(57)【要約】      （修正有）【課題】内部短絡時に、電池温度の上昇を抑制する低抵抗の電池内回路を形成する構造を有する、高信頼性の非水電解質二次電池を提供する。【解決手段】非水電解質二次電池が、第１の極板１５、第２の極板１６、セパレータ１７を捲回した極板群１４を収容する電池ケース１１と、前記第１の極板と前記電池ケースとを接続する第１のリード部１５ａと、前記第２の極板と封口板１２に設けられた端子部１２ａとを接続する第２のリード部１６ａとを具備し、前記第１の極板は、第１の活物質付与部および第１のリード部付与部からなり、前記第２の極板は、第２の活物質付与部、第２のリード部付与部、および前記極板群の最外周に位置する第２の露出部からなり、前記第１の極板の集電体における第１の活物質付与部の第１のリード部側端部から前記第１のリード部の電池ケース側端部までの間の抵抗が５ｍΩ以下である。【選択図】図４
2005085674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の活物質を付与した集電体を含む第１の極板、第２の活物質を付与した集電体を含む第２の極板、および前記第１の極板と第２の極板との間に配されたセパレータを渦巻き状に捲回した極板群、ならびに前記極板群に保持された非水電解質からなる発電部と、
前記発電部を収容する電池ケースと、
前記電池ケースを封口する、端子部を備えた封口板と、
前記第１の極板と前記電池ケースとを接続する第１のリード部と、
前記第２の極板と前記端子部とを接続する第２のリード部とを具備し、
前記第１の極板は、第１の活物質を付与した第１の活物質付与部、第１のリード部を付与した第１のリード部付与部からなり、
前記第２の極板は、前記極板群の外側に位置し、第２の活物質を付与した第２の活物質付与部、第２のリード部を付与した第２のリード部付与部、および前記極板群における最外周に位置する部分において集電体が露出した第２の露出部からなり、
前記第１の極板の集電体における第１の活物質付与部の第１のリード部付与部側の端部から前記第１のリード部の電池ケース側の端部までの間の抵抗が５ｍΩ以下であることを特徴とする非水電解質二次電池。
【請求項２】
前記第１の極板の集電体における第１の活物質付与部の第１のリード部付与部側の端部から前記第１のリード部の電池ケース側の端部までの間の抵抗が０．１〜２．３ｍΩである請求項１記載の非水電解質二次電池。
【請求項３】
前記第２の極板の集電体における前記第２の活物質付与部の第２の露出部側の端部から前記第２の露出部における最外周側の端部までの間の抵抗が５ｍΩ以下である請求項１記載の非水電解質二次電池。
【請求項４】
前記第２の極板の集電体における前記第２の活物質付与部の第２の露出部側の端部から前記第２の露出部における最外周側の端部までの間の抵抗が０．１〜１．５ｍΩである請求項１記載の非水電解質二次電池。
【請求項５】
前記第２の露出部における集電体の厚さは、前記第２の活物質付与部における集電体の厚さの１〜１０倍である請求項３または４記載の非水電解質二次電池。
【請求項６】
前記第２の露出部における集電体の厚さは、前記第２の活物質付与部における集電体の厚さの１．２〜１０倍である請求項３または４記載の非水電解質二次電池。
【請求項７】
前記第２の露出部における捲回方向の長さは、前記極板群の最外周の１．１〜５周である請求項１記載の非水電解質二次電池。
【請求項８】
前記第１の極板は、さらに前記極板群における外周側において集電体が露出した第１の露出部を有し、前記第１の露出部における捲回方向の長さは、極板群の外周の１〜４．９周であり、前記第１の露出部は前記第２の露出部によって外周が捲回された請求項７記載の非水電解質二次電池。
【請求項９】
前記第１および第２の極板の一方が、ＬｉxＭyＮ1-yＯ2（式中、ｘは、１．１０≧ｘ≧０．９８、およびｙは、１≧ｙ≧０を満たす。また、Ｍ、Ｎは、Ｍ≠Ｎであり、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ａｌ、およびＺｎからなる群より選択された少なくとも１種を含む。）からなる正極活物質を含む正極合剤を、ＡｌまたはＡｌ合金からなる正極集電体上に塗着することにより得られた正極板であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
【請求項１０】
前記第１および第２の極板の一方が、Ｌｉを吸蔵・放出可能な炭素材料、黒鉛材料、合金、または金属酸化物からなる負極活物質を含む負極合剤を、Ｃｕ、Ｎｉ、またはＣｕ−Ｎｉ合金からなる負極集電体上に塗着することにより得られた負極板であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解質二次電池、さらに詳しくは、安全性を確保するために特定の構造を有する非水電解質二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やノートパソコン等のポータブル、コードレス機器の普及により、これらの機器に電力を供給する電池の需要が高まっている。なかでも、小型軽量で、エネルギー密度が高く、繰り返し充放電が可能な二次電池の需要が高まっている。このような二次電池として、非水電解質二次電池が挙げられる。
