなる。このように、リチウムイオン電池の製造工程では、金属異物が発生する可能性があり、発生した金属異物が、正極板とセパレータとの間に形成されている隙間や負極板とセパレータとの間に形成されている隙間に浸入すると、正極と負極が内部短絡するおそれがあることがわかる。
【００１０】
本発明の目的は、内部短絡を抑制して信頼性向上を図ることができるリチウムイオン電池およびその製造技術を提供することにある。
【００１１】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１３】
代表的な実施の形態によるリチウムイオン電池は、（ａ）リチウム含有遷移金属酸化物を含む正極活物質を塗着した正極板と、（ｂ）リチウムイオンを挿入および放出可能な材料を含む負極活物質を塗着した負極板と、（ｃ）前記正極板と前記負極板の間に設けられたセパレータと、（ｄ）前記正極板と前記負極板の間に注入された電解液とを備える。そして、前記正極板と前記セパレータと前記負極板が捲回されている。ここで、前記正極板と前記セパレータの間に形成されている隙間の端部と、隣接する前記セパレータの間に形成されている隙間の端部とが、充填材で塞がれていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、代表的な実施の形態によるリチウムイオン電池は、（ａ）リチウム含有遷移金属酸化物を含む正極活物質を塗着した正極板と、（ｂ）リチウムイオンを挿入および放出可能な材料を含む負極活物質を塗着した負極板と、（ｃ）前記正極板と前記負極板の間に設けられたセパレータと、（ｄ）前記正極板と前記負極板の間に注入された電解液とを備える。そして、前記正極板と前記セパレータと前記負極板が捲回されている。ここで、前記負極板と前記セパレータの間に形成されている隙間の端部と、隣接する前記セパレータの間に形成されている隙間の端部とが、充填材で塞がれていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、代表的な実施の形態によるリチウムイオン電池の製造方法は、（ａ）リチウム含有遷移金属酸化物を含む正極活物質を塗着した正極板を形成する工程と、（ｂ）リチウムイオンを挿入および放出可能な材料を含む負極活物質を塗着した負極板を形成する工程とを備える。そして、（ｃ）セパレータを準備する工程と、（ｄ）前記正極板と前記セパレータと前記負極板とを捲回する工程と、（ｅ）前記（ｄ）工程後、前記正極板と前記セパレータの間に形成されている隙間の端部と、前記負極板と前記セパレータの間に形成されている隙間の端部と、隣接する前記セパレータの間に形成されている隙間の端部とを、充填材で塞ぐ工程とを備える。さらに、（ｆ）前記（ｅ）工程後、捲回された前記正極板と前記セパレータと前記負極板からなる電極捲回体を外装缶に挿入して固定する工程と、（ｇ）前記（ｆ）工程後、前記外装缶内に電解液を注入する工程と、（ｈ）前記（ｇ）工程後、前記外装缶を封止する工程とを備えることを特徴とするものである。
【００１６】
また、代表的な実施の形態によるリチウムイオン電池の製造方法は、（ａ）リチウム含有遷移金属酸化物を含む正極活物質を塗着した正極板を形成する工程と、（ｂ）リチウムイオンを挿入および放出可能な材料を含む負極活物質を塗着した負極板を形成する工程とを備える。そして、（ｃ）セパレータを準備する工程と、（ｄ）前記セパレータの端部に充填材を塗布する工程と、（ｅ）前記（ｄ）工程後、前記正極板と前記セパレータと前記負極板とを捲回する工程とを備える。さらに、（ｆ）前記（ｅ）工程後、捲回された前記正極板と前記セパレータと前記負極板からなる電極捲回体を外装缶に挿入して固定する工程と、（ｇ）前記（ｆ）工程後、前記外装缶内に電解液を注入する工程と、（ｈ）前記（ｇ）工程後、前記外装缶を封止する工程とを備える。ここで、前記（ｅ）工程では、前記正極板と前記セパレータの間に形成されている隙間の端部と、前記負極板と前記セパレータの間に形成されている隙間の端部と、隣接する前記セパレータの間に形成されている隙間の端部が、前記充填材で塞がれることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１８】
内部短絡を抑制して信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】リチウムイオン電池の模式的な構成を示す図である。
【図２】円筒形のリチウムイオン電池の内部構造を示す断面図である。
【図３】電極捲回体を構成する前段階の構成要素を示す図である。
【図４】正極、セパレータ、および、負極を捲回して電極捲回体を形成する様子を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１における電極捲回体の一部を拡大して示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１における電極捲回体の一部を拡大して示す図である
【図７】実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造工程を示す図である。
【図８】図７に続くリチウムイオン電池の製造工程を示す図である。
【図９】図８に続くリチウムイオン電池の製造工程を示す図である。
【図１０】図９に続くリチウムイオン電池の製造工程を示す図である。
【図１１】実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造工程を示す図である。
【図１２】実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造工程を示す図である。
【図１３】実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造工程を示す図である。
【図１４】実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造工程を示す図である。
【図１５】図１４に続くリチウムイオン電池の製造工程を示す図である。
【図１６】図１５に続くリチウムイオン電池の製造工程を示す図である。
【図１７】図１６に続くリチウムイオン電池の製造工程を示す図である。
【図１８】図１７に続くリチウムイオン電池の製造工程を示す図である。
【図１９】図１８に続くリチウムイオン電池の製造工程を示す図である。
【図２０】実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造工程の流れを示すフローチャートである。
【図２１】連続気泡フォームとなる材料を例示している表である。
