(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極、セパレータおよび負極をともに巻き取って設ける電極ロールと、
その電極ロールの一部を収容する電極ロール用の固定部材と、
軽量ケースと、
を備え、
前記固定部材は、電極ロールの側面を固定するグリッパーであり、
前記グリッパーは、前記電極ロールの側面に面接触する扁平なプレートの外部を固定することを特徴とする、二次電池。
【請求項２】
前記固定部材は、電極ロールの上部および下部のうち、少なくとも一方に被せられるキャップをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記電極ロールの最外郭の端部をテープで固定することを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
【請求項４】
前記キャップは、電極ロールの上部および下部の両側に被せられる場合に接触テープにより相互固定されることを特徴とする、請求項２に記載の二次電池。
【請求項５】
前記キャップは、少なくとも二つ以上の孔をもつことを特徴とする、請求項２に記載の二次電池。
【請求項６】
前記固定部材は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、テフロン(登録商標)、ステンレス、ニッケルめっきの鉄、ニッケルおよびアルミニウムから選択される、いずれか一つで作製されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の二次電池。
【請求項７】
前記軽量ケースは、熱可塑性樹脂で作製されるポーチであることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
【請求項８】
前記軽量ケースは、アルミニウムと熱可塑性樹脂をラミネートして作製されるポーチであることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
【請求項９】
前記軽量ケースは、０．４ｍｍ以下の厚さの金属カンであることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正極、負極およびセパレータとともに巻き取られた電極ロールの変形と、充放電時の嵩変化を抑制するとともに、電極ロールを外装するケースを軽量化することができる電極ロール用固定部材をもつ二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池は反復して充電と放電ができるもので、最近では小型化、長寿命および高容量化を実現するための多様な研究が行なわれている。代表的な二次電池として、リチウムイオン（Li-ion）電池またはリチウムイオンポリマー（Li-ion Polymer）電池が使用されている。
【０００３】
リチウムイオン電池は、正極の活物質としてリチウム−遷移金属酸化物を用い、負極の活物質として炭素または炭素複合体を用いる。この正極と負極をセパレータで絶縁し、有機溶媒にリチウム塩を溶かした液体電解質を含浸させ、正極と負極とのあいだでリチウムイオンが移動して充電または放電が起きるようにされている。また、リチウムイオンポリマー電池は、前記活物質を含む正極と負極とのあいだにセパレータとして混成ポリマー（hybrid polymer）を介在しており、ここに液体電解質を含浸して正極と負極とのあいだでリチウムイオンが移動して充電または放電が起きるようにされている。
【０００４】
このような二次電池は外観上、円筒形と角形電池とに区分され、従来の角形電池の構造を図６に示している。従来の角形二次電池は、正極、セパレータおよび負極からなる電極帯が巻き取られた電極ロール２をプレスして角形カン４の内部に収納しており、そのカン４の上部に安全装置を含むキャップアセンブリ６を設け、キャップアセンブリ６上に設けられた電解質注入口８を通して内部に液体電解質を注入したのち、プラグを挿入して密封する構造をしている。ここで、正極および負極のような電極は、電池の種類によって多少の差があるが、通常基材に活物質を塗布および充填して作られている。
【０００５】
このように構成された二次電池において、カン４は、電池の充放電時、膨張と収縮を反復する電極ロール２の変形に対して、その圧力に耐えることができる充分な厚さで作製されるべきである。たとえば鉄（Fe）またはアルミニウム（Al）材質のカン４は０．４〜０．６ｍｍの厚さで作製されている。
【０００６】