【０００３】
非水電解質二次電池は、正極板、負極板、およびセパレータからなる極板群と、前記極板群を収容した電池ケースと、前記極板群に保持された非水電解質とにより構成される。一般的に、正極板には、ＡｌまたはＡｌ合金箔からなる集電体に正極活物質としてリチウム複合酸化物を塗布したものが用いられる。また、負極板には、Ｃｕ、Ｎｉ、またはＮｉ−Ｃｕ合金からなる集電体に負極活物質として炭素材料または所定の合金材料を塗布したものが用いられる。
【０００４】
極板群には、このような正極板と負極板の間に、ポリエチレン、ポリプロピレン等からなる多孔質セパレータを介在させ、正極板と負極板と多孔質セパレータとを渦巻き状に捲回したものが用いられる。そして、この極板群に電解液を保持させたものが、ステンレス鋼製あるいはＡｌ製の電池ケース内に収容されている。
【０００５】
しかし、従来より、非水電解質二次電池は、釘刺し・クラッシュ試験などで想定される外的圧力により電池が変形すると、電池ケース内部に収容された渦巻き状の極板群内で内部短絡が起こる場合がある。このとき、正極板における正極活物質と負極板における負極活物質との間で短絡が生じた場合、正極活物質と負極活物質との間で発熱を伴う化学反応が起こる。これにより、電池温度が急激に上昇し、電池の開封による電解液の漏液が起こり、電池の信頼性を損ねるという問題がある。
【０００６】
これに対して、非水電解質二次電池の安全性を向上するための技術開発が行われている。
例えば、特許文献１では、渦巻き状の極板群における正極板の最外周部および負極板の最外周部にそれぞれ集電体部分を設けることが開示されている。クラッシュ試験により電池ケースが内側に圧壊された場合、または釘刺し試験により尖状突起物が電池ケースを突き破って電池ケース内部の極板群に突き刺さった場合、この正極板の集電部と負極板の集電部との低抵抗部で短絡させることにより、短絡電流を分散させることができる。これにより、正極活物質と負極活物質との間の短絡により生じる発熱反応を抑制し、電池の温度上昇を抑えることができる。
【０００７】
また、特許文献２および３では、電池ケースの圧壊により生じた電池ケースの突起部と、電池ケースと異なる極の極板外周部に設けた集電体部分との間の低抵抗部で短絡させることにより、短絡電流を分散させ電池の温度上昇を抑えることが提案されている。
【０００８】
しかし、上記のような正極集電体と負極集電体との低抵抗部における接触による短絡、または集電体と電池ケースとの低抵抗部における接触による短絡だけでは、電池の急激な温度上昇の原因である正極活物質と負極活物質間の高抵抗接触部を通る短絡電流を十分に分散することが困難である。特に、充電状態の電池では内部短絡による電池の温度上昇が大きくなり、電池の信頼性が低下する問題を払拭することができない。
【特許文献１】特開平０８−１５３５４２号公報
【特許文献２】特開平０８−２６４２０６号公報
【特許文献３】特開平０９−２５９９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題を鑑みたものであり、内部短絡を生じた場合に、より多くの短絡電流を正極活物質と負極活物質間の高抵抗な接触部以外の、発熱反応が起こりにくい低抵抗部へ分散させるため、内部短絡により形成される電池内回路の抵抗を小さく制限した電池を提供することを目的とする。このような電池を構成することにより、正極活物質と負極活物質との高抵抗の接触部を短絡電流が流れることにより生じる正負極活物質間での発熱反応を抑制し、電池温度の上昇を抑えることができる。
すなわち、本発明は、内部短絡時に、電池温度の上昇を抑制するために、低抵抗の電池内回路を形成する構造を有する高信頼性の非水電解質二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の非水電解質二次電池は、第１の活物質を付与した集電体を含む第１の極板、第２の活物質を付与した集電体を含む第２の極板、および前記第１の極板と第２の極板との間に配されたセパレータを渦巻き状に捲回した極板群、ならびに前記極板群に保持された非水電解質からなる発電部と、前記発電部を収容する電池ケースと、前記電池ケースを封口する、端子部を備えた封口板と、前記第１の極板と前記電池ケースとを接続する第１のリード部と、前記第２の極板と前記端子部とを接続する第２のリード部とを具備し、
前記第１の極板は、第１の活物質を付与した第１の活物質付与部、第１のリード部を付与した第１のリード部付与部からなり、
前記第２の極板は、前記極板群の外側に位置し、第２の活物質を付与した第２の活物質付与部、第２のリード部を付与した第２のリード部付与部、および前記極板群における最外周に位置する部分において集電体が露出した第２の露出部からなり、
前記第１の極板の集電体における第１の活物質付与部の第１のリード部付与部側の端部から前記第１のリード部の電池ケース側の端部までの間の抵抗が５ｍΩ以下であることを特徴とする。
【００１１】
前記第１の極板の集電体における第１の活物質付与部の第１のリード部付与部側の端部から前記第１のリード部の電池ケース側の端部までの間の抵抗が０．１〜２．３ｍΩであることが好ましい。