【図２２】フェノール樹脂、ユリア樹脂、および、ポリウレタン樹脂における充填方法（塗布方法）を示す表である。
【図２３】実施の形態２におけるリチウムイオン電池の製造工程の流れを示すフローチャートである。
【図２４】スプレー吹付することが可能な材料を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００２１】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００２２】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００２３】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２４】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００２５】
（実施の形態１）
リチウムは、酸化還元電位が−３．０３Ｖ（ｖｓ．ＮＨＥ）であり、地球上に存在する最も卑な金属である。電池の電圧は、正極と負極との電位差によって決まるので、リチウムを負極活物質に使用すると、最も高い起電力が得られる。また、リチウムの原子量は６．９４であり、密度も０．５３４ｇ／ｃｍ３であってともに小さいことから、単位電気量あたりの重量が小さく、エネルギー密度も高くなる。したがって、リチウムを負極活物質に使用すると小型で軽量の電池を製造することができる。
【００２６】
このように、リチウムは電池の負極活物質として魅力的な物質であるが、充放電可能な二次電池に適用する場合に問題が生じる。すなわち、リチウムを負極に使用した電池で充放電を繰り返すと、リチウムの溶解による放電反応と、リチウムの析出による充電反応が起こる。この場合、繰り返し充電によって、リチウムの析出反応が生じるため、二次電池の性能劣化や安全性に問題が生じる。例えば、充電過程で生成されるリチウムは活性表面で電解液溶媒と反応し、その一部はＳＥＩ（Solid Electrolyte Interface）（固定電解質界面）と呼ばれる皮膜の形成に消費される。このため、電池の内部抵抗が高くなり、放電効率も低下してくる。つまり、充放電のサイクルを繰り返すごとに電池容量が小さくなる。さらに、急速に充電すると、リチウムは針状・樹枝状の結晶形態（リチウムデンドライト）で析出し、二次電池での様々なトラブルを引き起こす元となる。例えば、リチウムデンドライトは、比表面積が大きく、副反応による電流効率の低下を加速するとともに、針状であるためにセパレータを突き破って正極と負極との間の内部短絡を引き起こすこともある。このような状態になると、自己放電が大きく電池として使用できなくなったり、内部短絡による発熱でガス噴出や発火に至る場合もある。以上のことから、リチウムを負極に使用した二次電池では、性能劣化や安全性に問題が生じることがわかる。
【００２７】
そこで、溶解と析出という従来の原理と相違する原理の新型二次電池が検討されている。具体的には、正極と負極の両方にリチウムイオンを挿入・放出する活物質を使用する二次電池が検討されている。この二次電池の充放電過程では、リチウムの溶解と析出という現象は起こらず、リチウムイオンが電極活物質の間で挿入・脱離されるだけである。このタイプの二次電池は、「ロッキング・チェア」型、あるいは、「シャトルコック」型と呼ばれており、充放電の繰り返しに対して、リチウムイオンが挿入・脱離されるだけであるので、安定であるという特徴がある。この種類の電池を本明細書ではリチウムイオン電池と呼ぶことにする。上述したように、リチウムイオン電池では、正極と負極の両方とも充放電においてその構造は変化せず、リチウムイオンが挿入・脱離されるだけであるので（ただし、活物質の結晶格子は、リチウムイオンの挿入・脱離に対して膨張収縮する）、格段に長寿命のサイクル特性を有するとともに、電極に金属リチウムを使用しないので、安全性も飛躍的に高まっているという特徴を有する。
【００２８】
ここで、リチウムイオンを挿入・脱離できる材料が電極の活物質に使用されるが、この活物質に要求される条件は以下に示すようなものである。すなわち、リチウムイオンという有限の大きさのイオンが挿入・脱離するので、リチウムイオンの納まるべきサイト（位置）と、リチウムイオンが拡散可能なチャンネル（経路）が活物質に必要とされる。さらに、活物質には、リチウムイオンの挿入（吸蔵）に伴い電子が材料中に導入される必要がある。
【００２９】
以上のような条件を満たす正極活物質としては、リチウム含有遷移金属酸化物が挙げられる。例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムなどが代表的な正極活物質として挙げられるが、これらに限定されるものではない。具体的に、正極活物質としては、リチウムを挿入・脱離可能な材料であり、予め充分な量のリチウムを挿入したリチウム含有遷移金属酸化物であればよく、遷移金属として、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）などの単体、または、２種類以上の遷移金属を主成分とする材料であってもよい。また、スピネル結晶構造や層状結晶構造などの結晶構造についても、上述したサイトとチャンネルが確保されるものであれば特に限定されない。さらに、結晶中の遷移金属やリチウムの一部をＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｇなどの元素で置換した材料や、結晶中にＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｇなどの元素をドープした材料を正極活物質として使用してもよい。
【００３０】
さらに、上述した条件を満たす負極活物質として、結晶質の炭素材料や非晶質の炭素材料を使用することができる。ただし、負極活物質はこれらの物質に限定されるものではなく、例えば、天然黒鉛や、人造の各種黒鉛剤、コークスなどの炭素材料などを使用してもよい。そして、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状など様々な粒子形状のものが適用可能である。
【００３１】
以下に、上述したリチウムイオン電池の模式的な構成について図面を参照しながら説明する。図１は、リチウムイオン電池の模式的な構成を示す図である。図１において、リチウムイオン電池は、外装缶ＣＳを有しており、この外装缶ＣＳの内部に電解液ＥＬが充填されている。この電解液ＥＬが充填されている外装缶ＣＳには、正極板ＰＥＰと負極板ＮＥＰが対向して設けられており、対向して設けられた正極板ＰＥＰと負極板ＮＥＰの間にセパレータＳＰが配置されている。
