(57)【要約】【課題】外力に押し潰された場合の安全性を向上させることができる電池を提供する。【解決手段】正極と負極とをセパレータを介して積層し、渦巻き状に巻くことにより作製された巻回体を有する。負極にはニッケル，銅などよりなる負極リードが取り付けられており、この負極リードの負極への取付領域４０Ａには、切欠部４１が設けられている。外部からの力で押し潰された場合、負極リードも押し潰されて変形し、切欠部４１の角部４２が突出してセパレータを貫通することにより、正極と負極とが確実に短絡する。【選択図】図４
2007305423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とをセパレータを間にして積層し巻回した巻回体を備え、
前記正極には正極リードが取り付けられると共に前記負極には負極リードが取り付けられており、
前記正極リードおよび前記負極リードのうち少なくとも一方は、前記正極または前記負極への取付領域に切欠部を有する
ことを特徴とする電池。
【請求項２】
前記切欠部は、前記正極リードまたは前記負極リードの辺に交差している
ことを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項３】
前記切欠部は、前記正極リードまたは前記負極リードの辺から離れた位置に設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項４】
前記正極リードおよび前記負極リードは帯状であると共に長手方向の一部が前記取付領域となっている
ことを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項５】
前記切欠部は、屈曲した形状を有する
ことを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項６】
前記切欠部は、二本以上の直線部分により構成され、前記二本以上の直線部分のうちの一本は他の一本の端部から前記一本と異なる方向に延びている
ことを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項７】
前記負極は、スズ（Ｓｎ）およびケイ素（Ｓｉ）のうちの少なくとも一方を構成元素として含む負極活物質を含有することを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項８】
正極と負極とをセパレータを間にして積層し巻回した巻回体を備えた電池に用いられるリードであって、
前記正極または前記負極に取り付けられるための取付領域を有し、前記取付領域に切欠部が設けられている
ことを特徴とするリード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状の正極、セパレータおよび負極を含む渦巻き状の巻回体を備えた電池、およびこの電池に用いられるリードに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モバイル機器の高性能化および多機能化に伴い、それらの電源である二次電池の高容量化が要求されている。この要求に応える二次電池としてはリチウムイオン二次電池があるが、現在実用化されているものは負極に黒鉛を用いているので、電池容量は飽和状態にあり、大幅な高容量化は難しい。そこで、負極にスズ（Ｓｎ）やケイ素（Ｓｉ）などを用いることが検討されている。
【特許文献１】特開平８−２５５６３１号公報
【特許文献２】特開平８−２７３６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このように負極にスズやケイ素などを用いた電池はエネルギー密度が大きくなるので、外力により押し潰された場合に備えて高い安全性を確保するための有効な手段が望まれていた。
【０００４】
なお、従来より、電池内の構造部材を、それらの本来の目的と共に、外力による押し潰し（圧壊）に対する安全対策にも兼用しようとした構造が提案されてきた。例えば、リチウムイオン電池の様々な形状の一つに、正極と負極とをセパレータを間にして積層して渦巻き状に巻き、その巻回中心に円筒形のセンターピンを挿入したものがある。従来では、このセンターピンに溝（例えば特許文献１参照。）や螺旋状の凹部（例えば、特許文献２参照。）を設けておき、外力により押し潰された場合に、センターピンを介して電極間の短絡を生じさせることが開示されてきた。しかし、センターピン以外の構造部材を用いて電極間の短絡を生じさせ、圧壊に対する安全対策を図ることは、未だ提案されていなかった。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、外力に押し潰された場合の安全性を向上させることのできる電池、およびこの電池に用いられるリードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による電池は、正極と負極とをセパレータを間にして積層し巻回した巻回体を備え、正極には正極リードが取り付けられると共に負極には負極リードが取り付けられており、正極リードおよび負極リードのうち少なくとも一方は、正極または負極への取付領域に切欠部を有するものである。
【０００７】
本発明によるリードは、本発明の電池に用いられるものである。
【０００８】
ここで「切欠部」はリードをその厚み方向に貫通したものが好ましいが、貫通することなく周囲領域よりも薄くなっている、すなわち凹んだ状態の場合も含むものである。
【０００９】
本発明による電池、または本発明によるリードでは、外部から電池に力がかかった場合には、巻回体が押し潰されて変形するのに伴い、負極リードも押し潰されて変形し、切欠部の角部が突出してセパレータを貫通することにより、正極と負極とが確実に短絡する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電池、または本発明のリードによれば、リードの正極または負極への取付領域に切欠部を設けるようにしたので、外部からの力で押し潰された場合において正極と負極とを確実に短絡させることができ、安全性が向上する。
