(57)【要約】【課題】高負荷特性を有し、かつ高エネルギー密度を実現できる電池、およびその製造方法を提供する。【解決手段】正極１１および負極１２のいずれか一方は、導電性基材の長尺方向と平行となる両側縁の一方に沿った所定の幅の領域に活物質未塗布領域である正極延長リード１１ｃまたは負極延長リード１２ｃを有し、活物質層の充填率は７０％以上である。この正極延長リード１１ｃまたは負極延長リード１２ｃは、正極延長リード１１ｃまたは負極延長リード１２ｃの部分に保護部材を位置させた状態でローラプレス機６２により圧縮処理することにより得られる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基材上に活物質層を有する正極および導電性基材上に活物質層を有する負極をセパレータを介して巻回された巻回電極体と、
上記巻回電極体の両端面からそれぞれ導出される正極リードおよび負極リードと、
電解質と、
上記巻回電極体および上記電解質を収容する外装材とを備え、
上記正極リードまたは上記負極リードのうちの少なくとも一方は、上記導電性基材の長尺方向と平行となる両側縁の一方を短尺方向に延長して形成された延長リードで、
上記活物質層の充填率が７０％以上である
ことを特徴とする電池。
【請求項２】
上記外装材は、両端が開放された電池缶と、該電池缶の開放両端を閉塞するトップカバーおよびボトムカバーとからなり、
上記延長リードは、上記電池缶と上記ボトムカバーとの間に挟まれてかしめられる
ことを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項３】
上記延長リードは、さらに溶接により上記外装材に接続される
ことを特徴とする請求項２記載の電池。
【請求項４】
上記ボトムカバーは、上記電池缶に対して端部が外側に向かうようにしてかしめられる
ことを特徴とする請求項２記載の電池。
【請求項５】
接続される位置との距離に応じて上記導電性基材の長尺方向にしたがい上記延長リードの長さが変化する
ことを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項６】
上記延長リードは、１ないし複数の切り欠きを有する
ことを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項７】
上記延長リードは、上記活物質層の側縁部の近傍に絶縁材を有する
ことを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項８】
導電性基材上に活物質層を有する正極および導電性基材上に活物質層を有する負極をセパレータを介して複数積層された積層電極体と、
積層された複数の上記正極のそれぞれから導出される複数の正極リードと、
積層された複数の上記負極のそれぞれから導出される複数の負極リードと、
電解質と、
上記積層電極体および上記電解質を収容する外装材とを備え、
上記複数の正極リードおよび上記複数の負極リードは、上記積層電極体の異なる位置からそれぞれ導出され、
上記複数の正極リードまたは上記複数の負極リードのうちの少なくとも一方は、複数の上記導電性基材のそれぞれにおいて、上記活物質層の形成されていない拡張領域として設けられた複数の延長リードで、
上記活物質層の充填率が７０％以上である
ことを特徴とする電池。
【請求項９】
上記複数の延長リードの長さは、互いに異なるものとされる
ことを特徴とする請求項８記載の電池。
【請求項１０】
上記複数の延長リードは、１ないし複数の切り欠きを有する
ことを特徴とする請求項８記載の電池。
【請求項１１】
上記複数の延長リードは、上記活物質層の側縁部の近傍に絶縁材を有する
ことを特徴とする請求項８記載の電池。
【請求項１２】
上記複数の延長リードは、上記積層電極体の積層方向の一面側で束ねられ、積層方向の他面側に向かって折り返される
ことを特徴とする請求項８記載の電池。
【請求項１３】
導電性基材の長尺方向と平行となる両側縁の一方に沿って所定の幅の活物質未塗布領域を形成するようにして活物質を塗布する工程と、
上記活物質未塗布領域に保護部材を位置させた状態で、上記活物質を有する導電性基材を長尺方向にローラプレス機によって圧縮処理して活物質層を形成させる工程と、
上記活物質未塗布領域から保護部材をとり除き、該活物質未塗布領域を延長リードとする工程と、
上記正極および上記負極を外装材に収容する工程と、を有する
ことを特徴とする電池の製造方法。
【請求項１４】
上記活物質層の充填率が７０％以上である
ことを特徴とする請求項１３記載の電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばリチウムイオン二次電池に適用される電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ一体型ビデオテープレコーダ、携帯電話、携帯用コンピュータ等のポータブル電子機器が数多く登場し、これら電子機器の小型、軽量化が図られている。それに伴い、これら電子機器のポータブル電源として用いられる電池に対して、高容量化・小型化、軽量化されることが要求されている。また、自動車及び電動ドリルなどのパワーツールに用いられる電池においては、瞬間的に大電流で充放電する高出力特性を有することが要求されている。このような要求に応える二次電池として、リチウムイオンのドープ・脱ドープを利用したリチウムイオン二次電池は非常に注目されている。
【０００３】
図１６に、従来のリチウムイオン二次電池の断面構造を示す。このリチウムイオン二次電池は、一端部が閉鎖され他端部が開放された電池缶１１０の内部に、帯状の正極１０１と帯状の負極１０２とがセパレータ１０５を介して巻回された巻回電極体１０６を有している。正極には、例えばアルミニウム（Ａｌ）などよりなる正極リード１０３が接続されており、この正極リードは安全弁機構１１４に溶接されることにより電池蓋１１１と電気的に接続されている。また、負極には、例えばニッケル（Ｎｉ）などよりなる負極リード１０４が接続されており、この負極リードは電池缶１１０に溶接され電気的に接続されている。正極リード１０３および負極リード１０４は、図１７Ａおよび図１７Ｂに示すように正極集電体１０１ａおよび負極集電体１０２ａの短尺方向と平行となる一方の側縁に形成された、正極活物質層１０１ｂおよび負極活物質層１０２ｂが設けられていない領域（以下、集電体において活物質が設けられていない領域を活物質未塗布領域と適宜称する）にそれぞれ設けられるのが通常である。
【０００４】
なお、この明細書において、正極および負極のうち特定の電極を示さない場合は電極と称する。同様に、正極リードおよび負極リードを集電リードと、正極集電体および負極集電体を電極集電体と、正極活物質および負極活物質を活物質と適宜称する。
【０００５】
ところで、このようなリチウムイオン二次電池では、電極の集電リードが設けられていない側の末端において得られる電子が集電リードに至るまでの距離が長くなるため、内部抵抗が比較的大きくなる。特に、電池を大型化させたときには電極の長さが長くなるので、内部抵抗が更に大きくなり、大電流を流したときに大きな電圧降下を起こしたり、抵抗発熱により電池の温度が上がり、寿命が短くなるという不都合があった。
【０００６】
そこで、下記の特許文献１〜特許文献７に記載のように、電極体に複数の集電リードを接続して多数の通電経路を確保することにより、電池の内部抵抗を小さくし、高出力化を実現させる検討が広く進められている。
【特許文献１】特開２０００−０７７０５３号公報
【特許文献２】特開２０００−２４３３７３号公報
【特許文献３】特開２０００−０９０９７７号公報
【特許文献４】特開２０００−１３３２２１号公報
【特許文献５】特開２０００−１００３９５号公報
【特許文献６】特開２０００−１３８０５４号公報
【特許文献７】特開２０００−２５１９２７号公報
【０００７】
また、下記の特許文献８には、複数の集電リードを用いたリチウムイオン二次電池において、電池蓋を二枚配した構造の二次電池が提案されている。
【０００８】
【特許文献８】特開２０００３−１１５２８５号公報
【０００９】
さらに、下記の特許文献９には、電極集電体の長尺方向と平行に設けられた活物質未塗布領域を延長させてリード片を形成させ、このリード片を集電リードとして用いる方法が提案されている。この方法によると、複数の集電リードを電極集電体とは別に設けなくても、高出力の電池を得ることができる。
【００１０】
【特許文献９】特開平１１−３１２５１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１〜特許文献８のように複数の集電リードを電極集電体に接続して用いる場合には、集電体を巻回あるいは積層した際、集電体と集電リードが重なる部分で集電リードの厚み分の容積が増加し、その結果、巻回あるいは積層できる電極の層数が減少することから、電池体積当たりのエネルギー密度が低下するという問題がある。
【００１２】
一方、特許文献９のように電極体の長尺方向と平行に活物質未塗布領域を設け、この活物質未塗布領域を集電リード片として用いる場合には、電極の密度を高めるために電極を厚さ方向に圧縮させる工程において、活物質未塗布領域である金属箔がダメージを受けるという問題があるため、集電リード片を設ける幅や間隔等が所定の条件を満たさなければ製造することができなかった。これは、ローラプレス機による圧縮は電極の長尺方向に行われるので、電極において活物質層が形成されている部分と活物質未塗布領域とに伸びの差が生じて活物質未塗布領域に彎曲や亀裂が生じたり、ローラプレス機と活物質未塗布領域とが直接的に接触することによって傷がつくことが原因である。したがって、このような構成の電極は、十分に圧縮させることによりエネルギー密度を高めることが困難であるため、実用化されていなかった。
【００１３】
このように、高出力特性を有する電池のエネルギー密度を向上させることは困難であることから、電池において、高出力特性および高エネルギー密度性を両立させることが望まれている。
【００１４】
したがって、この発明の目的は、高出力特性を有し、且つ高エネルギー密度化を実現できる電池、およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、
導電性基材上に活物質層を有する正極および導電性基材上に活物質層を有する負極をセパレータを介して巻回された巻回電極体と、
巻回電極体の両端面からそれぞれ導出される正極リードおよび負極リードと、
電解質と、
巻回電極体および電解質を収容する外装材とを備え、
正極リードまたは負極リードのうちの少なくとも一方は、導電性基材の長尺方向と平行となる両側縁の一方を短尺方向に延長して形成された延長リードで、
活物質層の充填率が７０％以上である
ことを特徴とする電池である。
【００１６】
第１の発明では、外装材は、両端が開放された電池缶と、電池缶の開放両端を閉塞するトップカバーおよびボトムカバーとからなり、延長リードは、電池缶とボトムカバーとの間に挟まれてかしめられることが好ましい。
【００１７】
第１の発明では、延長リードは、さらに溶接により外装材に接続されることが好ましい。