【００３２】
そして、正極板ＰＥＰには、正極活物質が塗着されており、負極板ＮＥＰには負極活物質が塗着されている。例えば、正極活物質は、リチウムイオンを挿入・脱離可能なリチウム含有遷移金属酸化物から形成されている。図１では、このリチウム含有遷移金属酸化物が正極板ＰＥＰに塗着されている様子を模式的に示している。つまり、図１には、正極板ＰＥＰに塗着されているリチウム含有遷移金属酸化物として、酸素と金属原子とリチウムが配置されている模式的な結晶構造が示されている。この正極板ＰＥＰと正極活物質により正極が構成されている。
【００３３】
一方、例えば、負極活物質は、リチウムイオンを挿入・脱離可能な炭素材料から形成されている。図１では、この炭素材料が負極板ＮＥＰに塗着されている様子を模式的に示している。つまり、図１には、負極板ＮＥＰに塗布されている炭素材料として、炭素が配置されている模式的な結晶構造が示されている。この負極板ＮＥＰと負極活物質により負極が構成されている。
【００３４】
セパレータＳＰは、正極と負極との電気的な接触を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるスペーサとしての機能を有している。近年では、このセパレータＳＰとして、高強度で薄い微多孔質膜が使用されている。この微多孔質膜は、電池短絡による異常電流、急激な内圧や温度の上昇および発火を防ぐという機能も合わせもっている。つまり、現在のセパレータＳＰは、正極と負極の電気的接触を防止し、かつ、リチウムイオンを通過させる機能の他に、短絡と過充電防止のための熱ヒューズとしての機能を有していることになる。この微多孔質膜の持つシャットダウン機能によって、リチウムイオン電池の安全性を保つことができる。例えば、リチウムイオン電池が何らかの原因で外部短絡を引き起こした場合、瞬時ではあるが大電流が流れ、ジュール熱により異常に温度が上昇する危険性がある。このとき、セパレータＳＰとして微多孔質膜を使用すれば、微多孔質膜は、膜材料の融点近傍で空孔（微多孔）が閉塞するため、正極と負極との間のリチウムイオンの透過を阻止することができる。言い換えれば、セパレータＳＰとして微多孔質膜を使用することにより、外部短絡時に電流を遮断し、リチウムイオン電池の内部の温度上昇をストップさせることができる。この微多孔質膜から構成されるセパレータＳＰとしては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、あるいは、これらの材料の組み合わせから構成することができる。
【００３５】
電解液ＥＬは、非水電解液が使用される。リチウムイオン電池は、活物質でのリチウムイオンの挿入・脱離を利用して充放電を行う電池であり、電解液ＥＬ中をリチウムイオンが移動する。リチウムは、強い還元剤であり、水と激しく反応して水素ガスを発生する。したがって、リチウムイオンが電解液ＥＬ中を移動するリチウムイオン電池では、従来の電池のように水溶液を電解液ＥＬに使用することができない。このことから、リチウムイオン電池ＥＬでは、電解液ＥＬとして非水電解液が使用される。具体的に、非水電解液ＥＬの電解質としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）４、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉなどやこれらの混合物を使用することができる。また、有機溶媒としては、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、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、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や、これらの混合液を使用することができる。
【００３６】
リチウムイオン電池は上記のように構成されており、以下に充放電のメカニズムについて説明する。まず、充電のメカニズムについて説明する。図１に示すように、リチウムイオン電池を充電する際、正極と負極と間に充電器ＣＵを接続する。この場合、リチウムイオン電池では、正極活物質内に挿入されているリチウムイオンが脱離し、電解液ＥＬ中に放出される。このとき、正極活物質からリチウムイオンが脱離することにより、正極から充電器へ電子が流れる。そして、電解液ＥＬ中に放出されたリチウムイオンは、電解液ＥＬ中を移動し、微多孔質膜からなるセパレータＳＰを通過して、負極に到達する。この負極に到達したリチウムイオンは、負極を構成する負極活物質内に挿入される。このとき、負極活物質にリチウムイオンが挿入することにより、負極に電子が流れ込む。このようにして、充電器を介して正極から負極に電子が移動することにより充電が完了する。
【００３７】
続いて、放電のメカニズムについて説明する。図１に示すように、正極と負極の間に外部負荷を接続する。すると、負極活物質内に挿入されていたリチウムイオンが脱離して電解液ＥＬ中に放出される。このとき、負極から電子が放出される。そして、電解液ＥＬ中に放出されたリチウムイオンは、電解液ＥＬ中を移動し、微多孔質膜からなるセパレータＳＰを通過して、正極に到達する。この正極に到達したリチウムイオンは、正極を構成する正極活物質内に挿入される。このとき、正極活物質にリチウムイオンが挿入することにより、正極に電子が流れ込む。このようにして、負極から正極に電子が移動することにより放電が行われる。言い換えれば、正極から負極に電流が流れて負荷を駆動することができる。以上のようにして、リチウムイオン電池においては、リチウムイオンを正極活物質と負極活物質との間で挿入・脱離することにより、充放電することができる。
【００３８】
次に、実際のリチウムイオン電池ＬＩＢの構成例について説明する。図２は、円筒形のリチウムイオン電池ＬＩＢの内部構造を示す断面図である。図２に示すように、底部を有する円筒形の外装缶ＣＳの内部には、正極ＰＥＬとセパレータＳＰ１、ＳＰ２と負極ＮＥＬからなる電極捲回体ＷＲＦが形成されている。具体的に、電極捲回体ＷＲＦは、正極ＰＥＬと負極ＮＥＬの間にセパレータＳＰ１（ＳＰ２）を挟むように積層され、外装缶ＣＳの中心部にある軸芯ＣＲの回りに捲回されている。そして、負極ＮＥＬは外装缶ＣＳの底部に設けられている負極リード板ＮＴと電気的に接続されており、正極ＰＥＬは外装缶ＣＳの上部に設けられている正極リード板ＰＴと電気的に接続されている。外装缶ＣＳの内部に形成されている電極捲回体の内部には電解液が注入されている。そして、外装缶ＣＳは、電池蓋ＣＡＰにより密閉されている。
