(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
収容器と；
相異なる二つの電極及び前記電極間に介在するセパレータが共に略ロール状に巻回されて形成され，前記収容器に収納される電極ゼリーロールと；
を備えた２次電池であって：
前記巻かれたセパレータのうち最外側に位置するセパレータが，前記電極ゼリーロールの外周面を包み、
前記電極ゼリーロールの中心部は，前記セパレータだけが巻かれて形成されており，前記中心部は電池内部で発生した熱を吸収することによって硬化して棒状の安定性部材を形成することを特徴とする，２次電池。
【請求項２】
前記巻かれた二つの電極のうち外側に位置する電極の基材が，前記収容器の内周面に接するように，前記電極ゼリーロールの外周面をさらに覆い包んでいることを特徴とする，請求項１に記載の２次電池。
【請求項３】
前記電極ゼリーロールの中心部を形成するセパレータは，前記電極間に介在するセパレータから延長形成されていることを特徴とする，請求項１又は２に記載の２次電池。
【請求項４】
前記電極ゼリーロールの外周面に沿ってポリオレフィン系薄膜がさらに設けられることを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載の２次電池。
【請求項５】
収容器と；
相異なる二つの電極及び前記電極間に介在するセパレータが共に略ロール状に巻回されて形成され，前記収容器に収納される電極ゼリーロールと；
を備えた２次電池であって：
前記電極ゼリーロールの中心部は，前記セパレータだけが巻かれて形成されており，前記中心部は電池内部で発生した熱を吸収することによって硬化して棒状の安定性部材を形成することを特徴とする，２次電池。
【請求項６】
前記電極ゼリーロールの中心部を形成するセパレータは，前記電極間に介在するセパレータから延長形成されていることを特徴とする，請求項５に記載の２次電池。
【請求項７】
前記巻かれた二つの電極のうち最外側に位置する電極の基材が，前記収容器の内周面に接するように，前記電極ゼリーロールの外周面をさらに覆い包んでいることを特徴とする，請求項５又は６に記載の２次電池。
【請求項８】
前記電極ゼリーロールの外周面に沿ってポリオレフィン系薄膜がさらに設けられることを特徴とする，請求項５〜７のいずれかに記載の２次電池。
【請求項９】
収容器と；
相異なる二つの電極及び前記電極間に介在するセパレータが共に略ロール状に巻回されて形成され，前記収容器に収納される電極ゼリーロールと；
を備えた２次電池であって：
前記電極ゼリーロールの中心部は，前記セパレータだけが巻かれて形成されており，前記中心部は電池内部で発生した熱を吸収することによって硬化して安定性部材を形成し、
前記電極ゼリーロールの外周面に沿ってポリオレフィン系薄膜がさらに設けられることを特徴とする，２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，２次電池に関し，特に，正極，セパレータ及び負極が共に巻かれた電極ゼリーロールを有する２次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２次電池（充電式電池）は，再充電が可能で小型化かつ大容量化が可能な電池である。この２次電池の代表例としては，例えば，ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池，リチウム（Ｌｉ）電池，リチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池，リチウムポリマー（ＰＬＩ）電池などがある。また，このような２次電池は，外観上，例えば，円筒形電池，角形電池，電極ゼリーロールをパウチに収納するパウチ（ｐｏｕｃｈ）タイプ電池などに区分される。
【０００３】