しかしながら、前記カン４が鉄を主成分とする場合、１７ｇの重さを有し、アルミニウムで作製する場合、８〜９ｇの重さを有するので、電池の軽量化を難しくする主な原因となる問題がある。
【０００７】
また、カン４の内部に収納された電極ロール２は、充放電時の嵩膨張と収縮により活物質が脱落したり劣化し、または外部から加わる衝撃により変形して、製品不良を起す問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述した従来の技術の問題を解決するものとして、充放電時、電極ロールの嵩変化に伴う活物質の脱落および劣化を防止したり、外部衝撃による変形を防止するとともに、カンの軽量化を図る電極ロール用固定部材をもつ二次電池を提供することに目的がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そのために本発明の二次電池は、正極、セパレータおよび負極をともに巻き取って設ける電極ロールと、その電極ロールの一部を収容する電極ロール用固定部材と、軽量ケースとを備えることを特徴とする。
【００１０】
すなわち本発明の二次電池では、正極、セパレータおよび負極をともに巻き取って電極ロールを設け、電極ロールの側面の外部をグリップする固定部材を用いて変形を防止し、このような固定部材をもつ電極ロールを液体電解質とともに軽量ケースに収納したのち、外部へタップ端子を引き出し、開口部を密封する。
【００１１】
本発明において前記固定部材は、電極ロールの側面を固定するグリッパーである。また、電極ロールの側面をグリッパーを使用して固定する場合には、均一な圧力を加えるために電極ロールとグリッパーとのあいだに扁平なプレートがさらに設置される。扁平なプレートは電極ロールの前後面に均一な状態で全体的に面接触される。なお、グリッパーに加えて、固定部材として電極ロールの上部または下部に被せるキャップをさらに備えてもよい。
【００１２】
ここで前記電極ロール用固定部材は、液体電解質との反応を考慮して、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、テフロン、ステンレス、ニッケルめっきした鉄、ニッケルおよびアルミニウムから選択される、いずれか一つで作製する。
【００１３】
また、二次電池のケースとしては、アルミニウムと熱可塑性樹脂とのラミネートシートとか、熱可塑性樹脂からなるポーチを用いたり、または０．４ｍｍ以下の厚さを有する金属カンを用いる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実現するための望ましい実施の形態を添付図面に基づいてより詳しく説明する。なお、従来技術の説明で用いた図におけるものと同一な構成に対しては同一の符号を付与する。
【００１５】
実施の形態１
図１は本発明の二次電池を分解した構成を示した分解斜視図であり、図２は電極ロールの部分拡大図であり、図３は本発明による二次電池の外観を示した斜視図である。本形態における二次電池は、図４に示すように固定部材としてグリッパーを用いるものであるが、図４の説明に先立ち、図１〜図３に基づいて、二次電池の全体構成およびグリッパーとともに使用可能な固定部材であるキャップについて説明する。図１に示されるように本発明の二次電池は、ケース１４、そのケース１４の内に収納される電極ロール２およびその電極ロール２の一部を収容する固定部材を包含する。電極ロール２は、正極２０ｂと負極２０ａのあいだにセパレータ２０ｃを介在させた電極帯２０を巻き取って、これをプレスしたのち、最外郭部の端部をテープ２ａを用いて付着固定して形成している。
【００１６】
ここで、正極および負極のような電極は、リチウムイオン電池およびリチウムイオンポリマー電池の場合に、正極の活物質としてＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2およびＬｉＭｎ2Ｏ4のうち、少なくとも一種を含むリチウム−遷移金属酸化物を用い、負極の活物質として炭素または炭素複合体を用いる。
【００１７】
本発明は従来の電池の充放電時、または外部の衝撃時に変形される問題を解消するための特徴的な構成として、電極ロール２に固定部材を固定して電極ロール２の膨張、収縮または外部衝撃による変形を防止している。
【００１８】
固定部材としては後述するグリッパーを用いることができるが、かかるグリッパーとともに電極ロール２の上部および下部に被せられるキャップ１０、１００を用いることができる。なお、そのキャップ１０と１００は電極ロール２の上部または下部に選択的に一つを設けたり、両方に設けることができる。両方にキャップ１０と１００を設ける場合には、上部および下部のものを接着テープ１２を用いて互いに固定することができる。
