(57)【要約】  それぞれ帯状に形成された正極、負極及びセパレータを重ね合わせた状態で巻回してなる電極体を有し、前記負極がＬｉと合金化する金属を含む巻回型電池において、前記負極の巻き終わりの端部が、充放電によって微細化して脱落することを防止する。巻回型電池は、それぞれ帯状に形成された正極３１、負極３２及びセパレータ３３が、正極３１と負極３２との間にセパレータ３３が位置するように巻回され、軸線方向に延びる柱状の電極体３０とを備える。負極３２は、Ｌｉと合金化可能な元素を含む。電極体３０における負極３２の巻き終わり端部は、保護部材５５によって覆われている。
2018135011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ帯状に形成された正極、負極及びセパレータが、前記正極と前記負極との間に前記セパレータが位置するように巻回され、軸線方向に延びる柱状の電極体を備え、
前記負極は、Ｌｉと合金化可能な元素を含み、
前記電極体における前記負極の巻き終わり端部は、保護部材によって覆われている、巻回型電池。
【請求項２】
請求項１に記載の巻回型電池において、
前記保護部材は、前記負極の巻き終わり端部を、前記負極の短手方向の一方の端部から他方の端部に亘って覆うように設けられている、巻回型電池。
【請求項３】
請求項１または２に記載の巻回型電池において、
前記保護部材は、前記負極の巻き終わり端部と、前記負極の短手方向の端部において前記巻き終わり端部から所定範囲の部分とを覆うように設けられている、巻回型電池。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の巻回型電池において、
前記正極は、正極活物質層を含み、
前記保護部材は、前記負極の巻き終わり端部のうち、前記電極体の径方向において、前記セパレータを挟んで前記正極活物質層と重なる部分に設けられている、巻回型電池。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の巻回型電池において、
前記保護部材は、前記負極の巻き終わり端部の両面を覆うように設けられている、巻回型電池。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載の巻回型電池において、
前記保護部材は、一部が前記負極の厚み方向に延びる端面を覆うように設けられている、巻回型電池。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一つに記載の巻回型電池において、
前記保護部材は、電気絶縁材料で且つ電池反応に寄与しない材料によって構成されている、巻回型電池。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一つに記載の巻回型電池において、
前記負極は、電池の充電後に、負極活物質として、Ｌｉ−Ａｌ合金を含む、巻回型電池。
【請求項９】
請求項８に記載の巻回型電池において、
前記負極は、Ｌｉと合金化しない金属基材層と、前記金属基材層の厚み方向の少なくとも一方に接合された金属表面層とを有する積層体であり、
前記金属表面層の少なくとも表面側は、電池の充電後に、前記Ｌｉ−Ａｌ合金を含む、巻回型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれ帯状に形成された正極、負極及びセパレータを重ね合わせた状態で巻回してなる電極体を有する巻回型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、それぞれ帯状に形成された正極、負極及びセパレータを重ね合わせた状態で巻回してなる電極体を有する巻回型電池が知られている。このような巻回型電池において、例えば特許文献１には、巻芯を用いて、正極板と、負極板と、それらの電極板間に介在するセパレータとを巻回することにより、円筒型の電極体を作製し、該電極体をプレスすることにより、扁平渦巻電極体を得る方法が開示されている。【０００３】
ここで、上述のような扁平渦巻電極体を有する二次電池として、負極に、負極活物質としてリチウム合金を含む構成が知られている。例えば特許文献２には、負極活物質として、リチウムと、アルミニウム、鉛、亜鉛、スズなどとの合金を用いる点が開示されている。また、前記特許文献２には、このようなリチウム合金を負極活物質として用いた場合に、電池の充放電に伴って、リチウム合金にデンドライトが生成されて、微粉化する点も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４７８９５８４号公報
【特許文献２】特開平５−８２１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記特許文献２に開示されているように、負極活物質としてリチウム合金を用いた場合、電池の充放電によって、負極のリチウム合金が微粉化する可能性がある。そうすると、電池内で、微粉化したリチウム合金の一部が、負極から脱落する可能性がある。【０００６】
特に、前記特許文献１に開示されているように、正極、負極及びセパレータを重ねた状態で巻回することにより得られる電極体では、負極の巻き終わりの端部が上述のように微粉化した場合、該端部から微粉化した粒子が脱落しやすい。ここで、電極体における負極の巻き終わり端部とは、負極の長手方向の端部で且つ電極体において負極の最外周に位置する部分を意味する。【０００７】