これら２次電池は，円形または楕円形に巻かれた電極ゼリーロール（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ）を備える。この電極ゼリーロールは，基材に活物質（活性剤）を塗布してこれを乾燥させた後，ロールプレス及び切断して正極及び負極を形成し，さらに，この正極と負極間にセパレータを配置して巻き込むことによって形成される。円筒形電池は，上記電極ゼリーロールをその断面が略渦巻き状になるように巻いた上で，円筒形の缶（収容器）に収納し，電解液を注入した後でこの缶を密封して形成される。また，角形電池は，上記電極ゼリーロールを圧迫して平らにした後，角形の缶に収納して形成される。
【０００４】
図７は，このような２次電池のうち円筒形２次電池の電極ゼリーロールの構造を示す横断面図である。
【０００５】
正極及び負極といった電極は電池の種類によって異なる方法で製造される。図７に示すように，一般的に，正極３および負極４は，各々の基材３ａ，４ａの両面に，正極活物質３ｂおよび負極活物質４ｂを含むスラリーをそれぞれ塗布し，これを乾燥及びロールプレスした後，所定の大きさに切断することによって製造される。さらに，このように製造された正極３及び負極４の間にセパレータ５を挿入して，互いに通電しないようにした後，ロール状に巻き付けられる。
【０００６】
この電極ゼリーロール２を缶１の内部に収納して，缶１の上部に電極ゼリーロール２の正極３と接続されるキャップアセンブリ（図示せず。）を設置した後，缶１に電解液を注入した後で密封して，円筒形電池が製造される。
【０００７】
一般に，このような円筒形電池において，電極ゼリーロール２の外周部で負極基材４ａが電池の缶１内部壁に接続されたり，或いはこの負極基材４ａに溶接された負極タップ（図示せず。）が，缶１の底面に接続されたりする。また，電極ゼリーロール２中心部で正極基材３ａに接続されたタップが，キャップアセンブリに接続される。また電極ゼリーロール２の上部と下部には，絶縁板が配されて，キャップアセンブリと缶１との短絡が防止される。
【０００８】
このような構造の円筒形電池では，薄くて長い電極をよりタイトに巻くことによって，より多量の活物質を電池内に収納可能にするなどして，電池の大容量化を達成しようとする努力が進められている。
【０００９】
しかし，このような電池の大容量の追求と共に必ず考慮すべきこととしては，電池の安定性問題がある。電池における安定性の問題は，大別して機械的安定性の問題と熱的安定性の問題とがある。
【００１０】
熱的安定性の問題とは，電池内部での発熱反応による熱を外部に効果的に発散できないことに起因する問題である。即ち，電池の電極をタイトに巻取った場合には，充放電時に内部で発生した熱を外部に効果的に発散できなくなる。この結果，電池の温度が上昇し続けて熱暴走現象を誘発し，電池の安定性を損なうこととなる。
【００１１】
機械的安定性の問題は，電池に対する物理的な衝撃など外部環境が原因で，電極に傷が生じた場合に，電池の安定性が低下することをいう。
【００１２】
このような電池の安定性問題のうち，熱的安定性の低下を防止するべく，電池の熱発散構造を改善しようとする努力がなされている。そのうち，例えば，正極はアルミニウムＡｌで形成された内部チューブに溶接し，負極は電極ゼリーロールの外周部のニッケルＮｉフォイル（箔）に溶接する構造の「非水電解２次電池（ｎｏｎ−ａｑｕｅｏｕｓ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｃｅｌｌ）」が提案されている（例えば特許文献１参照。）。
【００１３】
しかし，上記のような構成を有する２次電池を製造するためには，内部チューブが缶を貫通して形成し，この内部チューブに電極を溶接し，電極ゼリーロールの外側部に別途の部材を溶接する必要がある。このように，上記構造の２次電池は，製造が複雑で作業工数が多いという問題がある。さらに，かかる構造の２次電池は，既存の円筒形電池の構造とは異なる構造であるため，一般に２次電池の製造に用いられている設備を交換しなればならない。加えて，かかる構造の２次電池は，内部に比較的大きい体積のチューブを挿入するので，電極を高密度で巻くことができず，電池の大容量小型化を十分に図ることができないという問題もある。