【００１８】
第１の発明では、ボトムカバーは、電池缶に対して端部が外側に向かうようにしてかしめられることが好ましい。
【００１９】
第１の発明では、接続される位置との距離に応じて導電性基材の長尺方向にしたがい延長リードの長さが変化することが好ましい。
【００２０】
第１の発明では、延長リードは、１ないし複数の切り欠きを有することが好ましい。
【００２１】
第１の発明では、延長リードは、上記活物質層の側縁部の近傍に絶縁材を有することが好ましい。
【００２２】
第２の発明は、
導電性基材上に活物質層を有する正極および導電性基材上に活物質層を有する負極をセパレータを介して複数積層された積層電極体と、
積層された複数の正極のそれぞれから導出される複数の正極リードと、
積層された複数の負極のそれぞれから導出される複数の負極リードと、
電解質と、
積層電極体および電解質を収容する外装材とを備え、
複数の正極リードおよび複数の負極リードは、積層電極体の異なる位置からそれぞれ導出され、
複数の正極リードまたは複数の負極リードのうちの少なくとも一方は、複数の導電性基材のそれぞれにおいて、活物質層の形成されていない拡張領域として設けられた複数の延長リードで、
活物質層の充填率が７０％以上である
ことを特徴とする電池である。
【００２３】
第２の発明では、複数の延長リードの長さは、互いに異なるものとされることが好ましい。
【００２４】
第２の発明では、複数の延長リードは、１ないし複数の切り欠きを有することが好ましい。
【００２５】
第２の発明では、複数の延長リードは、上記活物質層の側縁部の近傍に絶縁材を有することが好ましい。
【００２６】
第２の発明では、複数の延長リードは、積層電極体の積層方向の一面側で束ねられ、積層方向の他面側に向かって折り返されるが好ましい。
【００２７】
第３の発明は、
導電性基材の長尺方向と平行となる両側縁の一方に沿って所定の幅の活物質未塗布領域を形成するようにして活物質を塗布する工程と、
活物質未塗布領域に保護部材を位置させた状態で、活物質を有する導電性基材を長尺方向にローラプレス機によって圧縮処理して活物質層を形成させる工程と、
活物質未塗布領域から保護部材をとり除き、活物質未塗布領域を延長リードとする工程と、
正極および負極を外装材に収容する工程と、を有する
ことを特徴とする電池の製造方法である。
【００２８】
第３の発明では、活物質層の充填率が７０％以上であることが好ましい。
【００２９】
この発明の第１および第２の発明では、電極集電体の一側縁を延長させた延長リードを集電リードとして用いることにより、電極集電体とは別に集電リードを接続させて用いる場合に比べ、電極を巻回あるいは積層した際の電極体の厚みを減らすことができる。また、このような構成の電極において、活物質層の充填率の高い電極を用いることができる。さらに、電極において電極集電体を流れる電子が延長リードに至るまでの距離を比較的短くすることができるので、電池の内部抵抗を小さくすることができると共に、集電性能を向上させることができる。
【００３０】
この発明の第３の発明では、電極集電体の長尺方向と平行に設けられた活物質未塗布領域に保護部材を設けてローラプレス機により圧縮処理することにより、電極集電体に強い圧縮力を加えても、電極集電体における活物質未塗布部のダメージを減らすことができる。
【発明の効果】
【００３１】
この発明によれば、電池において高出力特性を得ることができ、且つ高エネルギー密度化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
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。
【００３３】
（１）第１の実施形態
図１は、この発明の第１の実施形態による電池の断面構造を表している。この電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、外装材であるほぼ中空円柱状の電池缶２０の内部に、帯状の正極１１と帯状の負極１２とがセパレータ１３を介して巻回された巻回電極体１０を有している。
【００３４】
電池缶２０は、例えばニッケル（Ｎｉ）のめっきがされた鉄（Ｆｅ）により構成されており、両端部が開放された円筒状の形状である。電池缶２０の一方の開放端部には、トップカバー５０と、このトップカバー５０の内側に設けられた安全弁機構４０および熱感抵抗素子（Positive Temperature Coefficient；ＰＴＣ素子）４４とが、ガスケット６０を介してかしめられることにより取り付けられている。なお、図示はしないが、巻回電極体１０と安全弁機構４０との間に、巻回電極体１０の巻回周面に対して垂直に絶縁板を設けてもよい。
【００３５】
図２は、安全弁機構４０の半部の斜視図の一例である。安全弁機構４０は、アルミニウム等からなる金属材料からなる安全弁４１と、アルミニウム等の金属材料からなる支持ホルダ４２とが絶縁ホルダ４３を介して嵌合されることにより構成される。安全弁４１は、底部の中心に巻回電極体１０側に突出した突出部４１ａを有しており、突出部４１ａが支持ホルダ４２の底部の中心に形成された開口４２ａに挿入される。突出部４１ａと開口４２ａとの間には、例えば正極１１から導出される延長リード（以下、正極延長リード１１ｃと称する）が挟まれ、安全弁４１と支持ホルダ４２とが一体化されることによりかしめられて安全弁４１に接続されることが好ましい。このように正極延長リード１１ｃが安全弁４１に接続されることにより、トップカバー５０と電気的に接続される。また、突出部４１ａに対して正極延長リード１１ｃを溶接により接続させてもよい。安全弁４１の外周には、ＰＴＣ素子４４を介在させて電池蓋５０との電気的接続を確保するためのフランジ部４１ｂが設けられ、支持ホルダ４２には、側壁に複数の通気孔としての開口が形成されている。
【００３６】
安全弁機構４０では、内部短絡あるいは外部などの加熱等によって電池の内圧が上昇して所定値に達すると、支持ホルダ４２の開口４２ｂを通じて上昇した内圧が安全弁４１に伝えられる。安全弁４１は、その内圧によりトップカバー５０側に変形する。その結果、電池内圧が緩和されると共に、安全弁４１と正極延長リード１１ｃとの電気的接続が遮断され、トップカバー５０と巻回電極体１０との電気的接続が断たれる。ＰＴＣ素子４４は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット６０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。
【００３７】
トップカバー５０は、電池の正極端子として機能し、例えばニッケル（Ｎｉ）のめっきがされたステンレス鋼により構成される。
【００３８】
電池缶２０の他方の開放端部には、ボトムカバー５１が、負極１２から延長される延長リード（以下、負極延長リード１２ｃと称する）を介してかしめられることにより取り付けられている。このとき、電池缶２０に対して例えばボトムカバー５１の端部が外側に向かうようにしてかしめることにより、簡単に取り付けることができる。これにより、電池缶２０と負極延長リード１２ｃとが電気的に接続され、電池缶２０は負極端子として機能する。ボトムカバー５１は、例えば、電池缶２０と同様の材料により構成されている。このように電池缶２０の両端開口部は、トップカバー５０およびボトムカバー５１により閉塞され、電池缶２０の内部は密閉される。
【００３９】
巻回電極体１０は、帯状の正極１１と負極１２とがセパレータ１３を介してセンターピン１５を中心として巻回され、セパレータ１３に液状の電解質である電解液が含浸されたものである。以下、正極１１および負極１２の構成について説明する。
【００４０】
[正極]
正極１１は、導伝性基材である帯状の正極集電体１１ａと、この正極集電体１１ａの両面に形成された正極活物質層１１ｂとからなる。なお、正極集電体１１ａの片面のみに正極活物質層１１ｂが設けられた領域を有するようにしてもよい。
【００４１】
正極集電体１１ａは、例えばアルミニウム（Ａｌ）などからなる金属箔である。図３Ａに示すように、正極集電体１１ａの長尺方向と平行となる両側縁の一方は短尺方向に延長され、活物質未塗布領域である正極延長リード１１ｃを形成する。なお、図中の矢印は、正極１１および負極１２の巻回方向を示す。この正極延長リード１１ｃは、正極１１が巻回されて巻回電極体１０を形成後に中央で束ねられ、安全弁４１と接続される。正極延長リードの長さは、例えば正極活物質層１１ｂの端部から安全弁４１までの間を接続できる長さであればよく、電池の大きさ等に対応じて適宜設定される。
【００４２】
正極集電体１１ａの長尺方向と平行する一側縁部が正極延長リード１１ｃとして機能することにより、正極リードを正極集電体とは別に設け、これらを溶接等により接続する必要がなくなり、製造工程の手間を削減することができる。また、正極１１を巻回したときに、溶接等により設けられた正極リードの厚み分の容積を減らすことが可能となり、巻回電極体１０において巻回できる層数が増えるため、電池のエネルギー密度を向上させることができる。また、正極１１のいずれの位置においても正極延長リード１１ｃまでの距離が比較的近くなるため、電池の内部抵抗が小さくなると共に集電性能が向上し、高出力の電池を得ることが可能となる。
【００４３】
正極活物質層１１ｂは、例えば、正極活物質を含んでおり、必要に応じてグラファイトなどの導電剤と、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。なお、正極活物質と、必要に応じて導電剤および決着剤とを合わせたものを、以下では正極合剤と適宜称する。
【００４４】
正極活物質としては、ＬｉxＭＯ2（式中、Ｍは、一種以上の遷移金属を表し、ｘは、電池の充放電状態によって異なり、通常０．０５以上１．１０以下である）を主体とする、リチウムと遷移金属との複合酸化物が用いられる。リチウム複合酸化物を構成する遷移金属としては、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）等が用いられる。
【００４５】
このようなリチウム複合酸化物として、具体的には、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＮｉyＣｏ1-yＯ2（０＜ｙ＜１）等が挙げられる。また、遷移金属元素の一部を他の元素に置換した固溶体も使用可能である。ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.5Ｏ2、ＬｉＮｉ0.8Ｃｏ0.2Ｏ2等がその例として挙げられる。これらのリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度が優れたものである。さらに、正極活物質としてＴｉＳ2、ＭｏＳ2、Ｖ2Ｏ5等のリチウムを有しない金属硫化物または酸化物を使用しても良い。
【００４６】
また、導電剤としては、例えばカーボンブラックあるいはグラファイトなどの炭素材料等が用いられる。また、結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド等が用いられる。