【００３９】
正極ＰＥＬは、正極活物質ＰＡＳと結着剤（バインダ）を含有する塗液を正極板（正極集電体）ＰＥＰに塗布して乾燥させた後、加圧することにより形成されている。この正極ＰＥＬの上端部には複数の矩形状の正極集電タブＰＴＡＢが形成されており、この複数の正極集電タブＰＴＡＢが正極集電リングＰＲと溶接されている。そして、この正極集電リングＰＲが正極リード板ＰＴと電気的に接続されている。したがって、正極ＰＥＬは、正極集電タブＰＴＡＢおよび正極集電リングＰＲを介して正極リード板ＰＴと電気的に接続されていることになる。複数の正極集電タブＰＴＡＢは、正極ＰＥＬの低抵抗化および電流の取り出しを迅速にするために設けられている。
【００４０】
正極ＰＥＬを構成する正極活物質ＰＡＳは、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムなどに代表される上述した材料を使用することができる。また、結着剤は、例えば、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどを使用することができる。さらに、正極板には、例えば、アルミニウムなどの導電性金属からなる金属箔や網状金属などが使用される。
【００４１】
負極ＮＥＬは、負極活物質ＮＡＳと結着剤（バインダ）を含有する塗液を負極板（負極集電体）ＮＥＰに塗布して乾燥させた後、加圧することにより形成されている。この負極ＮＥＬの下端部には複数の矩形状の負極集電タブＮＴＡＢが形成されており、この複数の負極集電タブＮＴＡＢが負極集電リングＮＲと溶接されている。そして、この負極集電リングＮＲが負極リード板ＮＴと電気的に接続されている。したがって、負極ＮＥＬは、負極集電タブＮＴＡＢおよび負極集電リングＮＲを介して負極リード板ＮＴと電気的に接続されていることになる。
【００４２】
負極ＮＥＬを構成する負極活物質ＮＡＳは、例えば、炭素材料などに代表される上述した材料を使用することができる。また、結着剤は、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどを使用することができる。さらに、負極板には、例えば、銅などの導電性金属からなる金属箔や網状金属などが使用される。
【００４３】
次に、電極捲回体の詳細な構成について説明する。図３は、電極捲回体を構成する前段階の構成要素を示す図である。図３において、本実施の形態１における電極捲回体を構成する構成要素は、正極ＰＥＬ、セパレータＳＰ１、負極ＮＥＬ、および、セパレータＳＰ２である。このとき、正極ＰＥＬは、正極板ＰＥＰの両面に正極活物質ＰＡＳが塗布された構造をしており、負極ＮＥＬは、負極板ＮＥＰの両面に負極活物質ＮＡＳが塗布された構造をしている。そして、正極ＰＥＬの上辺側には矩形状の正極集電タブＰＴＡＢが複数形成されている。同様に、負極ＮＥＬの下辺側には矩形状の負極集電タブＮＴＡＢが複数形成されている。さらに、セパレータＳＰ１とセパレータＳＰ２のそれぞれの端部には、絶縁材料からなる充填材ＦＬが塗布されている。ここで、本実施の形態１の特徴は、セパレータＳＰ１の端部とセパレータＳＰ２の端部に充填材ＦＬが塗布されている点にある。これにより、正極ＰＥＬ、セパレータＳＰ１、負極ＮＥＬ、および、セパレータＳＰ２を捲回したときに、例えば、正極ＰＥＬとセパレータＳＰ１の間に形成されている隙間の端部と、隣接するセパレータＳＰ１とセパレータＳＰ２の間に形成される隙間の端部とを、充填材ＦＬで塞ぐことができる。この結果、充填材ＦＬによって、電極捲回体の内部への異物（特に、金属異物）の浸入を防止できるのである。
【００４４】
具体的に、本実施の形態１における電極捲回体ＷＲＦの構成について説明する。図４は、正極ＰＥＬ、セパレータＳＰ１、負極ＮＥＬ、および、セパレータＳＰ２を捲回して電極捲回体ＷＲＦを形成する様子を示す模式図である。図４に示すように、正極ＰＥＬと負極ＮＥＬの間にセパレータＳＰ１を挟み、かつ、セパレータＳＰ１とセパレータＳＰ２で負極ＮＥＬを挟むようにして、正極ＰＥＬ、セパレータＳＰ１、負極ＮＥＬ、および、セパレータＳＰ２が捲回される。このとき、正極ＰＥＬに形成されている正極集電タブＰＴＡＢは電極捲回体ＷＲＦの上部側に配置される一方、負極ＮＥＬに形成されている負極集電タブＮＴＡＢは電極捲回体ＷＲＦの下部側に配置される。
【００４５】
図５は、本実施の形態１における電極捲回体ＷＲＦの一部を拡大して示す図である。図５の左図は、電極捲回体ＷＲＦの円周方向において、正極ＰＥＬの上端部近傍を示す拡大図であり、図５の右図は、電極捲回体ＷＲＦの直径方向で切断した断面図である。まず、図５の左図に示すように、正極ＰＥＬは、正極板ＰＥＰに正極活物質ＰＡＳを塗着した構成をしており、正極板ＰＥＰの上端部に複数の正極集電タブＰＴＡＢが形成されている。そして、正極ＰＥＬの裏面（後面）には、セパレータＳＰ１が接触するように配置されている。このセパレータＳＰ１の上端部には、充填材ＦＬが塗布されている。
【００４６】
続いて、図５の右図に示すように、正極ＰＥＬと負極ＮＥＬの間にセパレータＳＰ１が配置され、かつ、負極ＮＥＬを挟むようにセパレータＳＰ１とセパレータＳＰ２が配置されている。したがって、正極ＰＥＬと負極ＮＥＬとの間には、セパレータＳＰ１やセパレータＳＰ２が配置されており、正極ＰＥＬと負極ＮＥＬがセパレータＳＰ１やセパレータＳＰ２によって電気的に絶縁されていることがわかる。そして、正極ＰＥＬと負極ＮＥＬの間には電解液が充填されている。
【００４７】
ここで、正極ＰＥＬの上端部側では、負極ＮＥＬの上端部が最も低くなっており、この負極ＮＥＬの上端部よりも高い位置にセパレータＳＰ１およびセパレータＳＰ２の上端部が配置されている。そして、このセパレータＳＰ１およびセパレータＳＰ２の上端部よりも高い位置まで正極ＰＥＬの正極集電タブＰＴＡＢが突き出ている。このとき、図５の右図に示すように、セパレータＳＰ１の上端部およびセパレータＳＰ２の上端部には充填材ＦＬが塗布されており、この充填材ＦＬにより、セパレータＳＰ１とセパレータＳＰ２の間に形成されている隙間の端部が充填されているとともに、正極ＰＥＬとセパレータＳＰ１との間に形成されている隙間の端部と、正極ＰＥＬとセパレータＳＰ２との間に形成されている隙間の端部も充填材ＦＬによって充填されている。負極ＮＥＬの上端部は、セパレータＳＰ１の上端部やセパレータＳＰ２の上端部よりも低く形成されているので、負極ＮＥＬの上端部は、セパレータＳＰ１の上端部やセパレータＳＰ２の上端部に塗布されている充填材ＦＬで覆われることになる。このようにして、電解液が充填されている電極捲回体ＷＲＦの内部は、充填材ＦＬで塞がれることになる。したがって、本実施の形態１によれば、電極捲回体ＷＲＦの上端部が充填材ＦＬで塞がれていることから、電極捲回体ＷＲＦの内部への金属異物の浸入を抑制することができる。
