(57)【要約】【課題】電池に外的衝撃や荷重あるいは異常な温度が与えられても容易に正極と負極が接触しないような構造とし、安全性を向上させた捲回型電池を提供する。【解決手段】正極と負極とをこれらよりも幅の広いセパレータを介して捲回構成した捲回型電池の製造法であって、捲回構成の際に、一方の電極を幅方向で包み込むように電極の表裏に存在させたセパレータを一定間隔に熱溶着しつつ捲回したものであり、これにより、捲回型であってもセパレータにしわがよることなく溶着することが出来る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とをセパレータを介して捲回して電極群を構成する捲回型電池の製造法において、
前記電極群の捲回工程は、正極または負極のどちらか一方の極板の表裏に存在するセパレータ同士の両端を熱溶着しつつ捲回することを特徴とする捲回型電池の製造法。
【請求項２】
前記熱溶着は一定間隔でミシン目状に行なうことを特徴とする請求項１記載の捲回型電池の製造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池の製造法に関し、特にその電極群の捲回工程に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器のポータブル化、コードレス化が急速に進行している。その中で、特に普及の著しいノートパソコン、携帯電話、ＡＶ機器の電源には、従来の水溶液系二次電池（ニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル水素蓄電池）や、より小型・軽量・高エネルギー密度なリチウムイオン二次電池などの小型二次電池が主に採用されている。
【０００３】
そして機器の携帯性と多様化が増加する中、さらなる信頼性向上が小型二次電池には必要である。幾つかの課題があるが、特にその中でも、電池への異常な衝撃や異常な加熱によってセパレータが正極と負極との隔離を保てず、短絡箇所でジュール熱が発生するという課題があった。
【０００４】
セパレータは機械的かつ熱的に十分な強度を持って正極と負極の隔離を維持する機能が求められている。例えば、リチウムイオン二次電池に用いられているセパレータは一般的にポリエチレンやポリプロピレン製の微多孔膜であり、特に膜にテンションが掛かっていない限り加熱によって容易かつ大幅に収縮するという問題があった。
【０００５】
従来から、電池内の内部短絡を防ぐために、セパレータを溶着して極板を包むように構成する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
また、捲回後の電極群の上下部端面を熱溶着する構成も提案されている。（例えば特許文献２参照）
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６３−２３９７６６号公報
【特許文献２】
特開平１−１２２５７４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、セパレータを溶着して極板を包むように構成する方法は、極板が平板で積層するいわゆる積層型の電池においては構わないが、現在、主として使われている捲回型の電池では、捲回時にセパレータがしわになり、製造が困難になるという課題があった。
【０００８】
また、捲回後の電極群の上下部端面を熱溶着する構成は、端面にあるセパレータを連続して何重にも溶着するため、溶着による内部短絡を防ぐ効果と電解液の含浸性を両立させるのが困難であった。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決し、捲回が容易で、かつ確実な短絡の防止と優れた電解液の含浸性をもつ捲回型電池を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、捲回型電極群の構成工程において、正極または負極のどちらか一方の極板の表裏に存在するセパレータ同士の両端を熱溶着しつつ捲回するものとした。
【００１１】
これにより、捲回型電極群であってもセパレータにしわがよらないで溶着することが出来る。
【００１２】
また、熱溶着は、一定間隔でミシン目状に行なうことが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、正極と負極とをセパレータを介して捲回して電極群を構成する捲回型電池の製造法において、前記電極群の捲回工程は、正極または負極のどちらか一方の極板の表裏に存在するセパレータ同士の両端を熱溶着しつつ捲回することを特徴としたものであり、電池に異常な外的衝撃や荷重あるいは異常な温度が与えられても容易に正極と負極が接触しないという作用を有する。
【００１４】
また、熱溶着しつつ捲回することにより、捲回型電極群であってもセパレータにしわがよらないで溶着することが出来、電池缶への挿入が容易になり、電池の高容量化も図れるという効果もある。溶着は、一枚の極板の表裏の２枚のみの間で行なうため、全部を溶着しても一部に溶着しない部分を設けても良い。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の捲回型電池の製造法において、熱溶着は一定間隔でミシン目状に行なうこととしたものであり、電解液の含浸性が良く、高温下でのセパレータ収縮力が均等に分散し、セパレータ自身の機械的影響も少なくて良い。このミシン目状の間隔は、使用するセパレータおよび電解液により、安全性と電解液の含浸性を勘案して適宜選択できる。