【００１４】
【特許文献１】
米国特許第５，５７１，６３２号公報
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，簡単な構造であっても，電池の熱的安定性および機械的安定性を確保して，電池の大容量化を図ることが可能な，新規かつ改良された２次電池を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，収容器と；相異なる二つの電極及び上記電極間に介在するセパレータが共に略ロール状に巻回されて形成され，上記収容器に収納される電極ゼリーロールと；を備えた２次電池であって：上記巻かれたセパレータのうち外側に位置するセパレータが，上記電極ゼリーロールの外周面を包み、前記電極ゼリーロールの中心部は，前記セパレータだけが巻かれて形成されており，前記中心部は電池内部で発生した熱を吸収することによって硬化して棒状の安定性部材を形成することを特徴とする，２次電池が提供される。電極は，例えば，正極，負極などである。かかる構成により，構造的及び熱的安定性を強化させることができる。

【００１６】
また，上記巻かれた二つの電極のうち外側に位置する電極の基材が，上記収容器の内周面に接するように，上記電極ゼリーロールの外周面をさらに覆い包んでいるように構成してもよい。上記電極の活物質が塗布されていない基材が，上記電極ゼリーロールの外周面を包むようにしてもよい。
【００１７】
また，上記電極ゼリーロールの中心部は，上記セパレータだけが巻かれて形成されており，上記中心部は電池内部で発生した熱を吸収することによって硬化するように構成してもよい。
【００１８】
さらに，上記電極ゼリーロールの中心部を形成するセパレータは，上記電極間に介在するセパレータから延長形成されているように構成してもよい。
【００１９】
また，上記電極ゼリーロールの外周面に沿ってポリオレフィン系薄膜がさらに設けられるように構成してもよい。
【００２０】
また，上記課題を解決するため，本発明の別の観点によれば，収容器と；相異なる二つの電極及び上記電極間に介在するセパレータが共に略ロール状に巻回されて形成され，上記収容器に収納される電極ゼリーロールと；を備えた２次電池であって：上記電極ゼリーロールの中心部は，上記セパレータだけが巻かれて形成されており，前記中心部は電池内部で発生した熱を吸収することによって硬化して棒状の安定性部材を形成することを特徴とする，２次電池が提供される。
【００２１】
さらに，上記電極ゼリーロールの中心部を形成するセパレータは，上記電極間に介在するセパレータから延長形成されているように構成してもよい。
【００２２】
また，上記巻かれた二つの電極のうち最外側に位置する電極の基材が，上記収容器の内周面に接するように，上記電極ゼリーロールの外周面をさらに覆い包んでいるように構成してもよい。
【００２３】
また，上記電極ゼリーロールの外周面に沿ってポリオレフィン系薄膜がさらに設けられるように構成してもよい。
【００２４】
また，上記課題を解決するため，本発明の別の観点によれば，缶と，相異なる二つの電極及び上記各電極間に介在されたセパレータが共に巻取られて上記缶に収納される電極ゼリーロールとして，上記巻取られたセパレータのうち最外側のセパレータが上記電極ゼリーロールの最外側部分を包む電極ゼリーロールを具備した２次電池が提供される。
【００２５】
また，上記電極ゼリーロールの中心部はセパレータだけで巻取られたものであり，上記中心部は電池内部で発生した熱を吸収することによって硬化されて棒状の安定性部材を形成させ，この時，上記セパレータだけで巻取られた中心部は上記電極ゼリーロールの最内側セパレータから延びたものにしてもよい。
【００２６】
また，上記セパレータを中心に内外側に配置されて巻取られた電極のうち外側に配置された電極の活物質が塗布されていない基材が上記電極ゼリーロールの最外側をさらに覆い包んで上記缶の内周面に接するように構成され，上記電極ゼリーロールの最外側面に沿ってポリオレフィン系薄膜がさらに設置されているようにしてもよい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２８】