【００１１】
特に、負極が、スズ（Ｓｎ）およびケイ素（Ｓｉ）のうちの少なくとも一方を構成元素として含む負極活物質を含有する場合には、電池のエネルギー密度が大きく、より高い安全性が求められるので、より高い効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図において各構成要素は本発明が理解できる程度の形状、大きさおよび配置関係を概略的に示したものであり、実寸とは異なっている。
【００１３】
図１および図２は本発明の一実施の形態に係る二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池は、いわゆる角型といわれるものであり、ほぼ中空直方体形状の電池缶１１の内部に、偏平な巻回体２０を有している。
【００１４】
電池缶１１は、例えばニッケル（Ｎｉ）のめっきがされた鉄（Ｆｅ），アルミニウム（Ａｌ）またはステンレススチール（ＳＵＳ）の何れかにより構成されており、負極端子としての機能も有している。この電池缶１１は、一端部が閉鎖され他端部が開放されており、開放端部に絶縁板１２および電池蓋１３が取り付けられることにより電池缶１１の内部が密閉されている。絶縁板１２は、ポリプロピレンなどにより構成され、巻回体２０の上に巻回周面に対して垂直に配置されている。電池蓋１３は、例えば、電池缶１１と同様の材料により構成され、電池缶１１と共に負極端子としての機能も有している。電池蓋１３の外側には、正極端子となる端子板１４が配置されている。また、電池蓋１３の中央付近には貫通孔が設けられ、この貫通孔に、端子板１４に電気的に接続された正極ピン１５が挿入されている。端子板１４と電池蓋１３との間は絶縁ケース１６により電気的に絶縁され、正極ピン１５と電池蓋１３との間はガスケット１７により電気的に絶縁されている。絶縁ケース１６は、例えばポリブチレンテレフタレートにより構成されている。ガスケット１７は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
【００１５】
電池蓋１３の周縁付近には開裂弁１８および電解液注入孔１９が設けられている。開裂弁１８は、電池蓋１３と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合に開裂して内圧の上昇を抑えるようになっている。電解液注入孔１９は、例えばステンレス鋼球よりなる封止部材１９Ａにより塞がれている。
【００１６】
巻回体２０は、正極２１と負極２２とをセパレータ２３を間にして積層し、渦巻き状に巻回したものであり、電池缶１１の形状に合わせて偏平な形状に成形されている。巻回体２０の正極２１には正極リード３０が取り付けられており、負極２２には負極リード４０が取り付けられている。正極リード３０は正極ピン１５の下端に溶接されることにより端子板１４と電気的に接続されており、負極リード４０は電池缶１１に溶接され電気的に接続されている。
【００１７】
図３は図１に示した正極２１および負極２２の巻回前の構成を表すものである。正極２１は、帯状の正極集電体２１Ａの両面に正極活物質層２１Ｂを設けたものである。具体的には、正極集電体２１Ａの外周面側および内周面側に正極活物質層２１Ｂが存在する正極被覆領域２１Ｃを有している。加えて、この正極２１では、巻回中心側および巻回外周側の端部が正極露出領域２１Ｄ、すなわち、正極集電体２１Ａの両面とも正極活物質層２１Ｂが存在せずに露出している領域となっている。正極リード３０は、巻回中心側の端部の正極露出領域２１Ｄに取り付けられている。
【００１８】
正極集電体２１Ａは、例えば、厚みが５μｍ〜５０μｍ程度であり、アルミニウム箔，ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。
【００１９】
正極活物質層２１Ｂは、例えば、正極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出可能な正極材料のいずれか１種または２種以上を含んでおり、必要に応じて炭素材料などの導電材およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。リチウムを吸蔵および放出可能な正極材料としては、例えば、硫化チタン（ＴｉＳ2 ），硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ），セレン化ニオブ（ＮｂＳｅ2 ）あるいは酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ）などのリチウムを含有しない金属硫化物，金属セレン化物あるいは金属酸化物など、またはリチウムを含有するリチウム含有化合物が挙げられる。
【００２０】
中でも、リチウム含有化合物は、高電圧および高エネルギー密度を得ることができるものがあるので好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、またはリチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物が挙げられ、特にコバルト（Ｃｏ），ニッケルおよびマンガン（Ｍｎ）のうちの少なくとも１種を含むものが好ましい。より高い電圧を得ることができるからである。その化学式は、例えば、Ｌｉx ＭＩＯ2 あるいはＬｉy ＭIIＰＯ4 で表される。式中、ＭＩおよびＭIIは１種類以上の遷移金属元素を表す。ｘおよびｙの値は電池の充放電状態によって異なり、通常、０．０５≦ｘ≦１．１０、０．０５≦ｙ≦１．１０である。
【００２１】
リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物の具体例としては、層状岩塩型構造を有するリチウムコバルト複合酸化物（Ｌｉx ＣｏＯ2 ）、リチウムニッケル複合酸化物（Ｌｉx ＮｉＯ2 ）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（Ｌｉx Ｎｉ1-z Ｃｏz Ｏ2 （ｚ＜１））、あるいはスピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物（ＬｉＭｎ2 Ｏ4 ）などが挙げられる。中でも、ニッケルを含む複合酸化物が好ましい。高い容量を得ることができると共に、優れたサイクル特性も得ることができるからである。リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物の具体例としては、例えばオリビン型構造を有するリチウム鉄リン酸化合物（ＬｉＦｅＰＯ4 ）あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物（ＬｉＦｅ1-v Ｍｎv ＰＯ4 （ｖ＜１））が挙げられる。
【００２２】
負極２２は、帯状の負極集電体２２Ａの両面に負極活物質層２２Ｂを設けたものである。具体的には、負極集電体２２Ａの外周面側および内周面側に負極活物質層２２Ｂが存在する負極被覆領域２２Ｃと、巻回中心側および巻回外周側の端部に、負極集電体２２Ａの両面とも負極活物質層２２Ｂが存在せずに露出している負極露出領域２２Ｄとを有している。負極リード４０は、巻回外周側の端部の負極露出領域２２Ｄに取り付けられている。
【００２３】
負極集電体２２Ａは、例えば、銅箔，ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。この負極集電体２２Ａの厚みは、例えば５μｍ〜５０μｍである。
【００２４】
負極活物質層２２Ｂは、例えば、負極活物質を含んでおり、必要に応じて導電材および結着剤などの他の材料を含んでいてもよい。負極活物質としては、例えば、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能であり、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を構成元素として含む負極材料が挙げられる。このような負極材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるので好ましい。この負極材料は金属元素あるいは半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、またこれらの１種または２種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本発明において、合金には２種以上の金属元素からなるものに加えて、１種以上の金属元素と１種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体，共晶（共融混合物），金属間化合物あるいはそれらのうちの２種以上が共存するものがある。
【００２５】
この負極材料を構成する金属元素あるいは半金属元素としては、例えばリチウムと合金を形成可能な金属元素あるいは半金属元素が挙げられる。具体的には、マグネシウム（Ｍｇ），ホウ素（Ｂ），アルミニウム（Ａｌ），ガリウム（Ｇａ），インジウム（Ｉｎ），ケイ素，ゲルマニウム（Ｇｅ），スズ，鉛（Ｐｂ），ビスマス（Ｂｉ），カドミウム（Ｃｄ），銀（Ａｇ），亜鉛（Ｚｎ），ハフニウム（Ｈｆ），ジルコニウム（Ｚｒ），イットリウム（Ｙ），パラジウム（Ｐｄ）あるいは白金（Ｐｔ）などが挙げられる。
【００２６】
中でも、この負極材料としては、長周期型周期表における１４族の金属元素あるいは半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、特に好ましいのはケイ素およびスズの少なくとも一方を構成元素として含むものである。ケイ素およびスズは、リチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。具体的には、例えば、ケイ素の単体，合金，あるいは化合物、またはスズの単体，合金，あるいは化合物、またはこれらの１種あるいは２種以上の相を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。
【００２７】
スズの合金としては、例えば、スズ以外の第２の構成元素として、ケイ素，ニッケル，銅，鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），マンガン（Ｍｎ），亜鉛（Ｚｎ），インジウム（Ｉｎ），銀（Ａｇ），チタン（Ｔｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ），ビスマス（Ｂｉ），アンチモン（Ｓｂ）およびクロム（Ｃｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第２の構成元素として、スズ，ニッケル，銅，鉄，コバルト，マンガン，亜鉛，インジウム，銀，チタン，ゲルマニウム，ビスマス，アンチモンおよびクロムからなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。
【００２８】
スズの化合物あるいはケイ素の化合物としては、例えば、酸素（Ｏ）あるいは炭素（Ｃ）を含むものが挙げられ、スズまたはケイ素に加えて、上述した第２の構成元素を含んでいてもよい。
【００２９】
中でも、この負極材料としては、スズと、コバルトと、炭素とを構成元素として含み、炭素の含有量が９．９質量％以上２９．７質量％以下であり、かつスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合が３０質量％以上７０質量％以下であるＣｏＳｎＣ含有材料が好ましい。このような組成範囲において高いエネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるからである。