【００１６】
【実施例】
以下、実施例について、リチウムイオン二次電池を例に挙げ、図１および図２を用いて詳細な説明する。
＜実施例電池Ａ＞
（正極の作製）
所定量のＬｉＣｏＯ2からなる正極活物質、アセチレンブラック（ＡＢ）からなる導電材、ＰＶｄＦからなる結着剤、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）からなる溶媒を混練分散して正極合剤ペーストを作製し、厚さ１５μｍのアルミニウム（Ａｌ）箔からなる集電体に塗着した。その後、乾燥と圧延を行い、所定の寸法に切断してリチウムイオン二次電池用正極板を作製した。尚、正極の幅は５４ｍｍである。
【００１７】
（負極の作製）
次に、グラファイトと結着材および増粘材と純水を用いて負極ペーストを作製し、厚さ１２μｍの銅（Ｃｕ）箔からなる集電体に塗着した。その後、乾燥と圧延を行い、所定の寸法に切断してリチウムイオン二次電池用負極板を作製した。尚、負極の幅は５６ｍｍである。
【００１８】
（電極群の作製）
次に正極板と負極板と厚さ２０μｍ、幅６０ｍｍの微多孔性ポリエチレン樹脂製のセパレータを用いて、図１のように電極群を構成した。正極１には、正極リード５が溶接され、負極２には負極リード６が溶接されている。まず、順に負極２、セパレータ３、正極１、セパレータ３を積層して捲回した。捲回の過程においては、正極１の表裏に存在しているセパレータ３同士の端部を１０ｍｍ間隔で３ｍｍ熱溶着させ、正極１を包み込むようにさせた。４がセパレータ熱溶着部である。得られた電極群を実施例電極群Ａとした。
【００１９】
得られた実施例電極群Ａを円筒型の金属ケースに収納した後、正極リード５は封口板と、負極リード６は金属ケースと電気的に接続となるように溶接した。その後電解液を注液し、封口板で封口した。封口後、所定時間放置させ、さらに所定の電気量を充電してリチウムイオン二次電池を作製した。この電池は直径１８ｍｍ、総高６５ｍｍで電池容量が１８００ｍＡｈであり、実施例電池Ａとした。
＜実施例電池Ｂ＞
図２に示すように、実施例電池Ａと同じ正極１と負極２とセパレータ３を用い、順にセパレータ３、負極２、セパレータ３、正極１を積層して捲回した。捲回の過程においては、負極２の表裏に存在しているセパレータ３同士の端部を１０ｍｍ間隔で２ｍｍ熱溶着させ、負極２を包み込むようにした。得られた電極群を実施例電極群Ｂとした。
【００２０】
以降、実施例電池Ａと同様にして実施例電池Ｂを作製した。
＜比較例電池Ａ＞
正極板と負極板とを厚さ２０μｍ、幅６０ｍｍの微多孔性ポリエチレン樹脂製のセパレータを介して捲回した電極群を比較例電極群Ａとした。比較例電極群Ａは実施例電極群ＡまたはＢのように電極群端部のセパレータには熱溶着が施されていない。これを金属ケースに挿入した後、実施例電池と同様に電池を完成させ、比較例電池Ａとした。
＜電池の安全性評価＞
（耐熱試験）
電池を１．８Ａの電流で４．２Ｖまで充電し、以降、電池の電圧が４．２Ｖを維持するように充電電流値を減衰させ、充電電流値が０．１Ａになるまで充電した。
【００２１】
充電状態の実施例電池Ａ、Ｂおよび比較例電池Ａをそれぞれ昇温炉に投入し、２０℃から１５０℃まで５℃／分の速度で昇温炉を昇温した。昇温炉が１５０℃に到達した後は、炉内温度が１５０℃を維持させた。
【００２２】
尚、電池には試験中の挙動を観測するため電池温度測定用に、表面に熱電対を取りつけた。
【００２３】
耐熱試験の安全性については、１５０℃に到達してから３時間とした。
＜評価結果＞
比較例電池１は電池温度が１５０℃に到達してから約３０分後に急激に温度が上昇した。
【００２４】
一方、本発明である実施例電池ＡおよびＢは１５０℃に到達した後に温度上昇が観測されず、試験中異常がなかった。比較例電池は昇温過程でセパレータが幅方向に収縮したため正極と負極が局所で短絡し、短絡ジュール熱によって電池の熱暴走温度に達したと推定できた。他方、実施例電池は電極を挟むようにしてセパレータ同士が熱溶着されているので、セパレータ収縮による局所的な短絡はなかったと推定できた。
【００２５】
本発明の実施では円筒電池でその効果を示したが、楕円状あるいは扁平状で捲回した電極群であっても同じ効果が得られる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は電池に外的衝撃や荷重あるいは異常な温度が与えられても容易に正極と負極が接触しないような構造にすることによって、安全性の高い捲回型電池が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例電極群Ａの概略図
【図２】本発明の実施例電極群Ｂの概略図
【符号の説明】
１    正極
２    負極
３    セパレータ
４    セパレータ熱溶着部
５    正極リード
６    負極リード
【図１】
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【図２】
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