(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の正極と、
複数枚のセパレータが積層された第１のセパレータと、
帯状の負極と、
複数枚のセパレータが積層された第２のセパレータと、
を備え、
前記第１及び第２のセパレータのうちそれぞれ少なくとも１枚のセパレータの長手方向と交差する方向に多数のスリットが形成されており、前記正極、第１のセパレータ、負極及び第２のセパレータが捲回されたものであることを特徴とする電池。
【請求項２】
前記第１及び第２のセパレータはそれぞれ前記スリットが形成されたセパレータとスリットが無形成のセパレータとの２枚のセパレータが積層されて構成されており、前記負極、前記第１のセパレータのうちスリットが無形性のセパレータ、前記第１のセパレータのうちスリットが形成されたセパレータ、前記正極、前記第２のセパレータのうちスリットが無形性のセパレータ、前記第２のセパレータのうちスリットが形成されたセパレータが順に積層され捲回されたことを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記スリットの長さは、前記正負電極の高さより大きいことを特徴とする請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記スリットの上端は、前記正負電極の上端より上側に達することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正負電極間にセパレータを有する電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器や通信機器のめざましい小形化の一方、これらに搭載される電池についても同様な小形化、軽量化が望まれている。また、省エネルギー、環境保護対策上からも、電力貯蔵、電気自動車用の高エネルギー密度、高容量の電池の開発が期待されている。
【０００３】
しかしながら、これら電子機器や電気自動車等に使用される電池では、電解液の注液方法が不適切な場合や、過充電時の溶媒の分解や副反応によりガス発生が起こる場合には、電池の正極・負極間や活物質合剤の空隙にガスが残存することにより容量密度や出力密度の減少を招くことがある。
【０００４】
すなわち、リチウム二次電池に使われるセパレータでは、一般に２０〜５０μｍと薄い微多孔膜が用いられ、また、電極表面が比較的滑らかな状態にあるので、電極を積層又は捲回する際に電極群に空隙が少なく密度が高くなる。従って、電解液の注液時に活物質層中のガスと電解液の置換が起こりにくい。この問題の解決策として、しばしば真空注液が行われている。
【０００５】
一方、電解液の溶媒に水を用いた電池では、充電時に溶媒の分解により生じたガスがセパレータ上に残留し充放電に関与する有効表面積を狭めるので、容量、出力の特性を悪化させる。これを避けるため、例えば、特公昭第５８−２６１４７号公報にはセパレータ上にリブを設ける技術が開示されている。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した真空注液では、真空注液の際に必要とされる時間が時間当りの生産個数の減少を招き、歩留まり悪化の原因となる、という問題点がある。また、特公昭第５８−２６１４７号公報の技術では、数十μｍという厚さの薄いセパレータには適用することができない、という問題点がある。
【０００７】
本発明は上記事案に鑑み、電解液注液時の歩留まりを向上させ、かつ、残留ガスによる性能低下を招かない構造の電池を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、帯状の正極と、複数枚のセパレータが積層された第１のセパレータと、帯状の負極と、複数枚のセパレータが積層された第２のセパレータと、を備え、前記第１及び第２のセパレータのうちそれぞれ少なくとも１枚のセパレータの長手方向と交差する方向に多数のスリットが形成されており、前記正極、第１のセパレータ、負極及び第２のセパレータが捲回されたものであることを特徴とする。本発明では、複数枚のセパレータが積層された第１及び第２のセパレータのスリットの形成によりセパレータの枚数が変わる部分に段差ができるので、正極、第１のセパレータ、負極及び第２のセパレータが捲回されても、段差ができた隙間が電解液の入口及びガスの出口となり、電池生産時の電解液の注液時間が短縮され歩留まりが向上し生産性が高くなると共に、電池内部でガスが発生する際にも段差ができた隙間からガスが逃げやすく、電池性能の低下を招かない電池とすることができる。
【０００９】
この場合に、第１及び第２のセパレータがそれぞれスリットが形成されたセパレータとスリットが無形成のセパレータとの２枚のセパレータが積層されて構成され、負極、第１のセパレータのうちスリットが無形性のセパレータ、第１のセパレータのうちスリットが形成されたセパレータ、正極、第２のセパレータのうちスリットが無形性のセパレータ、第２のセパレータのうちスリットが形成されたセパレータが順に積層され捲回されていてもよい。このとき、スリットの長さを正負電極の高さより大きくすれば、スリットの端部は正負電極に閉塞されないので、スリットの端部までガスを案内することができる。また、スリットの上端を正負電極の上端より上側に達するようにすれば、ガスはスリットにより正負電極の上端より上側に案内され、電池上部側から逃げることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、電池の生産性を上げると共に性能低下を少なくするために、複数のセパレータが部分的に積層されており、セパレータの枚数が変わる部分に段差が形成される。この段差を形成する態様には、例えば、後述するように多数のスリットの入ったスリットセパレータとスリットの入っていないセパレータを積層したり、スリットセパレータを複数枚スリットの位置がずれるようにして積層したり、短冊状に切ったセパレータを断続的に切れ目のないセパレータと重ねる等の種々の実施形態を採ることができる。このとき、セパレータの厚さは８μｍ以上１ｍｍ以下とするのが好ましい。また、積層される複数のセパレータはそれぞれの材質が同一のものでなくてもよく、また、厚さがそれぞれ異なってもよい。更に、例えば、スリットセパレータ２枚をお互いに穴を塞ぐように重ねて積層する態様としてもよい。積層するセパレータは棒状又は繊維状でもよく、この場合には、断面の面積が５ｘ１０−７ｃｍ２以上１ｘ１０−２ｃｍ２以下とすることが好ましい。
