(57)【要約】【課題】金属箔でセパレータを損傷することなく正負極板を捲回でき、正負極板間の短絡を防止可能な捲回式電池を提供する。【解決手段】正極板Ｐ、負極板Ｎには、長手方向の一側に活物質塗工部２８が形成されており、他側にアルミニウム箔２５、銅箔２６の露出した活物質未塗工部２７が形成されている。活物質未塗工部２７の側縁には、１個のリチウムイオン二次電池２０あたりに要する正極板Ｐ、負極板Ｎの長さごとに切り欠き２３が形成されている。捲回時に、切り欠き２３の位置で正極板Ｐ、負極板Ｎを切断することで、正極板Ｐ、負極板Ｎの巻き始め部分の活物質未塗工部２７が、略三角形状に切り取られた形状となり、捲回方向に対して巻き始め部分の活物質塗工部２８より後方に位置する。正極板Ｐ、負極板Ｎの巻き始め部分をセパレータ間に挿入してもアルミニウム箔２５、銅箔２６がセパレータに当接しない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状金属箔の長手方向の一側に両面が活物質で塗工された活物質塗工部と、前記帯状金属箔の長手方向の他側に活物質が両面共に未塗工の活物質未塗工部とを有する正負極板がセパレータを介して捲回された捲回式電池において、前記正負極板の巻き始め部分の活物質未塗工部が前記正負極板の捲回方向に対して前記正負極板の巻き始め部分の活物質塗工部より後方に位置するように面取り加工されていることを特徴とする捲回式電池。
【請求項２】
前記正負極板の巻き始め部分の活物質未塗工部がＲ状に切り取られたことを特徴とする請求項１に記載の捲回式電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は捲回式電池に係り、特に、帯状金属箔の長手方向の一側に両面が活物質で塗工された活物質塗工部と、帯状金属箔の長手方向の他側に活物質が両面共に未塗工の活物質未塗工部とを有する正負極板がセパレータを介して捲回された捲回式電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、捲回式電池の製造時には、捲回工程で、数百メートルの連続した正極板、負極板及び２枚のセパレータがそれぞれのフープから供給される。正極板、負極板がセパレータを介して組み合わされ一定長さ捲回された後、捲回方向（長手方向）に対してほぼ直角に正負極板及びセパレータが切断されて捲回群が作製される。この切断された正負極板の切断部分が、次に作製する捲回群で正負極板の巻き始め部分となる。正負極板の巻き始め部分は、幅方向の一方が厚さ数十μｍの金属箔（集電体）に活物質が両面に塗工された厚さ数百μｍの活物質塗工部となるのに対して、他方が両面共に活物質が塗工されない活物質未塗工部となり金属箔が露出した状態となる。このため、セパレータ間に正負極板の巻き始め部分を挿入するときに、露出した金属箔がセパレータに当接することで屈曲する。この屈曲した金属箔がセパレータを損傷するため、正負極板間の短絡が生じる、という問題があった。
【０００３】
一方、捲回式電池の発熱や発火を抑制するために、負極板の巻き始め部分を粘着テープや合成樹脂で被覆する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。粘着テープ等で正負極板の巻き始め部分を被覆すれば金属箔の屈曲を防止することは可能となる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３１３０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、粘着テープ等で正負極板の巻き始め部分が被覆されると活物質塗工部も被覆されるため、被覆された活物質塗工部では充放電時に正負極板間のイオン伝導が遮断される。このため、被覆された活物質塗工部を避けてイオンが伝導することとなり、粘着テープ等の端の活物質塗工部にイオンが集中し、相対する負極板表面に過剰となったイオンが結晶化することがある。充放電に伴い結晶が成長すると正負極板間の短絡を招くこともある。また、捲回工程で極板切断後に正負極板の巻き始め部分を被覆するため、電池製造を高コストとする一因ともなる。このような粘着テープ等を用いることなく、正負極板の巻き始め部分の金属箔によるセパレータの損傷、更には正負極板間の短絡を防止するための有効な方法は見出されていないのが現状である。
【０００６】