【００１２】
前記第２の極板の集電体における前記第２の活物質付与部の第２の露出部側の端部から前記第２の露出部における最外周側の端部までの間の抵抗が５ｍΩ以下であることが好ましい。
前記第２の極板の集電体における前記第２の活物質付与部の第２の露出部側の端部から前記第２の露出部における最外周側の端部までの間の抵抗が０．１〜１．５ｍΩであることが好ましい。
【００１３】
前記第２の露出部における集電体の厚さは、前記第２の活物質付与部における集電体の厚さの１〜１０倍であることが好ましい。
前記第２の露出部における集電体の厚さは、前記第２の活物質付与部における集電体の厚さの１．２〜１０倍であることが好ましい。
【００１４】
前記第２の露出部における捲回方向の長さは、前記極板群の最外周の１．１〜５周であることが好ましい。
前記第１の極板は、さらに前記極板群における外周側において集電体が露出した第１の露出部を有し、前記第１の露出部における捲回方向の長さは、極板群の外周の１〜４．９周であり、前記第１の露出部は前記第２の露出部によって外周が捲回されることが好ましい。
【００１５】
前記第１および第２の極板の一方が、ＬｉxＭyＮ1-yＯ2（式中、ｘは、１．１０≧ｘ≧０．９８、およびｙは、１≧ｙ≧０を満たす。また、Ｍ、Ｎは、Ｍ≠Ｎであり、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ａｌ、およびＺｎからなる群より選択された少なくとも１種を含む。）からなる正極活物質を含む正極合剤を、ＡｌまたはＡｌ合金からなる正極集電体上に塗着することにより得られた正極板であることが好ましい。
前記第１および第２の極板の一方が、Ｌｉを吸蔵・放出可能な炭素材料、黒鉛材料、合金、または金属酸化物からなる負極活物質を含む負極合剤を、Ｃｕ、Ｎｉ、またはＣｕ−Ｎｉ合金からなる負極集電体上に塗着することにより得られた負極板であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、内部短絡時に、低抵抗の電池内回路を形成する構造を有する高信頼性の非水電解質二次電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、第１の活物質を付与した集電体を含む第１の極板、第２の活物質を付与した集電体を含む第２の極板、および前記第１の極板と第２の極板との間に配されたセパレータを渦巻き状に捲回した極板群、ならびに前記極板群に保持された非水電解質からなる発電部と、前記発電部を収容する電池ケースと、前記電池ケースを封口する、端子部を備えた封口板と、前記第１の極板と前記電池ケースとを接続する第１のリード部と、前記第２の極板と前記端子部とを接続する第２のリード部とを具備し、
前記第１の極板は、第１の活物質を付与した第１の活物質付与部、第１のリード部を付与した第１のリード部付与部からなり、
前記第２の極板は、前記極板群の外側に位置し、第２の活物質を付与した第２の活物質付与部、第２のリード部を付与した第２のリード部付与部、および前記極板群における最外周に位置する部分において集電体が露出した第２の露出部からなり、
前記第１の極板の集電体における第１の活物質付与部の第１のリード部付与部側の端部から前記第１のリード部の電池ケース側の端部までの間の抵抗が５ｍΩ以下である非水電解質二次電池に関する。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
実施の形態１
非水電解質二次電池の一例として円筒形リチウム二次電池の概略縦断面図を図１に示す。
発電部は、正極活物質５ｃを付与した正極集電体５ｂを含む正極板５、負極活物質６ｃを付与した負極集電体６ｂを含む負極板６、および前記正極板５と負極板６との間に配されたセパレータ７を渦巻き状に捲回した極板群４、ならびに前記極板群４に保持された非水電解質からなる。この発電部は、ステンレス鋼製の電池ケース１内に収容され、その上部および下部には、それぞれ絶縁リング８が配されている。極板群４における負極板６は、負極リード部６ａを介して電池ケース１の底面内側に接続されている。なお、負極リード部６ａは、電池ケース１の底面部分まで延びており、一方の端がその底面部分で接続されている。電池ケース１は、前記極板群４における正極板５が正極リード部５ａを介して接続された正極端子を備えた封口板２により封口される。電池ケース１と封口板２との間には、絶縁パッキング３が配されている。
【００１９】
ここで、負極板の平面図を図２に、正極板の平面図を図３にそれぞれ示す。
前記負極板６は、前記負極集電体６ｂ上に負極活物質６ｃを付与した活物質付与部および負極リード部６ａを付与したリード部付与部からなる。リード部付与部は、負極集電体６ｂが露出しており、その部分に負極リード部６ａが取り付けられる。
前記負極リード部６ａには、ＮｉやＣｕ等が用いられる。
【００２０】
一方、前記正極板５は、前記正極集電体５ｂ上に正極活物質５ｃを付与した活物質付与部、および正極リード部５ａを付与したリード部付与部、ならびに前記極板群４の最外周に対応する部分において集電体５ｂが露出した露出部５ｄからなる。リード部付与部は、正極集電体５ｂが露出しており、その部分に正極リード部５ａが取り付けられる。