以下では，本発明の実施形態にかかる電池として，電極ゼリーロールを具備した円筒形電池の例を挙げて説明するが，本発明は，かかる円筒形電池の例に限定されるものではなく，電池の形態は，電極ゼリーロールを具備しうるいかなる形態であってもよい。
【００２９】
（第１の実施の形態）
まず，図１〜図３に基づいて，本発明の第１の実施形態に係る電極ゼリーロール２０について説明する。なお，図１および図２は，本実施形態に係る電極ゼリーロールを具備した円筒形電池の横断面図および縦断面図である。また，図３は，本実施形態に係る電極ゼリーロールの中心部にある安定性部材の形状を示す部分切開斜視図である。
【００３０】
図１および図２に示すように，収容器である例えば略円筒状の缶１０の内部には，例えば，正極３０，負極４０及びセパレータ５０を共に巻回して形成された電極ゼリーロール２０が収納されている。この電極ゼリーロール２０は，セパレータ５０，負極４０あるいは正極３０，セパレータ５０，正極３０あるいは負極４０を順番に積層した後，略ロール状に巻き取った（断面が渦巻き状になるように略ロール状に丸めた）ものである。
【００３１】
正極３０と負極４０は，例えば，基材３２，４２のいずれか一面あるいは両面に，リチウム金属酸化物，炭素あるいは炭素複合体などからなる活物質３４，４４が塗布されて形成される。正極３０の基材３２は，巻かれた電極ゼリーロール２０の中心部に配され，基材３２に溶接された正極タップ１６を介してキャップアセンブリ１２に接続される。電極ゼリーロール２０の上部と下部には，絶縁板１４が設けられており，これにより，キャップアセンブリ１２と缶１０とが短絡することを防止できる。
【００３２】
本実施形態は，このような構造を有する電池の電極ゼリーロール２０において，電極３０，４０と共に巻かれるセパレータ５０を利用して，電池内部の放熱効果及び構造的安定性を図るものである。
【００３３】
詳細には，電極ゼリーロール２０の最外部，即ち，電極ゼリーロール２０の外周面を包むセパレータ５０を，例えば，さらにもう一巻きして，この結果，最外側セパレータ５２を形成する。即ち，最外側セパレータ５２は，例えば，電極３０，４０より長いセパレータ５０のはみ出した部分が，電極ゼリーロール２０の外周面を覆い包んでさらに例えば一巻きされたものである。
【００３４】
また，電極ゼリーロール２０の中心部では，電極ゼリーロール２０の最内部，即ち，電極ゼリーロール２０の内側端部側にセパレータ５０を例えばさらに複数回巻き込んで，最内側セパレータ５４を付加的に形成する。即ち，最内側セパレータ５４は，例えば，電極３０，４０より長いセパレータ５０のはみ出した部分が，電極ゼリーロール２０の内周面に沿って覆い包みながらさらに巻込まれたものである。この時，電極ゼリーロール２０の中心部での最内側セパレータ５４の追加巻き込みは，タイトに（隙間無く，きつく）行うことが望ましい。
【００３５】
このように本実施形態では，電極ゼリーロール２０中心部，および，電極ゼリーロール２０と缶（収容器）１０との間に，セパレータ５０の余分な（付加的な）巻き（即ち，最外側セパレータ５２および最内側セパレータ５４）を形成することによって，電池の熱的安定性と共に電池の機械的安定性を図ろうとするものである。
【００３６】
セパレータ５０を構成する材料としては，例えば，ポリエチレン（ＰＥ），ポリプロピレン（ＰＰ）などを用いることができるが，ＰＰ／ＰＥ／ＰＰの複合体を用いてもよい。このような材料からなるセパレータ５０は，加熱されると，容易に熱を吸収して熱硬化する性質があるが，本実施形態ではこのような性質を利用している。
【００３７】
詳細には，電池内部の温度が上昇すると，電極ゼリーロール２０の外周面および中心部において余分に巻かれた最外側セパレータ５２および最内側セパレータ５４が，熱を吸収して，結果として，熱放散する効果を生み出す。よって，例えば，電池内部の放熱効率が維持される。同時に，この最外側セパレータ５２および最内側セパレータ５４が，熱を吸収することにより硬化し，この結果，電極ゼリーロール２０を内部と外部を自動的に保護することができる。