本発明は上記事案に鑑み、金属箔でセパレータを損傷することなく正負極板を捲回でき、正負極板間の短絡を防止可能な捲回式電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、帯状金属箔の長手方向の一側に両面が活物質で塗工された活物質塗工部と、前記帯状金属箔の長手方向の他側に活物質が両面共に未塗工の活物質未塗工部とを有する正負極板がセパレータを介して捲回された捲回式電池において、前記正負極板の巻き始め部分の活物質未塗工部が前記正負極板の捲回方向に対して前記正負極板の巻き始め部分の活物質塗工部より後方に位置するように面取り加工されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の捲回式電池では、巻き始め部分で、活物質未塗工部が正負極板の捲回方向に対して活物質塗工部より後方に位置するように面取り加工されているので、正負極板をセパレータを介して捲回する場合に正負極板の巻き始め部分の活物質塗工部がセパレータに当接し、面取り加工により活物質未塗工部がセパレータに当接しないため、帯状金属箔でセパレータを損傷することなく正負極板を捲回することができ、正負極板間の短絡を防止することができる。この場合において、正負極板の巻き始め部分の活物質未塗工部がＲ状に切り取られていてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、正負極板の巻き始め部分で、活物質未塗工部が正負極板の捲回方向に対して活物質塗工部より後方に位置するように面取り加工されているので、正負極板をセパレータを介して捲回する場合に正負極板の巻き始め部分の活物質塗工部がセパレータに当接し、面取り加工により活物質未塗工部がセパレータに当接しないため、帯状金属箔でセパレータを損傷することなく正負極板を捲回することができ、正負極板間の短絡を防止することができる、という効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明を円筒型リチウムイオン二次電池に適用した実施の形態について説明する。
【００１１】
（構成）
図１に示すように、本実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池２０は、電池容器となるステンレス製で有底円筒状の電池缶７及び樹脂製で円筒状の巻き芯１の周囲に後述する帯状の正極板及び負極板がセパレータを介して断面渦巻状に捲回された極板群６を備えている。
【００１２】
極板群６の上側には、正極板からの電位を集電するためのリング状の正極集電リング４が配置されている。正極集電リング４は、正極集電リング４を支持する正極集電リング支えを介して巻き芯１の上端部に固定されている。正極集電リング４の周縁には、正極板から延出された正極リード片２の端部が溶接されている。正極集電リング４の上方には、中央部が凸状に成形された円盤状の電池蓋１３が配置されている。正極集電リング４の上部には、正極リード板９の一端が固定されている。正極リード板９の他端は、蓋リード板を介して電池蓋１３の下部に溶接で接合されている。
【００１３】
一方、極板群６の下側には負極板からの電位を集電するためのリング状の負極集電リング５が配置されており、負極集電リング５は負極集電リング５を支持する負極集電リング支えを介して巻き芯１の下端部に固定されている。負極集電リング５の周縁には、負極板から延出された負極リード片３の端部が溶接されている。負極集電リング５の下部には負極リード板８が溶接されており、負極リード板８は電池缶７の内底部に溶接されている。
【００１４】
電池蓋１３は、絶縁性及び耐熱性のガスケット１０を介して電池缶７の上部にかしめられて固定されている。このため、リチウムイオン二次電池２０の内部は密封されている。また、電池缶７内には、図示しない非水電解液が所定量注液されており、極板群６はこの図示しない非水電解液に浸潤されている。
【００１５】
上述した極板群６を構成する正極板Ｐは、図２に示すように、正極集電体として厚さ２０μｍのアルミニウム箔２５を有している。正極板Ｐの長手方向（図２の縦方向）の一側には、アルミニウム箔２５の両面に正極活物質としてリチウム遷移金属複酸化物を含む正極合剤が塗工された活物質塗工部２８が形成されており、他側には正極合剤が両面共に塗工されない活物質未塗工部２７が形成されている。このため、活物質未塗工部２７では、アルミニウム箔２５が露出した状態となる。活物質未塗工部２７は櫛状に切り欠かれており、切り欠き残部で正極リード片２が形成されている。また、活物質未塗工部２７の長手方向の側縁には、１個のリチウムイオン二次電池２０あたりに要する正極板Ｐの長さごとに略三角形状の切り欠き２３が形成されている。切り欠き２３は正極板Ｐの長手方向の１辺の長さがＬに設定されており、この１辺に対する頂点の位置が正極板Ｐの切断位置に設定されている。この頂点はＲ状に形成されており、切り欠き２３は略三角形状となる。なお、正極板Ｐは図示しないフープ状に巻き取られている。