上述のように負極で微粉化が生じて一部が脱落した場合、該脱落した部分において、負極の電気特性に影響を与える。そのため、巻回型電池の電池特性が低下する可能性がある。【０００８】
本発明の目的は、それぞれ帯状に形成された正極、負極及びセパレータを重ね合わせた状態で巻回してなる電極体を有し、前記負極がＬｉと合金化する金属を含む巻回型電池において、前記負極の巻き終わりの端部が、充放電によって微細化して脱落することを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態に係る巻回型電池は、それぞれ帯状に形成された正極、負極及びセパレータが、前記正極と前記負極との間に前記セパレータが位置するように巻回され、軸線方向に延びる柱状の電極体を備える。前記負極は、Ｌｉと合金化可能な元素を含む。前記電極体における前記負極の巻き終わり端部は、保護部材によって覆われている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る巻回型電池によれば、電極体は、正極と負極との間にセパレータが位置するように巻回された柱状である。前記負極は、Ｌｉと合金化可能な元素を含み、前記電極体における前記負極の巻き終わり端部は、保護部材によって覆われている。これにより、電池の充放電によって負極が微粉化して一部が脱落することを防止できる。したがって、巻回型電池の電池特性の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施形態に係る巻回型電池の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、巻回型電池の構成を図１のＩＩ−ＩＩ線断面で示す断面図である。
【図３】図３は、正極、負極及びセパレータの配置を模式的に示す図である。
【図４】図４は、正極、負極及びセパレータを厚み方向に重ねた状態で巻回する様子を模式的に示す図である。
【図５】図５は、電極体の概略構成を示す斜視図である。
【図６】図６は、電極体の巻き終り側の端部の構成を図５のＶＩ−ＶＩ線断面で示す断面図である。
【図７】図７は、その他の実施形態に係る巻回型電池の概略構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態に係る巻回型電池は、それぞれ帯状に形成された正極、負極及びセパレータが、前記正極と前記負極との間に前記セパレータが位置するように巻回され、軸線方向に延びる柱状の電極体を備える。前記負極は、Ｌｉと合金化可能な元素を含む。前記電極体における前記負極の巻き終わり端部は、保護部材によって覆われている（第１の構成）。
【００１３】
Ｌｉと合金化可能な元素を含む負極には、電池の充電時にＬｉとの合金が生成される。そのため、前記負極では、電池の充放電によって微粉化が生じる可能性がある。これに対し、上述の構成のように、電極体における前記負極の巻き終わり端部を保護部材によって覆うことにより、該保護部材によって覆われた部分では、Ｌｉとの合金が生成されない。よって、前記保護部材によって覆われた部分では、電池の充放電によって微粉化が生じない。ここで、電極体における負極の巻き終わり端部とは、負極の長手方向の端部で且つ電極体において負極の最外周に位置する部分を意味する。
【００１４】
これにより、前記電極体における前記負極の巻き終わり端部において、電池の充放電によって微粉化が生じて負極の一部が脱落することを防止できる。よって、充放電に伴う負極の微粉化による電池特性の低下を防止できる。
【００１５】
しかも、上述のように、前記電極体における前記負極の巻き終わり端部を、保護部材によって覆うことにより、前記端部によってセパレータが損傷を受けることを防止できる。
【００１６】
前記第１の構成において、前記保護部材は、前記負極の巻き終わり端部を、前記負極の短手方向の一方の端部から他方の端部に亘って覆うように設けられている（第２の構成）。
【００１７】
これにより、電極体における負極の巻き終わり端部において、電池の充放電によって微粉化して一部が脱落することをより確実に防止できる。しかも、上述の構成により、前記負極の巻き終わり端部によって、セパレータが損傷を受けることをより確実に防止できる。
【００１８】
前記第１または第２の構成において、前記保護部材は、前記負極の巻き終わり端部と、前記負極の短手方向の端部において前記巻き終わり端部から所定範囲の部分とを覆うように設けられている（第３の構成）。
【００１９】
これにより、電極体の負極の巻き終わり端部だけでなく、前記負極の短手方向の端部において前記巻き終わり端部から所定範囲の部分でも、電池の充放電によって微粉化して一部が脱落することを防止できる。よって、電池特性の低下をより確実に防止できる。
【００２０】
しかも、上述の構成により、負極の巻き終わり側によってセパレータが損傷を受けることを防止できる。よって、負極によるセパレータの損傷発生をより確実に防止できる。
【００２１】
前記第１から第３の構成のいずれか一つの構成において、前記正極は、正極活物質層を含む。前記保護部材は、前記負極の巻き終わり端部のうち、前記電極体の径方向において、前記セパレータを挟んで前記正極活物質層と重なる部分に設けられている（第４の構成）。
【００２２】
電極体における負極の巻き終わり端部のうち該電極体の径方向においてセパレータを挟んで正極活物質層と重なる部分では、電池の充電時にＬｉとの合金が生成される。そのため、前記部分に保護部材を設けることにより、電池の充放電によって前記部分が微粉化して一部が脱落することを効果的に防止することができる。
