(57)【要約】      （修正有）【課題】極板の膨張を抑制するのでは無く、過充電時にのみ極板群の最内周付近にかかる応力を緩和することにより、その他の特性の劣化を引き起こすこと無く、過充電時において極板の膨張による極板群の挫屈およびセパレータの破損による内部短絡を抑制する。【解決手段】  非水系二次電池において、極板群巻き芯空間部に設置され外装缶の底部または封口板に固定された円筒状部品５ａを備え、円筒状部品に巻回され電極群の最内周のセパレータ３ａと連動するように接触して設置された熱収縮性樹脂フィルム４ａが、過充電時に巻回方向に熱収縮する構造を持つようにする。【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渦巻状に巻回した極板と、非水系電解液と、有底筒状の外装缶と、外装缶を封口する封口板とを備える非水系二次電池において、極板群巻き芯空間部に設置された円筒状部品を備え、前記円筒状部品に巻回され電極群の最内周のセパレータと連動するように接触して設置された熱収縮性樹脂フィルムが、異常時に巻回方向に熱収縮する構造を持つことを特徴とする非水系二次電池。
【請求項２】
円筒状部品に巻回された熱収縮性樹脂フィルムの最内周側の端が円筒状部品に固定され、最外周側の端が極板群の最内周のセパレータに接着された構造を持つことを特徴とする請求項１記載の非水系二次電池。
【請求項３】
極板群の最内周において熱収縮性樹脂フィルムとセパレータとが重なって巻回された構造を持つことを特徴とする請求項１記載の非水系二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水系二次電池に関し、特にその巻回型電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
正極にコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）、負極に炭素材料、電解液として非水系溶媒にリチウム塩を溶解した電解液を用いた非水系二次電池は、高電圧、高エネルギー密度を有し、ポータブル機器の電源として広く使用されている。非水系二次電池では、充電時に極板が膨張するため、特に過充電時には極板膨張の応力によって極板群が挫屈を起こす場合がある。極板群の最内周付近は極板の曲率が高いため応力を吸収しにくく、特に挫屈を起こしやすい。このような極板群の挫屈は、セパレータを破損し内部短絡の原因となる可能性がある。
【０００３】
従来、極板群の挫屈を防ぐためには、その原因となる極板の膨張を抑制することが行われていた。極板の膨張を抑制する手段として、極板表面に多数の切り込み溝を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、極板が膨張しても極板群の膨れを抑制するための手段として、極板群から巻き軸方向へ突出したセパレータを相互に熱溶着することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平０７−２７２７６０号公報
【特許文献２】特開２００３−１５１６１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、常に極板の膨張を抑制する方法では、極板群の挫屈は押さえることができても、その他の特性が劣化するという課題があった。例えば、極板表面に多数の切り込み溝を設けた場合、極板の活物質量を減らすことになるため、体積エネルギー密度が低下する。さらに、極板の活物質量が不均一となるため、充放電が不均一となりリチウムが極板上に析出する可能性がある。また、セパレータの突出部分を相互に熱溶着した場合、極板群の変形による応力がセパレータにかかりやすくなるため、過充電時においてはセパレータの破損による内部短絡の可能性が高くなる。
【０００５】
本発明は、極板の膨張を抑制するのでは無く、過充電時にのみ極板群の最内周付近にかかる応力を緩和することにより、その他の特性の劣化を引き起こすこと無く、過充電時において極板の膨張による極板群の挫屈およびセパレータの破損による内部短絡を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題を解決するために、本発明の非水系二次電池は、正極と負極とをセパレータを介して渦巻状に巻回した極板と、非水系電解液と、有底筒状の外装缶と、外装缶を封口する封口板とを備える非水系二次電池において、極板群巻き芯空間部に設置され外装缶の底部または封口板に固定された円筒状部品を備え、円筒状部品に巻回され電極群の最内周のセパレータと連動するように接触して設置された熱収縮性樹脂フィルムが、過充電等の異常時に巻回方向に熱収縮する構造を持つことを特徴とするものである。