【００４７】
ここで、正極活物質層１１ｂの充填率は、７０％以上である。正極活物質層１１ｂの充填率とは、正極活物質層１１ｂの体積当たりにおける正極合材の体積が占める割合で、以下の式１により求められる。充填率を７０％以上と高くすることにより、電池のエネルギー密度を向上させることができる。また、充填率が７０％未満である場合には、電池のエネルギー密度を向上させることが難しくなる。
（式１）
充填率［％］＝（正極合剤の体積）／（正極活物質層の体積）×１００
【００４８】
正極合剤の体積は、例えば正極活物質、導電剤および結着剤の重量をそれぞれの真密度で割り、それらを合算することにより求められる。
【００４９】
なお、正極活物質層１１ｂの充填率が７０％以上とは、正極活物質層１１ｂの空隙率が３０％未満のことであり、空隙率は以下の式２により求められる。
（式２）
空隙率[％]＝１００−充填率[％]
【００５０】
[負極]
負極１２は、導伝性基材である帯状の負極集電体１２ａと、この負極集電体１２ａの両面に形成された負極活物質層１２ｂとからなる。なお、負極集電体１２ａの片面のみに負極活物質層１２ｂが設けられた領域を有するようにしてもよい。
【００５１】
負極集電体１２ａは、例えば銅（Ｃｕ）箔などからなる金属箔である。図３Ｂに示すように、負極集電体１２ａの長尺方向と平行となる両縁側の一方は短尺方向に延長され、活物質未塗布領域である負極延長リード１２ｃを形成する。この負極延長リード１２ｃは、負極１２が巻回されて巻回電極体１０を形成後、例えば電池缶２０とボトムカバー５１との間に挟まれてかしめられることにより電池缶２０と接続されることが好ましい。また、負極延長リード１２ｃが電池缶５０に溶接により接続されてもよい。負極延長リードの長さは、例えば負極活物質層１２ｂの端部から電池缶２０の端部でかしめられる程度の長さであればよく、電池の大きさ等に応じて適宜設定される。
【００５２】
負極集電体１２ａの長尺方向と平行する一側縁が負極延長リード１２ｃとして機能することにより、正極延長リード１１ｃと同様に、負極リードを負極集電体１２ａとは別に設け、これらを溶接等により接続する必要がなくなり、製造工程の手間を削減することができる。また、電池のエネルギー密度を向上させることができると共に、電池の高出力化を図ることができる。
【００５３】
負極活物質層１２ｂは、例えば、負極活物質と、必要であれば導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。なお、負極活物質と、必要であれば導電剤と、結着剤とを合わせたものを、以下では負極合剤と適宜称する。
【００５４】
負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金またはリチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料または金属系材料と炭素系材料との複合材料が用いられる。具体的に、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料としてはグラファイト、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素等が挙げられ、より具体的には熱分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス）、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの）、炭素繊維、活性炭等の炭素材料を使用することができる。さらに、リチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、ポリアセチレン、ポリピロール等の高分子やＳｎＯ2等の酸化物を使用することができる。
【００５５】
また、リチウムを合金化可能な材料としては多様な種類の金属等が使用可能であるが、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）およびこれらの合金がよく用いられる。金属リチウム（Ｌｉ）を使用する場合は、必ずしも粉体を結着剤で塗布膜にする必要はなく、圧延したリチウム（Ｌｉ）金属板でも構わない。
【００５６】
結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、スチレンブタジエンゴム等が用いられる。
【００５７】
ここで、負極活物質層１２ｂの充填率は、７０％以上である。負極活物質層１２ｂの充填率とは、負極活物質層１２ｂの体積当たりにおける負極合材の体積が占める割合で、上述した正極活物質層１１ｂにおいて求められた充填率と同様の方法で求められる。充填率を７０％以上と高くすることにより、電池のエネルギー密度を向上させることができる。また、充填率が７０％未満である場合には、電池のエネルギー密度を向上させることが難しくなる。
【００５８】
例えば、負極合剤１０ｇに対して、黒鉛と気相成長黒鉛と結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を９３：３：４の重量比で含む場合、黒鉛の真密度が約２．２６ｃｍ3で、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）の真密度が約１．８２ｃｍ3であることから、負極合剤の体積は以下の（例１）ようにして求められる。
（例１）
９．３／２．２６＋０．３／２．２６＋０．４／１．８２≒４．４６７[ｃｍ3]
【００５９】
そして、このような負極合剤を含む負極活物質層１２ｂの大きさが、例えば幅４ｃｍ、長さ１５ｃｍ、厚み１００μｍであれば、負極活物質層１２ｂの体積は６ｃｍ3であるので、充填率は以下の（例２）の式により求められる。
（例２）
充填率［％］＝４．４６７／６×１００＝７４．４５[％]
【００６０】
［電解質］
電解質は、リチウムイオン電池に一般的に使用される電解質塩と非水溶媒が使用可能である。非水溶媒としては、具体的には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、またはこれらの炭酸エステル類の水素をハロゲンに置換した溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は１種類を単独で用いてもよいし、複数種を所定の組成で混合してもよい。
【００６１】
電解質塩としては、上記非水溶媒に溶解するものが用いられ、カチオンとアニオンが組み合わされてなる。カチオンにはアルカリ金属やアルカリ土類金属が用いられる。アニオンには、Ｃｌ-、Ｂｒ-、Ｉ-、ＳＣＮ-、ＣｌＯ4-、ＢＦ4-、ＰＦ6-、ＣＦ3ＳＯ3-等が用いられる。具体的には、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2、ＬｉＮ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2、ＬｉＣｌＯ4等が挙げられる。電解質塩濃度としては、上記溶媒に溶解することができる濃度であれば問題ないが、リチウムイオン濃度が非水溶媒に対して０．４ｍｏｌ／ｋｇ以上、２．０ｍｏｌ／ｋｇ以下の範囲であることが好ましい。
【００６２】
[セパレータ]
セパレータ１３は、例えばポリプロピレン（ＰＰ）あるいはポリエチレン（ＰＥ）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。中でも、ポリエチレン、ポリプロピレンの多孔質フィルムが最も有効である。
【００６３】
一般的にセパレータ１３の厚みは５〜５０μｍが好適に使用可能であるが、７〜３０μｍがより好ましい。セパレータ１３は、厚すぎると活物質の充填量が低下して電池容量が低下するとともに、イオン伝導性が低下して電流特性が低下する。逆に薄すぎると、膜の機械的強度が低下する。
【００６４】
次に、この発明の第１の実施形態に適用可能な円筒型の電池の作製方法について説明する。
【００６５】
[正極作製工程]
上述の正極活物質、結着材、導電材を均一に混合して正極合剤とし、この正極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などの溶剤中に分散させて正極合剤スラリーとする。次に、この正極合剤スラリーを例えばドクターブレード法等により正極集電体１１ａに塗布する。その際、正極集電体１１ａの長尺方向と平行となる両側縁の一方に沿った所定の幅の領域を除いて正極合剤スラリーを塗布し、正極集電体１１ａにおいて活物質未塗布領域を設けるようにする。その後、正極合剤スラリーの溶剤を乾燥させる。
【００６６】
次に、図４に示すように、正極集電体１１ａにおける活物質未塗布領域にテープ状の保護部材６１を位置させた状態で、正極集電体１１ａの長尺方向にローラプレス機６２により圧縮成型し、充填率が７０％以上（空隙率３０％未満）の正極活物質層１１ｂを形成させる。その後保護部材６１を活物質未塗布領域からとり除き、この活物質未塗布領域を正極延長リード１１ｃとする。具体的には、例えばロール状に巻かれた保護部材６１を活物質未塗布領域に位置するようにしてロールから繰り出し、正極１１と保護部材６１とを重ね合わせた状態でロールプレス６２により圧縮させる。その後、保護部材６１を再びロール状に巻きとることにより正極１１から保護部材６１がとり除かれ、正極延長リード１１ｃが形成される。
【００６７】
正極１１の圧縮工程では、正極活物質層１１ｂの充填率をより高めるために、正極１１とローラプレス機６２のロールとの両方またはどちらか一方を温めた状態で圧縮処理される。したがって、保護部材６１は耐熱性のある材質であることが好ましい。また、圧縮処理による線圧は非常に大きいことから、圧縮処理を繰り返しても変形し難く、柔軟性のある材質であることが好ましい。このような材質としては例えばフィルム性の材質が挙げられ、具体的にはチーグラー法により製造された超高分子量ポリエチレンフィルムが好適に用いられる。超高分子量ポリエチレンは分子量が１００万以上であれば、耐衝撃性、耐磨耗性、自己潤滑性、非吸水性を発揮するのでさらに好ましい。一般には分子量が大きくなるにしたがい、耐衝撃性、耐磨耗性などの機械的性質が向上することが知られているが、使用する超高分子量ポリエチレンのコストとの兼合い等で決定されるものでもある。また、保護部材６１は超高分子量ポリエチレンに限られるものではなく、超高分子タイプではない通常の高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロンやフェノール積層材、ポリアセタールなどを用いることもできる。
【００６８】
上述のように正極１１を圧縮処理することにより、正極１１が高密度化および平滑化され、正極活物質層１１ｂの充填率を７０％以上（空隙率３０％未満）とすることができる。したがって、電池のエネルギー密度を向上させることができる。また、保護部材６１を活物質未塗布領域に位置させて正極１１を圧縮処理することにより、活物質未塗布領域である正極延長リードの彎曲や亀裂等の破損を防止することができる。すなわちこの方法によれば、正極１１の長尺方向と平行となる一側縁に正極延長リード１１ｃを設けられ、かつ正極活物質層１１ｂの充填率の高い正極１１を容易に作製することができ、工業化を実現できる。