【００３０】
このＣｏＳｎＣ含有材料は、必要に応じて更に他の構成元素を含んでいてもよい。他の構成元素としては、例えば、ケイ素，鉄，ニッケル，クロム，インジウム，ニオブ（Ｎｂ），ゲルマニウム，チタン，モリブデン（Ｍｏ），アルミニウム（Ａｌ），リン（Ｐ），ガリウム（Ｇａ）またはビスマスが好ましく、２種以上を含んでいてもよい。容量またはサイクル特性を更に向上させることができるからである。
【００３１】
なお、このＣｏＳｎＣ含有材料は、スズと、コバルトと、炭素とを含む相を有しており、この相は結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。また、このＣｏＳｎＣ含有材料では、構成元素である炭素の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下はスズなどが凝集あるいは結晶化することによるものであると考えられるが、炭素が他の元素と結合することにより、そのような凝集あるいは結晶化を抑制することができるからである。
【００３２】
元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えばＸ線光電子分光法（X-ray Photoelectron Spectroscopy；ＸＰＳ）が挙げられる。ＸＰＳでは、炭素の１ｓ軌道（Ｃ１ｓ）のピークは、グラファイトであれば、金原子の４ｆ軌道（Ａｕ４ｆ）のピークが８４．０ｅＶに得られるようにエネルギー較正された装置において、２８４．５ｅＶに現れる。また、表面汚染炭素であれば、２８４．８ｅＶに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば炭素が金属元素または半金属元素と結合している場合には、Ｃ１ｓのピークは、２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる。すなわち、ＣｏＳｎＣ含有材料について得られるＣ１ｓの合成波のピークが２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる場合には、ＣｏＳｎＣ含有材料に含まれる炭素の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合している。
【００３３】
なお、ＸＰＳ測定では、スペクトルのエネルギー軸の補正に、例えばＣ１ｓのピークを用いる。通常、表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のＣ１ｓのピークを２８４．８ｅＶとし、これをエネルギー基準とする。ＸＰＳ測定では、Ｃ１ｓのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとＣｏＳｎＣ含有材料中の炭素のピークとを含んだ形として得られるので、例えば市販のソフトウエアを用いて解析することにより、表面汚染炭素のピークと、ＣｏＳｎＣ含有材料中の炭素のピークとを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準（２８４．８ｅＶ）とする。
【００３４】
負極活物質としては、また、天然黒鉛，人造黒鉛，難黒鉛化炭素あるいは易黒鉛化炭素などの炭素材料を用いてもよい。炭素材料を用いれば優れたサイクル特性を得ることができるので好ましい。また、負極活物質としては、リチウム金属も挙げられる。負極活物質はこれらの１種を単独で用いてもよいが、２種以上を混合して用いてもよい。
【００３５】
図２に示したセパレータ２３は、例えばポリプロピレンあるいはポリエチレンなどのポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これら２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。
【００３６】
セパレータ２３には、液状の電解質である電解液が含浸されている。この電解液は、例えば、溶媒と、電解質塩であるリチウム塩とを含んで構成されている。溶媒は、電解質塩を溶解し解離させるものである。溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、１, ２−ジメトキシエタン、１, ２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１, ３−ジオキソラン、４メチル１, ３ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステルあるいはプロピオン酸エステルなどが挙げられ、これらのいずれか１種または２種以上を混合して用いてもよい。
【００３７】
リチウム塩としては、例えば、ＬｉＣｌＯ4 ，ＬｉＡｓＦ6 ，ＬｉＰＦ6 ，ＬｉＢＦ4 ，ＬｉＢ（Ｃ6 Ｈ5 ）4 ，ＣＨ3 ＳＯ3 Ｌｉ，ＣＦ3 ＳＯ3 Ｌｉ，ＬｉＣｌあるいはＬｉＢｒが挙げられ、これらのいずれか１種または２種以上を混合して用いてもよい。
【００３８】
正極リード３０は、帯状であると共に長手方向の一部が正極２１に取り付けられた取付領域３０Ａとなっている。なお、正極リード３０は、取付領域３０Ａ内の数カ所の接合点において局所的に正極集電体２１Ａに接合されている。正極リード３０は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム（Ａｌ）を含む合金により構成されている。また、これらの材料よりなる本体の表面にめっき加工が施されたものでもよい。正極リード３０の長手方向における寸法は電池サイズによって異なるが、例えば１．０ｃｍ以上１０．０ｃｍ以下が好ましい。幅は例えば１ｍｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、厚みは例えば０．０１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。