【００３８】
特に，電極ゼリーロール２０の中心部の最内側セパレータ５４は，電池内部の熱を吸収しながら硬化して，図３に示すように，中心に空間部５６ａを有する略棒状の安定性部材５６を形成する。この安定性部材５６は，一般的に電極ゼリーロールの中心部に形成される別途の部材であるマンドレル（心棒）の代用として機能し，例えば，電池の強度を保つ上では，このマンドレルと同等以上の効果を得ることができる。
【００３９】
電池は，内部で発生する熱に対する熱発散効率を向上させて，熱的安定性を期することも重要であるが，同等に，外部からの衝撃に対しても好適な物理的安定性を有することも重要である。即ち，外部からの衝撃によって電極が破損してしまうと，電池の安定性に大きな影響を及ぼす。電池の充電量が多くなるにつれて，電極の体積膨脹が激しくなってエッジカレントが流れる。この結果，電流が集中することによって，局部発熱の可能性も大きくなる。また，充電により電極が厚くなるにつれて，コーティングされた電極の端部が切断する可能性も大きくなる。
【００４０】
従って，電池内部の熱を効果的に発散させると共に，外部の衝撃から電極を保護することも必要である。本実施形態では，電極ゼリーロール２０の外周面および中心部に付加的に巻かれて熱硬化する最外側セパレータ５２，最内側セパレータ５４によってこのような要求の双方を同時に満たしうる。
【００４１】
図１及び図２に示したような電極ゼリーロール２０の場合には，負極４０の基材４２が缶１０と直接的には接続される構造ではないので，図２のように負極４０から別途のタップ１７を延ばして，電池缶１０の下部内面に形成された突起１８に接続させるように構成してもよい。また，図１および図２面における正極３０と負極４０を互いに逆に配置してもよい。
【００４２】
（第２の実施の形態）
次に，図４及び図５に基づいて，本発明の第２の実施形態に係る電極ゼリーロール２０について説明する。なお，図４および図５は，第２の実施形態に係る電極ゼリーロール２０を具備した円筒形電池の横断面図および縦断面図である。
【００４３】
図４および図５に示すように，上記のような電極ゼリーロール２０の外周部に余分の最外側セパレータ５２を巻き，中心部にも余分の最内側セパレータ５４をさらに巻く。前述したように，このような最外側セパレータ５２および最内側セパレータ５４が硬化すると，電池の安定性を強化する機能を有することができる。特に，電極ゼリーロール２０の中心部に追加で巻かれた最内側セパレータ５４は，図３に示したように，硬化して略棒状の安定性部材５６になる。
【００４４】
このような電極ゼリーロール２０の外周において，例えば，最外側セパレータ５２は，セパレータ５０を介して共に巻かれた正極３０よりも外側にある負極４０の基材４２とともに，さらにもう一巻き巻かれている。即ち，電極ゼリーロール２０の最外部を覆い包む最外側セパレータ５２の外側を，さらに，負極４０の基材４２がもう一回覆い包むようにする。巻取られるセパレータ５０は，例えば，共に巻取られる正極３０および負極４０より長いため，硬化した最外側セパレータ５２は，その内側の電極ゼリーロール２０を十分に保護することができる。さらに，負極４０の基材４２が，この最外側セパレータ５２を覆い包むために，放熱効果もさらに高まる。
【００４５】
またこのような構造においては，負極４０の基材４０の一部であって，電極ゼリーロール２０の外側を覆い包む部分（即ち，外側基材４６）が缶１０の内壁と接触できるので，図１及び図２に示した実施形態の場合のような別途のタップを必要としない。また，このような実施形態においても，例えば，負極４０と正極３０との位置を逆にしてもよい。
【００４６】
（第３の実施の形態）
次に，図６に基づいて，本発明の第３の実施形態に係る電極ゼリーロール２０について説明する。なお，図６は，第３の実施形態に係る電極ゼリーロール２０を具備した円筒形電池の横断面図である。
【００４７】