【００２３】
しかも、前記部分では、負極によってセパレータが損傷を受けた場合、前記負極と正極活物質層とが接触して短絡を生じる可能性がある。これに対し、上述の構成のように、前記部分に保護部材を設けることにより、前記負極によってセパレータが損傷を受けて前記負極と前記正極活物質層とが短絡することを防止できる。
【００２４】
前記第１から第４の構成のうちいずれか一つの構成において、前記保護部材は、前記負極の巻き終わり端部の両面を覆うように設けられている（第５の構成）。これにより、電池の充放電によって、電極体における負極の巻き終わり端部が微粉化して一部が脱落することをより確実に防止できる。
【００２５】
前記第１から第５の構成のうちいずれか一つの構成において、前記保護部材は、一部が前記負極の厚み方向に延びる端面を覆うように設けられている（第６の構成）。これにより、電極体における負極の巻き終わり端部において厚み方向に延びる端面に、バリや突起等が形成されている場合に、該端面がセパレータに直接、接触して該セパレータが損傷を受けることを防止できる。
【００２６】
前記第１から第６の構成のうちいずれか一つの構成において、前記保護部材は、電気絶縁材料で且つ電池反応に寄与しない材料によって構成されている（第７の構成）。これにより、負極に設けられた保護部材によって、電池の内部で短絡が生じることを防止できるとともに、電池特性に影響を与えることを防止できる。
【００２７】
前記第１から第７の構成のうちいずれか一つの構成において、前記負極は、電池の充電後に、負極活物質として、Ｌｉ−Ａｌ合金を含む（第８の構成）。このように、電池の充電によって負極にＬｉ−Ａｌ合金が生成される構成では、電池の充放電によって前記負極が微粉化する。このように負極にＬｉ−Ａｌ合金が生成される構成の場合でも、上述の第１から第７の構成を適用することにより、電極体における負極の巻き終わり端部が微粉化して一部脱落することを効果的に抑制できる。
【００２８】
前記第８の構成において、前記負極は、Ｌｉと合金化しない金属基材層と、前記金属基材層の厚み方向の少なくとも一方に接合された金属表面層とを有する積層体である。前記金属表面層の少なくとも表面側は、電池の充電後に、前記Ｌｉ−Ａｌ合金を含む（第９の構成）。
【００２９】
上述の構成においても、上述の第１から第７の構成を適用することにより、電池の充放電によって、電極体における負極の巻き終わり端部が微粉化して一部脱落することを抑制できる。
【００３０】
しかも、上述の構成のように、負極が金属基材層と金属表面層とを有する構成の場合、前記負極の剛性が高い。そのため、正極、負極及びセパレータが重ねられた状態で巻回された電極体では、負極の巻き終わり端部には、前記電極体の径方向に変位する力がより生じやすい。よって、前記電極体における負極の巻き終わり端部がセパレータに損傷を与える可能性が高い。
【００３１】
これに対し、上述の第１から第７の構成のような保護部材を、前記電極体における負極の巻き終わり端部に設けることにより、該巻き終わり端部がセパレータに損傷を与えることを防止できる。したがって、上述の第１から第７の構成は、上述のような構成を有する負極を用いて巻回された電極体において、セパレータの損傷防止により効果的である。
【００３２】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。
【００３３】
（全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係る巻回型電池１の概略構成を示す斜視図である。この巻回型電池１は、有底筒状の外装缶１０と、外装缶１０の開口を覆う蓋板２０と、外装缶１０内に収納される電極体３０とを備えている。外装缶１０に蓋板２０を取り付けることによって、内部に直方体状の空間を有する直方体状の電池ケース２（外装体）が構成される。なお、この電池ケース２内には、電極体３０以外に、非水電解液も封入されている。
【００３４】
外装缶１０は、アルミニウム合金製の有底筒状部材であり、蓋板２０とともに電池ケース２を構成する。外装缶１０は、図１に示すように、上面視で長方形の底面１１を有する有底筒状の部材である。詳しくは、外装缶１０は、底面１１と、扁平筒状の側壁１２とを備えている。すなわち、外装缶１０は、底面１１の短辺方向に対応する厚み方向の寸法が、底面１１の長辺方向に対応する幅方向よりも小さくなるように、扁平形状に形成されている。また、この外装缶１０は、図示しない正極リードに接続される蓋板２０と接合されているため、巻回型電池１の正極端子も兼ねている。なお、電極体３０の後述する正極３１は、図示しない正極リードによって、蓋板２０に接続されている。
【００３５】
蓋板２０は、外装缶１０の開口部を覆うように、外装缶１０の開口部に溶接によって接合されている。これにより、蓋板２０によって、電池ケース２の上面が形成される。蓋板２０は、外装缶１０と同様、アルミニウム合金製の部材からなり、該外装缶１０の開口部の内側に嵌合可能なように長方形状に形成されている。また、蓋板２０には、その長手方向の中央部分に貫通孔２０ａが形成されている（図２参照）。
【００３６】