【００１６】
一方、負極板Ｎは、負極集電体として厚さ１０μｍの銅箔２６を有している。負極板Ｎの長手方向の一側には、銅箔２６の両面に負極活物質として炭素質材を含む負極合剤が塗工された活物質塗工部２８が形成されており、他側には負極合剤が両面共に塗工されない活物質未塗工部２７が形成されている。このため、活物質未塗工部２７では、銅箔２６が露出した状態となる。活物質未塗工部２７には、正極板Ｐと同様に負極リード片３が形成されている。また、活物質未塗工部２７の長手方向の側縁には、１個のリチウムイオン二次電池２０あたりに要する負極板Ｎの長さごとに正極板Ｐと同様に略三角形状の切り欠き２３が形成されている。なお、負極板Ｎは図示しないフープ状に巻き取られている。
【００１７】
これら正極板Ｐ及び負極板Ｎを用いて極板群６を作製するときは、ポリエチレン製で厚さ４０μｍの２枚のセパレータの巻き始め部分が巻き芯１に粘着テープ等で固定される。この２枚のセパレータ間にそれぞれのフープから巻き戻された正極板Ｐ及び負極板Ｎの巻き始め部分がそれぞれ挿入されて巻き芯１の周囲に捲回される。捲回後、正極板Ｐ及び負極板Ｎは、切り欠き２３の頂点の位置を目標として切断される。切断位置に対して、図２に示す−（マイナス）方向側の正極板Ｐ及び負極板Ｎは極板群６の巻き終わり部分となり、巻き終わり部分は捲回された極板群６の外周に粘着テープ等で固定される。一方、切断位置に対して＋（プラス）方向側の正極板Ｐ及び負極板Ｎで次の極板群６が作製される。このとき、切断位置が正極板Ｐ及び負極板Ｎの巻き始め部分となり、この巻き始め部分が図２に示す挿入方向（捲回方向）でセパレータ間に挿入される。巻き始め部分では、活物質未塗工部２７側が切り欠き２３のほぼ半分の略三角形状に切り取られた（面取り加工された）形状となる。切り取られた活物質未塗工部２７は、正極板Ｐ及び負極板Ｎのセパレータ間への挿入方向に対して、巻き始め部分の活物質塗工部２８より後方に位置することとなる。
【００１８】
（作用等）
次に、本実施形態のリチウムイオン二次電池２０の作用等について説明する。
【００１９】
従来のリチウムイオン二次電池では、正極板及び負極板がセパレータ間に挿入されて捲回された後、挿入方向に対してほぼ直角に切断されて極板群が作製される。このため、次に作製される極板群では、正負極板の巻き始め部分の一方に金属箔（集電体）が露出した状態となり、セパレータ間に正負極板を挿入することで巻き始め部分の金属箔が屈曲してセパレータを損傷することとなる。得られた極板群で作製したリチウムイオン二次電池では、正負極板間が屈曲した金属箔で短絡されるため、電池性能を発揮することができない。また、金属箔の屈曲を回避するために、正負極板の巻き始め部分を粘着テープ等で被覆すると、被覆された巻き始め部分で正負極板間のイオン伝導が遮断される。このため、粘着テープ等の端の活物質塗工部にイオンが集中して相対する負極板表面で過剰となったイオンが結晶化することがあり、結晶の成長により正負極板間の短絡を招くこともある。更に、巻き始め部分の被覆を捲回時に行うため、電池生産が高コストとなる。
【００２０】
本実施形態では、フープに巻き取られた正極板Ｐ及び負極板Ｎに切り欠き２３が形成されている。この切り欠き２３の頂点の位置を目標として正極板Ｐ及び負極板Ｎが切断されるため、次に作製される極板群６では、巻き始め部分の活物質未塗工部２７側が切り取られている。このため、セパレータ間に正極板Ｐ及び負極板Ｎを挿入するときにアルミニウム箔２５、銅箔２６の屈曲が防止される。これにより、アルミニウム箔２５、銅箔２６によるセパレータの損傷が防止されるので、得られるリチウムイオン二次電池２０では正極板Ｐ及び負極板Ｎ間の短絡を防止することができる。
【００２１】
また、正極板Ｐ及び負極板Ｎの巻き始め部分では、正極板Ｐ及び負極板Ｎのセパレータ間への挿入方向（図２参照）に対して、活物質未塗工部２７が活物質塗工部２８より後方に位置する。このため、正極板Ｐ及び負極板Ｎの巻き始め部分をセパレータ間に挿入しても、セパレータには活物質塗工部２８のみが当接し、活物質未塗工部２７のアルミニウム箔２５、銅箔２６が捲回前にセパレータに当接することがない。これにより、アルミニウム箔２５、銅箔２６によるセパレータの損傷が防止されるので、得られるリチウムイオン二次電池２０は十分な電池性能を発揮することができる。
【００２２】
