(57)【要約】      （修正有）【課題】正極板と負極板の巻きずれを防止した電池を提供する。【解決手段】電池は、集電体２１，３１上に活物質を含有する合剤層２２，３２が形成された正極板２０と負極板３０とを、セパレータ１６を挟んで巻回してなる発電要素１５を収容してなる。集電体２１，３１は一対の短辺及び長辺によって囲まれた帯状をなし、一方の短辺側が中心となるように長辺方向に沿って巻回され、正極板２０および負極板３０において合剤層２２，３２は、ともに短辺に平行な断面においてその幅方向の一端２１Ｂ，３１Ｂ側には他端２１Ａ，３１Ａ側に比べてその厚みを厚くした厚肉部２２Ｂ，３２Ｂが形成されており、かつ、正極板２０と負極板３０とは厚肉部２２Ｂ，３２Ｂが互いに反対側に位置するように配されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体上に活物質を含有する合剤層が形成された正極板と負極板とを、セパレータを挟んで重ねて巻回してなる発電要素を収容した電池において、
前記集電体は一対の短辺及び長辺によって囲まれた帯状をなすと共に、一方の短辺側が中心となるように前記長辺方向に沿って巻回され、
前記正極板および前記負極板において前記合剤層は、ともに前記巻回軸に平行な断面においてその幅方向の一端側には他端側に比べてその厚みを厚くした厚肉部が形成されており、かつ、前記正極板と前記負極板とは前記厚肉部が互いに反対側に位置するように配されていることを特徴とする電池。
【請求項２】
前記正極板および前記負極板において前記合剤層は、ともに前記巻回軸に平行な断面においてその幅方向の他端側から一端側にかけて徐々に厚みを増すことで、前記厚肉部が前記正極板及び負極板の長辺側の端縁部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記正極板の合剤層および前記負極板の合剤層のうち少なくとも一方は、前記巻回軸に平行な断面において前記厚肉部と最も厚みを薄くした薄肉部との厚みの差が５ないし２０μｍとなるように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池。
【請求項４】
一対の短辺及び長辺によって囲まれた帯状をなす集電体上に活物質を含有する合剤層が形成された正極板と負極板とを、セパレータを挟んで、前記集電体の一方の短辺側が中心となるように前記長辺方向に沿って巻回してなる発電要素を収容した電池の製造方法において、
前記正極板および前記負極板の前記集電体に前記活物質を含有する合剤を塗布した後、圧力を加えることで、前記巻回軸に平行な断面においてその幅方向の一端側には他端側に比べてその厚みを厚くした厚肉部が形成されるプレス工程を備えていることを特徴とする電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば非水電解質二次電池は、正極板、負極板、非水電解液およびセパレータからなる発電要素を電池容器に収容したものである。発電要素の形態としては、積層型、巻回型などがある。これらのうち、比較的容量の大きい電池においては、リード端子が接続された正負の各電極板を互いに接触しないようにセパレータを介しつつ巻芯の外周に巻回してなる巻回型のものが好適に用いられる。
【０００３】
巻回型の電池において、正負の電極板にはそれぞれの集電体の両表面に活物質を含有する合剤を塗布することで活物質層が形成され、リード端子は巻回作業中に超音波溶接等の手段を用いて正負の電極板の合材の塗布されていない部分に取り付けられる。この巻回作業を終えて製造された巻回体が電池容器に収容され、非水電解液を含浸させた後に容器を封止することで非水電解二次電池が製造される。
【０００４】
このような巻回型の発電要素を備える電池として、特許文献１に記載のものなどが知られている。このものの正極板には正極活物質を含有する正極合剤が正極集電体の両面に均一に塗布されることで厚さが均一な正極合剤層が形成されており、負極板には負極活物質を含有する負極合剤が負極集電体の両面に均一に塗布されることで厚さが均一な負極合剤層が形成されている。
【特許文献１】特開２０００−１４９９５３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した電池の正極板と負極板には、それぞれの表面に厚さが均一な合剤層が形成されていることから、巻回作業の際に巻回方向に直交する方向にリード端子接続側がずれてはみだす「巻きずれ」を生じることがあり、この状態で電池容器に収容して、はみだしたリード端子が電池容器の内壁と接触して内部短絡を生じる可能性があった。
【０００６】