前記正極リード部５ａには、Ａｌ等が用いられる。
すなわち、負極板６が上記第１の極板に相当し、正極板５が上記第２の極板に相当する。負極リード部６ａが上記第１のリード部に相当し、正極リード部５ａが上記第２のリード部に相当する。
【００２１】
そして、前記極板群４の最外周には、露出部５ｄが位置するように、負極端子である前記電池ケース１と異なる極の正極板５が配される。
上記構成において、図２に示す前記負極板６の集電体６ｂにおける前記活物質付与部のリード部付与部側の端部Ｘ１から前記負極リード部６ａの電池ケース１側の端部Ｙ１までの抵抗値が５ｍΩ以下である。
【００２２】
上記構成の電池は、外部より機械的圧力が加えられた場合、電池ケース１と最外周に位置する正極の露出部５ｄが最初に接触し、電気的に短絡する構造を有する。したがって、内部短絡を生じた場合でも、この部分の接触により低抵抗の回路が形成されるため、正極活物質５ｃと負極活物質６ｃとの高抵抗接触部の短絡により生じる電池温度の異常な上昇を抑えることができ、高信頼性の非水電解質二次電池が得られる。
さらに、前記Ｘ１−Ｙ１間の抵抗値は０．１〜２．３ｍΩがより好ましい。このとき、電池ケース１と正極板５の露出部５ｄとの接触により形成される短絡回路の抵抗がより小さくなり、正極活物質および負極活物質を含まない部分での短絡出力が大きくなるため、電池温度の異常な上昇をより抑えることができる。
【００２３】
図３に示す前記正極板５の露出部５ｄにおける前記正極活物質５ｃ付与部側の端部Ｘ２から最外周側の端部Ｙ２までの抵抗値が５ｍΩ以下であることが好ましい。
前記Ｘ２−Ｙ２間の抵抗値は、０．１〜１．５ｍΩがより好ましい。このとき、電池ケース１と正極板５の露出部５ｄとの接触により形成される短絡回路の抵抗がより小さくなり、電池ケース１と露出部５ｄ間の短絡出力が大きくなるため、電池温度の異常な上昇をより抑えることができる。
【００２４】
前記正極集電体５ｂが露出した露出部５ｄにおける集電体５ｂの厚さは、前記正極活物質５ｃ付与部における集電体５ｂの厚さの１〜１０倍であることが好ましい。
さらに、前記正極集電体５ｂが露出した露出部５ｄにおける集電体５ｂの厚さは、前記正極活物質５ｃ付与部における集電体５ｂの厚さの１．２〜１０倍であることがより好ましい。このとき、電池ケース１と正極板５の露出部５ｄとの間の短絡出力が大きくなるため、電池温度の異常な上昇をより抑えることができる。
【００２５】
前記露出部５ｄの捲回方向の長さは、前記極板群４の最外周の１．１〜５周であることが好ましい。
負極板には、上記の図２の負極板６以外に、図７に示す負極板２６や図８に示す負極板３６を用いてもよい。図７の負極板２６および図８の負極板３６は、さらに前記極板群４における外周側において負極集電体２６ｂ、３６ｂが露出した露出部２６ｄ、３６ｄを有し、前記露出部２６ｄ、３６ｄにおける捲回方向の長さは、極板群４の外周の１〜４．９周であり、前記負極板２６、３６の集電体露出部２６ｄ、３６ｄは前記正極板５の集電体露出部５ｄによって外周が捲回されることが好ましい。
図７および８は、いずれも極板群における外周側に露出部が設けられているが、図７の負極板２６では、負極リード部２６ａが露出部２６ｄの外周側に設けられており、図８の負極板３６では、負極リード部３６ａが露出部３６ｄの活物質付与部側に設けられている。
【００２６】
前記正極板は、例えば、ＬｉxＭyＮ1-yＯ2（式中、ｘは、１．１０≧ｘ≧０．９８、およびｙは、１≧ｙ≧０を満たす。また、Ｍ、Ｎは、Ｍ≠Ｎであり、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ａｌ、およびＺｎからなる群より選択された少なくとも１種を含む。）からなる正極活物質を含む正極合剤を、ＡｌまたはＡｌ合金からなる正極集電体上に塗着することにより得られる。
前記負極板は、例えば、Ｌｉを吸蔵・放出可能な炭素材料、黒鉛材料、合金、または金属酸化物からなる負極活物質を含む負極合剤を、Ｃｕ、Ｎｉ、またはＣｕ−Ｎｉ合金からなる負極集電体上に塗着することにより得られる。
【００２７】
実施の形態２
非水電解質二次電池の他の一例として角形リチウム二次電池の一部を切り欠いた斜視図を図４に示す。
発電部は、正極活物質１５ｃを付与した正極集電体１５ｂを含む正極板１５、負極活物質１６ｃを付与した負極集電体１６ｂを含む負極板１６、および前記正極板１５と負極板１６との間に配されたセパレータ１７を渦巻き状に捲回した極板群１４、ならびに前記極板群１４に保持された非水電解質からなる。この発電部は、ＡｌまたはＡｌ合金製の電池ケース１１内に収容され、その上部には、絶縁板１８が配されている。極板群１４における正極板１５は、正極リード部１５ａを介して電池ケース１１に接続されている。電池ケース１１は、前記極板群１４における負極板１６が負極リード部１６ａを介して接続された負極端子１２ａおよび注液口１２ｂを備えた樹脂製の封口板１２により封口される。
【００２８】
ここで、正極板１５の平面図を図５に、負極板１６の平面図を図６に示す。