【００４８】
例えば、電極捲回体ＷＲＦの内部に金属異物が浸入すると、正極ＰＥＬと負極ＮＥＬとの間で内部短絡が引き起こされる可能性がある。具体的に、電極捲回体ＷＲＦの内部に金属異物が浸入する状態とは、正極板ＰＥＰとセパレータＳＰ１との間に形成されている隙間や負極板ＮＥＰとセパレータＳＰ１との間に形成されている隙間に金属異物が浸入する状態を意味している。金属異物が銅の場合、隙間に浸入した銅が正極ＰＥＬに付着すると、正極ＰＥＬの高い電位によって銅が酸化され（電子が奪われ）、金属イオンとなって電解液中に溶解する。そして、この金属イオンが負極ＮＥＬに到達すると、金属イオンが還元されて（電子が供給されて）金属（銅）として負極ＮＥＬに析出する。このようなメカニズムによって負極ＮＥＬに金属が析出し続けると、負極ＮＥＬから成長した金属がセパレータＳＰ１の孔を通過して正極ＰＥＬに達し、この析出した金属を介して正極ＰＥＬと負極ＮＥＬが内部短絡するのである。一方、金属異物がアルミニウムの場合、酸化還元反応による溶解・析出の現象は生じないが、浸入する金属異物の大きさが大きくなると、セパレータＳＰ１を突き破って正極ＰＥＬと負極ＮＥＬが金属異物（アルミニウム）により内部短絡する。正極ＰＥＬと負極ＮＥＬが内部短絡すると、リチウムイオン電池として機能しなくなる。このように、リチウムイオン電池では、金属異物が、正極ＰＥＬとセパレータＳＰ１との間に形成されている隙間や負極ＮＥＬとセパレータＳＰ１との間に形成されている隙間に浸入すると、正極ＰＥＬと負極ＮＥＬが内部短絡するおそれがあることがわかる。
【００４９】
そこで、本実施の形態１では、セパレータＳＰ１の上端部およびセパレータＳＰ２の上端部に充填材ＦＬを塗布することにより、電解液が充填されている電極捲回体ＷＲＦの内部を充填材ＦＬで塞いでいる。これにより、本実施の形態１によれば、電極捲回体ＷＲＦの上端部が充填材ＦＬで塞がれていることから、電極捲回体ＷＲＦの内部への金属異物の浸入を抑制することができ、結果として、リチウムイオン電池での正極ＰＥＬと負極ＮＥＬとの内部短絡を抑制することができるのである。
【００５０】
なお、図５では、正極ＰＥＬ側の充填構造について説明したが、電極捲回体ＷＲＦの下部側（負極ＮＥＬ側）についても、正極ＰＥＬ側と同様の充填構造とすることができる。具体的に、図６は、本実施の形態１における電極捲回体ＷＲＦの一部を拡大して示す図である。図６の左図は、電極捲回体ＷＲＦの円周方向において、負極ＮＥＬの下端部近傍を示す拡大図であり、図６の右図は、電極捲回体ＷＲＦの直径方向で切断した断面図である。まず、図６の左図に示すように、負極ＮＥＬは、負極板ＮＥＰに負極活物質ＮＡＳを塗着した構成をしており、負極板ＮＥＰの下端部に複数の負極集電タブＮＴＡＢが形成されている。そして、負極ＮＥＬの裏面（後面）には、セパレータＳＰ２が接触するように配置されている。このセパレータＳＰ２の下端部には、充填材ＦＬが塗布されている。
【００５１】
続いて、図６の右図に示すように、正極ＰＥＬと負極ＮＥＬの間にセパレータＳＰ１が配置され、かつ、負極ＮＥＬを挟むようにセパレータＳＰ１とセパレータＳＰ２が配置されている。したがって、正極ＰＥＬと負極ＮＥＬとの間には、セパレータＳＰ１やセパレータＳＰ２が配置されており、正極ＰＥＬと負極ＮＥＬがセパレータＳＰ１やセパレータＳＰ２によって電気的に絶縁されていることがわかる。そして、正極ＰＥＬと負極ＮＥＬの間には電解液が充填されている。
【００５２】
ここで、負極ＮＥＬの下端部側では、正極ＰＥＬの下端部が最も高くなっており、この正極ＰＥＬの下端部よりも低い位置にセパレータＳＰ１およびセパレータＳＰ２の下端部が配置されている。そして、このセパレータＳＰ１およびセパレータＳＰ２の下端部よりも低い位置まで負極ＮＥＬの負極集電タブＮＴＡＢが突き出ている。このとき、図６の右図に示すように、セパレータＳＰ１の下端部およびセパレータＳＰ２の下端部には充填材ＦＬが塗布されており、この充填材ＦＬにより、セパレータＳＰ１とセパレータＳＰ２の間に形成されている隙間の端部が充填されているとともに、負極ＮＥＬとセパレータＳＰ１との間に形成されている隙間の端部と、負極ＮＥＬとセパレータＳＰ２との間に形成されている隙間の端部も充填材ＦＬによって充填されている。正極ＰＥＬの下端部は、セパレータＳＰ１の下端部やセパレータＳＰ２の下端部よりも高く形成されているので、正極ＰＥＬの下端部は、セパレータＳＰ１の下端部やセパレータＳＰ２の下端部に塗布されている充填材ＦＬで覆われることになる。このようにして、電解液が充填されている電極捲回体ＷＲＦの内部は、充填材ＦＬで塞がれることになる。したがって、本実施の形態１によれば、電極捲回体ＷＲＦの下端部が充填材ＦＬで塞がれていることから、電極捲回体ＷＲＦの内部への金属異物の浸入を抑制することができる。
【００５３】
以上のように、本実施の形態１では、電極捲回体ＷＲＦの上端部と下端部の両方が充填材ＦＬで塞がれているので、効果的に電極捲回体ＷＲＦの内部への金属異物の浸入を効果的に抑制することができる。ただし、本実施の形態１のように、電極捲回体ＷＲＦの上端部と下端部の両方を充填材ＦＬで塞がなくても、ある程度、金属異物の浸入を抑制することができる。例えば、電極捲回体ＷＲＦの上端部だけを充填材ＦＬで塞ぐ構成や、電極捲回体ＷＲＦの下端部だけを充填材ＦＬで塞ぐ構成をとることもできる。特に、電極捲回体ＷＲＦの内部へ浸入する金属異物は、上方から下方へ向って移動することが多いと考えられることから、電極捲回体ＷＲＦの上端部を充填材ＦＬで塞ぐ構成は、電極捲回体ＷＲＦの内部への金属異物の浸入を防止する観点から望ましい構成といえる。
【００５４】
本実施の形態１の特徴は、電極捲回体ＷＲＦの端部を充填材ＦＬで塞ぐ点にあり、この構成をとることにより、電極捲回体ＷＲＦの内部への金属異物の浸入を防止することができる。つまり、電極捲回体ＷＲＦの端部を充填材ＦＬで塞いだ後は、電極捲回体ＷＲＦの内部への金属異物の浸入を抑制できることから、なるべく早い段階で電極捲回体ＷＲＦの端部を充填材ＦＬで塞ぐことが金属異物の浸入を防止する観点から効果的であることがわかる。
【００５５】