【００３９】
負極リード４０は、帯状であると共に長手方向の一部が負極２２に取り付けられた取付領域４０Ａとなっている。なお、負極リード４０は、取付領域４０Ａ内の数カ所の接合点において局所的に負極集電体２２Ａに接合されている。負極リード４０は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）あるいはニッケル（Ｎｉ）を含む合金、または、銅（Ｃｕ）あるいは銅（Ｃｕ）を含む合金により構成されている。また、これらの材料よりなる本体の表面にめっき加工が施されたものでもよい。負極リード４０の長手方向における寸法は電池サイズによって異なるが、例えば１．０ｃｍ以上１０．０ｃｍ以下が好ましい。幅は例えば１ｍｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、厚みは例えば０．０１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。
【００４０】
図４は、負極リード４０の負極２２への取付領域４０Ａを表したものである。この負極リード４０は、取付領域４０Ａに切欠部４１を有している。これにより、この電池では、外力により押し潰された場合に正極２１と負極２２とを確実に短絡させることができ、安全性を向上させることができるようになっている。
【００４１】
特に、負極２２が、スズ（Ｓｎ）またはケイ素（Ｓｉ）のうちの少なくとも一方を構成元素として含む負極活物質を含有する場合には、電池のエネルギー密度が大きく、より高い安全性が求められるので、より高い効果を得ることができる。
【００４２】
切欠部４１は、例えば、負極リード４０の辺４０Ｂに交差していてもよいし、負極リード４０の辺４０Ｂから離れた位置に設けられていてもよい。切欠部４１が辺４０Ｂに交差している場合、切欠部４１と辺４０Ｂとは直角でもよいし、斜めに交差していてもよい。切欠部４１の寸法や配置密度は、負極リード４０の生産性や強度に応じて定めることができるが、取付領域４０Ａの全体にわたり均等に配置されていることが望ましい。切欠部４１の幅または長さは、例えば０．１ｍｍ以上が好ましい。
【００４３】
切欠部４１の形状は、直線でもよいし、屈曲した形状でもよい。屈曲した形状としては、例えば、三本の直線部分４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃにより構成され、直線部分４１Ｂは直線部分４１Ａの端部から直線部分４１Ａとは異なる方向に延び、直線部分４１Ｃは直線部分４１Ｂの端部から直線部分４１Ｂとは異なる方向に延びている形状（以下、「Ｚ型」という。）が挙げられる。直線部分４１Ａ〜４１Ｃのなす角は、例えば直角が好ましい。生産性を高めることができるからである。
【００４４】
このような切欠部４１の形状は、辺４０Ｂに交差しているか辺４０Ｂから離れた位置に設けられているかによって限定されない。また、切欠部４１または直線部分４１Ａ〜４１Ｃは、負極リード４０の長手方向に対して垂直または平行でもよいし、斜めになっていてもよい。
【００４５】
すなわち、例えば図４では、辺４０Ｂに交差している切欠部４１は直線であり、辺４０Ｂから離れた位置に設けられた切欠部４１はＺ型であり、かつ、すべての切欠部４１が負極リード４０の長手方向に対して垂直または平行に設けられた場合を表している。更に、例えば図５に示したように、辺４０Ｂに交差している切欠部４１を、二本の直線部分４１Ａ，４１Ｂにより構成され、直線部分４１Ｂが直線部分４１Ａの端部から直線部分４１Ａとは異なる方向に延びている形状（以下、「Ｌ型」という。）とし、かつ、直線部分４１Ａ，４１Ｂを負極リード４０の長手方向に対して斜めに設けるようにしてもよい。更にまた、例えば図６に示したように、切欠部４１を、多数の直線部分により構成され、それらの直線部分のうちの一本は他の一本の端部からそれとは異なる方向に延びている形状（以下、「波型」という。）とし、かつ、それらの直線部分を負極リード４０の長手方向に対して斜めに設けるようにしてもよい。このような波型の切欠部４１は、直線またはＬ型やＺ型のものに比べて電極間の短絡を容易に発生させることができ、好ましい。
【００４６】
なお、図５または図６に示したように、切欠部４１を構成する直線部分４１Ａ〜４１Ｃが、負極リード４０の長手方向に対して斜めになっている場合、切欠部４１の一端と他端とを結ぶ直線は負極リード４０の長手方向に対して平行または垂直であることが望ましい。
【００４７】
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００４８】
まず、例えば、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、この正極合剤スラリーを正極集電体２１Ａにドクタブレードあるいはバーコーターなどを用いて均一に塗布し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して正極活物質層２１Ｂを形成し、正極２１を作製する。
【００４９】
次いで、例えば、負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーとする。続いて、この負極合剤スラリーを負極集電体２２Ａにドクタブレードあるいはバーコーターなどを用いて均一に塗布し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機により圧縮成型して負極合剤層２２Ｂを形成し、負極２２を作製する。ロールプレス機は加熱して用いてもよい。また、目的の物性値になるまで複数回圧縮成型してもよい。更に、ロールプレス機以外のプレス機を用いてもよい。
【００５０】
