(57)【要約】 【課題】  異常発熱時において信頼性が高く、且つ、巻回後、接続タブの位置が安定した巻回型電池を提供する。【解決手段】  電極巻回素子を電池缶内に収容した巻回型電池であり、正極電極１および負極電極２の巻き始め部側に、集電体４、５に正極および負極活物質６、７が塗布されていない負極活物質層非形成部９を正極活物質層非形成部８より長く形成するとともに、正極電極１の巻き始め部側の端部は、負極活物質層非形成部９に対向する位置に配置する。また、正極接続タブ１０とセパレータ３を介して対向する、負極活物質層非形成部９にオーバーコート１５を設ける。【選択図】  図１
2005327550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体に正極および負極活物質をそれぞれ塗布した正極電極および負極電極をセパレータを挟んで多重に巻回し、前記正極電極および負極電極に正極接続タブおよび負極接続タブをそれぞれ接合させ、前記正極接続タブおよび負極接続タブのいずれもが、前記正極電極および負極電極の巻き始め部側の近傍に、互いの間に間隔を設けて取り付けられた電極巻回素子を電池缶内に収容した巻回型電池において、前記正極電極および負極電極の巻き始め部側に、前記集電体に前記正極および負極活物質が塗布されていない負極活物質層非形成部を正極活物質層非形成部より長く形成するとともに、前記正極電極の巻き始め部側の端部は、前記負極活物質層非形成部に対向する位置に配置したことを特徴とする巻回型電池。
【請求項２】
前記正極接続タブとセパレータを介して対向する、前記負極活物質層非形成部にオーバーコートを有することを特徴とする請求項１記載の巻回型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻回型電池に関し、特に、電極巻回素子を密閉した巻回型電池の電極の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型あるいは薄型の電子機器の電源として各種の電池が用いられており、特に、携帯電話、ノートパソコン等の電源として、小型で大容量の密閉型電池であるリチウムイオン二次電池等の非水電解液電池が用いられている。小型あるいは薄型の電子機器の電源として用いられているリチウムイオン二次電池においては、正極集電体および負極集電体にそれぞれ活物質を塗布した後にセパレータを介在させて巻回した電極巻回素子（巻回構造体）を角型等の電池缶内に収容して密閉した巻回型のものが用いられている。
【０００３】
図３に、角型のリチウムイオン二次電池の構成の一例を、一部を破断した斜視図で示す。図３に示すように、正極活物質を塗布した正極電極と、負極活物質を塗布した負極電極をセパレータを介在させて巻回して電極巻回素子１４を作製して電池缶１３内に収納し、電解液を注入後、電池蓋１２を電池缶１３に溶接することによって電池を密閉している。
【０００４】
また、図２に、電極巻回素子の構成の一例を断面図で示す。図２に示すように、電極巻回素子は、電池缶内に収納した後に、負極接続タブ１１を電池缶の上部の電池蓋の部分に溶接するとともに、正極接続タブ１０は電池缶に溶接している。正極電極には、巻き始め部には、両面に正極活物質層非形成部８が形成されており、この活物質層非形成部には正極接続タブ１０が取り付けられている。また、負極活物質層非形成部９に負極接続タブ１１が取り付けられている（例えば、特許文献１、特許文献２）。この場合、繰り返し充放電を行った場合にも歪みの発生がなく、高品質の電池を得ることができる。
【０００５】
しかしながら、これらのリチウムイオン二次電池は、通常の使用条件下では十分な安全性を有するものの、電池の高容量化が進むにつれ、発熱量がともに大きくなる。本発明者らの実験によれば、過充電、短絡等の異常時に電池が異常発熱したときに、セパレータ３の溶融は、活物質層非形成部、特に取り付けられたタブが直接触れている部分が最も著しいことを確認している。そこで、上記の構造の場合、正極活物質層非形成部８に取り付けられた正極接続タブ１０と負極活物質層非形成部９、さらに負極活物質層非形成部９に取り付けられた負極接続タブ１１と正極活物質層非形成部８がセパレータ３を介して対向するため、安全性を考慮するとオーバーコート１５を３箇所付けるという対処法が必要になっていた。
【０００６】
正極電極に設けた正極接続タブ、および負極電極に設けた負極接続タブは、いずれも負極電極および正極電極の巻き始め部に近い端部に設け、セパレータを介して巻回したので、正極接続タブおよび負極接続タブの間隔、およびそれらの電極巻回素子での位置は、巻き始めにおいて、正確に規定することが可能となる。しかしながら、負極活物質層非形成部はセパレータによって保護されており、負極接続タブの位置に関しては問題ないが、正極活物質層非形成部が長い場合、巻回の際、巻芯の引き抜き時に引っかかり、正極接続タブの位置が不安定となっていた。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２６６９２７号公報