前記正極板１５は、前記正極集電体１５ｂ上に正極活物質１５ｃを付与した活物質付与部および正極リード部１５ａを付与したリード部付与部からなる。正極リード部付与部は、正極集電体１５ｂが露出しており、その部分に正極リード部１５ａが取り付けられている。
【００２９】
一方、前記負極板１６は、前記負極集電体１６ｂ上に正極活物質１６ｃを付与した活物質付与部、および負極リード部１６ａを付与したリード部付与部、ならびに前記極板群１４の最外周に対応する部分において集電体１６ｂが露出した露出部１６ｄからなる。
すなわち、正極板１５が上記第１の極板に相当し、負極板１６が第２の極板に相当する。正極リード部１５ａが上記第１のリード部に相当し、負極リード部１６ａが上記第２のリード部に相当する。
【００３０】
そして、前記極板群１４の最外周には、露出部１６ｄが位置するように、正極端子である前記電池ケース１１と異なる極の負極板１６が配される。
上記構成において、図５に示す前記正極板１５の集電体１５ｂにおける前記活物質１５ｃ付与部のリード部１５ａ付与部側の端部Ｘ３から前記正極リード部１５ａの電池ケース１１側の端部Ｙ３までの抵抗値が５ｍΩ以下である。
【００３１】
上記構成の電池は、外部より機械的圧力が加えられた場合、電池ケース１１と最外周に位置する負極板１６の露出部１６ｄが最初に接触し、電気的に短絡する構造を有する。したがって、内部短絡を生じた場合でも、この部分の接触により低抵抗の回路が形成されるため、正極活物質１５ｃと負極活物質１６ｃとの接触部分の短絡により生じる電池温度の異常な上昇を抑えることができ、高信頼性の非水電解質二次電池が得られる。
以下に本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例】
【００３２】
《実施例１》
実施の形態１における図１に示す構成と同様の円筒形リチウム二次電池を以下のように作製した。
（i）負極板の作製
上記の図２と同様の構成の負極板６を以下のように作製した。
厚さ２０μｍのＣｕ箔からなる負極集電体６ｂの両面における活物質付与部に、負極活物質６ｃとして炭素材料を塗布した後、乾燥、圧延して負極板６を作製した。そして、負極集電体６ｂにおける幅１ｃｍのリード部付与部に、厚さ１００μｍ、幅５．０ｍｍのＮｉからなる負極リード部６ａを取り付けた。なお、負極リード部６ａの負極集電板６ｂから突出した部分の長さを１１．０ｍｍとした。
【００３３】
（ii）正極板の作製
上記の図３と同様の構成の正極板５を以下のように作製した。
厚さ２０μｍのＡｌ箔からなる正極集電体５ｂの両面における活物質付与部に、正極活物質５ｃとしてリチウム複合酸化物ＬｉＣｏＯ2を塗布した後、乾燥、圧延して、厚さ１７０μｍの正極板５を作製した。そして、正極集電体５ｂにおけるリード部付与部に、Ａｌからなる正極リード部５ａを取り付けた。なお、正極集電体が露出した露出部５ｄの捲回方向における長さは、構成された極板群４の最外周における１．５周分とした。また、この露出部５ｄの集電体には、厚さ２０μｍのＡｌ箔を用いた。
【００３４】
（iii）電池の組み立て
上記の正極板５および負極板６を用いて構成された極板群４は、厚さ５０μｍのステンレス鋼製の電池ケースに収容され、図１と同様の構成の直径１８ｍｍ、高さ６５０ｍｍ、および電池容量１８００ｍＡｈの円筒形リチウム二次電池を作製した。このとき、非水電解質には、ＬｉＰＦ6を１ｍｏｌ／Ｌ含むＥＣ（エチレンカーボネート）とＥＭＣ（エチルメチルカーボネート）の混合溶媒（体積比１：１）を用いた。セパレータ７には、厚さ２５μｍのポリエチレン製多孔質膜を用いた。
この電池について下記のような評価を行った。
【００３５】
［評価］
（１）正極板および負極板における抵抗値の測定
図２中の負極板６の集電体６ｂにおける負極活物質付与部のリード部付与部側端部（図２中のＸ１）から電池ケース１の底面部分と接触する負極リード部６ａの電池ケース１側端部（図２中のＹ１）までの抵抗値を４端子法にて測定した。なお、電池ケース１と負極リード部６ａとの接点における抵抗は０．０１ｍΩ以下であった。
また、図３中の正極板５の集電体５ｂにおける活物質付与部の露出部５ｄ側端部（図３中のＸ２）から前記露出部５ｄにおける最外周側端部（図３中のＹ２）までの抵抗値を４端子法にて測定した。
その結果、図２に示すＸ１−Ｙ１間の抵抗値は２．７ｍΩであり、図３に示すＸ２−Ｙ２間の抵抗値は２．１ｍΩであった。
【００３６】
（２）釘差し試験
また、作製した電池について釘刺し試験を行った。４．２Ｖの定電圧で充電を３時間行った後、２０℃環境下で電池側面における中央部分を直径２ｍｍの市販の釘を用い、一定の速度で完全に貫いた。
その結果、この時の電池の最高温度は７８℃であった。
【００３７】
《実施例２》
実施例１の負極リード部６ａにおける負極集電体６ｂから突出した部分の長さを３．０ｍｍとし、負極リード部６ａの電池ケース１側端部Ｙ１を前記端部Ｙ１と対向する電池ケース１の側面部分に接続した以外は、実施例１と同様の方法により電池を作製した。そして、実施例１と同様の方法により抵抗値の測定および釘刺し試験を行った。その結果、図２に示すＸ１−Ｙ１間の抵抗値は０．４ｍΩであった。また、釘刺し試験では、電池の最高温度は７４℃であった。