更に、本実施形態のリチウムイオン二次電池２０では、粘着テープ等で正極板Ｐ及び負極板Ｎの巻き始め部分を被覆することなく、アルミニウム箔２５、銅箔２６の屈曲が防止される。このため、巻き始め部分でもイオン伝導が遮断されることなく進行するので、イオンの結晶化に伴う正極板Ｐ及び負極板Ｎ間の短絡を抑制することができると共に、電池生産の低コスト化を図ることができる。
【００２３】
なお、本実施形態では、正極板Ｐ及び負極板Ｎの巻き始め部分の活物質未塗工部２７が略三角形状に切り取られている例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｒ状に切り取られていてもよい。この場合には、図５に示すように、活物質未塗工部２７の長手方向（図５の縦方向）の側縁に直径Ｄとする半円状の切り欠き２４を形成することで可能となる。直径Ｄの中心位置を目標として正極板Ｐ及び負極板Ｎを切断すれば、切断後の正極板Ｐ及び負極板Ｎの巻き始め部分の活物質未塗工部２７には、切り欠き２４のほぼ半分の略扇形状の切り欠きが形成されてＲ状に切り取られた形状となる。この場合にも、切り取られた活物質未塗工部２７は、正極板Ｐ及び負極板Ｎのセパレータ間への挿入方向に対して、活物質塗工部２８より後方に位置している。また、半円状の切り欠き２４以外に、例えば、長円形のほぼ半分の切り欠きを形成してもよい。
【００２４】
また、本実施形態では、正極活物質にリチウム遷移金属複酸化物を、負極活物質に炭素質材をそれぞれ例示したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、通常用いられる正負極活物質を用いてもよい。また、正負極活物質以外に正負極合剤に配合される導電材や結着材についても特に制限されるものではない。
【００２５】
更に、本実施形態では、有底円筒型のリチウムイオン二次電池２０を例示したが、本発明は電池構造や形状に制限されるものではなく、正負極板が捲回された捲回式電池であればよい。本実施形態以外の電池構造としては、例えば、正負極外部端子が極板群を介して押し合う構造としてもよい。また、本実施形態以外の形状としては、例えば、角形としてもよい。
【実施例】
【００２６】
次に、本実施形態に従い作製したリチウムイオン二次電池２０の実施例について説明する。以下の実施例では、正極板Ｐ及び負極板Ｎの活物質未塗工部２７の側縁に略三角形状又は半円状の切り欠きを形成しておき、切り欠きの位置を目標として正極板Ｐ及び負極板Ｎを切断し極板群６を作製したときに、切断位置の目標からのずれによる巻き始め部分のアルミニウム箔２５、銅箔２６の屈曲の有無について調べた。
【００２７】
（実施例１）
下表１に示すように、実施例１では、１辺の長さＬを変えて切り欠き２３を形成させた（図２参照）。略三角形状の頂点を目標として正極板Ｐ及び負極板Ｎを切断した。下表１に切断位置とそのときの屈曲の有無の結果とを合わせて示す。なお、下表１において、切断位置の数値は、切り欠き２３の頂点（０）の位置を基準とする切断位置のずれの範囲を、切断位置が正負極板の挿入方向に対して前方（同じ方向）にずれたときに−（マイナス）の数値で示し、正負極板の挿入方向に対して後方（反対方向）にずれたときに＋（プラス）の数値で示している。切断位置の−１．０ｍｍは−０．５〜−１．０ｍｍの範囲、−０．５ｍｍは０〜−０．５ｍｍの範囲、＋０．５ｍｍは０〜＋０．５ｍｍの範囲、＋１．０ｍｍは＋０．５〜＋１．０ｍｍの範囲の位置で切断したことをそれぞれ示している。また、×はアルミニウム箔２５、銅箔２６の屈曲有りを、○はアルミニウム箔２５、銅箔２６の屈曲無しをそれぞれ示している（下表２についても同じ）。
【００２８】
【表１】
2005268139.tif 000003
【００２９】
表１に示すように、長さＬが１．０ｍｍで切断位置が±０．５、±１．０のとき、及び、長さＬが２．０ｍｍで切断位置が±１．０ｍｍのときは、アルミニウム箔２５、銅箔２６の屈曲が認められた。切断位置が長さＬの半分の長さ以上にずれた場合には、切断後の正極板Ｐ及び負極板Ｎの巻き始め部分の活物質未塗工部２７が切り取られていない形状ととなり、従来と同様に活物質未塗工部２７のアルミニウム箔２５、銅箔２６が巻き始め部分に位置するため、セパレータ間に正極板Ｐ及び負極板Ｎを挿入するときにアルミニウム箔２５、銅箔２６の屈曲が発生したと考えられる。
【００３０】
また、切断位置が−０．５ｍｍ、−１．０ｍｍの−方向にずれた場合には、巻き始め部分の形状が、図３に示すように、活物質塗工部２８の活物質未塗工部２７側で鋭角となり、長さＬに関わらずセパレータ間に正極板Ｐ及び負極板Ｎを挿入するときに巻き始め部分の屈曲が発生した。このことから、切断位置は、＋方向に位置する必要があることが判った。
【００３１】