【特許文献２】特開平１１−２６００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決し、正極電極および負極電極をセパレータを介して積層して巻回した電極巻回素子を有する巻回型電池において、その異常発熱時の信頼性の低下を防止し、且つ巻回後、接続タブの位置が安定した巻回型電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明における上記の課題は、正極電極および負極電極をセパレータを挟んで多重に巻回した電極巻回素子を電池缶内に収容した巻回型電池において、正極電極に接合された正極接続タブおよび負極に接合された負極接続タブのいずれもが、電極巻回素子の正極電極および負極電極の巻き始め部側の近傍に、互いの間に間隔を設けて取り付け、巻き始め部側には、負極活物質層非形成部が存在し、正極電極の巻き始め部側の端部は、負極活物質層非形成部に対向する部分に位置するとともに、負極活物質層非形成部にセパレータを介して対向する正極電極の巻き始め部の集電体には正極活物質層非形成部を設け、負極活物質層非形成部を正極活物質層非形成部よりも長くし、且つ正極接続タブとその両面に重ねられたセパレータを介して対向する負極活物質層非形成部にオーバーコートを２箇所設けることによって解決することができる。
【００１０】
即ち、本発明は、集電体に正極および負極活物質をそれぞれ塗布した正極電極および負極電極をセパレータを挟んで多重に巻回し、前記正極電極および負極電極に正極接続タブおよび負極接続タブをそれぞれ接合させ、前記正極接続タブおよび負極接続タブのいずれもが、前記正極電極および負極電極の巻き始め部側の近傍に、互いの間に間隔を設けて取り付けられた電極巻回素子を電池缶内に収容した巻回型電池において、前記正極電極および負極電極の巻き始め部側に、前記集電体に前記正極および負極活物質が塗布されていない負極活物質層非形成部を正極活物質層非形成部より長く形成するとともに、前記正極電極の巻き始め部側の端部は、前記負極活物質層非形成部に対向する位置に配置したことを特徴とする巻回型電池である。
【００１１】
また、本発明は、前記正極接続タブとセパレータを介して対向する、前記負極活物質層非形成部にオーバーコートを有することを特徴とする上記の巻回型電池である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、異常発熱時において信頼性が高く、且つ、巻回後、接続タブの位置が安定した巻回型電池を提供することができる。即ち、以上のような本発明に係る巻回型電池においては、異常発熱時におけるセパレータの溶融、あるいは巻回後の接続タブの位置不良を防止する効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の巻回型電池の実施の形態を、角型のリチウムイオン二次電池を例にとり図面によって説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施の形態におけるリチウムイオン二次電池の説明図であり、図１（ａ）は、電池缶内に収容する電極巻回素子を示す横断面図、図１（ｂ）は、電極を示す図である。
【００１５】
図１（ｂ）において、本発明の一実施の形態におけるリチウムイオン二次電池は、角型電池であり、正極電極１と、負極電極２と、セパレータ３との組合せからなるものである。
【００１６】
正極電極１及び負極電極２の正極集電体４、負極集電体５は、いずれも帯状をなし、正極活物質６、負極活物質７は集電体４、５の表面にそれぞれ塗布されるが、集電体４、５の一端には正極活物質層非形成部８、負極活物質層非形成部９があり、それぞれの電極から電気を取り出すために引出した正極接続タブ１０、負極接続タブ１１は、活物質層非形成部８、９に取り付けられている。
【００１７】
正極電極１と負極電極２とは、図１（ａ）の巻回軸に垂直な断面に示すように、負極接続タブ１１および正極接続タブ１０を巻き始めに位置させるようにそれぞれの電極の組み合わせを設定し、セパレータ３を挟み、多重に巻回して電極巻回素子に組み立てる。正極電極には、巻き始め部には、両面に正極活物質層非形成部８が形成されており、この非形成部には正極接続タブ１０が取り付けられている。また、負極活物質層非形成部９に負極接続タブ１１が取り付けられている。本発明は、巻き始めにおいて、正極活物質層非形成部８が短いため、巻回の際、巻芯引き抜き時に引っかかることなく、負極（カソード）接続タブの位置が安定する。
【００１８】