【００３８】
《実施例３》
正極板５の露出部５ｄにおける集電体５ｂの厚さを３０μｍとした以外は、実施例１と同様の方法により電池を作製した。そして、実施例１と同様の方法により抵抗値の測定および釘刺し試験を行った。その結果、図３に示すＸ２−Ｙ２間の抵抗値は１．４ｍΩであった。また、釘刺し試験では、電池の最高温度は７２℃であった。
【００３９】
《実施例４》
正極板５の露出部５ｄの捲回方向における長さを、極板群４の最外周の３周分とした以外は、実施例１と同様の方法により電池を作製した。そして、実施例１と同様の方法により抵抗値の測定および釘刺し試験を行った。その結果、図３に示すＸ２−Ｙ２間の抵抗値は４．２ｍΩであった。また、釘刺し試験では、電池の最高温度は６９℃であった。
【００４０】
《実施例５》
正極板５の露出部５ｄの集電体５ｂの厚さを４０μｍとし、その捲回方向における長さを極板群４の最外周の３周とした以外は、実施例１と同様の方法により電池を作製した。そして、実施例１と同様の方法により抵抗値の測定および釘刺し試験を行った。その結果、図３に示すＸ２−Ｙ２間の抵抗値は２．１ｍΩであった。釘刺し試験では、電池の最高温度は６５℃であった。
【００４１】
《実施例６》
上記の図７と同様の構成の負極板２６を以下のように作製した。
厚さ２０μｍのＣｕ箔からなる負極集電体２６ｂの両面における活物質付与部に、負極活物質２６ｃとして炭素材料を塗布した後、乾燥、圧延して負極板２６を作製した。なお、負極集電体２６ｂの露出部２６ｄにおける捲回方向の長さは、極板群４の最外周の１周分とした。そして、前記露出部２６ｄの外周側に、実施例１と同様の負極リード部２６ａを取り付けた。
【００４２】
上記の負極板２６を用いた以外は、実施例１と同様の方法により電池を作製した。そして、実施例１と同様の方法により抵抗値の測定および釘刺し試験を行った。
その結果、図７中におけるＸ５−Ｙ５間の抵抗値は４．９ｍΩであった。また、釘刺し試験では、電池の最高温度は７２℃であった。
【００４３】
《実施例７》
上記の図８と同様の構成の負極板３６を以下のように作製した。
厚さ２０μｍのＣｕ箔からなる負極集電体３６ｂの両面における活物質付与部に、負極活物質３６ｃとして炭素材料を塗布した後、乾燥、圧延して負極板３６を作製した。なお、負極集電体３６ｂの露出部３６ｄにおける捲回方向の長さは、極板群４の最外周の１周分とした。そして、前記露出部３６ｄに、実施例１と同様の負極リード部３６ａを活物質付与部３６ｃに隣接するように取り付けた。
【００４４】
上記の負極板３６を用いた以外は、実施例１と同様の方法により電池を作製した。そして、実施例１と同様の方法により抵抗値の測定および釘刺し試験を行った。
その結果、図８中におけるＸ６−Ｙ６間の抵抗値は２．７ｍΩであった。また、釘刺し試験では、電池の最高温度は６９℃であった。
【００４５】
《実施例８》
図９の構成の負極板を以下のように作製した。
負極板４６は、負極板６と同様に、負極活物質４６ｃを付与した活物質付与部、負極リード部４６ａを付与するリード部付与部を有する。本実施例では、さらに、活物質付与部の下部にも負極リード部を取り付けるために集電体４６ｂが露出したリード部付与部を設け、そこに複数片の負極リード部４６ｄを設けた。
【００４６】
厚さ２０μｍのＣｕ箔からなる負極集電体４６ｂの両面における活物質付与部に、負極活物質４６ｃとして炭素材料を塗布した後、乾燥、圧延して負極板４６を作製した。そして、負極集電体４６ｂにおけるリード部付与部に、厚さ１００μｍ、幅５．０ｍｍのＮｉからなる負極リード部４６ａおよび４６ｄを複数片取り付けた。そして、捲回した後、複数片の負極リード部４６ａおよび４６ｄを重ねて接着した。
【００４７】
上記の負極板４６を用いた以外は、実施例１と同様の方法により電池を作製した。そして、実施例１と同様の方法により抵抗値の測定および釘刺し試験を行った。
その結果、図９中におけるＸ７−Ｙ７間の抵抗値は０．３ｍΩであった。また、釘刺し試験では、電池の最高温度は６７℃であった。
【００４８】
《実施例９》
正極板５における集電体露出部５ｄにおける集電体５ｂの厚さを１０μｍとした以外は、実施例１と同様の方法により図２に示す構成の正極板５を作製した。また、この正極板５を用いた以外は、実施例１と同様の方法により電池を作製した。
そして、上記で得られた正極板５および電池について実施例１と同様の方法により抵抗値の測定および釘刺し試験を行った。
その結果、図２におけるＸ１−Ｙ１間の抵抗値は２．７ｍΩ、図３におけるＸ２−Ｙ２間の抵抗値は４．２ｍΩであった。また、釘刺し試験では、電池の最高温度は８９℃であった。
【００４９】
《実施例１０》
実施の形態２における図４に示す構成と同様の角形リチウム二次電池を以下のように作製した。
（ｉ）負極板の作製
図６と同様の構成の負極板１６を以下のように作製した。
厚さ２０μｍのＣｕ箔からなる負極集電体１６ｂの両面における活物質付与部に、負極活物質１６ｃとして炭素材料を塗布した後、乾燥、圧延して負極板１６を作製した。そして、負極集電体１６ｂにおける幅１ｃｍのリード部付与部に、厚さ１００μｍ、幅５．０ｍｍのＮｉからなる負極リード部１６ａを取り付けた。なお、負極集電体１６ｂが露出した露出部１６ｄの捲回方向における長さは、構成された極板群１４の最外周における１．５周分とした。また、この露出部１６ｄの集電体１６ｂには、厚さ２０μｍのＣｕ箔を用いた。