図２に示すように、蓋板２０の貫通孔２０ａ内には、ポリプロピレン製の絶縁パッキング２１及びステンレス鋼製の負極端子２２が挿通されている。具体的には、概略柱状の負極端子２２が挿通された概略円筒状の絶縁パッキング２１が貫通孔２０ａの周縁部に嵌合されている。負極端子２２は、円柱状の軸部の両端に平面部がそれぞれ一体形成された構成を有する。負極端子２２は、平面部が外部に露出する一方、軸部が絶縁パッキング２１内に位置付けられるように、絶縁パッキング２１に対して配置されている。この負極端子２２には、ステンレス鋼製のリード板２７が接続されている。これにより、負極端子２２は、リード板２７及び後述する負極リード３５を介して、電極体３０の負極３２に電気的に接続されている。なお、リード板２７と蓋板２０との間には、絶縁体２６が配置されている。
【００３７】
蓋板２０に取り付けられた負極端子２２と、電極体３０との間には、樹脂製の絶縁板３６が配置されている。絶縁板３６には、負極リード３５が貫通している。なお、図示しない正極リードは、絶縁板３６を貫通して、または、絶縁板３６の側方を通って、蓋板２０まで延びている。
【００３８】
図２に示すように、蓋板２０には、負極端子２２と並んで非水電解液の注入口２４が形成されている。注入口２４は、平面視で略円形状に形成されている。また、注入口２４は、蓋板２０の厚み方向に径が２段階で変化するように小径部及び大径部を有する。この注入口２４は、該注入口２４の径の変化に対応して段状に形成された封止栓２５によって封止されている。そして、封止栓２５と注入口２４の周縁部との間に隙間が生じないように、該封止栓２５の大径部側の外周部と注入口２４の周縁部とはレーザー溶接によって接合されている。なお、注入口２４及び封止栓２５は、上述の構成に限らず、電池ケース２内に非水電解液を注入した後に封止可能な構成であれば、どのような構成であってもよい。
【００３９】
（電極体）
電極体３０は、それぞれ帯状に形成された正極３１及び負極３２を、両者の間及び該正極３１の下側にセパレータ３３がそれぞれ位置するように重ね合わせた状態（図３参照）で、図３における白抜き矢印の方向に、正極３１、負極３２及びセパレータ３３を巻回することによって形成された巻回電極体である。正極３１、負極３２及びセパレータ３３を巻回することによって電極体３０を構成する様子を、図４に模式的に示す。電極体３０は、正極３１、負極３２及びセパレータ３３を重ね合わせた状態で巻回した後、押しつぶして扁平状に形成される（図５参照）。すなわち、電極体３０は、軸線Ｌに沿って延びる円柱状の巻回体を押し潰して扁平状にすることにより得られる。図２に示すように、扁平状に形成された電極体３０は、電池ケース２内に収容される。
【００４０】
図５に示すように、上述のように扁平状に形成された電極体３０は、正極３１、負極３２及びセパレータ３３が厚み方向に折り返されるように曲げられた一対の曲げ部３０ａを有する。一対の曲げ部３０ａは、電極体３０を側方から見て、幅方向の端部に位置する。
【００４１】
なお、図２に示す電極体３０は、外周側の数層分しか図示されていない。しかしながら、この図２では電極体３０の内周側部分の図示を省略しているだけであり、当然のことながら、電極体３０の内周側にも正極３１、負極３２及びセパレータ３３が存在する。
【００４２】
また、図３では、正極３１、負極３２及びセパレータ３３を重ね合わせた状態を図示するために、正極３１、負極３２及びセパレータ３３の位置を実際の配置から移動させて斜視で示している。また、図３では、正極３１、負極３２及びセパレータ３３を区別するために、断面ではないが、正極３１の正極集電体４１、正極活物質層４２及び負極３２にハッチングを付している。
【００４３】
以下の説明において、電極体３０の軸線方向とは、軸線Ｌに沿った方向を意味している。また、電極体３０の径方向とは、電極体３０を構成する正極３１、負極３２及びセパレータ３３の厚み方向に沿った方向を意味する。
【００４４】
正極３１は、図６に示すように、正極活物質を含有する正極活物質層４２を、アルミニウム等の金属箔製の正極集電体４１の片面または両面に設けたものである（図６に示す例では、正極活物質層４２が正極集電体４１の両面に設けられている）。詳しくは、正極３１は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能なリチウム含有酸化物である正極活物質、導電助剤及びバインダなどを含む正極合剤を、アルミニウム箔などからなる正極集電体４１上に塗布して乾燥させることによって形成される。なお、本実施形態では、図３に示すように、正極活物質層４２は、正極集電体４１に対し、長手方向の一方の端部以外に形成されている。
【００４５】
正極活物質であるリチウム含有酸化物としては、例えば、Ｌｉ１＋ｘＭ１Ｏ２（−０．１＜ｘ＜０．１、Ｍ１：Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒなどより選択される１種以上の元素）で表される層状構造のリチウム含有複合酸化物、ＬｉＭｎ２Ｏ４やその元素の一部を他元素で置換したスピネル構造のリチウムマンガン複合酸化物、Ｌｉ４／３Ｔｉ５／３Ｏ４やその元素の一部を他元素で置換したスピネル構造のリチウムチタン複合酸化物、ＬｉＭｎ３Ｏ６などの組成で表される、低温で合成されるリチウムマンガン複合酸化物、ＬｉＭ２ＰＯ４（Ｍ２：Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅなどより選択される１種以上の元素）で表されるオリビン型化合物などが挙げられる。前記層状構造のリチウム含有複合酸化物としては、ＬｉＣｏＯ２などのコバルト酸リチウムや、ＬｉＮｉ１−ａＣｏａ−ｂＡｌｂＯ２（０．１≦ａ≦０．３、０．０１≦ｂ≦０．２）、少なくともＣｏ、ＮｉおよびＭｎを含む酸化物（ＬｉＭｎ１／３Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２、ＬｉＭｎ５／１２Ｎｉ５／１２Ｃｏ１／６Ｏ２、ＬｉＮｉ３／５Ｍｎ１／５Ｃｏ１／５Ｏ２など）などのリチウム含有ニッケル複合酸化物、などを例示することができる。なお、正極活物質として、１種類の物質のみを用いてもよいし、２種類以上の物質を用いてもよい。また、正極活物質は、上述の物質に限られない。