また、巻きずれを起こすことなく巻回作業を終えた巻回体が電池容器に収容された場合であっても、振動を受けて、正極板と負極板がリード端子が接続されている方向に引っ張られて正極板と負極板との間にずれが生じて正極合剤層と負極合剤層とが対向しない部分が生じ、これによって内部抵抗が増大し、正極板と負極板との接触によって内部短絡を起こす危険性が高くなるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、正極板と負極板との巻回作業の際の巻きずれを防止するとともに、電池容器に収容後の巻回体の巻きずれを防止した電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、その一端側に他端側に比べてその厚みが厚くなっている部分（厚肉部）が形成された合剤層を集電体上に有する正極板および負極板を、一方の合剤層の厚肉部に他方の合剤層のうち厚肉部と反対側の部分を対応させて巻回することで巻きずれを防止し内部短絡を防ぐことができるという知見を得た。
【０００９】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、集電体上に活物質を含有する合剤層が形成された正極板と負極板とを、セパレータを挟んで重ねて巻回してなる発電要素を収容した電池において、前記集電体は一対の短辺及び長辺によって囲まれた帯状をなすと共に、一方の短辺側が中心となるように前記長辺方向に沿って巻回され、前記正極板および前記負極板において前記合剤層は、ともに前記巻回軸に平行な断面においてその幅方向の一端側には他端側に比べてその厚みを厚くした厚肉部が形成されており、かつ、前記正極板と前記負極板とは前記厚肉部が互いに反対側に位置するように配されていることを特徴とする電池である。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記正極板および前記負極板において前記合剤層は、ともに前記巻回軸に平行な断面においてその幅方向の他端側から一端側にかけて徐々に厚みを増すことで、前記厚肉部が前記正極板及び負極板の長辺側の端縁部に形成されているところに特徴を有する。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記正極板の合剤層および前記負極板の合剤層のうち少なくとも一方は、前記巻回軸に平行な断面において前記厚肉部と最も厚みを薄くした薄肉部との厚みの差が５ないし２０μｍとなるように形成されているところに特徴を有する。
【００１２】
請求項４の発明は、一対の短辺及び長辺によって囲まれた帯状をなす集電体上に活物質を含有する合剤層が形成された正極板と負極板とを、セパレータを挟んで、前記集電体の一方の短辺側が中心となるように前記長辺方向に沿って巻回してなる発電要素を収容した電池の製造方法において、前記正極板および前記負極板の前記集電体に前記活物質を含有する合剤を塗布した後、圧力を加えることで、前記巻回軸に平行な断面においてその幅方向の一端側には他端側に比べてその厚みを厚くした厚肉部が形成されるプレス工程を備えていることを特徴とする電池の製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
＜請求項１の発明＞
請求項１に記載の発明によれば、正極板および負極板において合剤層は、ともに巻回軸に平行な断面においてその幅方向の一端側には他端側に比べてその厚みを厚くした厚肉部が形成されており、かつ、正極板と負極板とは厚肉部が互いに反対側に位置するように配されている。したがって、巻回時には、正極板の合剤層と負極板の合剤層とが互いに位置決めされるから、巻回作業の際にリード端子が接続されている方向に力がかかっても巻きずれが起こり難い。
【００１４】
また、正極板と負極板が位置決めされて巻回され、巻回後の巻回体の端面が揃っているから、電池容器に収容された後に、振動を受けて正極板と負極板がリード端子が接続されている方向に引っ張られても、正極板と負極板との間にずれが生じ難い。
したがって、本発明によれば、正極板と負極板との巻回作業の際の巻きずれを防止するとともに、電池容器に収容された後の巻回体の巻きずれを防止した電池を提供することができる。
【００１５】
＜請求項２の発明＞
請求項２に記載の発明によれば、正極板および負極板において合剤層は、ともに巻回軸に平行な断面においてその幅方向の他端側から一端側にかけて徐々に厚みを増すことで、厚肉部が正極板及び負極板の長辺側の端縁部に形成されているから、万が一、振動などにより正極板と負極板にずれが生じた場合であっても、正極板の合剤層と負極板の合剤層との間隙が大きく開くことがない。したがって、このような場合でも内部短絡を起こすことはない。