【００６９】
正極１１に正極延長リード１１ｃを設ける他の方法としては、正極集電体１１ａに正極活物質層１１ｂを形成させ、圧縮処理により正極活物質層１１ｂの充填率を７０％以上とさせた後、溶媒槽に正極１１をくぐらせ、正極１１の長尺方向と平行となる両側縁の一方に沿った所定の幅の領域を断続的に超音波照射することにより超音波洗浄する方法が挙げられる。溶剤にはＮ-メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を用いるのが好ましい。また、この超音波洗浄における超音波照射は３００Ｗ以上の出力が好ましく、さらに、プローブ式を用いることにより正極１１の所定の領域にのみ効率的に超音波の振動を伝えることができるので好ましい。この方法においても、正極１１の長尺方向と平行となる一側縁に正極延長リード１１ｃを設けられ、かつ正極活物質層１１ｂの充填率の高い正極１１を作製することができる。
【００７０】
[負極作製工程]
上述の負極活物質と結着材とを均一に混合して負極合剤とし、この負極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などの溶剤中に分散させて負極合剤スラリーとする。次に、この負極合剤スラリーを例えばドクターブレード法等により負極集電体１２ａに塗布する。その際、負極集電体１２ａの長尺方向と平行となる両側縁の一方に沿った所定の領域を除いて負極合剤スラリーを塗布し、負極集電体１２ａにおいて活物質未塗布領域を設けるようにする。その後、負極合剤スラリーの溶剤を乾燥させる。
【００７１】
また、負極活物質層１２ｂは、例えば、気相法、液相法、焼成法により形成してもよく、それらの２以上を組み合わせてもよい。なお、気相法としては、例えば、物理堆積法あるいは化学堆積法を用いることができ、具体的には、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学気相成長）法あるいはプラズマＣＶＤ法等が利用可能である。液相法としては電解鍍金あるいは無電解鍍金等の公知の手法が利用可能である。焼成法に関しても公知の手法が利用可能であり、例えば、雰囲気焼成法、反応焼成法あるいはホットプレス焼成法が利用可能である。
【００７２】
その後、正極１１と同様に、負極集電体１２ａにおける活物質未塗布領域に保護部材６１を位置させて、負極集電体１２ａとローラプレス機６２のロールとの両方またはどちらか一方を熱した状態で負極集電体１２ａを長尺方向に圧縮処理後、成型し、負極活物質層１２ｂの充填率を７０％以上（空隙率３０％未満）とする。その後保護部材６１を活物質未塗布領域からとり除き、この活物質未塗布領域を負極延長リード１２ｃとする。また、上述した超音波洗浄する方法により負極１２に負極延長リード１２ｃを設けてもよい。
【００７３】
［電池組み立て工程］
上述のような正極１１と負極１２とを、図５に示すように重ね合わせる位置をずらすことによって正極延長リード１１ｃおよび負極延長リード１２ｃが両端に現れるようにして、セパレータ１３（図示せず）を介して積層して巻回することにより巻回電極体１０が作製される。
【００７４】
次に、図６に示すように例えば正極延長リード１１ｃを巻回電極体１０の中央で束ね、折り返すことにより正極延長リード１１ｃを一つにまとめる。その後、この正極延長リード１１ｃの先端部を安全弁４１と接続させる。これらを接続させる方法としては、例えば安全弁４１の突出部４１ａと支持ホルダ４２の開口４２ａとの間に挟んでかしめることにより、正極延長リード１１ｃと安全弁４１とを接続させることが好ましい。この時、正極延長リード１１ｃと突出部４１ａとを溶接してもよい。この方法によれば、正極延長リード１１ｃと安全弁４１とを簡単に接続することができるため、電池の生産効率を向上させることができる。また、正極延長リード１１ｃを安全弁４１の突出部４１ａと支持ホルダ４２の開口４２ａとの間に挟まず、正極リード部１１ｃを突出部４１ａに溶接により接続させてもよい。
【００７５】
次に、この巻回電極体１０を電池缶２０の内部に収納し、ボトムカバー５１と電池缶２０の一方の開口端部との間に例えば負極リード部１２ｃを挟んで、ボトムカバー５１の端部が例えば電池缶２０の外側に向かうようにしてかしめることにより、ボトムカバー５１および負極延長リード１２ｃを固定することが好ましい。この時、負極延長リード１２ｃの先端部をさらに溶接してもよい。この方法によれば、負極延長リード１２ｃと電池缶２０とを簡単に接続することができるため、電池の生産効率を向上させることができる。負極延長リード１２ｃを電池缶２０とボトムカバー５１との間に挟まず、ボトムカバー５１あるいは電池缶２０に溶接により接続させてもよい。
【００７６】
次に、電解液を電池缶２０の内部に注入し、電解液をセパレータ１３に含浸させる。次に、電池缶２０の他方の開口端部にトップカバー５０、安全弁機構４０および熱感抵抗素子４４を、ガスケット６０を介してかしめることにより固定し、第１の実施形態による電池が作製される。
【００７７】
第１の実施形態による電池は、以下の効果を得ることができる。正極集電体１１ａまたは負極集電体１２ａの長尺方向と平行となる両側縁の一方を短尺方向に延長させて正極延長リード１１ｃまたは負極延長リード１２ｃが形成されるので、電池の内部抵抗が小さくなると共に集電性能が向上し、電池の高出力化を実現できる。
【００７８】
また、電極の短尺方向と平行となる一側縁に活物質未塗布領域を設けて集電リードを溶接する従来の電池に比べて、溶接された集電リードの分の厚みを減らすことができ、巻回電極体２０の巻回数を増やすことができる。また、電極の短尺方向と平行に活物質未塗布領域を設ける必要がないので、活物質層を形成させる面積を増やすことができる。さらに、このような構成の正極１１および負極１２において、正極活物質層１１ｂおよび負極活物質層１２ｂの充填率を７０％以上と高くすることができる。したがって、電池のエネルギー密度を向上させることができる。
【００７９】
（２）第２の実施形態
次に、図７および図８を参照しながら、この発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の電池は、上述した第１の実施形態と同様の巻回形の電池である。なお、上述の第１の実施形態と同様の部分は同一の符号を付してその説明を省略する
【００８０】
図７Ａに示すように、正極集電体１１ａの長尺方向と平行となる両側縁の一方は短尺方向に延長され、活物質未塗布領域である正極延長リード１１ｃ’が形成される。この正極延長リード１１ｃ’の長さは、正極延長リード１１ｃ’の接続される位置との距離が長い場合には長くされ、接続される位置との距離が短い場合には短くされるように、正極集電体１１ａの長尺方向にしたがって長さが徐々に変化する。すなわち正極延長リード１１ｃ’では、例えば巻回方向の内側から外側にしたがい、正極延長リード１１ｃ’の長さが長くなっていることが好ましい。これにより、巻回電極体２０を形成した際、巻回電極体２０の内側の層から導出される正極延長リード１１ｃ’が外側の層から導出される正極延長リード１１ｃ’よりも短くなり、正極延長リード１１ｃ’を中央で束ねやすくなる。また、束ねた際に生じる正極延長リード１１ｃ’の余分な厚みを減らすことができる。なお、図中の矢印は、正極１１の巻回方向を示す。
【００８１】
正極延長リード１１ｃ’において、正極活物質層１１ｂの側縁部の近傍に、すなわち正極活物質層１１ｂに沿うように絶縁材１７を設けてもよい。絶縁材１７は、例えば絶縁性のテープを用いることができる。絶縁材１７を設けることにより、巻回電極体１０において隣接する巻回層の間が絶縁され、内部短絡を防止することができる。
【００８２】
図７Ｂに示すように、負極集電体１２ａの長尺方向と平行となる両側縁の一方は短尺方向に延長され、負極延長リード１２ｃ’が形成される。この負極延長リード１２ｃ’の長さは、負極延長リード１１ｃ’の接続される位置との距離が長い場合には長くされ、接続される位置との距離が短い場合には短くされるように、負極集電体１２ａの長尺方向にしたがって徐々に変化する。すなわち負極延長リード１２ｃ’では、例えば巻回方向の内側から外側にしたがい、負極延長リード１２ｃ’の長さが短くなっていることが好ましい。これにより、巻回電極体２０を形成した際、巻回電極体２０の内側の層から導出される負極延長リード１２ｃ’が外側の層から導出される負極延長リード１２ｃ’よりも長くなり、負極延長リード１２ｃ’を束ねて電池缶２０とボトムカバー５１との間でかしめやすくなる。また、負極延長リード１１ｃ’を電池缶２０とボトムカバー５１との間に挟んでかしめた際に生じる余分な厚みを減らすことができる。なお、図中の矢印は、負極１２の巻回方向を示す。
【００８３】
正極１１と同様に、負極延長リード１２ｃ’において、負極活物質層１２ｂの側縁部の近傍に、すなわち負極活物質層１２ｂに沿うように絶縁材１７を設けてもよい。
【００８４】
第２の実施形態による電池は、以下の方法により作製される。まず、上述の第１の実施形態と同様の方法によって作成された正極１１および負極１２について、長尺方向と平行となる一側縁に設けられた活物質未塗布領域を、長尺方向にしたがって長さが徐々に変化するようにそれぞれカットして調整し、正極延長リード１１ｃ’および負極延長リード部１２ｃ’とする。その後、正極延長リード１１ｃ’および負極延長リード１２ｃ’における活物質層の側縁部の近傍に、絶縁材１７を設けてもよい。
【００８５】
次に、図８に示すように正極延長リード１１ｃ’および負極延長リード１２ｃ’がそれぞれ両端から現れるようにして、正極１１と負極１２とをセパレータ１３（図示せず）を介して積層し、巻回することにより、巻回電極体１０が作製される。その後、第１の実施形態と同様の方法により、第２の実施形態による電池が作製される。
【００８６】
この発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて以下の効果を得ることができる。正極延長リード１１ｃ’および負極延長リード１２ｃ’の長さが正極１１および負極１２の長尺方向にしたがって徐々に変化するので、これらを束ねた際の厚みを減らすことができる。したがって、絶縁材１７を設けることによる厚みの増加を防止でき、さらに電池のエネルギー密度をより高めることも可能となる。
【００８７】
（３）第３の実施形態
次に、図９および図１０を参照しながら、この発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態の電池は、上述した第１の実施形態と同様の巻回形の電池である。なお、上述の第１の実施形態と同様の部分は同一の符号を付してその説明を省略する
【００８８】