続いて、例えば上述した材料よりなる帯状の負極リード４０を用意し、この負極リード４０に例えばワイヤカットにより切欠部４１を形成する。そののち、正極集電体２１Ａに正極リード３０を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体２２Ａに負極リード４０を溶接などにより取り付ける。そののち、正極２１と負極２２とをセパレータ２３を間にして積層し図３に示した巻回方向に多数回巻回したのち偏平な形状に成形し、巻回体２０を作製する。
【００５１】
巻回体２０を形成したのち、この巻回体２０を電池缶１１の内部に収容し、巻回体２０の上に絶縁板１２を配置し、負極リード４０を電池缶１１に溶接すると共に、正極リード３０を正極ピン１５の下端に溶接して、電池缶１１の開放端部に電池蓋１３をレーザ溶接により固定する。そののち、電解液を電解液注入孔１９から電池缶１１の内部に注入し、セパレータ２３に含浸させたのち、電解液注入孔１９を封止部材１９Ａで塞ぐ。これにより、図１および図２に示した二次電池が完成する。
【００５２】
この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極２１からリチウムイオンが放出され、セパレータ２３に含浸された電解液を介して負極２２に吸蔵される。放電を行うと、例えば、負極２２からリチウムイオンが放出され、セパレータ２３に含浸された電解液を介して正極２１に吸蔵される。そして、この二次電池では、負極リード４０の負極２２への取付領域４０Ａに切欠部４１が設けられているので、外部からの力で押し潰された場合、負極リード４０も押し潰されて変形し、図７に示したように、切欠部４１の角部４２が突出して負極集電体２２Ａおよびセパレータ２３を貫通することにより、正極２１と負極２２とが確実に短絡する。
【００５３】
更に、この二次電池では、負極リード４０が、負極２２の巻回外周側の端部の負極露出領域２２Ｄに取り付けられていると共に、正極２１の巻回外周側の端部にも正極露出領域２１Ｄが設けられているので、負極リード４０の角部４２が巻回体２０に突き刺さり、セパレータ２３を貫通すると比較的抵抗値の低い正極集電体２１Ａと負極集電体２２Ａとの間が直接短絡する。すなわち、本実施の形態では、正極２１の正極露出領域２１Ｄと負極２２の負極露出領域２２Ｄとの間が負極リード４０により短絡し、抵抗値の高い正極活物質層２１Ｂを介して短絡することがなくなり、正極活物質層２１Ｂでの昇温が抑制される。
【００５４】
このように本実施の形態では、負極リード４０の負極２２への取付領域４０Ａに切欠部４１を設けたので、外部からの力で押し潰された場合において正極２１と負極２２との間を確実に短絡させることができる。とりわけ円筒形のセンターピンを用いることのできない角型電池や、発熱量の大きい大型電池の場合に好適であり、高い安全性を得ることができる。
【００５５】
また、負極リード４０を、負極２２の巻回外周側の端部の負極露出領域２２Ｄに取り付けると共に、正極２１の巻回外周側の端部にも正極露出領域２１Ｄを設けるようにしたので、負極リード４０がセパレータ２３を貫通すると比較的抵抗値の低い正極集電体２１Ａと負極集電体２２Ａとの間が直接短絡する。よって、正極活物質層２１Ｂの昇温を抑えつつ、正極２１と負極２２との間を確実に短絡させることができ、安全性が向上する。
【００５６】
特に、負極２２が、スズ（Ｓｎ）およびケイ素（Ｓｉ）のうちの少なくとも一方を構成元素として含む負極活物質を含有するようにした場合には、電池のエネルギー密度が大きく、より高い安全性が求められるので、より高い効果を得ることができる。
【実施例】
【００５７】
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【００５８】
（実施例１）
第１の実施の形態で説明した二次電池を作製した。
【００５９】
まず、炭酸リチウム（Ｌｉ2 ＣＯ3 ）と炭酸コバルト（ＣｏＣＯ3 ）とを、Ｌｉ2 ＣＯ3 ：ＣｏＣＯ3 ＝０．５：１（モル比）の割合で混合し、空気中において９００℃で５時間焼成して、正極活物質としてのリチウム・コバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ2 ）を得た。次いで、このリチウム・コバルト複合酸化物９１質量部と、導電剤であるグラファイト６質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン３質量部とを混合して正極合剤を調整した。続いて、この正極合剤を溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーとし、厚み２０μｍのアルミニウム箔よりなる正極集電体２１Ａの両面に均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して正極活物質層２１Ｂを形成し正極２１を作製した。続いて、正極集電体２１Ａの一端にアルミニウム製の正極リード３０を取り付けた。
【００６０】
また、負極活物質としてＣｏＳｎＣ含有材料を作製した。まず、原料としてコバルト粉末とスズ粉末と炭素粉末とを用意し、コバルト粉末とスズ粉末とを合金化してコバルト・スズ合金粉末を作製したのち、この合金粉末に炭素粉末を加えて乾式混合した。続いて、この混合物を遊星ボールミルを用いてメカノケミカル反応を利用して合成し、ＣｏＳｎＣ含有材料を得た。
【００６１】
得られたＣｏＳｎＣ含有材料について組成の分析を行ったところ、コバルトの含有量は２９．３質量％、スズの含有量は４９．９質量％、炭素の含有量は１９．８質量％であった。なお、炭素の含有量は、炭素・硫黄分析装置により測定し、コバルトおよびスズの含有量は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）発光分析により測定した。また、得られたＣｏＳｎＣ含有材料についてＸ線回折を行ったところ、回折角２θ＝２０°〜５０°の間に、回折角２θが１．０°以上の広い半値幅を有する回折ピークが観察された。更に、このＣｏＳｎＣ含有材料についてＸＰＳを行ったところ、ＣｏＳｎＣ含有材料中におけるＣ１ｓのピークは２８４．５ｅＶよりも低い領域に得られた。すなわち、ＣｏＳｎＣ含有材料中の炭素が他の元素と結合していることが確認された。