図６に示すように，本実施形態では，電極ゼリーロール２０の中心部には最内側セパレータ５４が余分に巻き込まれて，電池から発散される熱により硬化するように構成される。これにより，図３に示したように略棒状の安定性部材５６が形成される。さらに，電極ゼリーロール２０の外側，すなわち，電極ゼリーロール２０と缶１０の内壁との間には，例えば，別途のポリオレフィン系などの薄膜６０をさらに形成する。この薄膜６０の内側に，上記のようにセパレータ５０を介して共に巻かれた正極３０よりも外側にある負極４０の基材４２を，電極ゼリーロール２０の外周に，例えばさらにもう一回巻いて外側基材４６を形成できる。
【００４８】
このように電極ゼリーロール２０の外側を包むように配される例えばポリオレフィン系の薄膜６０は，例えば，セパレータ５０のようにポリプロピレン（ＰＰ），ポリエチレン（ＰＥ）またはＰＰ／ＰＥ／ＰＰの複合体などで形成されてもよい。また，例えばポリオレフィン系の薄膜６０の代わりに，例えば，粘着性のフィルムを，完成した電極ゼリーロール２０の外側に設けてもよい。
【００４９】
このような薄膜６０は，上記図２及び図４を参照して説明したような最外側セパレータ５２として機能し，例えば，加熱により硬化するようにしてもよい。
【００５０】
本実施形態においても，負極４０は別途のタップを介して缶１０に接触できるようにしてもよい。また，例えば，負極４０と正極３０との位置を逆にしてもよい。
【００５１】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，第１に，電池の電極ゼリーロールの中心部および外周部にセパレータを余分に巻くことにより，保護構造を形成することができる。このため，電池内部の電極を外部の衝撃から保護して，機械的安定性を向上させることができる。
【００５３】
第２に，上記機械的安定性の向上と共に，電池内部の熱を中心部および外周部のセパレータが吸収することにより，電池の熱発散能力を向上することができる。このため，電池の熱的安定性を向上させることができる。
【００５４】
第３に，マンドレルなどのような別途の部材を使用しなくても，電池の強度面で同等以上の効果を得られると共に，その体積を減らして電極の高密度巻取りを可能にする。
【００５５】
第４に，セパレータまたは基材の追加巻取りという簡単な構造により，機械的，熱的安定性を得られ，電池の安定性のために別途の部材を溶接したり，追加したりする必要がない。このため，経済性を向上できると同時に，作業工数を削減できるので，生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は，第１の実施形態に係る電極ゼリーロールを具備した円筒形電池の横断面図である。
【図２】図２は，第１の実施形態に係る電極ゼリーロールを具備した円筒形電池の縦断面図である。
【図３】図３は，本実施形態に係る電極ゼリーロールの中心部にある安定性部材の形状を示す部分切開斜視図である。
【図４】図４は，第２の実施形態に係る電極ゼリーロールを具備した円筒形電池の横断面図である。
【図５】図５は，第２の実施形態に係る電極ゼリーロールを具備した円筒形電池の縦断面図である。
【図６】図６は，第３の実施形態に係る電極ゼリーロールを具備した円筒形電池の横断面図である。
【図７】図７は，従来の２次電池の電極ゼリーロールの構造を示す横断面図である。
【符号の説明】
１０    缶
２０    電極ゼリーロール
３０    正極
３２，４２    基材
３４，４４    活物質
４０    負極
４６    外側基材
５０    セパレータ
５２    最外側セパレータ
５４    最内側セパレータ
５６    安定性部材
【図１】
0004420373.tif 000002
【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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【図７】
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