図９Ａに示すように、正極集電体１１ａの長手方向と平行となる両側縁の一方には、切り欠きを有する正極延長リード１１ｃ’’が設けられる。この正極延長リード１１ｃ’’は、正極集電体１１ａの活物質未塗布領域である。正極延長リード１１ｃ’’の切り欠きの形状および大きさは特に限定されず、例えば矩形の切り欠きを設けることができる。また、正極延長リード１１ｃ’’の切り欠きの数は特に限定されるものではなく、１個設けられても複数個設けられてもよい。また、切り欠きが形成される間隔も特に限定されるものではなく、均等な間隔に設けられても不均等な間隔に設けられてもよい。このように切り欠きの設けられた正極延長リード１１ｃ’’を用いることにより、巻回電極体２０を形成した際、正極延長リード１１ｃ’’を中央で束ねやすくなる。また、束ねた際に生じる正極延長リード１１ｃ’’の厚みを減らすことができる。
【００８９】
正極延長リード１１ｃ’’において、正極活物質層１１ｂの側縁部の近傍に、すなわち正極活物質層１１ｂに沿うように絶縁材１７を設けてもよい。
【００９０】
図９Ｂに示すように、負極集電体１２ａの長尺方向と平行となる両側縁の一方には、切り欠きを有する負極延長リード１２ｃ’’が設けられる。この負極延長リード１２ｃ’’は、負極集電体１２ａの活物質未塗布領域である。正極延長リード１１ｃ’と同様に、負極延長リード１２ｃ’’の切り欠きの形状および大きさは特に限定されず、例えば矩形の切り欠きを設けることができる。また、負極延長リード１２ｃ’’切り欠きの数は特に限定されるものではなく、１個設けられても複数個設けられてもよい。また、切り欠きが形成される間隔も特に限定されるものではなく、均等な間隔に設けられても不均等な間隔に設けられてもよい。このように切り欠きの設けられた負極延長リード１２ｃ’’を用いることにより、負極延長リード１２ｃ’’を束ねて電池缶２０とボトムカバー５１との間に挟んでかしめやすくなる。また、束ねた際に生じる負極延長リード１２ｃ’’の厚みを減らすことができる。
【００９１】
正極１１と同様に、負極延長リード１２ｃ’’において、負極活物質層１２ｂの側縁部の近傍に、すなわち負極活物質層１２ｂに沿うように絶縁材１７を設けてもよい。
【００９２】
第３の実施形態による電池は、以下の方法により作製される。まず、上述の第１の実施形態と同様の方法によって作製された正極１１および負極１２について、長尺方向と平行となる一側縁に設けられた活物質未塗布領域に１ないし複数の例えば矩形の切り欠きを設け、残部を正極延長リード１１ｃ’’および負極延長リード１２ｃ’’とする。その後、正極延長リード１１ｃ’’および負極延長リード１２ｃ’’における活物質層の側縁部の近傍に、絶縁材１７を設けてもよい。
【００９３】
次に、図１０に示すように正極延長リード１１ｃ’’および負極延長リード１２ｃ’’がそれぞれ両端から現れるようにし、正極１１と負極１２とをセパレータ１３（図示せず）を介して積層し、巻回することにより、巻回電極体１０が作製される。その後、第１の実施形態と同様の方法により、第３の実施形態による電池が作製される。
【００９４】
この発明の第３の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて以下の効果を得ることができる。正極延長リード１１ｃ’’および負極延長リード１２ｃ’’が切り欠きを有することから、正極延長リード１１ｃ’’および負極延長リード１２ｃ’’を束ねた際の厚みを第２の実施形態における電池よりもさらに減らすことができる。したがって、絶縁材１７を設けることによる厚みの増加を防止でき、また、電池のエネルギー密度をより高めることも可能となる。さらに、切り欠きの数を必要に応じて減少させたり、切り欠きの大きさを小さくしたりすることにより、高出力特性を有する電池を作製することができる。
【００９５】
なお、図示はしないが、第２の実施形態のように延長リードの長さが長尺方向にしたがって徐々に変化する電極に、切り欠きを設ける構成としてもよい。
【００９６】
（４）第４の実施形態
次に、この発明の第４の実施形態について説明する。図１１に示すように、この電池は、積層電極体７０を防湿性ラミネートフィルムからなる外装材７９に収容し、積層電極体７０の周囲を溶着することにより封止してなる。積層電極体７０には、正極端子７５および負極端子７６が備えられ、これらの端子は、外装材７９に挟まれて外部へと引き出される。正極端子７５および負極端子７６のそれぞれの両面には、外装材７９との接着性を向上させるために樹脂片７７および樹脂片７８が被覆されている。
【００９７】
[外装材]
外装材７９は、例えば、接着層、金属層、表面保護層を順次積層した積層構造を有する。接着層は高分子フィルムからなり、この高分子フィルムを構成する材料としては、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）が挙げられる。金属層は金属箔からなり、この金属箔を構成する材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）が挙げられる。また、金属箔を構成する材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）以外の金属を用いることも可能である。表面保護層を構成する材料としては、例えばナイロン（Ｎｙ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が挙げられる。なお、接着層側の面が、積層電極体７０を収納する側の収納面となる。
【００９８】
積層電極体７０は、例えば矩形の正極７１と、矩形の負極７２とを矩形のセパレータ７３を介して複数積層されており、正極７１および負極７２の表面には、図示しないゲル状電解質が形成されている。積層電極体７０の一方の端面側には、それぞれの正極７１から導出される正極延長リード７１ｃが束ねられ、正極端子７７と接続される。積層電極体７０の他方の端面側には、それぞれの負極７２から伸びた負極延長リード７２ｃが束ねられ、負極端子７８と接続される。正極端子７７の材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）等の金属を用いることができ、負極端子７７の材料としては、例えば銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等を用いることができる。正極端子７７および負極端子７８のそれぞれの両面には、上述した外装材７９との接着性を向上させるために樹脂片７７および７８が被覆されている。
【００９９】
正極７１は、正極集電体７１ａと、この正極集電体７１ａの両面に形成された正極活物質層７１ｂとからなる。正極集電体７１ａの一側縁には、正極活物質層７１ｂの形成されていない拡張領域が正極延長リード７１ｃとして設けられる。正極延長リード７１ｃの長さは、例えば複数の正極延長リード７１ｃを一つに束ねられる長さであればよく、電池の大きさ等に応じて適宜設定される。
【０１００】
負極７２は、負極集電体７２ａと、この負極集電体７２ａの両面に形成された負極活物質層７２ｂとからなる。負極集電体７２ａの一側縁には、負極活物質層７２ｂの形成されていない拡張領域が負極延長リード７２ｃとして設けられる。負極延長リード７２ｃの長さは、例えば複数の負極延長リード７２ｃを一つに束ねられる長さであればよく、電池の大きさ等に応じて適宜設定される。
【０１０１】
正極集電体７１ａ、正極活物質層７１ｂ、負極集電体７１ａ、および負極活物質層７２ｂは、上述の第１の実施形態における正極集電体１１ａ、正極活物質層１１ｂ、負極集電体１２ａ、および負極活物質層１２ｂと同様である。また、セパレータ７３も、上述の第１の実施形態におけるセパレータ１３と同様である。
【０１０２】
ゲル状電解質は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含む。ゲル状電解質は高いイオン伝導率を得ることができるとともに、電池の漏液を防止できるので好ましい。電解液の構成（すなわち液状の溶媒、および電解質塩）は、第１の実施形態と同様である。
【０１０３】
高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレンあるいはポリカーボネートを挙げることができる。特に電気化学的な安定性の点からは、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレンあるいはポリエチレンオキサイドが好ましい。
【０１０４】
次に、この発明の第４の実施形態による電池の製造方法について説明する。まず、上述の第１の実施形態と同様の方法により作製した正極７１および負極７２を所定の大きさに切り出し、正極延長リード７１ｃおよび負極延長リード７２ｃとして一側縁部に活物質の形成されていない拡張領域を有する正極７１および負極７２を作製する。次に、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させてゲル状電解質を形成する。
【０１０５】
次に、ゲル状電解質が形成された正極７１と負極７２とを、図１２に示すように重ね合わせる位置をずらすことによって正極延長リード７１ｃおよび負極延長リード７２ｃが積層電極体の異なる位置からそれぞれ現れるようにして、セパレータ７３（図示せず）を介して積層し、積層電極体７０とする。正極延長リード７１ｃおよび負極延長リード７２ｃは、例えば積層電極体７０の対向する両端面から導出される。
【０１０６】
次に、正極延長リード７１ｃおよび負極延長リード７２ｃの束ね方の一例を、図１３Ａ〜図１３Ｃに示す積層電極体７０の一部の断面図を用いて説明する。まず、図１３Ａに示すように積層電極体７０の対向する両端面からそれぞれ導出された正極延長リード７１ｃおよび負極延長リード７２ｃを、積層電極体７０の積層方向の一面側で重ねて集める。その後、図１３Ｂに示すように正極延長リード７１ｃおよび負極延長リード７２ｃを積層電極体７０の積層方向に沿わせて束ねる。この時、正極リード部７１ｃに正極端子７５を、負極リード部７２ｃに負極端子７６をスポット溶接または超音波溶接などにより接続してもよい。次に、束ねた正極延長リード７１ｃおよび負極延長リード７２ｃを、図１３Ｃに示すように積層電極体７０の積層方向の他面側に向かって折り返す。このように、正極延長リード７１および負極延長リードを束ねて折り返すことにより、これらを束ねたときの厚みを減少させることができるため、電池のエネルギー密度の向上を図ることができる。なお、正極延長リード７１ｃおよび負極延長リード７２ｃの束ね方は上述の方法に限られず、例えば正極延長リード７１ｃおよび負極延長リード７２ｃを折り返さなくてもよいし、また正極延長リード７１ｃおよび負極リード部７２ｃを積層電極体７０のどの位置で束ねてもよい。
【０１０７】
次に、ラミネートフィルムからなる外装材７９を深絞り加工することで凹部７９ａを形成し、積層電極体７０をこの凹部７９ａに挿入し、外装材７９の未加工部分を凹部７９ａ上部に折り返し、凹部７９ａの外周部分を熱溶着し密封する。以上により、第４の実施形態による電池が作製される。
【０１０８】
なお、電解液を用いた電池の場合は、外装材７９を熱溶着によって封止する前に電解液を注液する。積層電極体７０の周辺部の三辺を熱溶着した後、残る開口部から所定量の電解液を注液し、最後にこの開口部を熱溶着する。
【０１０９】