【００５０】
（ｉｉ）正極板の作製
図５と同様の構成の正極板１５を以下のように作製した。
厚さ２０μｍのＡｌ箔からなる正極集電体１５ｂの両面における活物質付与部に、正極活物質１５ｃとしてリチウム複合酸化物ＬｉＣｏＯ2を塗布した後、乾燥、圧延して、厚さ１７０μｍの正極板１５を作製した。そして、正極集電体１５ｂにおけるリード部付与部に、Ａｌからなる正極リード部１５ａを取り付けた。なお、正極リード部１５ａの正極集電体１５ｂから突出した部分の長さを１１．０ｍｍとした。
【００５１】
（ｉｉｉ）電池の組み立て
上記の正極板１５および負極板１６を用いて構成された極板群４は、厚さ５０μｍのＡｌ合金製の電池ケースに収容され、図４と同様の構成の高さ５０ｍｍ、幅３．４ｍｍ、および厚さ１０ｍｍ、ならびに電池容量１０００ｍＡｈの角形リチウム二次電池を作製した。このとき、非水電解質には、ＬｉＰＦ6を１ｍｏｌ／Ｌ含むＥＣとＥＭＣの混合溶媒（体積比１：１）を用いた。セパレータ１７には、厚さ２５μｍのポリエチレン製多孔質膜を用いた。
【００５２】
図５中の正極板１５の集電体１５ｂにおける正極活物質付与部のリード部付与部側端部（図５中のＸ３）から正極リード部１５ａの電池ケース１１側端部（図５中のＹ３）までの抵抗値を４端子法にて測定したところ、１．６ｍΩであった。
図６中の負極板１６の集電体１６ｂにおける活物質付与部の露出部１６ｄ側端部（図６中のＸ４）から前記露出部１６ｄにおける最外周側端部（図６中のＹ４）までの抵抗値を４端子法にて測定したところ、２．２ｍΩであった。
さらに、上記角形電池について、実施例１と同様の方法により釘刺し試験を行ったところ、電池の最高温度は７５℃であった。
【００５３】
《実施例１１》
正極リード部１５ａにおける正極集電板１５ｂより突出した部分の長さを３．０ｍｍとし、正極リード部１５ａの電池ケース１側端部Ｙ３を、前記端部Ｙ３と対向する電池ケース１１の側面部分に接続した以外は、実施例１０と同様の方法により角形電池を作製した。
実施例１と同様の方法により抵抗値の測定および釘刺し試験を行った。その結果、正極板１５の図５中におけるＸ３−Ｙ３の抵抗値は０．２ｍΩであった。また、釘刺し試験では、電池の最高温度は７２℃であった。
【００５４】
《実施例１２》
図１０に示す構成の正極板２５を作製した。
本実施例の正極板２５は、図５における正極板５の内周側に、さらに集電体が露出した正極リード部付与部を設けて、その部分に正極リード部２５ｄを設け、正極リード部を２片設けた構成とした。
【００５５】
正極板２５における内周側と外周側に、Ａｌ箔からなる集電体２５ｂが露出した幅１ｃｍのリード部付与部を設け、そこに厚み１００μｍ、幅５．０ｍｍのＡｌからなる正極リード部２５ａ、２５ｄをそれぞれ取り付けた。この図１０の正極板２５を用いた以外は実施例９と同様に捲回した後、これら２片の正極リード部２５ａ、２５ｄを重ね合わせて接着した。
【００５６】
上記正極板２５の図１０中におけるＸ８−Ｙ８間の抵抗値を実施例９と同様の方法により測定したところ、０．９ｍΩであった。
この正極板２５を用いた以外は、実施例９と同様の方法により角形電池を作製した。そして、この電池について釘刺し試験を行ったところ、電池の最高温度は７１℃であった。
【００５７】
《比較例１》
極板群外周側において図３のような露出部５ｄを有しない以外は、実施例１と同様の方法により図１１に示す正極板３５を作製した。この正極板３５を用いた以外は、実施例１と同様の方法により円筒形電池を作製した。そして、この電池について実施例１と同様の方法により釘刺し試験を行ったところ、電池の最高温度は１４０℃であった。
【００５８】
《比較例２》
負極リード部６ａの幅を２．５ｍｍとした以外は、実施例１と同様の方法により図２に示す負極板６を作製した。このとき、実施例１と同様の方法により図２中のＸ１−Ｙ１間の抵抗値を測定したところ、抵抗値は５．５ｍΩであった。
この負極板６を用いた以外は、実施例１と同様の方法により円筒形電池を作製した。そして、この円筒形電池について釘刺し試験を行ったところ、電池の最高温度は１１０℃であった。
【００５９】
次に、上記の実施例１〜１２ならびに比較例１および２の各リチウム二次電池について釘刺し試験の評価結果をまとめたものを表１に示す。
【００６０】
【表１】
2005085674.tif 000003
【００６１】
表１に示すように、釘刺し評価の結果を実施例１と比較例１とを比較すると、実施例１では、電池ケース（負極）と正極集電体の最外周における露出部との接触部分、すなわち低抵抗接触部に電流を分散することができ、最外周部で露出した正極集電体の存在により電池温度の上昇を抑制できた。
【００６２】
比較例２の電池は、実施例１と同様に電池ケース（負極）と極板群最外周に設けられた正極集電体との間での低抵抗接触が可能な構成である。しかし、負極リード部の幅が小さいため、図２中におけるＸ１−Ｙ１間の抵抗値が６．９ｍΩと実施例１の３．２ｍΩよりも大きな値を示した。このため、上記の低抵抗接触部に電流が流れにくくなり、電池の最高温度が１４０℃となった。