例えば、リチウムイオン電池の製造工程では、正極ＰＥＬや負極ＮＥＬを捲回させる工程や、電極捲回体ＷＲＦを外装缶に溶接して固定する工程や、電解液を外装缶内に注入する工程などが存在する。正極ＰＥＬや負極ＮＥＬを捲回する工程では、正極ＰＥＬや負極ＮＥＬを捲回する際に、金属微粉が発生するおそれがある。また、集電タブを集電リングに溶接して固定する工程では、溶接する際に金属異物が飛散するおそれがある。さらに、電解液を外装缶の内部に注入する工程で、電解液中に混入している金属異物が電極捲回体ＷＲＦの内部に浸入するおそれがある。したがって、リチウムイオン電池の製造工程においては、様々な工程で電極捲回体ＷＲＦの内部に金属異物が混入するポテンシャル（潜在可能性）があることになる。すなわち、リチウムイオン電池が完成した後に、電極捲回体ＷＲＦの内部への金属異物の浸入を防止することも必要であるが、上述したように、金属異物の混入は、リチウムイオン電池の製造工程中で生じる可能性が高く、この製造工程中における金属異物の混入をできる防止できることが重要となってくる。
【００５６】
そこで、本実施の形態１では、特に、製造工程中のできるだけ早い段階から電極捲回体ＷＲＦの内部への金属異物の浸入を防止できる工夫を施している。以下に、この工夫を施した本実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００５７】
まず、正極ＰＥＬを形成する工程について説明する。図７に示すように、正極活物質ＰＡＳ（活物質ＡＳ）を製造する。そして、図８に示すように、製造した正極活物質ＰＡＳと結着剤（バインダ）を溶液に溶かすことにより、正極活物質ＰＡＳと結着剤を含有する塗液（スラリー）ＳＬを形成する。その後、図９に示すように、正極活物質ＰＡＳと結着剤（バインダ）を含有する塗液ＳＬを正極板（正極集電体）ＰＥＰに塗布して乾燥させた後、加圧する。これにより、正極板ＰＥＰに塗着された正極活物質ＰＡＳの高密度化を図ることができる。
【００５８】
続いて、図１０に示すように、正極活物質ＰＡＳを塗着した正極板ＰＥＰを切断して加工する。これにより、正極板ＰＥＰの一辺（上辺）に矩形形状をした複数の正極集電タブＰＴＡＢを形成することができる。このようにして、正極板ＰＥＰに正極活物質ＰＡＳを塗着して加工した正極ＰＥＬを形成することができる。
【００５９】
次に、負極ＮＥＬを形成する工程について説明する。負極ＮＥＬを形成する工程も基本的な工程は、正極ＰＥＬを形成する工程と同様である。具体的には、図７に示すように、負極活物質ＮＡＳ（活物質ＡＳ）を製造する。そして、図８に示すように、製造した負極活物質ＮＡＳと結着剤（バインダ）を溶液に溶かすことにより、負極活物質ＮＡＳと結着剤を含有する塗液（スラリー）ＳＬを形成する。その後、負極活物質ＮＡＳと結着剤（バインダ）を含有する塗液ＳＬを負極板（負極集電体）ＮＥＰに塗布して乾燥させた後、加圧する。これにより、負極板ＮＥＰに塗着された負極活物質ＮＡＳの高密度化を図ることができる。
【００６０】
続いて、負極活物質ＮＡＳを塗着した負極板ＮＥＰを切断して加工する。これにより、負極板ＮＥＰの一辺（下辺）に矩形形状をした複数の負極集電タブＮＴＡＢを形成することができる。このようにして、図１１に示すように、負極板ＮＥＰに負極活物質ＮＡＳを塗着して加工した負極ＮＥＬを形成することができる。
【００６１】
さらに、図１２および図１３に示すように、セパレータＳＰ１およびセパレータＳＰ２を用意する。そして、セパレータＳＰ１の上端部と下端部に充填材ＦＬを塗布する。同様に、セパレータＳＰ２の上端部と下端部に充填材ＦＬを塗布する。以上のようにして、正極ＰＥＬ、負極ＮＥＬ、セパレータＳＰ１およびセパレータＳＰ２を準備することができきる。
【００６２】
次に、図１４に示すように、セパレータＳＰ２とセパレータＳＰ１の間に負極ＮＥＬを挟み、かつ、セパレータＳＰ１上に正極ＰＥＬが配置されるように、正極ＰＥＬ、負極ＮＥＬ、セパレータＳＰ１およびセパレータＳＰ２を積層する。このとき、正極ＰＥＬに形成されている正極集電タブＰＴＡＢと、負極ＮＥＬに形成されている負極集電タブＮＴＡＢとが反対方向に配置されるようにする。
【００６３】
その後、図１５に示すように、積層した正極ＰＥＬ、負極ＮＥＬ、セパレータＳＰ１およびセパレータＳＰ２を捲回して電極捲回体ＷＲＦを形成する。この工程により、例えば、図５および図６に示すように、電極捲回体ＷＲＦの上端部と下端部の両方が充填材ＦＬで塞がれることになる。このように、本実施の形態１では、セパレータＳＰ１とセパレータＳＰ２との上端部と下端部に充填材ＦＬを塗布し、その後、捲回することにより、電極捲回体ＷＲＦの上端部と下端部を充填材ＦＬで塞ぐことができる。つまり、本実施の形態１では、電極捲回体ＷＲＦを形成すると同時に電極捲回体ＷＲＦの上端部と下端部を充填材ＦＬで塞ぐことができるのである。したがって、電極捲回体ＷＲＦを形成した後、電極捲回体ＷＲＦの内部へ金属異物が浸入することを防止できる。すなわち、本実施の形態１では、電極捲回体ＷＲＦを形成した時点で、既に電極捲回体ＷＲＦの上端部と下端部が充填材ＦＬで塞がれるように構成されているため、効果的に、電極捲回体ＷＲＦの内部へ金属異物が浸入することを抑制できる。特に、捲回による圧力によって金属微粉が発生する可能性があるが、本実施の形態１では、捲回時に、電極捲回体ＷＲＦの上端部と下端部が充填材ＦＬで塞がれることになるから、金属微粉が電極捲回体ＷＲＦの内部へ浸入することを防止できる。
【００６４】
続いて、図１６に示すように、電極捲回体ＷＲＦの上端部から突出している正極集電タブＰＴＡＢを正極集電リングＰＲに接続する。同様に、電極捲回体ＷＲＦの下端部から突出している負極集電タブＮＴＡＢを負極集電リングＮＲに接続する。ここで、正極集電タブＰＴＡＢの正極集電リングＰＲへの接続、および、負極集電タブＮＴＡＢの負極集電リングＮＲへの接続は、例えば、溶接によって行われる。このため、従来技術では、溶接時に金属異物が飛散して電極捲回体ＷＲＦの内部へ浸入する可能性があるが、本実施の形態１では、既に、電極捲回体ＷＲＦの上端部と下端部が充填材ＦＬで塞がれているので、溶接時に発生する金属異物が電極捲回体ＷＲＦの内部へ浸入することを防止できる。
【００６５】
次に、図１７に示すように、電極捲回体ＷＲＦを外装缶ＣＳの内部に挿入する。そして、図１８に示すように、外装缶ＣＳを加工して溝ＤＴを形成する。この溝ＤＴは、外装缶ＣＳの内部に挿入されている電極捲回体ＷＲＦが上下方向に移動しないように固定するために設けられるものである。この工程でも、金属材料からなる外装缶ＣＳを加工しているため、金属異物が発生する可能性がある。しかし、本実施の形態１では、既に、電極捲回体ＷＲＦの上端部と下端部が充填材ＦＬで塞がれているので、電極捲回体ＷＲＦの内部へ金属異物が浸入することを抑制できる。
【００６６】