第４の実施形態による電池は、以下の効果を得ることができる。正極集電体７１ａまたは負極集電体７２ａの一側縁に活物質層の形成されていない拡張領域を設けることによって正極延長リード７１ｃまたは負極延長リード７２ｃが形成されるので、電池の内部抵抗が小さくなると共に集電性能が向上し、電池の高出力化を実現できる。
【０１１０】
また、複数の電極の一端部にそれぞれ複数の集電リードを溶接する従来の積層型の電池に比べて、溶接された集電リード分の厚みを減らすことができ、積層電極体７０の積層数を増やすことができる。また、このような構成の正極７１および負極７２において、活物質層の充填率を７０％以上と高くすることができる。したがって、電池のエネルギー密度を向上させることができる。
【０１１１】
（５）第５の実施形態
次に、図１４を参照しながら、この発明の第５の実施形態について説明する。第５の実施形態の電池は、上述した第４の実施形態と同様の積層形の電池である。なお、上述の第４の実施形態と同様の部分は同一の符号を付してその説明を省略する
【０１１２】
図１４に示すように、積層される複数の正極７１の正極集電体７１ａの一側縁には、正極活物質層７１ｂの形成されていない拡張領域が設けられ、この拡張領域が複数の正極延長リード７１ｃ’とされる。この複数の正極延長リード７１ｃ’の長さは互いに異なり、例えば積層電極体７０の積層方向の上から下に向かって正極延長リード７１ｃ’の長さが徐々に長くなるように順次積層されることが好ましい。すなわち、束ねる位置からの距離が長い位置にある層ほど、正極延長リード７１ｃ’および負極延長リード７２ｃ’の長さが長くされることが好ましい。これにより、積層電極体を積層方向の一面側で束ね、他面側に向かって折り返した際に生じる正極延長リード７１ｃ’の厚み減らすことができる。
【０１１３】
正極延長リード７１ｃ’において、正極活物質層７１ｂの側縁部の近傍に、すなわち正極活物質層７１ｂに沿うように絶縁材１７を設けてもよい。絶縁材１７を設けることにより、積層電極体７０の端部において隣接する積層間が絶縁され、内部短絡を防止することができる。
【０１１４】
正極７１と同様に、積層される複数の負極７２のそれぞれの負極集電体７２ａの一側縁には、負極活物質層７２ｂの形成されていない拡張領域が設けられ、複数の負極延長リード７２ｃ’とされる。この複数の負極延長リード７２ｃ’の長さは互いに異なり、例えば積層電極体７０の積層方向の上から下に向かって負極延長リード７２ｃ’の長さが徐々に長くなるように順次積層されることが好ましい。
【０１１５】
負極延長リード７２ｃ’において、負極活物質層７２ｂの側縁部の近傍に、すなわち負極活物質層７２ｂに沿うように絶縁材１７を設けてもよい。
【０１１６】
第５の実施形態による電池は、以下の方法により作製される。まず、上述の第４の実施形態と同様の方法により正極７１および負極７２を作製する。その際、複数の正極延長リード７１ｃ’の長さが互いに異なるようにする。同様に、複数の負極延長リード７２ｃ’の長さが互いに異なるようにする。
【０１１７】
次に、図１４に示すように正極延長リード７１ｃおよび負極延長リード７２ｃが例えば積層電極体７０の対向する両端側から引き出されるようにして、正極７１と負極７２とをセパレータ７３（図示せず）を介して積層する。この時、例えば正極延長リード７１ｃ’および負極延長リード７２ｃ’の長さが長いものから短いものに向かって順次積層するようにする。次に、積層電極体７０の積層方向における正極延長リード７１ｃ’および負極延長リード７２ｃ’の長さが短い方の一面側で集めて束ね、正極延長リード７１ｃ’および負極延長リード７２ｃ’の長さが長い方の他面側に折り返す。その後、第４の実施形態と同様の方法により、第５の実施形態による電池が作製される。
【０１１８】
この発明の第５の実施形態によれば、第４の実施形態の効果に加えて以下の効果を得ることができる。複数の正極延長リード７１ｃ’および複数の負極延長リード７２ｃ’の長さが互いに異なるため、これらを折り返して束ねた際の厚みを減らすことができる。したがって、絶縁材１７を設けることによる厚みの増加を防止でき、さらに電池のエネルギー密度をより高めることも可能となる。
【０１１９】
（６）第６の実施形態
次に、図１５を参照しながら、この発明の第６の実施形態について説明する。第６の実施形態の電池は、上述した第４の実施形態と同様の積層形の電池である。なお、上述の第４の実施形態と同様の部分は同一の符号を付してその説明を省略する
【０１２０】
図１５に示すように、積層される複数の正極７１の正極集電体７１ａの一側縁には、正極活物質層７１ｂの形成されていない拡張領域がそれぞれ設けられ、さらにこの拡張領域に切り欠きが設けられることにより、複数の正極延長リード７１ｃ’’とされる。この複数の正極延長リード７１ｃ’’は、積層される各正極７１ごとに互いに異なる長さであり、例えば積層電極体７０の積層方向の上から下に向かって正極延長リード７１ｃ’’の長さが徐々に長くなるように順次積層されることが好ましい。これにより、積層電極体を積層方向の一面側で束ね、他面側に向かって折り返して束ねた際の厚みを減らすことができる。また、正極延長リード７１ｃ’’に設けられる切り欠きの位置は、積層される各正極７１ごとに異なる位置に設けられることが好ましい。これにより、複数の正極延長リード７１ｃ’’を束ねた際の重なり部分が減少し、厚みがより減少されるからである。なお、一つの正極７１当たりに設けられる切り欠きの形状および大きさは特に限定されるものではなく、例えば矩形の切り欠きを設けることができる。また、切り欠きの数も特に限定されるものではなく、一つの正極７１当たりに１個設けられても複数個設けられてもよい。また、切り欠きが形成される間隔も特に限定されるものではなく、均等な間隔に設けられても不均等な間隔に設けられてもよい。
【０１２１】
正極延長リード７１ｃ’’において、正極活物質層７１ｂの側縁部の近傍に、すなわち正極活物質層７１ｂに沿うように絶縁材１７を設けてもよい。
【０１２２】
積層される複数の負極７２の負極集電体７２ａの一側縁には、負極活物質層７２ｂの形成されていない拡張領域がそれぞれ設けられ、さらにこの拡張領域に切り欠きが設けられることにより、複数の負極延長リード７２ｃ’’とされる。この複数の負極延長リード７２ｃ’’は、正極延長リード７１ｃ’’と同様に、積層される各負極７２ごとに互いに異なる長さであり、例えば積層電極体７０の積層方向の上から下に向かって負極延長リード７２ｃ’’の長さが徐々に長くなるように順次積層されることが好ましい。また、負極延長リード７２ｃ’’に設けられる切り欠きの位置は、積層される各負極７２ごとに異なる位置に設けられることが好ましい。なお、一つの負極７２当たりに設けられる切り欠きの形状および大きさは特に限定されるものではなく、例えば矩形の切り欠きを設けることができる。また、切り欠きの数も特に限定されるものではなく、一つの負極７２当たりに１個設けられても複数設けられてもよい。また、切り欠きが形成される間隔も特に限定されるものではなく、均等な間隔に設けられても不均等な間隔に設けられてもよい。
【０１２３】
正極７１と同様に、負極延長リード７２ｃ’’において、負極活物質層７２ｂの側縁部の近傍に、すなわち負極活物質層７２ｂに沿うように絶縁材１７を設けてもよい。
【０１２４】
第６の実施形態による電池は、以下の方法により作製される。まず、上述の第５の実施形態と同様の方法により作製された正極７１および負極７２について、正極７１および負極７２の一側縁に形成された活物質未塗布領域に一ないし複数の切り欠きを設け、残部を正極延長リード７１ｃ’’および負極延長リード７２ｃ’’とする。その後、第５の実施形態と同様の方法により、第６の実施形態による電池が作製される。
【０１２５】
この発明の第６の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて以下の効果を得ることができる。切り欠きの設けられた正極延長リード７１ｃ’’および負極延長リード７２ｃ’’を用いることにより、これらを束ねた際の重なり部分が減少し、第５の実施形態における電池よりも、厚みをより減らすことができる。したがって、電池のエネルギー密度をより向上させることが可能となる。また、切り欠きの数を必要に応じて減少させたり、切り欠きの大きさを小さくしたりすることにより、高出力特性を有する電池を作製することができる。
【０１２６】
なお、図示はしないが、各正極７１および各負極７２に設けられた正極延長リード７１ｃおよび負極延長リード７２ｃの長さを互いに異なる長さとせず、切り欠きを設けるだけの構成としてもよい。
【実施例】
【０１２７】
この発明の具体的実施態様を以下に実施例をもって述べるが、この発明はこれに限定されるものではない。
【０１２８】
実施例１
実施例１では、電極集電体の長尺方向と平行となる両側縁の一方を延長リードとして用いる巻回形の電池についてそれぞれ検討した。以下、実施例１−１〜実施例１−８、比較例１−１〜比較例１−３について説明する。
【０１２９】
＜実施例１−１＞
[正極の作製]
活物質であるコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）粉末１００重量部と、導電剤としてケッチェンブラック１重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）２重量部とを混合し、正極合剤を調整した。次に、この正極合剤を溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に分散させて正極合剤スラリーとし、厚み１６μｍの帯状アルミニウム箔よりなる正極集電体の両面に均一に塗布した。この時、正極集電体の長尺方向と平行となる両側縁の一方に、幅３０ｍｍの活物質未塗布領域を設けた。続いて乾燥工程を経た後、活物質未塗布領域に超高分子量ポリエチレンフィルムを位置させて、ローラプレス機で活物質の塗布された正極集電体を厚さ方向に圧縮して正極活物質層を形成させた後、超高分子量ポリエチレンフィルムをとり除き、活物質未塗布領域を正極延長リードとした。その後、この正極を裁断する事により、正極活物質層の占める大きさが５６０ｍｍ×５６ｍｍで、正極の長尺方向と平行に設けられた正極延長リードの長さが３０ｍｍである実施例１−１の正極を作製した。なお、プレス後の正極活物質層の密度は、約３．５ｇ／ｃｍ3であった。また、上述の式１により求められる正極活物質層の充填率が７０％であることを確認した。
【０１３０】
[負極の作製]
負極活物質としてメソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）９６重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）４重量部とを混合し、溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に分散させて負極合剤スラリーとし、厚み１２μｍの帯状銅箔よりなる負極集電体の両面に均一に塗布した。その後乾燥工程を経てローラプレス機で活物質の塗布された負極集電体を厚さ方向に圧縮して負極活物質層を形成させた後、６１０ｍｍ×５８ｍｍの大きさに裁断して実施例１−１の負極を作製した。なお、プレス後の負極活物質層の密度は、約１．５８ｇ／ｃｍ3であった。また、上述の式１により求められる負極活物質層の充填率が７０％であることを確認した。その後、負極集電体の一端部にニッケル（Ｎｉ）製の負極リードを接続した。