【００６３】
実施例８では、複数の負極リード部を重ねて厚みを持たせているため、図２におけるＸ１−Ｙ１間の抵抗値は、実施例１より小さくなり、電池温度の上昇抑制に対してより大きな効果が得られた。
実施例２の負極リード部は、実施例１の負極リード部よりも短く、電池ケースの側面で接続されるため、図２のＸ１−Ｙ１間の抵抗がより小さくなり、内部短絡による電池温度の上昇の抑制に対してより大きな効果が得られた。また、実施例１１でも、電池ケースに接続される正極リード部を短くすることにより、抵抗がより小さくなり、電池温度の上昇の抑制に対してより大きな効果が得られた。
また、実施例３では、負極リード部の厚さが大きいため、図２におけるＸ１−Ｙ１間の抵抗値がより小さくなり、温度上昇抑制に対してより大きな効果が得られた。
【００６４】
また、実施例６および７では、電池ケース（負極）と極板群の最外周における正極集電体露出部との接触部に加え、さらに正極集電体露出部の内側に配された負極集電体露出部との接触も可能な構成とした。このため、実施例１よりも大きな温度上昇抑制の効果が得られた。
さらに、実施例７では、負極リード部を負極集電体露出部の活物質付与部側に取り付け、負極活物質と負極リード部の距離を小さくした。このため、図８の負極板におけるＸ６−Ｙ６間の抵抗値が、実施例６の図７に示す負極板におけるＸ５−Ｙ５間の抵抗値よりも小さくなり、電池温度の上昇抑制に対してより大きな効果が得られた。
【００６５】
また、実施例９では、図３におけるＸ２−Ｙ２間の抵抗値が大きいが、負極側の図２におけるＸ１−Ｙ１間の抵抗値が十分に小さいため、釘刺し試験での電池の最高温度は比較例２と比べて低くなった。
また、電池ケースが正極端子であり、封口板に負極端子を設けた実施例１０のような角形電池でも、実施例１の場合と同様に、電池の温度上昇を抑制することできた。
【００６６】
さらに、実施例１２では、２片の正極リード部を並列に電池ケースと接続し、電池ケースと正極板との間の抵抗を小さくした。このため、電池ケース（正極）と極板群の最外周に配された負極板における露出部との間の低抵抗接触部に短絡電流を分散することができ、短絡による電池温度の上昇を抑制する効果が大きいことがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の非水電解質二次電池は、内部短絡時に、低抵抗の電池内回路を形成するように構成されており、短絡電流が高抵抗部を流れることによる電池温度の上昇を抑制することができるため、電池の発熱により損傷しない精密電子機器等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態１における円筒形リチウム二次電池の概略縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における負極板の平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における正極板の平面図である。
【図４】本発明の実施の形態２における角形リチウム二次電池の一部を切り欠いた概略斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態２における正極板の平面図である。
【図６】本発明の実施の形態２における負極板の平面図である。
【図７】本発明の実施の形態１における他の負極板の平面図である。
【図８】本発明の実施の形態１におけるさらに他の負極板の平面図である。
【図９】本発明の実施例８の負極板の平面図である。
【図１０】本発明の実施例１２の正極板の平面図である。
【図１１】従来の比較例１の正極板の平面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１、１１  電池ケース
２、１２  封口板
３  絶縁パッキング
４、１４  極板群
５、１５、２５  正極板
５ａ、１５ａ、２５ａ、２５ｄ  正極リード部
５ｂ、１５ｂ、２５ｂ  正極集電体
５ｃ、１５ｃ、２５ｃ  正極活物質
５ｄ、１６ｄ、２６ｄ、３６ｄ  露出部
６、１６、２６、３６、４６  負極板
６ａ、１６ａ、２６ａ、３６ａ、４６ａ  負極リード部
６ｂ、１６ｂ、２６ｂ、３６ｂ、４６ｂ  負極集電体
６ｃ、１６ｃ、２６ｃ、３６ｃ、４６ｃ  負極活物質
７、１７  セパレータ
８  絶縁リング
１２ａ  負極端子
１２ｂ  注液口
１８  絶縁板
【図１】
2005085674.tif 000004
【図２】
2005085674.tif 000005
【図３】
2005085674.tif 000006
【図４】
2005085674.tif 000007
【図５】
2005085674.tif 000008
【図６】
2005085674.tif 000009
【図７】
2005085674.tif 000010
【図８】
2005085674.tif 000011
【図９】
2005085674.tif 000012
【図１０】
2005085674.tif 000013
【図１１】
2005085674.tif 000014