【００１６】
＜請求項３の発明＞
請求項３に記載の発明によれば、正極板の合剤層および負極板の合剤層の少なくとも一方は、厚肉部と最も薄く形成された薄肉部との厚みの差が５ないし２０μｍであるから、より好適に巻きずれを防ぐことができる。
【００１７】
＜請求項４の発明＞
請求項４に記載の発明によれば、正極板および負極板の集電体に活物質を含有する合剤を塗布した後、圧力を加えることで、巻回軸に平行な断面においてその幅方向の一端側には他端側に比べてその厚みを厚くした厚肉部が形成されるプレス工程を備えているから、簡易に本発明の電池を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
＜実施形態１＞
以下本発明の実施形態について説明するが本発明はこれに限定されるものではない。
図１には、完成形態の非水電解質二次電池１０（以下、電池１０と記載する）を破断して示す。この電池１０には、円筒状に形成された電池容器１１と、その内部に収容される発電要素１５とが備えられている。
【００１９】
電池容器１１は、有底の円筒容器状に形成された金属製の電池容器１１と、略円盤状に形成されてこの電池容器１１の開放口を封止する金属製のキャップ１２とで構成されている。電池容器１１内には、渦巻状に構成された発電要素１５が、その上下に円盤状の絶縁板１３を配した状態で収容されている。そして、この電池容器１１の開放口には、キャップ１２が封口ガスケット１４を介してかしめつけられている。また、電池容器１１の内部には、非水電解液が注入されている。
【００２０】
非水電解液は非水溶媒に電解質塩を溶解してなり、非水溶媒は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、スルホラン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、メチルアセテート、ビニレンカーボネートなどの極性溶媒を単独でまたは二種以上混合して使用することができる。
【００２１】
非水溶媒に溶解する電解質塩は、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＣＦ３（ＣＦ３）３、ＬｉＣＦ３（Ｃ２Ｆ５）３、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＣＯＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＣＯＣＦ２ＣＦ３）２、ＬｉＰＦ３（ＣＦ２ＣＦ３）３等の塩を単独でまたは二種以上混合して使用することができる。
【００２２】
電池容器１１内に収容された発電要素１５は、正極板２０と負極板３０とをセパレータ１６を挟んで巻回されて構成されている。
セパレータ１６としては、織布、不織布、合成樹脂微多孔膜等を用いることができ、特に合成樹脂微多孔膜を好適に用いることができる。なかでも、ポリエチレン及びポリプロピレン製微多孔膜、またはこれらを複合した微多孔膜等のポリオレフィン系微多孔膜が、厚さ、膜強度、膜抵抗等の面で好適に用いることができる。
【００２３】
正極板２０は、アルミニウムなどの金属により形成された厚さ１０〜２０μｍの正極集電体２１の両面に、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質を含んだ正極合剤層２２（後述する）を備えている。正極集電体２１は、図３に示すように、帯状をなし、具体的には、１０〜２０ｃｍの一対の短辺２５Ａ，２５Ｂおよび１〜５ｍの長辺２６Ａ，２６Ｂによって囲まれた形状をなしている。長辺２６Ａを含む所定の帯状領域は、正極合剤層２２の形成されていない合剤層未形成部２４とされる。この合剤層未形成部２４には長辺２６Ａに交差するように正極リード端子２３が約１０ｃｍ間隔で多数接続されている。この正極リード端子２３は巻回後ひとまとめにされ、その先端部は、正極板２０から上方へ突出され、正極端子の役割を果たすキャップ１２に接続されている。正極リード端子２３の材質としては、アルミニウム、ニッケルまたはチタンを等の金属を用いることができる。
【００２４】