【０１３１】
[電池組み立て工程]
以上のようにして作製した正極と、負極とをセパレータとして多孔性ポリエチレンフィルムを介して多数回巻回し、巻回電極体を作製した。次に、この巻回電極体を両端面が開放されている鉄製の電池缶に収納した。次に、正極延長リードを安全弁と支持ホルダとの間に挟んでかしめ、正極延長リードと安全弁とを接続した。また、負極リードを負極集電体から導出させてボトムカバーに溶接し、電池缶およびボトムカバーをかしめることにより固定した。その後、電池缶の内部に電解液を注入し、ガスケットを介して電池缶をかしめることにより、安全弁機構、熱感抵抗素子およびトップカバーを固定し、外径１８ｍｍ、高さ６５０ｍｍの実施例１−１の電池を作製した。電解液には、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを１：１の体積比で混合した溶媒に、電解質塩としてＬｉＰＦ6を１．０ｍｏｌ／ｌとなるように溶解させたものを用いた。
【０１３２】
＜実施例１−２＞
実施例１−１において、正極延長リードを安全弁と支持ホルダとの間に挟まず、正極延長リードと安全弁とを溶接のみにより接続した。その他は実施例１−１と同様にして、実施例１−２の電池を作製した。
【０１３３】
＜実施例１−３＞
実施例１−１において、正極延長リードを安全弁と支持ホルダとの間に挟んでかしめ、さらに溶接することにより正極延長リードと安全弁機構とを接続した。その他は実施例１−１と同様にして、実施例１−３の電池を作製した。
【０１３４】
＜実施例１−４＞
実施例１−３において、正極延長リードの長さを巻回電極体の巻回方向にしたがい徐々に長くなるようにカットして調節した。その他は実施例１−３と同様にして、実施例１−４の電池を作製した。
【０１３５】
＜実施例１−５＞
実施例１−４において、正極延長リードに矩形の切り欠きを設け、２０個の矩形の切り欠き残部からなる正極延長リードとした。その他は実施例１−４と同様にして、実施例１−５の電池を作製した。
【０１３６】
＜実施例１−６＞
実施例１−５において、正極活物質層の充填率を７５％とし、負極活物質層の充填率を８５％とした。その他は実施例１−５と同様にして、実施例１−６の電池を作製した。
【０１３７】
＜実施例１−７＞
実施例１−６の正極において、正極集電体に活物質未塗布領域を設けずに正極合剤を塗布し、これを乾燥工程を経た後ローラプレス機により圧縮し、５６０ｍｍ×５６ｍｍの大きさに裁断した。その他は実施例１−６の正極と同様にして、実施例１−７の正極を作製した。その後、正極集電体の一端部にアルミニウム（Ａｌ）製の正極リードを接続した。
【０１３８】
実施例１−６の負極において、負極集電体の長尺方向と平行となる両側縁の一方に、幅３０ｍｍの活物質未塗布領域を設け、活物質未塗布領域に超高分子量ポリエチレンフィルムを位置させて、ローラプレス機により圧縮した。その後、超高分子量ポリエチレンフィルムをとり除き、活物質未塗布領域を巻回電極体の巻回方向にしたがい徐々に短くなるようにカットして調節し、さらに矩形の切り欠きを設け、２０個の矩形の切り欠き残部からなる負極延長リードとした。負極集電体の一端部にはニッケル（Ｎｉ）製の負極リードを接続しなかった。その他は実施例１−６の負極と同様にして、実施例１−７の負極を作製した。
【０１３９】
実施例１−７の正極および実施例１−７の負極を用いて、巻回電極体を作製し、電池缶に収納した。次に、正極リードを正極集電体から導出させて、安全弁に溶接して接続した。また、負極延長リードを電池缶の開放部とボトム部との間に挟んでかしめ、さらに溶接することにより負極延長リードと電池缶とを接続させた。その他は実施例１−１における電池組み立て工程と同様にして、実施例１−７の電池を作製した。
【０１４０】
＜実施例１−８＞
実施例１−６の正極と、実施例１−７の負極とを用いて巻回電極体を作製し、電池缶に収納した。次に、正極延長リードを安全弁と支持ホルダとの間に挟んでかしめ、さらに溶接することにより、正極延長リードと安全弁とを接続した。また、負極延長リードを電池缶の開放部とボトム部との間に挟んでかしめ、さらに溶接することにより負極延長リードと電池缶とを接続させた。その他は実施例１−１における電池組み立て工程と同様にして、実施例１−８の電池を作製した。
【０１４１】
＜比較例１−１＞
実施例１−７の正極において、正極活物質層の充填率を７０％とした。その他は実施例１−７における正極と同様にして比較例１−１の正極を作製した。
【０１４２】
比較例１−１の正極と、実施例１−１の負極とを用いて巻回電極体を作製し、電池缶に収納した。正極リードを正極集電体から導出させて安全弁に溶接した。その他は実施例１−１における電池組み立て工程と同様にして、比較例１−１の電池を作製した。
【０１４３】
＜比較例１−２＞
実施例１−１において、正極活物質層の充填率を６９％とした。その他は実施例１−１と同様にして、比較例１−２の電池を作製した。
【０１４４】
＜比較例１−３＞
実施例１−７の負極において、負極延長リードの長さの調節を行わず、負極延長リードに切り欠きを設けなかった。また、負極活物質層の充填率を６９％とした。その他は実施例１−７の負極と同様にして、比較例１−３の負極を作製した。
【０１４５】
比較例１−１の正極と、比較例１−３の負極とを用いて、巻回電極体を作製し、電池缶に収納した。次に、正極リードを正極集電体から導出させて、安全弁に溶接して接続した。また、負極延長リードを電池缶の開放部とボトム部との間に挟んでかしめることにより、負極延長リードと電池缶とを接続させた。その他は実施例１−１における電池作製工程と同様にして、比較例１−３の電池を作製した。
【０１４６】
評価
以上のように作製した電池について、下記の方法により（ａ）定格エネルギー密度、（ｂ）負荷特性、および（ｃ）生産タクトを求めた。
【０１４７】
（ａ）定格エネルギー密度
上述の実施および比較例の電池のそれぞれについて、２３℃の雰囲気下で５００ｍＡで定電流充電を行い、充電電圧が４．２Ｖに達した時点で定電圧充電に切り替え、総充電時間が１０時間に達するまで充電を行った。次に、５００ｍＡでの放電を行い、電圧が２．５Ｖとなった時点で放電を終了して初期放電容量を測定し、定格容量とした。続いて、以下の式３により定格エネルギー密度を求めた。
（式３）
定格エネルギー密度［Ｗｈ／ｌ］＝平均放電電圧[Ｖ]×定格容量[ｍＡｈ]／電池体積[ｌ]
【０１４８】
（ａ）負荷特性
上述の実施例および比較例の電池のそれぞれについて、５００ｍＡで定電流充電を行い、充電電圧が４．２Ｖに達した時点で定電圧充電に切り替え、総充電時間が１０時間に達するまで充電を行った。その後、２５℃の雰囲気下で１０Ｃでの定電流条件で放電を行い、電圧が２．５Ｖとなった時点で放電を終了して放電容量を測定し、１０Ｃでの放電容量とした。続いて、以下の式４により維持率を測定した。なお、１Ｃとは電池の定格容量を１時間で放電させる電流値のことであり、１０Ｃとは定格容量を６分で放電させる電流値である。
（式４）
維持率[％]＝１０Ｃでの放電容量[ｍＡｈ]／定格容量[ｌ]×１００
【０１４９】
（ｃ）生産タクト
生産タクトとして、正極および負極を圧縮成形後から、巻回電極体を作製して電池缶に収容し、電池として完成するまでの、電池１個当たりに要する時間を測定した。なお、延長リードの長さを調節したり切り欠きを設ける場合は、その作業工程の時間も含めるものとする。
【０１５０】
なお、巻回形の電池において、定格エネルギー密度は５７０Ｗｈ／ｌ以上、負荷特性は７０％以上、生産タクトは４０秒以下を良品とした。
【０１５１】
測定結果を表１に示す。なお、表１において、延長リードの長さの調節とは、延長リードを長尺方向にしたがって徐々に変化するようにしたものを示す。また、接続方法とは、正極延長リードまたは負極延長リードをそれぞれ安全弁または電池缶に接続させて導電性を持たせた際に用いられた方法を示す。
【０１５２】
【表１】
2008066040.tif 000003
【０１５３】
表１に示すように、実施例１−１、実施例１−３〜実施例１−８の電池は、定格エネルギー密度、負荷特性、および生産タクトのいずれの結果においても優れた値を示した。したがって、正極または負極のいずれか一方において延長リードを用いることで、定格エネルギー密度が高く、かつ高負荷特性を有する電池が得られ、さらにこの電池は生産効率も優れていることがわかった。実施例１−２の結果より、正極延長リードを溶接のみにより接続する場合は生産タクトが大きくなることから、正極延長リードを安全弁と支持ホルダとの間に挟んでかしめることにより、電池の生産性を向上させることができることがわかった。また、実施例１−３〜実施例１−５の結果より、延長リードの長さを調節すると定格エネルギー密度が向上し、さらに延長リードに切り欠きを設けると定格エネルギー密度がより向上することがわかった。また、実施例１−６〜実施例１−８の結果から、正極および負極の両方に延長リードを用いることにより、定格エネルギー密度および負荷特性がより向上し、生産タクトも低い値であることから生産効率も優れていることがわかった。
【０１５４】
一方比較例１−１は、定格エネルギー密度が低く、特に負荷特性において低い値を示した。また、生産タクトも高い値であることから、実施例の電池に比べて生産効率が劣ることがわかった。また、比較例１−２および比較例１−３より、延長リードを用いた電池でも、電極の充填率が７０％以下の場合は、定格エネルギー密度も低く、負荷特性も劣ることが分かった。
【０１５５】
以上の結果より、正極または負極のいずれか一方において、電極集電体の長尺方向と平行となる両側縁の一方を短尺方向に延長させて形成された延長リードを用い、且つ活物質層の充填率を７０％以上とすることにより、定格エネルギー密度および高負荷特性に優れ、さらに生産効率のよい電池を得られることがわかった。
【０１５６】
実施例２
実施例２では、電極集電体において活物質層未塗布領域である拡張領域を延長リードとする積層形の電池についてそれぞれ検討した。以下、実施例２−１〜実施例２−７、比較例２−１〜比較例２−３について説明する。
【０１５７】
＜実施例２−１＞
[正極の作製]
上述の実施例１−１と同様の方法で作製した正極を、正極活物質層の占める大きさが３２ｍｍ×４３ｍｍで、正極の一側縁に設けられる延長リードの長さが３０ｍｍの矩形にそれぞれ裁断し、１０枚の実施例２−１の正極を作製した。
【０１５８】
[負極の作製]
上述の実施例１−１と同様の方法で作製した負極を３４ｍｍ×４５ｍｍの矩形にそれぞれ裁断し９枚の負極を作製した。また、大きさは同様であるが両面塗布により作成した上述の９枚の負極とは別に、片面側のみ塗布した２枚の負極を用意した。その後、それぞれの負極集電体の一端部には、ニッケル（Ｎｉ）製の負極リードを溶接した。
【０１５９】
[ゲル電解質]