【００４６】
二次電池の正極活物質が不可逆容量の大きな材料である場合には、負極集電体とＡｌ層との積層体を負極前駆体として用いて電池を組み立てて、組み立てた電池を充電して負極のＬｉ−Ａｌ合金を生成するようにすれば、正極の不可逆容量の一部または全部を負極で相殺することができるので好ましい。
【００４７】
正極合剤に係るバインダには、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロチレン（ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などや、イミド系バインダ（ポリアミドイミド、ポリイミドなど）、アミド系バインダ（ポリアミド、アラミドなど）などを用いることができる。
【００４８】
また、正極合剤に係る導電助剤には、天然黒鉛（鱗片状黒鉛など）、人造黒鉛などの黒鉛（黒鉛質炭素材料）；アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカ−ボンブラック；炭素繊維；などの炭素材料などを用いることができる。
【００４９】
また、正極活物質層４２と正極集電体４１とを有する正極３１は、例えば、正極活物質、導電助剤およびバインダなどを水またはＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などの有機溶媒に分散させて正極合剤含有組成物（スラリー、ペーストなど）を調製し（バインダは溶媒に溶解していてもよい）、これを正極集電体４１上に塗布して乾燥させ、必要に応じてカレンダ処理などのプレス処理を施す工程を経ることにより、製造することができる。
【００５０】
正極合剤における正極活物質の含有量は、８０〜９８．８質量％であることが好ましい。また、正極合剤における導電助剤の含有量は、１．５〜１０質量％であることが好ましい。更に、正極合剤におけるバインダの含有量は、０．３〜１０質量％であることが好ましい。正極活物質層４２の厚み（集電体の片面あたりの厚み）は、３０〜３００μｍであることが好ましい。
【００５１】
正極集電体４１としては、Ａｌ及びＡｌ合金などの金属の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、Ａｌ箔が好適に用いられる。正極集電体４１の厚みは、１０〜３０μｍであることが好ましい。
【００５２】
特に図示しないが、正極３１には、正極集電体４１のうち正極合剤が塗布されていない部分、すなわち、正極集電体４１が露出した部分に、正極リードが接続されている。
【００５３】
負極３２は、図６に示すように、銅合金を含む金属基材層４５と、金属基材層４５の両面上にそれぞれ位置し且つアルミニウム合金を含む金属表面層４６とを有する。負極３２は、例えば、銅合金を含む層と、その層の両面上にそれぞれ位置するアルミニウム合金を含む層とからなるクラッド材によって構成される。負極３２は、平面視で、正極３１の正極活物質層４２よりも長手方向及び短手方向の寸法がそれぞれ大きい。
【００５４】
負極３２は、巻回型電池１の充電後に、金属表面層４６のうちセパレータ３３を挟んで正極３１の正極活物質層４２と厚み方向に重なる部分の少なくとも表面側に、Ｌｉ−Ａｌ合金を含む。すなわち、金属基材層４５及び金属表面層４６を有する負極３２を前駆体として、上述の正極３１とともに組み立てられた巻回型電池１を充電することにより、金属表面層４６のうちセパレータ３３を挟んで正極３１の正極活物質層４２と厚み方向に重なる部分を、非水電解液中のＬｉイオンと電気化学的に反応させる。これにより、負極３２の金属表面層４６のうち、セパレータ３３を挟んで正極３１の正極活物質層４２と厚み方向に重なる部分の少なくとも表面側に、Ｌｉ−Ａｌ合金が生成される。
【００５５】
金属基材層４５は、ニッケルなどによって構成されていてもよい。金属基材層４５は、金属表面層４６と圧着などによって積層されていてもよい。金属表面層４６は、金属基材層４５の片面のみに設けられていてもよい。また、金属表面層４６の代わりに、Ｌｉと合金化可能な元素（例えばＳｉやＳｎなど）を含む金属層を、金属基材層４５の片面または両面に設けてもよい。
【００５６】
金属表面層４６は、金属基材層４５の一方の面上に設けられる層の厚みが、５μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましく、１５μｍ以上であることが更に好ましい。また、金属表面層４６は、金属基材層４５の一方の面上に設けられる層の厚みが、１５０μｍ以下であることが好ましく、７０μｍ以下であることがより好ましく、５０μｍ以下であることが更に好ましい。
【００５７】