【００６２】
次いで、このＣｏＳｎＣ含有材料６０質量部と、導電剤および負極活物質である人造黒鉛２８質量部およびカーボンブラック２質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン１０質量部とを混合し、負極合剤を調整した。続いて、この負極合剤を溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させて負極合剤スラリーとし、厚み１５μｍの銅箔よりなる負極集電体２２Ａの両面に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して負極活物質層２２Ｂを形成した。
【００６３】
続いて、長さ２８ｍｍ、幅４ｍｍ、厚み０．０５ｍｍであり、銅を含む合金よりなる帯状の負極リード４０を用意し、この負極リード４０の負極２２への取付領域４０Ａに、ワイヤカットにより、図４に示したような辺４０Ｂに交差する直線の切欠部４１と、辺４０Ｂから離れた位置のＺ型の切欠部４１とを設けた。その際、直線の切欠部４１は、幅０．４ｍｍ、長さ１．０ｍｍとし、Ｚ型の切欠部は、幅０．４ｍｍ、直線部分４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃの長さをそれぞれ２ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、全長３．６ｍｍとした。そののち、この負極リード４０を負極集電体２２Ａの巻回外周側となる一端に取り付けた。
【００６４】
続いて、厚み２５μｍの微孔性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータ２３を用意し、正極２１，セパレータ２３，負極２２，セパレータ２３の順に積層して積層体を形成したのち、この積層体を渦巻状に多数回巻回したのち偏平な形状に成形し、巻回体２０を作製した。
【００６５】
そののち、巻回体２０を電池完１１に収納し、巻回体２０の上に絶縁板１２を配置し、負極リード４０を電池缶１１に溶接すると共に、正極リード３０を正極ピン１５の下端に溶接して、電池缶１１の開放端部に電池蓋１３をレーザ溶接により固定した。そののち、電解液注入孔１９から電池缶１１の内部に電解液を注入した。電解液には、炭酸エチレン５０体積％と炭酸ジエチル５０体積％とを混合した溶媒に、電解質塩としてＬｉＰＦ6 を１ｍｏｌ／ｄｍ3 の含有量で溶解させたものを用いた。最後に、電解液注入孔１９を封止部材１９Ａで塞ぐことにより、厚さ５ｍｍ、幅３４ｍｍ、高さ４２ｍｍの角型の二次電池を得た。
【００６６】
実施例１に対する比較例１として、切欠部を有しない従来の負極リードを用いたことを除き、他は実施例１と同様にして二次電池を作製した。
【００６７】
このようにして得られた実施例１および比較例１の二次電池をそれぞれ５個（電池１〜電池５）作製し、圧壊試験を行って発火や破裂の有無を調べた。得られた結果を表１に示す。
【００６８】
【表１】
2007305423.tif 000003
【００６９】
表１からわかるように、負極リード４０に切欠部４１を設けた実施例１によれば破裂はまったく生じなかったのに対して、切欠部が設けられていない比較例１では５個の二次電池のすべてで破裂が生じた。すなわち、負極リード４０の負極２２への取付領域４０Ａに切欠部４１を設けるようにすれば、電池が押し潰されて短絡が発生した場合にも安全性を向上させることができることが分かった。
【００７０】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、切欠部４１が、負極リード４０を厚さ方向に貫通する孔である場合について説明したが、負極リード４０の厚さ方向の一部を薄くした薄肉溝であってもよい。
【００７１】
また、上記実施の形態および実施例では、負極リード４０を負極２２の巻回外周側の端部に取り付けた場合について説明したが、負極リード４０の位置は巻回外周側の端部に限られず、巻回中心側の端部でもよいし、あるいは巻回体２０の内部でもよい。
【００７２】
更に、本発明は負極リード４０だけでなく正極リード３０にも適用可能である。すなわち、正極リード３０に切欠部を設けてもよい。また、正極リード３０と負極リード４０の両方に切欠部を設けてもよい。
【００７３】
加えて、上記実施の形態および実施例では、巻回構造を有する角型の二次電池について説明したが、本発明は、巻回構造を有する二次電池であればどのような形状のものでも適用することができ、また、一次電池にも適用可能である。例えば、図８および図９に示したような楕円型や、図１０および図１１に示したような円筒型のものにも適用可能である。なお、図８および図９では負極リード４０を巻回体２０の内部に設けた場合を表し、図１０および図１１では負極リード４０を負極２２の巻回中心側の端部に設けた場合を表している。
【００７４】