正極活物質として用いられるリチウムを吸蔵放出する遷移金属酸化物は、組成式ＬｉｘＭＯ２、ＬｉｙＭ２Ｏ４、ＮａｘＭＯ２（ただし、Ｍは一種類以上の遷移金属、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦２）で表される複合酸化物、トンネル構造または層状構造の金属カルコゲン化物または、金属酸化物を用いることができる。その具体例としては、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｉ１／２Ｍｎ１／２Ｏ２、ＬｉＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２、ＬｉＣｏｘＮｉ１−ｘＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ２Ｍｎ２Ｏ４、ＭｎＯ２、ＦｅＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｖ６Ｏ１３、ＴｉＯ２またはＴｉＳ２等が挙げられる。
【００２５】
正極合剤層２２を形成する正極活物質を含有する組成物（以下、正極合剤組成物という）には、上記した正極活物質以外に導電剤、結着剤等を添加することができる。導電剤としては、無機化合物、有機化合物を用いることができる。無機化合物としては、カーボンブラック、グラファイトなどを用いることができ、有機化合物としては、例えばポリアニリン等の導電性ポリマーを用いることができる。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、スチレン−ブタジエンゴム、ポリアクリロニトリルなどを単独で、あるいは混合して用いることができる。
【００２６】
負極板３０は、銅などの金属により形成された厚さ１０ないし２０μｍの銅箔からなる負極集電体３１の両面に、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質を含んだ負極合剤層３２（後述する）を備えている。負極集電体３１は、帯状をなし、具体的には、１０〜２０ｃｍの一対の短辺３５Ａ，３５Ｂおよび１〜５ｍの長辺３６Ａ，３６Ｂによって囲まれた形状をなしている。長辺３６Ａを含む所定の帯状領域は、負極合剤層３２の形成されていない合剤層未形成部３４とされる。この合剤層未形成部３４には長辺３６Ａに交差するように負極リード端子３３が約１０ｃｍ間隔で多数接続されている。この負極リード端子３３は巻回後ひとまとめにされ、その先端部は、負極板３０から下方へ突出され、負極端子としての役割を果たす電池容器１１の底部に接続されている。負極リード端子３３の材質としては、銅やニッケルなどの金属を用いることができ、銅箔にニッケルをメッキしたものが好ましい。
【００２７】
負極活物質としては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｄ等とリチウムとの合金、ＬｉＦｅ２Ｏ３、ＷＯ２、ＭｏＯ２、ＳｉＯ、ＣｕＯ等の金属酸化物、グラファイト、カーボン等の炭素質材料、Ｌｉ５（Ｌｉ３Ｎ）等の窒化リチウム、もしくは金属リチウム、またはこれらの混合物を用いることができる。
【００２８】
さて、正極合剤層２２は、図２に示すように、正極集電体２１上の合剤未形成部２４に隣接する他端２１Ａ側から一端２１Ｂ（本発明における長辺側の端縁部に相当）側にかけてその厚みが徐々に厚みを増すように形成されている。正極合剤層２２の片側の平均的な厚みは１００μｍ前後であり、正極合剤層２２のうち一端２１Ｂ側の最も厚く形成された厚肉部２２Ｂと他端側２１Ａの最も薄く形成された薄肉部２２Ａとの厚みの差は５ないし２０μｍであるのが好ましい（請求項３に記載の発明）。厚みの差が５μｍ未満では、巻回時に横ずれを生ずることがあり、２０μｍを超えるとセパレータ１６を挟んで相手となる負極板３０と付き合わせる際にずれ易く巻回作業が困難となる。
【００２９】
負極合剤層３２は、負極集電体３１上の負極リード端子３３が接続されている他端３１Ａ側から一端３１Ｂ（本発明における長辺側の端縁部に相当）側にかけてその厚みが徐々に厚みを増すように形成されている。負極合剤層３２の片側の平均的な厚みは１００μｍ前後であり、負極合剤層３２のうち一端３１Ｂ側の最も厚く形成された厚肉部３２Ｂと他端３１Ａ側の最も薄く形成された薄肉部３２Ａとの厚みの差は５ないし２０μｍであるのが好ましい（請求項２に記載の発明）。厚みの差が５μｍ未満では、巻回時に横ずれを生ずることがあり、２０μｍを超えるとセパレータ１６を挟んで相手となる正極板２０とつき合わせる際にずれ易く巻回作業が困難となる。
【００３０】
次に本実施形態の電池１０の製造方法について説明する。
まず、それぞれの集電体２１，３１の両面にそれぞれの活物質などを含有する合剤組成物を塗布して、乾燥し、ロールプレス機により圧延することで合剤層２２，３２が形成された正極板２０および負極板３０が製造される。
【００３１】