実施例１−１で用いた電解液をヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）が７％の割合で共重合されたポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）をマトリクスポリマーとして、ポリマー：電解液＝１：６の重量比で混合し、溶剤としてジメチルカーボネート（ＤＭＣ）を用いてゾル状の電解質を作製した。これを、正極および負極上に塗布した後、溶剤を揮発させて、ゲル電解質層を形成した。
【０１６０】
[電池組み立て工程]
以上のようにして作製した正極と、負極とをセパレータとして多孔性ポリエチレンフィルムを介して積層し、積層電極体を作製した。この時、片面側のみ塗布した２枚の負極を、塗布した部分を内側にして積層始めと積層終わりのそれぞれに用いた。また、正極延長リードおよび負極リードが積層電極体の対向する両端面からそれぞれ導出されるようにした。
【０１６１】
次に、この積層電極体をラミネートフィルムにて外装し、電池素子の周囲を封止して実施例２−１の電池を作製した。
【０１６２】
＜実施例２−２＞
実施例２−１において、複数の正極のそれぞれに形成される複数の正極延長リードを、互いに異なる長さとした。その他は実施例２−１と同様にして、実施例２−２の電池を作製した。
【０１６３】
＜実施例２−３＞
実施例２−２において、正極延長リードに切り欠きを設け、２０個の矩形の切り欠き残部からなる正極延長リードとした。その他は実施例２−２と同様にして、実施例２−３の電池を作製した。
【０１６４】
＜実施例２−４＞
実施例２−３において、正極延長リードの長さが積層電極体の積層方向の上から下に向かって長さが徐々に長くなるように積層させた。その後、正極延長リードを、積層電極体の積層方向における正極延長リードの短い一面側で集めて束ね、その後積層電極体の積層方向における正極延長リードの長い他面側に向かって折り返して外装した。その他は実施例２−３と同様にして、実施例２−４の電池を作製した。
【０１６５】
＜実施例２−５＞
実施例２−４において、正極活物質層の充填率を７５％とし、負極活物質層の充填率を８５％とした。その他は実施例２−４と同様にして、実施例２−５の電池を作製した。
【０１６６】
＜実施例２−６＞
実施例２−５の正極において、正極延長リードを設けず、３２ｍｍ×４３ｍｍの大きさに裁断した。その他は実施例２−５と同様にして、実施例２−６の正極を作製した。
それぞれの正極集電体の一端部に、アルミニウム（Ａｌ）製の正極リードを溶接した。
【０１６７】
上述の実施例１−７と同様の方法で作製した負極を、負極活物質層の占める大きさが３４ｍｍ×４５ｍｍで、負極の一側縁に設けられる負極延長リードの長さが互いに異なる長さとして矩形にそれぞれ裁断した。負極延長リードにさらに矩形の切り欠きを設け、２０本の切り欠き残部からなる負極延長リードとした。その他は実施例２−５と同様にして、実施例２−６の負極を作製した。
【０１６８】
実施例２−６の正極および実施例２−６負極を用いて、正極延長リードの長さが積層電極体の積層方向の上から下に向かって長さが徐々に長くなるように積層させた。負極延長リードを積層電極体の積層方向における負極延長リードの短い一面側で集めて束ね、その後積層電極体の積層方向における正極延長リードの長い他面側に向かって折り返した。その他は実施例２−１における電池作製工程と同様にして、実施例２−６の電池を作製した。
【０１６９】
＜実施例２−７＞
実施例２−５の正極および実施例２−６の負極を用いて、正極延長リードおよび負極延長リードの長さが積層電極体の積層方向の上から下に向かって長さが徐々に長くなるように積層させた。正極延長リードおよび負極延長リードを積層電極体の積層方向における延長リードの短い一面側で集めて束ね、その後積層電極体の積層方向における延長リードの長い他面側に向かってそれぞれ折り返した。その他は実施例２−１における電池作製工程と同様にして、実施例２−７の電池を作製した。
【０１７０】
＜比較例２−１＞
実施例２−６において、正極活物質層の充填率を７０％とした。その他は実施例２−６における正極と同様にして比較例２−１の正極を作製した。
【０１７１】
比較例２−１の正極と、実施例１−１の負極とを用いて、実施例２−１における電池組み立て工程と同様にして、比較例２−１の電池を作製した。
【０１７２】
＜比較例２−２＞
実施例２−１において、正極活物質層の充填率を６９％とした。その他は実施例２−１と同様にして、比較例２−２の電池を作製した。
【０１７３】
＜比較例２−３＞
実施例２−６の負極において、負極延長リードの長さをそれぞれ同じ長さとし、負極延長リードに切り欠きを設けなかった。また、負極活物質層の充填率を６９％とした。その他は実施例２−６と同様にして、比較例２−３の負極を作製した。
【０１７４】
比較例１−１の正極と、比較例１−３の負極とを用いて、実施例２−１における電池組み立て工程と同様にして、比較例２−３の電池を作製した。
【０１７５】
評価
以上のように作製した電池について、上述の実施例１と同様の方法により（ａ）定格エネルギー密度、（ｂ）負荷特性、および（ｃ）生産タクトを求めた。ただし、（ａ）定格エネルギー密度、（ｂ）負荷特性において、実施例１では充放電における電流値を５００ｍＡとして求めたものを、実施例２−１〜実施例２−７、比較例２−１〜比較例２−３ではそれぞれ２００ｍＡとして求めた。また、生産タクトは、正極および負極を圧縮成形後から、積層電極体を作製して外装材に収容し、電池として完成するまでに要する電池１個当たりの時間を測定した。実施例１と同様に、延長リードに切り欠きを設ける場合は、その作業工程の時間も含めるものとする。
【０１７６】
なお、積層形の電池において、定格エネルギー密度は４９０Ｗｈ／ｌ以上、負荷特性は７０％以上、生産タクトは４０秒以下を良品とした。
【０１７７】
測定結果を表２に示す。なお、表２において、延長リードの長さの調節とは、複数の延長リードの長さが互いに異なるものを示す。また、折り返しありとは、延長リードを束ねた際に折り返したものを示す。
【０１７８】
【表２】
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【０１７９】
表２に示すように、実施例２−１〜２−７の電池は、定格エネルギー密度、負荷特性、および生産タクトのいずれの結果においても優れた値を示した。したがって、正極または負極のいずれか一方に延長リードを用いることで定格エネルギー密度が高く、かつ高負荷特性を有する電池が得られ、さらにこの電池は生産効率も優れていることがわかった。実施例２−２〜実施例２−４の結果より、延長リードに切り欠きを設けることにより定格エネルギー密度が向上し、さらに延長リードを折り返して外装材に収容することにより、定格エネルギー密度がより向上することがわかった。また、実施例２−５〜実施例２−７の結果から、正極および負極の両方に延長リードを用いることにより、定格エネルギー密度および負荷特性がさらに向上し、生産タクトも低い値であることから生産効率も優れていることがわかった。
【０１８０】
一方比較例２−１は、定格エネルギー密度および負荷特性において低い値を示した。また、生産タクトが大きいことから、実施例の電池に比べて生産効率が劣ることがわかった。また、比較例２−２および比較例２−３より、延長リードを用いた電池でも、電極の充填率が７０％以下の場合は、定格エネルギー密度も低く、負荷特性も劣ることが分かった。
【０１８１】
以上の結果より、正極または負極のいずれか一方を、電極集電体において活物質層の形成されていない拡張領域である延長リードとして用い、且つ活物質層の充填率を７０％以上とすることにより、定格エネルギー密度および高負荷特性に優れ、さらに生産効率のよい電池を得られることがわかった。
【０１８２】
この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、その形状においては、特に限定されず、巻回電極体を角型の缶に収容してもよい。また、積層電極体の形状を多角形や円型にすることも可能である。
【０１８３】
また、上述した第１〜第６の実施形態では、この発明をリチウムイオン二次電池またはリチウムイオンポリマー二次電池に適用した場合について説明したが、この発明を他の非水電解質二次電池等にも適用可能である。加えて、この発明を二次電池に限らず、一次電池に適用してもよい。
【０１８４】
また、上述した第１および第３の実施形態において、活物質層の側縁部の近傍に絶縁材を設ける構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１８５】
【図１】この発明の第１の実施形態による円筒形リチウムイオン二次電池の一例の断面図である。
【図２】リチウムイオン二次電池における安全弁機構の構成部品の一例の斜視図である。
【図３】この発明の第１の実施形態による正極および負極の概略図である。
【図４】電極を作製する様子を示す模式図である。
【図５】この発明の第１の実施形態による巻回電極体を作製する様子を示す模式図である。
【図６】この発明の第１の実施形態による延長リードを束ねる様子を示す模式図である。
【図７】この発明の第２の実施形態による正極および負極の概略図である。
【図８】この発明の第２の実施形態による巻回電極体を作製する様子を示す模式図である。
【図９】この発明の第３の実施形態による正極および負極の概略図である。
【図１０】この発明の第３の実施形態による巻回電極体を作製する様子を示す模式図である。
【図１１】この発明の第４の実施形態によるリチウムイオン二次電池の構造の一例を示す模式図である。
【図１２】この発明の第４の実施形態による正極および負極の積層される様子を示す模式図である。
【図１３】この発明の第２の実施形態による延長リードを束ねる様子を示す模式図である。
【図１４】この発明の第５の実施形態による正極および負極の積層される様子を示す模式図である。
【図１５】この発明の第６の実施形態による正極および負極の積層される様子を示す模式図である。
【図１６】従来の円筒形リチウムイオン二次電池の一例の断面図である。
【図１７】従来の正極および負極の概略図である。
【符号の説明】
【０１８６】
１０、１０６・・・・巻回電極体
１１、７１、１０１・・・・正極
１１ａ、７１ａ、１０１ａ・・・正極集電体
１１ｂ、７１ｂ、１０１ｂ・・・正極活物質層
１１ｃ、７１ｃ・・・正極延長リード
１２、７２、１０２・・・負極
１２ａ、７２ａ、１０２ａ・・・負極集電体
１２ｂ、７２ｂ、１０２ｂ・・・負極活物質層
１２ｃ、７２ｃ・・・負極延長リード
１３・・・・セパレータ
１５・・・センターピン
１７・・・絶縁材
２０、１１０・・・電池缶
４０・・・安全弁機構
４１・・・安全弁
４２・・・絶縁ホルダ
５１・・・トップカバー
５２・・・ボトムカバー
６０・・・ガスケット
６１・・・保護部材
７０・・・積層電極体
１０３・・・正極リード
１０４・・・負極リード
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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