【００１１】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明をリチウムイオン電池（以下、リチウム電池という。）に適用した実施例について説明する。
【００１２】
（構成）
図１に示すように、本実施形態のリチウム電池は、正極４と負極５とを、スリットを有するスリットセパレータ２とスリットを有しないセパレータ３とを介して、負極５、セパレータ３、スリットセパレータ２、正極４、セパレータ３、スリットセパレータ２の順に積層して捲回した電極群１を備えている。
【００１３】
スリットセパレータ２及びセパレータ３は、ポリエチレン製微多孔膜からなり、厚さ１２μｍ、幅６２ｍｍ、長さ１２０ｍｍとされている。また、スリットセパレータ３には、幅３ｍｍ、長さ５８ｍｍの矩形状のスリット６が所定間隔で多数形成されている。
【００１４】
一方、正極４及び負極５は幅（高さ）５６ｍｍで、電極がスリット６の両端の間に収まるように捲回されている。換言すれば、スリット６の上端（図１の矢印ＵＰ方向の端部）は電極の上端より上側に達するように捲回されている。正極４は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）９１重量部、導電剤のグラファト６重量部、結着剤のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）３重量部からなる合剤を、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の正極集電体両面に塗布したもので、厚さ１５０μｍ、長さ１０５ｍｍとされている。また、負極５は、炭素を９０重量部、ＰＶＤＦ１０重量部からなる合剤を、厚さ１０μｍの銅箔の負極集電体両面に塗布したもので、厚さ１８０μｍ、長さ１２０ｍｍとされている。
【００１５】
この電極群１を、図１の矢印ＵＰ方向を上にして、厚さ０．３ｍｍのステンレス鋼鈑からなる半径１０ｍｍ、長さ（高さ）７０ｍｍの一端開口筒体からなる電池ケースに入れ、電解液としてエチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）の混合溶媒へ６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１モル／リットルの割合で溶解した有機電解液を電池ケースの開口端から注入した後該開口端を蓋体で封口して、リチウム電池が作製される。
【００１６】
（試験）
［試験対象］
以上の実施形態に従って、スリット６の間隔を５、１０、１５、２０、３０及び５０ｍｍとした実施例のリチウム電池を作製した。これらの実施例のリチウム電池の効果を確認するために比較例のリチウム電池も併せて作製した。比較例の電池では、正極４と負極５とを、スリットセパレータ２とセパレータ３とを介して捲回したことに代えて、厚さ２４μｍ、幅６２ｍｍ、長さ１２０ｍｍのポリエチレン製微多孔膜のセパレータ１枚を介して捲回して電極群として電池を完成させたものである。
【００１７】
［試験方法］
次に、このようにして作製した実施例及び比較例の各電池について、デシケータ中で１ミリリットル／分の割合で電解液を注液をし、液面が電池缶上面まで達するまでの注液時間を測定する注液時間測定試験を行った。
【００１８】
注液時間測定試験の試験結果を下表１に示す。
【００１９】
【表１】
0004441957.tif 000002
【００２０】
［評価］
表１に示すように、セパレータにスリット６を形成した実施例の電池はスリットを形成していない比較例の電池より注液時間が短くなることが分かる。また、スリット６の間隔を３０ｍｍより短くすると注液時間が大幅に短縮されることも分かる。
【００２１】
（作用等）
本実施例では、スリットセパレータ２とセパレータ３とが積層されており、スリット６により両セパレータに段差による隙間が形成され、この隙間から電解液が注液されるので、注液時間測定試験の試験結果でも示したように、注液時間を短縮することができる。従って、歩留まりが向上し生産性を高めることができる。また、スリットセパレータ２に所定間隔でスリット６を多数形成したので、電池に電解液を注液する際に、ほぼ均等かつ十分に電解液を両極板全体に染み込ませることができる。
【００２２】
また、本実施例では、捲回群１を捲回する際に、スリット６の上端を電極の上端より上側に達するようにしたので、過充電時に例えば、ＥＣやＤＭＣ等の混合溶媒の分解や副反応で捲回群１の内部でガスが発生しても、ガスはスリット６を介してスリット６の上端から液口栓を経由して電池外部へ逃げる。従って、捲回群１内にガスが残存することが少なく、リチウム電池の性能低下を招かない構造とすることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数枚のセパレータが積層された第１及び第２のセパレータのスリットの形成によりセパレータの枚数が変わる部分に段差ができるので、正極、第１のセパレータ、負極及び第２のセパレータが捲回されても、段差ができた隙間が電解液の入口及びガスの出口となり、電池生産時の電解液の注液時間が短縮され歩留まりが向上し生産性が高くなると共に、電池内部でガスが発生する際にも段差ができた隙間からガスが逃げやすく、電池性能の劣化の少ない電池とすることができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した実施形態のリチウム電池の電極群の斜視図である。
【符号の説明】
１  電極群
２  スリットセパレータ
３  セパレータ
４  正極
５  負極
６  スリット
【図１】
0004441957.tif 000003