そして、図１９に示すように、電極捲回体ＷＲＦを挿入した外装缶ＣＳの内部に電解液ＥＬを注入する。このとき、電解液ＥＬ中に金属異物が混入していても、電極捲回体ＷＲＦの上端部と下端部が充填材ＦＬで塞がれているので、電極捲回体ＷＲＦの内部へ金属異物が浸入することを防止できる。なお、本実施の形態１で使用している充填材ＦＬは、電解液ＥＬを通過させ、金属異物の浸入を遮断する異物フィルタリング機能を有する材料から構成されている。このため、電極捲回体ＷＲＦの上端部と下端部が充填材ＦＬで塞がれていても、電極捲回体ＷＲＦの内部に電解液ＥＬを注入することができる。その後、外装缶ＣＳの上部をキャップで封止することにより、本実施の形態１におけるリチウムイオン電池を製造することができる。
【００６７】
以下に、本実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造工程をまとめると図２０のようになる。図２０は、本実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造工程の流れを示すフローチャートである。図２０に示す製造工程の流れを説明すると、まず、正極の形成（Ｓ１０１）、セパレータの準備（用意）（Ｓ１０２）および負極の形成（Ｓ１０３）を実施する。そして、準備したセパレータの上端部と下端部に充填材を塗布する（Ｓ１０４）。このようにして、正極、負極および充填材を塗布したセパレータを用意することができる。
【００６８】
次に、用意した正極、負極およびセパレータを捲回して電極捲回体を形成する（Ｓ１０５）。この工程で、電極捲回体の上端部と下端部が充填材で塞がれる。したがって、これ以降の工程で、電極捲回体の内部への金属異物の浸入を抑制することができる。
【００６９】
そして、集電タブを集電リングに溶接した後（Ｓ１０６）、電極捲回体を外装缶へ挿入する（Ｓ１０７）。続いて、外装缶を加工して溝部（凹部）を形成した後（Ｓ１０８）、電極捲回体を挿入した外装缶の内部に電解液を注入する（Ｓ１０９）。最後に、外装缶をキャップで封止することにより、リチウムイオン電池を製造することができる（Ｓ１１０）。
【００７０】
本実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造方法での特徴は、セパレータの上端部と下端部に充填材を塗布した後に捲回工程を実施している点にある。これにより、捲回工程で電極捲回体を形成した時点で電極捲回体の上端部と下端部を充填材で塞ぐことができるのである。言い換えれば、本実施の形態１では、セパレータの上端部と下端部に予め充填材を塗布することにより、捲回した時に電極捲回体の上端部と下端部とを充填材で塞ぐことができるのである。この結果、電極捲回体を形成する工程（Ｓ１０５）より後の工程（Ｓ１０６〜Ｓ１１０）で発生する金属異物が電極捲回体の内部へ浸入することを防止できる。つまり、本実施の形態１では、予めセパレータの上端部と下端部に充填材を塗布することにより、電極捲回体が形成される初期段階から既に金属異物の浸入を阻止できるのである。この点が本実施の形態１における技術的思想のポイントであり、例えば、背景技術に記載した特許文献１とは一線を画す技術的思想である。
【００７１】
特許文献１には、電極捲回体から離れた上方にろ過機能を有する絶縁板を配置することにより、電解液を注入する際、電解液に混入している金属異物が電極捲回体の内部へ入り込むことを抑制する技術が記載されている。しかし、この技術では、電極捲回体と絶縁板が異なる別部品となっており、絶縁板を配置する工程は、電解液を注入する直前の工程である。したがって、電極捲回体を形成した後、電解液を注入するまでの工程では、金属異物が電極捲回体の内部に浸入するおそれがある。つまり、特許文献１は、電解液中の含まれる金属異物の浸入阻止だけに着目した技術であり、リチウムイオン電池の製造工程全体にわたって金属異物の浸入を防止することを目的としたものではない。つまり、特許文献１は、電解液注入工程だけに着目しているとため、電極捲回体とは別個の絶縁板を使用することとなっており、電極捲回体自体に充填材を塗布する本実施の形態１における技術的思想とは相違するものである。
【００７２】
本実施の形態１では、セパレータの上端部と下端部に充填材を塗布した後、セパレータを捲回することにより、電極捲回体を形成した時点で既に、電極捲回体の上端部と下端部が充填材で塞がれているのである。この技術的思想は、電極捲回体を形成した直後からリチウムイオン電池が完成するまでのすべての工程で金属異物の浸入を阻止しようとする目的があって想到されるものである。つまり、電極捲回体と一体的に充填材を形成することにより、電極捲回体を形成した時点からリチウムイオン電池の完成までの金属異物の浸入を防止できるのである。すなわち、特許文献１に記載されている技術は、リチウムイオン電池の製造工程の中の一部の工程に着目した技術であるのに対し、本実施の形態１における技術的思想は、電極捲回体の形成工程からリチウムイオン電池が完成するまでのすべての工程を考慮したものである点が相違する。このように、特許文献１と本実施の形態１における技術的思想の着目点が異なることから、特許文献１に記載された技術から本実施の形態１における技術的思想を容易に想到することは、当業者といえども困難である。
【００７３】
次に、本実施の形態１で使用している充填材ＦＬの詳細な構成について説明する。上述したように充填材ＦＬは、電解液ＥＬを通過させる一方で、金属異物を通過させない異物フィルタリング機能を有する材料である必要がある。さらに、充填材ＦＬは、セパレータＳＰ１（ＳＰ２）に塗布することが可能であることも要求される。このような条件を満たす材料としては、プラスチックフォームの１つである連続気泡フォーム（多孔質の絶縁材料）と呼ばれる材料がある。この連続気泡フォームとは、樹脂内に気泡が存在し、この樹脂内に存在する気泡が繋がっている材料である。連続気泡フォームによれば、連続して繋がっている気泡を通って液体である電解液を通過させることができる一方、気泡のサイズよりも大きな金属異物は通過できない。したがって、連続気泡フォームによれば、本実施の形態１における充填材ＦＬとして適した材料であるということができる。
【００７４】