本発明は、正極接続タブ１０とその両面に重ねられたセパレータ３を介して対向する負極活物質層非形成部９の面にオーバーコート１５を２箇所被覆するものである。オーバーコート１５は、集電体の異常発熱がセパレータに伝わるのを防止するものである。オーバーコート１５に好適な材料としてポリイミドフィルム、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレンなどがある。また、本発明の構造では、オーバーコート１５を従来の３箇所から２箇所へ減少させることが可能である。
【００１９】
図１（ｂ）に示すように、正極電極１の集電体４には、アルミニウム箔等を用いることができる。正極集電体４に塗布する正極活物質６は、コバルト酸リチウム等の遷移金属酸リチウムやジスフィド等のポリマー材がある。本発明はいずれの適用も可能である。
【００２０】
負極電極２の集電体５には、銅箔等を用いることができる。負極集電体５に塗布する負極活物質７は、天然黒鉛、黒鉛化ＭＣＭＢ、黒鉛化ＭＣＦ等の黒鉛化炭素材料や、アモルファス構造を有する非黒鉛化炭素材料のほか、スズ化合物、リチウム金属、リチウム化合物がある。本発明はいずれの適用も可能である。
【００２１】
セパレータ３には、正極電極と負極電極の通電ヒューズ機能として、いわゆるシャットダウン効果のあるもの、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエチレンとポリプロピレンとの積層品やこれらの複合体などの微多孔膜がある。
【００２２】
正極電極１の接続タブ１０には、アルミニウム箔や、アルミニウム複合金属等を用いることができる。また、負極電極２の接続タブ１１には、ニッケル箔や、ニッケル複合金属、銅箔等を用いることができる。
【００２３】
電解液は、リチウムイオン二次電池の場合、非水電解液であり、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートのような環状カーボネートや、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネートなどの直鎖カーボネート、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸メチル、γ−ブチロラクトンなどの有機溶媒の混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウム、ビス（トリフルオロメチルホスホン）イミド、ビス（ペンタフルオロメチルホスホン）イミドなどのイミド塩、メチド塩などを０．５ｍｏｌ／リットル〜２．０ｍｏｌ／リットル溶解させたものを使用することができる。
【実施例】
【００２４】
本発明の実施例として、図１（ａ）に示す構造の電極巻回素子を有する角型の巻回型電池を作製した。セパレータとしてポリエチレンからなる高分子多孔性フィルムを介在させて、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）からなる正極活物質を塗布したアルミニウムからなる正極集電体と、黒鉛化ＭＣＭＢからなる負極活物質を塗布した銅箔からなる負極集電体を巻回して発電要素である電極巻回素子を作製してアルミニウムからなる電池缶内に収納し、電解液としてエチレンカーボネートを注入後、電池蓋を電池缶に溶接することによって密閉して、本発明の巻回型電池を得た。
【００２５】
従来例として、図２に示す構造の電極巻回素子を用いたリチウムイオン二次電池を作製した。各部材は実施例と同様のものを用いた。なお、本発明及び従来例の巻回型電池は、それぞれ２０００個作製した。
【００２６】
本発明と従来例の巻回型電池において、負極接続タブの位置不良の発生割合を比較した。負極接続タブの位置不良は、従来例の２．０％から０．０５％へ改善することが確認で
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施の形態におけるリチウムイオン二次電池の説明図。図１（ａ）は、電池缶内に収容する電極巻回素子を示す横断面図。図１（ｂ）は、電極を示す図。
【図２】従来のリチウムイオン二次電池の電極巻回素子を示す断面図。
【図３】リチウムイオン二次電池の一部を破断して示す斜視図。
【符号の説明】
【００２８】
１    正極電極
２    負極電極
３    セパレータ
４    （正極）集電体
５    （負極）集電体
６    （正極）活物質
７    （負極）活物質
８    （正極）活物質層非形成部
９    （負極）活物質層非形成部
１０    （正極）接続タブ
１１    （負極）接続タブ
１２    電池蓋
１３    電池缶
１４    電極巻回素子
１５    オーバーコート
【図１】
2005327550.tif 000003
【図２】
2005327550.tif 000004
【図３】
2005327550.tif 000005