【００１９】
前記上下部のキャップ１０と１００はリチウム塩によるエッチングが起きない材質または液体電解質との反応が起きない材質から作製されるべきである。このような材質としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、テフロン、ステンレス、ニッケルめっきの鉄、ニッケルおよびアルミニウムから選択される、いずれか一つを用いることができる。
【００２０】
前記上部キャップ１０には電極ロール２から引き出された正極タップ端子２ｂおよび負極タップ端子２ｃを貫通させるための孔１０ａと１０ｃを設ける。また、上下部のキャップ１０と１００には液体電解質の注入時、含浸される時間を短縮させるための手段として多数個の孔１０ｂを設ける。
【００２１】
このように形成されたキャップ１０と１００、すなわち、本発明における固定部材は、プレスされた電極ロール２の上下部にぴったり合うように被せて電池の充放電時に発生する嵩変形、または外部衝撃による電極ロールの変形を防止する。
【００２２】
このようにキャップ１０と１００により固定された電極ロール２は、液体電解質とともに軽量ケース１４の内部に収納される。このとき、軽量ケース１４の開口部１４ａの外側には正極および負極から引き出された正極タップ端子２ｂおよび負極タップ端子２ｃが引き出され、その状態で開口部１４ａをシールすることにより図３のような外観を有する二次電池を形成することができる。
【００２３】
ここで、本発明は電池の重さを減らすために、前記軽量ケースとして、アルミニウムと熱可塑性樹脂をラミネートしたシートを用いて作製されるポーチまたは熱可塑性樹脂を用いて作製されるポーチを用いることもできる。
【００２４】
図４は本発明における固定部材であるグリッパーの形態を示している。
【００２５】
図４に示されるように、電極ロール２の変形を防止する手段として、本実施の形態の固定部材は、電極ロール２の側面に固定されて電極ロール２の前面および後面を圧着および固定するグリッパー１６にされている。
【００２６】
前記グリッパー１６は、電極ロール２の左の側辺、右の側辺または下の側辺から一つまたは複数個を挟むことができる。この場合、前記電極ロール２の最外郭部の端部には別途テープを付着する必要がないが、付着してもよい。
【００２７】
また、本発明では前記グリッパー１６と並行して、前述した固定部材の一つの例であるキャップ１０と１００を電極ロール２の上部および下部に被せて用いることもできる。この場合には電極ロール２の変形を抑制する効果がさらに向上する。
【００２８】
一方、本実施の形態は電極ロール２の前面および後面をグリッパー１６を用いて固定することにより、均一な圧力を加えるために、図４に示したように電極ロール２とグリッパー１６とのあいだにさらに扁平なプレート１８を設けることもできる。扁平なプレート１８は電極ロール２の前面および後面に均一な状態で全体的に面接触される。
【００２９】
ここで、前記グリッパー１６と扁平なプレート１８は、前記キャップ１０と１００と同じようにリチウム塩によるエッチングとか、液体電解質との反応が起きてはならないので、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、テフロン、ステンレス、ニッケルめっきの鉄、ニッケルおよびアルミニウムのうちから選択したいずれか一つから作製する。
【００３０】
このように設けられたグリッパー１６および扁平なプレート１８は、プレスされた電極ロール２がほどけるのを防止して形状を維持するので、電池の充放電時に発生する嵩変形または外部衝撃による電極ロールの変形を防止する。
【００３１】
前記グリッパー１６および扁平なプレート１８により固定された電極ロール２は液体電解質とともに軽量ケース１４の内部に収納され、開口部１４ａの外側に正極タップ端子２ｂおよび負極タップ端子２ｃを引き出した状態でその開口部１４ａをシールすることにより図３のような外観を有する二次電池が形成される。
【００３２】
実施の形態２
図５は本発明の他の実施の形態として金属外装ケースを用いる角形二次電池を示している。
【００３３】
本実施の形態の電極ロール２は、正極、セパレータおよび負極をともに巻き取ってプレスされたのち、最外郭部の端部にテープを付着して固定したものであり、正極および負の極活物質は実施の形態１と同じである。
【００３４】