図２１は、連続気泡フォームとなる材料を例示している表である。具体的に、図２１には、連続気泡フォームとして、フェノール樹脂、ユリア樹脂、および、ポリウレタン樹脂がある。さらに、これらの材料は、セパレータＳＰ１（ＳＰ２）に塗布することができる。例えば、二液混合法により形成される連続気泡フォームには、フェノール樹脂、ユリア樹脂がある。二液混合法とは、液状樹脂の硬化によって生じる反応熱を利用して蒸発形発泡剤を気散させ、発泡と同時に樹脂を硬化させて気泡構造を形成する方法である。例えば、界面活性剤を含んだ液状樹脂に蒸発形発泡剤を添加し、高速でかき混ぜると、樹脂液中に気泡核が形成される。ここに硬化剤を混入すると、樹脂の硬化が起こり、その反応熱で樹脂液中に形成された発泡核が膨張を始める。樹脂の硬化の進行とともに、発泡核の膨張はさらに進み、膨張が最高に達した時点で樹脂が固化して安定な気泡構造が形成される。
【００７５】
一方、化学反応法により形成される連続気泡フォームには、ポリウレタン樹脂がある。化学反応法とは、例えば、モノマ、発泡剤、触媒、および、界面活性剤を混合して、ポリマの生成反応を生じさせるとともに、樹脂内にガスを包含させる方法である。このように連続気泡フォームのうち、二液混合法や化学反応法で生成される材料は塗布が可能であるという特性を有している。したがって、例えば、フェノール樹脂、ユリア樹脂、および、ポリウレタン樹脂は、本実施の形態１における充填材ＦＬとして適用可能な材料ということができる。
【００７６】
図２２は、フェノール樹脂、ユリア樹脂、および、ポリウレタン樹脂における充填方法（塗布方法）を示す表である。まず、ポリウレタン樹脂は、ディスペンサによる塗布によって形成することができる。そして、気泡径の制御方法としては、ウレタンフォーム原料の調整により、フォームの平均空孔径（気泡径）を１０μｍ〜５０μｍに制御可能である。
【００７７】
さらに、フェノール樹脂は、ディスペンサによる塗布と加熱処理によって形成することができる。そして、気泡径の制御方法としては、原料の調合比により制御可能である。また、ユリア樹脂は、ディスペンサによる塗布と加熱処理によって形成することができる。そして、気泡径の制御方法としては、原料の調合比により制御可能である。
【００７８】
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、セパレータＳＰ１（ＳＰ２）を用意した段階で、セパレータＳＰ１（ＳＰ２）の上端部と下端部に充填材ＦＬを塗布する例について説明したが、本実施の形態２では、電極捲回体ＷＲＦを形成した後、この電極捲回体ＷＲＦの上端部と下端部にスプレー吹付により充填材ＦＬを形成する例について説明する。
【００７９】
図２３は、本実施の形態２におけるリチウムイオン電池の製造工程の流れを示すフローチャートである。図２３に示す製造工程の流れを説明すると、まず、正極の形成（Ｓ２０１）、セパレータの準備（用意）（Ｓ２０２）および負極の形成（Ｓ２０３）を実施する。
【００８０】
次に、用意した正極、負極およびセパレータを捲回して電極捲回体を形成する（Ｓ２０４）。そして、電極捲回体の上端部と下端部にスプレー吹付により充填財を形成する（Ｓ２０５）。この工程で、電極捲回体の上端部と下端部が充填材で塞がれる。したがって、これ以降の工程で、電極捲回体の内部への金属異物の浸入を抑制することができる。
【００８１】
続いて、集電タブを集電リングに溶接した後（Ｓ２０６）、電極捲回体を外装缶へ挿入する（Ｓ２０７）。続いて、外装缶を加工して溝部（凹部）を形成した後（Ｓ２０８）、電極捲回体を挿入した外装缶の内部に電解液を注入する（Ｓ２０９）。最後に、外装缶をキャップで封止することにより、リチウムイオン電池を製造することができる（Ｓ２１０）。
【００８２】
本実施の形態２におけるリチウムイオン電池の製造方法での特徴は、電極捲回体を形成した後、スプレー吹付により電極捲回体の上端部と下端部に充填材を充填している点にある。これにより、捲回工程で電極捲回体を形成した直後の時点で電極捲回体の上端部と下端部を充填材で塞ぐことができるのである。この結果、電極捲回体を形成する工程（Ｓ２０４）より後の工程（Ｓ２０６〜Ｓ２１０）で発生する金属異物が電極捲回体の内部へ浸入することを防止できる。つまり、本実施の形態２では、電極捲回体を形成した直後に電極捲回体の上端部と下端部に充填材をスプレー吹付することにより、電極捲回体が形成された直後の初期段階から既に金属異物の浸入を阻止できるのである。
【００８３】
図２４は、スプレー吹付することが可能な材料を示す表である。図２４からわかるように、ポリウレタン樹脂を充填材として使用することにより、スプレー吹付で電極捲回体の上端部と下端部にポリウレタン樹脂を充填することができる。
【００８４】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、リチウムイオン電池を製造する製造業に幅広く利用することができる。
【符号の説明】
【００８６】
ＡＳ  活物質
ＣＡＰ  電池蓋
ＣＵ  充電器
ＣＲ  軸芯
ＣＳ  外装缶
ＤＴ  溝
ＥＬ  電解液
ＦＬ  充填材
ＬＩＢ  リチウムイオン電池
ＮＡＳ  負極活物質
ＮＥＬ  負極
ＮＥＰ  負極板
ＮＲ  負極集電リング
ＮＴ  負極リード板
ＮＴＡＢ  負極集電タブ
ＰＡＳ  正極活物質
ＰＥＬ  正極
ＰＥＰ  正極板
ＰＲ  正極集電リング
ＰＴ  正極リード板
ＰＴＡＢ  正極集電タブ
ＳＬ  塗液
ＳＰ  セパレータ
ＳＰ１  セパレータ
ＳＰ２  セパレータ
ＷＲＦ  電極捲回体
【図１】
2011170987.tif 000003
【図２】
2011170987.tif 000004
【図３】
2011170987.tif 000005
【図４】
2011170987.tif 000006
【図５】
2011170987.tif 000007
【図６】
2011170987.tif 000008
【図７】
2011170987.tif 000009
【図８】
2011170987.tif 000010
【図９】
2011170987.tif 000011
【図１０】
2011170987.tif 000012
【図１１】
2011170987.tif 000013
【図１２】
2011170987.tif 000014
【図１３】
2011170987.tif 000015
【図１４】
2011170987.tif 000016
【図１５】
2011170987.tif 000017
【図１６】
2011170987.tif 000018
【図１７】
2011170987.tif 000019
【図１８】
2011170987.tif 000020
【図１９】
2011170987.tif 000021
【図２０】
2011170987.tif 000022
【図２１】
2011170987.tif 000023
【図２２】
2011170987.tif 000024
【図２３】
2011170987.tif 000025
【図２４】
2011170987.tif 000026