更に、長さＬが３．０ｍｍのときに、切断位置が＋１．０ｍｍではアルミニウム箔２５、銅箔２６の屈曲が認められたのに対して、切断位置が＋０．５ｍｍではアルミニウム箔２５、銅箔２６の屈曲が認められなかった。このことから、切断位置が＋方向にずれた場合には、図４に示すように、切断後に活物質未塗工部２７が活物質塗工部２８より１．０ｍｍ以上後方に位置しなければ、極板挿入時に巻き始め部分のアルミニウム箔２５、銅箔２６の屈曲が発生することが判った。従って、切断位置が最大１．０ｍｍずれることを考慮すれば、切り欠き２３の長さＬは４．０ｍｍ以上が必要であることが判明した。
【００３２】
（実施例２）
下表２に示すように、実施例２では、直径Ｄを変えて半円状の切り欠き２４を形成させたこと以外は実施例１と同様にした（図５参照）。下表２に切断位置とそのときの屈曲の有無の結果とを合わせて示す。
【００３３】
【表２】
2005268139.tif 000004
【００３４】
表２に示すように、直径Ｄが１．０ｍｍで切断位置が±０．５、±１．０のとき、及び、直径Ｄが２．０ｍｍで切断位置が±１．０ｍｍのときは、アルミニウム箔２５、銅箔２６の屈曲が認められた。切断位置が直径Ｄの半分以上にずれた場合には、切断後の正極板Ｐ及び負極板Ｎの巻き始め部分の活物質未塗工部２７が切り取られていない形状となり、従来と同様に活物質未塗工部２７のアルミニウム箔２５、銅箔２６が巻き始め部分に位置するため、セパレータ間に正極板Ｐ及び負極板Ｎを挿入するときにアルミニウム箔２５、銅箔２６の屈曲が発生したと考えられる。
【００３５】
また、切断位置が−方向にずれた場合には、巻き始め部分の形状が、図６に示すように、活物質塗工部２８の活物質未塗工部２７側で鋭角となり、直径Ｄに関わらずセパレータ間に正極板Ｐ及び負極板Ｎを挿入するときに巻き始め部分の屈曲が発生した。このことから、切断位置は、＋方向に位置する必要があることが判った。
【００３６】
更に、直径Ｄが４．０ｍｍのときに、切断位置が＋１．０ｍｍではアルミニウム箔２５、銅箔２６の屈曲が認められたのに対して、切断位置が＋０．５ｍｍではアルミニウム箔２５、銅箔２６の屈曲が認められなかった。このことから、切断位置が＋方向にずれた場合には、図７に示すように、切断後に活物質未塗工部２７が活物質塗工部２８より１．５ｍｍ以上後方に位置しなければ、極板挿入時に巻き始め部分のアルミニウム箔２５、銅箔２６の屈曲が発生することが判った。従って、切断位置が最大１．０ｍｍずれることを考慮すれば、切り欠き２４の直径Ｄは５．０ｍｍ以上が必要であることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、金属箔でセパレータを損傷することなく正負極板を捲回でき、正負極板間の短絡を防止可能な捲回式電池を提供するものであり、捲回式電池の製造、販売に寄与し、産業上利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明を適用した実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池の断面図である。
【図２】実施形態の略三角形状に切り欠きを形成した正極板及び負極板を模式的に示す説明図である。
【図３】切断位置を略三角形状の頂点（０）から−方向とした正極板及び負極板を模式的に示す説明図である。
【図４】切断位置を略三角形状の頂点（０）から＋方向とした正極板及び負極板を模式的に示す説明図である。
【図５】半円状に切り欠きを形成した正極板及び負極板を模式的に示す説明図である。
【図６】切断位置を半円状の頂点（０）から−方向とした正極板及び負極板を模式的に示す説明図である。
【図７】切断位置を半円状の頂点（０）から＋方向とした正極板及び負極板を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
Ｐ  正極板
Ｎ  負極板
６  極板群
２０  円筒型リチウムイオン二次電池（捲回式電池）
２３、２４  切り欠き
２５  アルミニウム箔（集電体）
２６  銅箔（集電体）
２７  活物質未塗工部
２８  活物質塗工部
【図１】
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【図２】
2005268139.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005268139.tif 000009
【図６】
2005268139.tif 000010
【図７】
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