負極３２には、負極３２の長手方向の端部で且つ電極体３０において負極３２の最外周に位置する部分、すなわち、巻き終わりの端部に、電気絶縁性を有し且つ電池反応に寄与しない樹脂製の保護部材５５が設けられている。保護部材５５は、詳しくは後述するが、負極３２の巻き終わりの端部に設けられることにより、電池の充放電時に負極３２で微粉化が生じて一部が脱落することを防止する。本実施形態では、保護部材５５は、負極３２の長手方向における巻き終わり側の端部及び該端部から長手方向に所定範囲の部分に設けられている。保護部材５５の詳しい構成については、後述する。
【００５８】
セパレータ３３は、８０℃以上（より好ましくは１００℃以上）１７０℃以下（より好ましくは１５０℃以下）において、その孔が閉塞する性質（すなわちシャットダウン機能）を有することが好ましい。また、セパレータ３３は、通常の非水電解質二次電池などで使用されているセパレータ、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン製の微多孔膜を用いることができる。セパレータ３３を構成する微多孔膜は、例えば、ＰＥのみを使用したものやＰＰのみを使用したものであってもよく、また、ＰＥ製の微多孔膜とＰＰ製の微多孔膜との積層体であってもよい。セパレータ３３の厚みは、例えば、１０〜３０μｍであることが好ましい。
【００５９】
また、耐熱性を高めるために、上述のようなポリオレフィン製の微多孔膜の表面に、無機フィラーなどを含有する耐熱性の多孔質層を設けた積層型のセパレータや、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）などのフッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリメチルペンテン、セルロース、アラミド、ポリイミド、ポリアミドイミドなどの耐熱樹脂製の不織布セパレータなどを使用することもできる。
【００６０】
次に、本実施形態に係る巻回型電池１で用いられる非水電解液中の非水電解質について説明する。
【００６１】
非水電解質の溶媒には、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ラクトン環を有する化合物、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジメチルスルフォキシド（ＤＭＳＯ）、１，３−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、燐酸トリエステル（燐酸トリメチル、燐酸トリエチルなど）、トリメトキシメタン、スルホラン、３−メチル−２−オキサゾリジノン、ジエチルエーテルなどの非プロトン性有機溶媒もしくはその誘導体（２−メチルテトラヒドロフランなど）などを１種単独で、または２種以上を混合した混合溶媒として用いることができる。
【００６２】
非水電解質に係るリチウム塩としては、例えば、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、Ｌｉ２Ｃ２Ｆ４（ＳＯ３）２、ＬｉＮ（ＦＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ３（ｎ≧２）、ＬｉＮ（ＲｆＯＳＯ２）２〔ここでＲｆはフルオロアルキル基〕などから選ばれる少なくとも１種が挙げられる。これらのリチウム塩の非水電解質の濃度は、０．６〜１．８ｍｏｌ／ｌであることが好ましく、０．９〜１．６ｍｏｌ／ｌであることがより好ましい。２種以上のリチウム塩を併用することも可能であり、その場合は、それぞれのリチウム塩の濃度の合計が前記範囲となるよう調整すればよい。
【００６３】
また、これらの非水電解質に、電池の各種特性を更に向上させる目的で、ビニレンカーボネート類、１，３−プロパンスルトン、１，３−プロペンスルトンなどの環状スルトン化合物、ジフェニルジスルフィドなどのジスルフィド化合物、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、ｔ−ブチルベンゼンなどのベンゼン類化合物、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン（ＦＥＣ）などのフッ素置換された環状カーボネート、リチウムテトラキス（アセテート）ボレートやリチウムビス（オキサレート）ボレート（ＬｉＢＯＢ）などの有機ホウ酸リチウム塩、などの添加剤を適宜加えることもできる。
【００６４】
更に、非水電解質には、前記の溶液（非水電解液）に、公知のポリマーなどのゲル化剤を用いてゲル状（ゲル状電解質）としたものを用いてもよい。
【００６５】
（保護部材）
既述のように、巻回型電池１を充電することにより、負極３２の金属表面層４６のうちセパレータ３３を挟んで正極活物質層４２と対向する部分の少なくとも表面側には、Ｌｉ−Ａｌ合金が生成される。一方、充電した巻回型電池１を放電する際には、負極３２の金属表面層４６に生成されたＬｉ−Ａｌ合金からＬｉが放出される。このように、巻回型電池１の充放電を繰り返すことにより、負極３２では、Ｌｉ−Ａｌ合金の生成及びＬｉの放出が繰り返される。これにより、負極３２の金属表面層４６のうち、Ｌｉ−Ａｌ合金が生成された部分は微粉化する。このように微粉化した部分では、負極の一部が脱落する可能性がある。
【００６６】