【０００７】
熱収縮性樹脂フィルムの設置に関しては、極板群の最内周のセパレータと連動するように接触してさえいれば、どのような構造でも構わないが、その中でも、特に円筒状部品に巻回された熱収縮性樹脂フィルムの最内周側の端が円筒状部品に固定され、最外周側の端が極板群の最内周のセパレータに接着された構造や、極板群の最内周において熱収縮性樹
脂フィルムとセパレータとが重なって巻回された構造などが本発明の効果が顕著に表れ、好ましい。
【０００８】
熱収縮性樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、架橋ポリオレフィン、ポリ塩化ビニルあるいはポリエチレンテレフタレートなどを利用することができる。使用する樹脂フィルムとしては、厚みが２０〜４５μｍ、１００℃以上の温度域において縦方向の収縮率が５〜１５％、横方向の収縮率が４０〜６０％のものが適している。
【０００９】
過充電時には活物質や電解液の分解による発熱が起こり、電池温度が異常に上昇する。この温度上昇によって熱収縮性樹脂フィルムが巻回方向に収縮し、フィルムに密着している極板群のセパレータが巻回方向に引っ張られることで極板群の最内周付近が緩み、過充電時の極板群挫屈を抑制する。このとき、円筒状部品が外装缶の底部または封口板に固定されていると、この作用が確実になるので好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による非水系二次電池は、上記構成を有し、過充電時において内部短絡の原因となる極板群の挫屈が抑制されるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
本発明による一実施例である非水系二次電池は、図１に示すように、正極１ａおよび負極２ａとをセパレータ３ａを介して渦巻状に巻回した極板群の巻き芯空間部において、円筒状部品５ａに巻回された熱収縮性樹脂フィルム４ａの最内周側の端６ａが円筒状部品に固定され、最外周側の端７が極板群のセパレータの最内周部に接着された構造を持つ。ここでは円筒状部品は極板群巻回時の巻き芯を兼ねており、巻回機に着脱可能となっている。
【００１２】
極板巻回時には図２に示すようにして巻回を行う。つまり、熱収縮性樹脂フィルム４ｂの最内周側の端となる巻き始め部６ｂを固定した円筒状部品５ｂの上に、長手方向にスリットの入った円筒状のスペーサー８を被せ、その上から熱収縮性樹脂フィルムを巻回し、巻回後にスペーサーを極板群から引き抜く。このようにすることで、過充電時に熱収縮性樹脂フィルムが収縮した際に、膨張した極板群が緩むための空間を作ることができるため、内部短絡の原因となる極板群の挫屈が抑制される。
（実施の形態２）
本発明によるその他の実施例である非水系二次電池は、図３に示すように、極板群の最内周において熱収縮性樹脂フィルム４ｃとセパレータ３ｃとが重なって巻回された構造を持つ。前記最内周部には正極１ｃおよび負極２ｃは巻回されていない。実施例１とは異なり、熱収縮性樹脂フィルムの両端は円筒状部品および極板群最内周セパレータと接着されていないが、セパレータと重ねて円筒状部品に巻回されているため、過充電時にフィルムの収縮がおこると、重なり合っている極板群最内周セパレータと密着し、それらが巻回方向に引っ張られることになり、膨張した極板群が緩むための空間を作ることができるため、内部短絡の原因となる極板群の挫屈が抑制される。
【実施例１】
【００１３】
本発明のより具体的な実施の形態について説明する。
（実施例１）
図１の構成を持つ非水系二次電池を以下の手順で作成した。
【００１４】
熱収縮性樹脂フィルムとしては、厚みが３０μｍの一軸延伸ポリプロピレンフィルムを
用いた。
【００１５】
正極活物質としては１００メッシュ以下に分級したＬｉＣｏＯ2を用い、この正極活物質１００ｇに対して導電剤としてアセチレンブラック（ＡＢ）粉末を１０ｇ、結着剤としてポリ４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）ディスパージョン６ｇを十分混合した後、ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を適量加え、十分混合しペースト状にし、アルミニウムの芯材（膜厚２５μｍ）に塗布し、乾燥、圧延して膜厚２００μｍの正極を得た。