この電極ロール２は、後述するグリッパーとともに、その上部および下部のうち、少なくとも一方にキャップ１０または１００を被せて固定することができる。キャップ１０と１００は電極ロール２の上部および下部の両方に設ける場合には接着テープにより互いに固定される。前記上下部のキャップ１０と１００には、電極ロール２で引き出された正極タップ端子２ｂおよび負極タップ端子２ｄを貫通させるための孔１０ａと１０ｃが設けられており、液体電解質の含浸時間を短縮するための手段として多数個の孔１０ｂを有している。
【００３５】
また、本発明は電極ロール２を固定する手段として、電極ロール２の側面の外部を固定するグリッパー１６（図４参照）を用いることができる。さらに、グリッパー１６とともに上述したキャップ１０、１００を用いることもできる。この場合には電極ロール２の変形を抑制する効果がさらに向上される。
【００３６】
また、電極ロール２とグリッパーとのあいだに扁平なプレート１８（図４参照）をさらに設けることもできる。
【００３７】
ここで、キャップ１０と１００、グリッパーおよび扁平なプレートは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、テフロン、ステンレス、ニッケルめっきした鉄、ニッケルおよびアルミニウムから選択される、いずれか一つで作製される。
【００３８】
前記キャップ１０と１００およびグリッパーにより固定された電極ロール２は軽量ケースの内部に収納される。
【００３９】
この際、本実施の形態の軽量ケースは、０．４ｍｍ以下の厚さを有する金属カン４０と、その上側開口部に密封結合されるキャップアセンブリ６を用いる。金属カン４０が従来技術の金属カンに比べて薄い厚さで形成されているが、これは前記キャップ１０と１００およびグリッパーにより電極ロール２の変形が抑制されることにより可能である。
【００４０】
電極ロール２から引き出された負極タップ端子２ｄは金属カン４０と連結され、その金属カン４０の上側開口部に熔接されるキャップアセンブリ６は、電極ロール２から引き出された正極タップ２ｂと連結された状態で注入口８を通じて液体電解質を注入したのち、プラグの挿入により密封される。ここで、キャップアセンブリ６は正極端子としての正極プレート６ａおよびリベット６ｂと負極プレート６ｃとのあいだに絶縁体６ｄおよびガスケットを介して絶縁され、負極プレート６ｃに安全装置６ｆを設けた構成からなる。
【００４１】
また、本発明では前記カン４０を熱可塑性樹脂であるポリマーで成型することもできる。この際、熱可塑性樹脂はガラス転移温度（glass transition tempe−rature）が１５０℃以上であり、溶融点が２００℃以上であるものを用いてセパレータがショットダウンされる温度より４０〜５０℃高く形成しなければならない。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明した実施の形態の通り、本発明の電極ロール用固定部材をもつ二次電池は、電極ロールの変形を防止して従来技術の問題を実質的に解消することができる。
【００４３】
すなわち、本発明は電極ロールの側面の外部をグリップする固定部材を用いて電池の充放電時に発生する嵩膨張を抑制できるし、また外部衝撃による変形を防止することができる。さらに、電極ロールの上部もしくは下部に被せる固定部材を設けることにより、より電極ロールの変形を抑制することができる。したがって、本発明によれば、電極の活物質の脱落および劣化が防止されて製品の寿命、安全性および信頼性を向上させることができる。また軽量ケースにより、電池の全体重さを軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の二次電池を示した分離斜視図である。
【図２】電極ロールの部分拡大図である。
【図３】本発明の二次電池の外観を示した斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態２の二次電池を示す分離斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態３の二次電池を示す縦断面図である。
【図６】従来の角形二次電池を示す縦断面図である。
【符号の説明】
２    電極ロール
２ａ  テープ
２ｂ  正極タップ端子
２ｃ  負極タップ端子
６    キャップアセンブリ
１０、１００    キャップ
１２    接着テープ
１４    軽量ケース
１４ａ  開口部
１６    グリッパー
１８    扁平なプレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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