具体的には、合剤組成物の塗布量を変えることで、正極板２０および負極板３０の集電体２１，３１上において、他端２１Ａ，３１Ａ側から一端２１Ｂ，３１Ｂ側へ近づくに従い合剤層２２，３２の厚みが厚くなるように塗布して圧力をかける方法、合剤組成物を塗布する際にはほぼ均等な量の合剤組成物を塗布し、その後に圧力を加えることで、他端２１Ａ，３１Ａ側から一端２１Ｂ，３１Ｂ側へ近づくに従い合剤層２２，３２の厚みが厚く形成されるプレス工程を経る方法（請求項４の発明）などがあげられる。
これらのうち、簡易に本発明の電池１０の電極板２０，３０を得られることから、上記プレス工程を経る製造方法が好ましい。
【００３２】
合剤組成物を塗布する際には、リバースロール方式、ダイレクトロール方式、ブレード方式、ナイフ方式、ディップ方式など、一般的な塗布方式を用いることができるが、塗布量を機械的に制御しやすいことから、ダイノズル方式により行うことが好ましい。
【００３３】
合剤層に圧力をかける際には、ロールの左右の力を変えてロールプレスしてもよいし、ロール間の距離を変えてロールプレスしてもよい。
【００３４】
次に、上記方法によって得られた正極板２０の正極合剤層２２の厚肉部２２Ｂに負極板３０の負極合剤層３２の薄肉部３２Ａが配されこの正極板２０と負極板３０とをセパレータ１６を挟んで巻回する巻回工程を経て巻回体とされ、発電要素１５が製造される。正極板２０および負極板３０に接続されるリード端子２３，３３は巻回工程中に超音波溶接等の手段を用いて正負の電極板２０，３０の合剤未形成部２４，３４に取り付けられる。
【００３５】
次に、巻回工程を終えて製造された発電要素１５は電池容器１１に収容され、非水電解液を含浸させた後に容器を封止することで本実施形態の電池１０が製造される。
【００３６】
本実施形態によれば、正極板２０の正極合剤層２２のうち厚肉部２２Ｂに負極板３０の負極合剤層３２のうち薄肉部３２Ａが配され、この正極板２０と負極板３０とはセパレータ１６を挟んで巻回されるから、巻回時には正極板２０と負極板３０とは互いに位置決めされ、巻回作業の際にリード端子２３，３３が接続された方向に力がかかってもずれを生じ難い。また、巻回体の端面が揃っているから、電池容器１１に収容された後に、振動によって正極板２０と負極板３０がリード端子２２，３２が接続されている方向に引っ張られても、正極板２０と負極板３０との間にずれが生じ難い。万が一、ずれが生じた場合であっても、正極板２０の合剤層２２と負極板３０の合剤層３２との間隙が大きく開くことがないから、このような場合でも内部短絡を起こすことはない。これらの結果、本実施形態によれば、巻きずれを防止し、巻回後の振動によって生じ得る内部短絡をも防止する電池１０を提供することができる。
【００３７】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００３８】
（１）実施形態１においては、正極合剤層および負極合剤層は、集電体上の合剤未形成部に隣接する他端側から一端側にかけてその厚みが徐々に厚みを増すように形成されているが、この形状に限定されず、一端側に他端側よりも厚みを厚くした厚肉部が形成されていればよい。
【００３９】
（２）本発明においては、非水電解液のみならず固体電解質を用いてもよく、両者を併用することもできる。固体電解質としては、公知の固体電解質を用いることができ、例えば無機固体電解質、ポリマー固体電解質を用いることができる。また、ゲル状の高分子固体電解質を用いる場合には、ゲルを構成する電解液と、電極板の活物質の細孔中などに含有されている電解液とが異なっていてもよい。また、合成樹脂微多孔膜と高分子固体電解質等を組み合わせて使用することもできる。
【００４０】
（３）実施形態１においては円柱形の電池容器を使用したが、電池容器は長円形や袋形のものであってもよいし素材も金属ラミネート樹脂フィルムなどであってもよい。
【００４１】
（４）集電体の大きさやリード端子の接続位置などは実施形態１に記載されているものに限定されず、例えば、集電体の短辺に平行な所定領域に合剤層未形成部を設け短辺に交差するようにリード端子を設けたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施形態１の電池の全体図
【図２】正極板と負極板の短辺に平行な断面図
【図３】正極板と負極板の正面図
【符号の説明】
【００４３】
１０…電池
２０…正極板
２１…正極集電体
２１Ａ…他端
２１Ｂ…一端
２２…正極合剤層
２２Ｂ…厚肉部
２３…正極リード端子
２４…合剤層未形成部
３０…負極板
３１…負極集電体
３１Ａ…他端
３１Ｂ…一端
３２…負極合剤層
３２Ｂ…厚肉部
３３…負極リード端子
３４…合剤層未形成部
【図１】
2007172880.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007172880.tif 000005