これに対し、本実施形態では、図５に示すように、負極３２において、電極体３０の巻き終わり端部（負極３２の長手方向の端部で且つ電極体３０において負極３２の最外周に位置する部分）に、保護部材５５が設けられている。保護部材５５は、負極３２の長手方向において、電極体３０における巻き終わり端部に、負極３２の短手方向の一方の端部から他方の端部に亘って設けられた第１保護部５５ａを有する。また、保護部材５５は、負極３２の短手方向の両端部に、負極３２の長手方向において、前記巻き終わり側の端部から所定範囲に設けられた第２保護部５５ｂを有する。すなわち、保護部材５５は、厚み方向から見て、負極３２の巻き終わり側にコの字状に設けられている。
【００６７】
なお、保護部材５５は、負極３２の長手方向において、負極３２の巻き終わり側の端部に設けられた第１保護部５５ａのみを有していてもよいし、第２保護部５５ｂが負極３２の短手方向の一方の端部のみに設けられていてもよい。
【００６８】
前記所定範囲は、巻回型電池１の充電によって負極３２に微粉化が生じる範囲である。負極３２に微粉化が生じる範囲は、負極３２の金属表面層４６にＬｉ−Ａｌ合金が生成される範囲である。Ｌｉ−Ａｌ合金が生成される範囲は、負極３２を厚み方向に見て、負極３２が正極活物質層４２と重なる範囲と、Ｌｉ−Ａｌ合金が生成される際に、電池の充放電の繰り返しによってＬｉ−Ａｌ合金化が進行する範囲とを含む。前記所定範囲は、負極３２の長手方向の一方の端部から他方の端部までであってもよい。
【００６９】
また、保護部材５５の第１保護部５５ａは、電極体３０における負極３２の巻き終わり端部に、負極３２の短手方向の一部のみに設けられていてもよい。
【００７０】
保護部材５５は、負極３２の巻き終わり側の端部のうち、電極体３０において、厚み方向に正極活物質層４２と重なる部分に設けられていることが好ましい。これにより、負極３２の巻き終わり側の端部のうち、巻回型電池１の充放電によって、負極３２で微粉化が生じる部分、すなわち金属表面層４６にＬｉ−Ａｌ合金が形成される部分に、保護部材５５を設けることができる。よって、負極３２の巻き終わり側の端部において、負極３２で微粉化が生じることをより確実に防止できる。
【００７１】
本実施形態では、保護部材５５は、負極３２の巻き終わり側の端部の両面に、該端部の端面を跨ぐように設けられている。すなわち、保護部材５５は、負極３２の長手方向に直交する方向の断面で見て、コの字状に設けられている（図６参照）。このように、負極３２の厚み方向に延びる端面にも保護部材５５を設けることにより、該端面にバリや突起等が形成されている場合に該バリや突起等によってセパレータ３３が損傷を受けることを防止できる。
【００７２】
なお、保護部材５５は、負極３２の巻き終わり側の両面のみに設けられていてもよい。すなわち、保護部材５５は、負極３２の巻き終わり側の端部の端面に設けられていなくてもよい。
【００７３】
保護部材５５は、後述するようにテープや樹脂によって成形されていて、負極３２とは別の部材である。これにより、保護部材５５の厚みを容易に調整することができる。
【００７４】
保護部材５５は、樹脂製のテープ（ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）テープ、ポリプロピレン（ＰＰ）テープ、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）テープ、ポリイミドテープ等）、または、各種樹脂や紫外線によって硬化する紫外線硬化樹脂によって成形された部材、各種樹脂によって構成された粘着剤など、電気絶縁材料で且つ電池反応に寄与しない材料によって構成されている。
【００７５】
これにより、負極の巻き終わり端部によってセパレータ３３が損傷を受けた場合でも、電極体３０内で短絡が生じることを防止できるとともに、保護部材５５が巻回型電池１の電池特性に影響を与えることを防止できる。
【００７６】
本実施形態に係る巻回型電池１では、電池の充電によって、負極３２の金属表面層４６の表面側で、且つ、負極３２の厚み方向から見て少なくとも正極活物質層４２と重なる部分に、Ｌｉ−Ａｌ合金を含む層を形成することができる。これにより、耐熱性の高い巻回型電池１が得られる。
【００７７】
しかも、電極体３０における負極３２の巻き終わり端部は、保護部材５５によって覆われている。これにより、巻回型電池１の充放電によって、負極３２の巻き終わり端部に微粉化が生じることを防止できる。したがって、負極３２の巻き終わり端部において、微粉化によって負極３２の一部が脱落することを防止できる。よって、巻回型電池１の電池特性の低下を防止することができる。
【００７８】
しかも、保護部材５５を、負極３２の巻き終わり端部に、負極３２の短手方向の一方の端部から他方の端部に亘って覆うように設けることにより、前記巻き終わり端部で負極３２の微粉化及び一部脱落が生じることをより確実に防止できる。
【００７９】
また、保護部材５５を、負極３２の巻き終わり端部と、負極３２の短手方向の端部において前記巻き終わり端部から所定範囲の部分とを覆うように設けることにより、負極３２の巻き終わり側に位置する部分で微粉化及び一部脱落が生じることをより確実に防止できる。
【００８０】
特に、保護部材５５を、負極３２の巻き終わり端部のうち、電極体３０の径方向において、セパレータ３３を挟んで正極活物質層４２と重なる部分に設けることにより、前記巻き終わり端部において、巻回型電池１の充放電によって微粉化が生じることをより確実に防止できる。
【００８１】
（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【００８２】