図８および図９に示した電池は、中空楕円形の電池缶５１に、楕円筒状の巻回構造を有する巻回体２０を収容した、いわゆる楕円型電池である。電池缶５１の内部には、巻回体２０を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板５２，５３がそれぞれ配置されている。電池缶５１の開放端部には、電池蓋５４と、この電池蓋５４の内側に設けられた安全弁機構５５および熱感抵抗素子（Positive Temperature Coefficient；ＰＴＣ素子）５６とが、ガスケット５７を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶５１の内部は密閉されている。電池蓋５４は、例えば、電池缶５１と同様の材料により構成されている。安全弁機構５５は、熱感抵抗素子５６を介して電池蓋５４と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板５５Ａが反転して電池蓋５４と巻回体２０との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子５６は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット５７は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
【００７５】
図１０および図１１に示した電池は、中空円筒状の電池缶６１に円筒状の巻回構造を有する巻回体２０を収容した、いわゆる円筒型電池であり、巻回体２０の巻回中心にセンターピン６８が配置されていることを除いては、楕円型のものと同様の構成を有している。
【００７６】
更にまた、例えば、上記実施の形態および実施例では、溶媒に液状の電解質である電解液を用いる場合について説明したが、電解液に代えて、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、電解液を高分子化合物に保持させたゲル状の電解質、イオン伝導性を有する固体電解質、固体電解質と電解液とを混合したもの、あるいは固体電解質とゲル状の電解質とを混合したものが挙げられる。
【００７７】
なお、ゲル状の電解質には電解液を吸収してゲル化するものであれば種々の高分子化合物を用いることができる。そのような高分子化合物としては、例えば、ポリビニリデンフルオロライドあるいはビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ素系高分子化合物、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、またはポリアクリロニトリルなどが挙げられる。特に、酸化還元安定性の点からは、フッ素系高分子化合物が望ましい。
【００７８】
固体電解質には、例えば、イオン伝導性を有する高分子化合物に電解質塩を分散させた有機固体電解質、またはイオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などよりなる無機固体電解質を用いることができる。このとき、高分子化合物としては、例えば、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物、アクリレート系高分子化合物を単独あるいは混合して、または分子中に共重合させて用いることができる。また、無機固体電解質としては、窒化リチウムあるいはヨウ化リチウムなどを用いることができる。
【００７９】
加えてまた、上記実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる場合について説明したが、ナトリウム（Ｎａ）あるいはカリウム（Ｋ）などの長周期型周期表における他の１族の元素、またはマグネシウムあるいはカルシウム（Ｃａ）などの長周期型周期表における２族の元素、またはアルミニウムなどの他の軽金属、またはリチウムあるいはこれらの合金を用いる場合についても、本発明を適用することができ、同様の効果を得ることができる。その際、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な負極活物質、正極活物質あるいは溶媒などは、その電極反応物質に応じて選択される。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る二次電池の構成を表す断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１に示した正極および負極の巻回前の構成を表す断面図である。
【図４】図１に示した負極リードの負極への取付領域を表す平面図である。
【図５】図４に示した負極リードの変形例を表す平面図である。
【図６】図４に示した負極リードの他の変形例を表す平面図である。
【図７】図１に示した二次電池が押し潰された場合における負極リードの作用を説明するための断面図である。
【図８】電池の他の構成例を表す断面図である。
【図９】図８に示した電池のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。
【図１０】電池の更に他の構成例を表す断面図である。
【図１１】図１０に示した電池のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１１，５１，６１…電池缶、１２，５２，５３…絶縁板、１３，５４…電池蓋、１３Ａ…貫通孔、１４…端子板、１５…正極ピン、１６…絶縁ケース、１７，５７…ガスケット、１８…開裂弁、１９…電解液注入孔、１９Ａ…封止部材、２０…巻回体、２１…正極、２１Ａ…正極集電体、２１Ｂ…正極活物質層、２１Ｃ…正極被覆領域、２１Ｄ…正極露出領域、２２…負極、２２Ａ…負極集電体、２２Ｂ…負極活物質層、２２Ｃ…負極被覆領域、２２Ｄ…負極露出領域、２３…セパレータ、３０…正極リード、４０…負極リード、４０Ａ…取付領域、４０Ｂ…辺、４１…切欠部、４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ…直線部分、５５…安全弁機構、５６…熱感抵抗素子、５７…ガスケット、６８…センターピン
【図１】
2007305423.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
2007305423.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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