【００１６】
負極活物質の人造黒鉛粉末１００ｇに対して導電剤としてのＡＢ粉末１５ｇ、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）８ｇをよく混合し、水を分散溶媒に用いてペースト状としたものを銅の芯材に塗布し、その後１００℃で乾燥、圧延して膜厚２５０μｍの負極を得た。
【００１７】
超音波溶接で正極芯材のアルミニウムにアルミニウムからなる正極リードを、同様に、負極芯材の銅に銅の負極リードを超音波溶接で接合した。正極と負極間に両極板より幅の広い帯状の多孔性ポリエチレン製セパレータを配して極板群とした。巻回機の巻き芯部分に取り付けた円筒状部品に熱収縮性樹脂フィルムの一端を粘着テープで固定し、その上に、長手方向にスリットの入った円筒状のスペーサーを、熱収縮性樹脂フィルムがスリットの間を通るようにして被せた。極板群の最内周となる巻き始め部のセパレータを、スリットから出ている熱収縮性樹脂フィルムの端と熱溶着し、巻回を行った。円筒状部品は電池外装缶と同じステンレス製のものを用いた。巻回終了後に円筒状部品ごと巻回機から取り外し、さらに極板群からスペーサーを引き抜いた。構成した極板群の上下それぞれにポリプロピレン製の絶縁板を配して電池外装缶に挿入し、円筒状部品と外装缶底部とを抵抗溶接した。そこに非水系電解液として、１モル／ｌのＬｉＰＦ6を溶解したエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の等比体積混合溶液を注入した。その後、真空含浸し、封口板を挿入し、機械的かしめによって密閉し、円筒型電池とした。
【００１８】
また、比較例として、熱収縮性樹脂フィルムを用いない点を除いて実施例１と同構成の円筒型電池を作成した。
【００１９】
作成した電池について過充電試験を行った。試験温度２０℃、０．７ＣでＳＯＣ１８０％まで定電流充電を行い、充電後の電池について外装缶底面に平行な断面の写真をＸ線ＣＴスキャン装置で撮影し、極板群の状態を調べた。比較例の電池では極板群の最内周付近に挫屈が確認されたのに対し、熱収縮性樹脂フィルムを用いた実施例１の電池では極板群挫屈は確認されなかった。
（実施例２）
図２の構成を持つ非水系二次電池を以下の手順で作成した。
【００２０】
電池構成部材は実施例１と同じものを用いた。極板群の巻回時には、極板群の最内周となる巻き始め部のセパレータに熱収縮性樹脂フィルムを重ねて巻回を行い、続けてセパレータを挟むように正極および負極を重ねて巻回を行った。巻回終了後に巻き芯から極板群を引き抜き、巻き芯空間部に円筒状部品を挿入した。このようにして極板群を構成したあとは、実施例１と同様にして円筒型電池とした。
【００２１】
作成した電池について、実施例１と同様の過充電試験を行った。ＣＴスキャンによる断面写真において、極板群の挫屈は確認されなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明による非水系二次電池は、ノート型ＰＣなどのポータブル機器の電源として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例１における円筒型非水系二次電池の構造を示す断面図
【図２】本発明の実施例１における極板群巻回方法を示す断面図
【図３】本発明の実施例２における円筒型非水系二次電池の構造を示す断面図
【符号の説明】
【００２４】
１ａ，１ｃ          正極
２ａ，２ｃ          負極
３ａ，３ｃ          セパレータ
４ａ，４ｂ，４ｃ    熱収縮性樹脂フィルム
５ａ，５ｂ，５ｃ    円筒状部品
６ａ，６ｂ          熱収縮性樹脂フィルムの最内周側の端
７                  熱収縮性樹脂フィルムの最外周側の端
８                  スペーサー
【図１】
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【図２】
2005174793.tif 000004
【図３】
2005174793.tif 000005