前記実施形態では、電極体３０は、直方体状の電池ケース２内に収容されている。しかしながら、電極体３０は、他の構成を有する外装体内に収容されていてもよい。例えば、ラミネートフィルム外装体内に電極体３０が収容されていてもよいし、他の缶構造を有する電池ケース内に収容されていてもよい。
【００８３】
電極体３０が収容される他の外装体の一例として、図７に、ラミネートフィルム外装体１１０（外装体）内に電極体３０が収容された巻回型電池１０１の例を示す。
【００８４】
巻回型電池１０１は、電極体３０がラミネートフィルム外装体１１０によって覆われた平面視で長方形状の二次電池である。巻回型電池１０１は、電極体３０と、電極体３０を覆うラミネートフィルム外装体１１０とを備える。また、巻回型電池１０１は、電極体３０の正極３１及び負極３２にそれぞれ電気的に接続される正極接続端子１２１及び負極接続端子１２２を備える。なお、巻回型電池１の内部には、上述の実施形態と同様の非水電解液も封入されている。
【００８５】
ラミネートフィルム外装体１１０は、アルミニウム製の金属箔の一面側がナイロンで覆われ、且つ、他面側がポリプロピレンで覆われた材料からなる。すなわち、ラミネートフィルム外装体１１０は、アルミニウムをナイロン及びポリプロピレンでラミネートした材料からなる。これにより、ラミネートフィルム外装体１１０は、ラミネートフィルム外装体１１０同士を重ね合わせた状態で加熱しながら圧力を加えることによって、溶着される。なお、金属箔は、アルミニウムに限らず、ステンレス等の他の金属材料によって形成されていてもよい。
【００８６】
また、ラミネートフィルム外装体１１０は、略長方形状に形成されている。一対のラミネートフィルム外装体１１０によって電極体３０を挟んだ状態で、該ラミネートフィルム外装体１１０の外周側同士を溶着することにより、図７に示すような膨出部１０１ａ及びシール部１０１ｂが形成される。すなわち、ラミネートフィルム外装体１１０が電極体３０を覆うことにより膨出部１０１ａが形成され、該膨出部１０１ａの周囲でラミネートフィルム外装体１１０同士を溶着することにより該膨出部１０１ａを囲むようにシール部１０１ｂが形成される。
【００８７】
シール部１０１ｂのうち、巻回型電池１０１の長手方向の端部側に位置する部分では、正極接続端子１２１及び負極接続端子１２２が、一対のラミネートフィルム外装体１１０に挟み込まれた状態で、ラミネートフィルム外装体１１０同士が溶着されることにより固定されている。正極接続端子１２１及び負極接続端子１２２は、それぞれ、電極体３０に取り付けられた正極リード及び負極リード３５に接続されている。これにより、ラミネートフィルム外装体１１０によって覆われた電極体３０を、外部に対して電気的に接続することができる。
【００８８】
なお、上述の説明では、一対のラミネートフィルム外装体１１０の外周側同士を溶着する構成について説明したが、この限りではなく、１枚のラミネートフィルム外装体を、電極体３０を挟み込むように折り返して溶着してもよい。ラミネートフィルム外装体を折り返す方向については、電極体３０に対する正極接続端子１２１及び負極接続端子１２２の延伸方向であってもよいし、幅方向であってもよい。
【００８９】
前記実施形態では、電極体３０は扁平状の断面を有する。しかしながら、電極体は、円形状の断面を有する円柱状であってもよい。
【００９０】
前記実施形態では、負極３２は、金属基材層４５と金属表面層４６とからなるクラッド材によって構成されている。しかしながら、負極３２は、金属基材層及び金属表面層を有する構成であれば、クラッド材以外の構成であってもよい。また、負極３２は、Ｌｉと合金化可能な元素を含む粉末をバインダなどと共に合剤化して、これを集電体となる金属箔（金属基材層）の表面に塗布することによって形成されてもよい。このような構成において、Ｌｉと合金化可能な元素を含む粉末を、Ｌｉイオンを吸蔵・脱離可能な負極活物質（たとえば黒鉛等の炭素材料）と併用してもよい。なお、クラッド材以外の構成によって負極を構成した場合には、電極として機能する部分が本発明の負極に対応する。
【００９１】
前記実施形態では、負極３２は、金属基材層４５の両面に金属表面層４６を有する。しかしながら、金属表面層４６は、金属基材層４５の片側の面のみに設けられていてもよい。この場合、正極は、金属表面層４６に対して、セパレータ３３を挟んで対向する位置に正極活物質層が位置付けられるように、配置すればよい。
【００９２】
前記実施形態では、それぞれ帯状に形成された正極３１及び負極３２を、例えば両者の間及び正極３１の下側にセパレータ３３がそれぞれ位置するように、セパレータ３３に重ね合わせている。しかしながら、正極３１、負極３２及びセパレータ３３を重ねる順番は、二次電池を構成可能な順番であれば、どのような順番であってもよい。
【００９３】
前記実施形態では、外装缶１０に電極体３０の正極３１を電気的に接続しているが、この限りではなく、外装缶１０に負極３２を電気的に接続してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、正極、負極及びセパレータを巻回してなる電極体を有する巻回型電池に利用可能である。
【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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【図７】
2018135011.tif 000009
【国際調査報告】
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