(57)【要約】【課題】捲回体の製造時、あるいは後発的な発生する捲回体の捲きずれを防止できるリチウム二次電池を提供する。【解決手段】正極５２と正極タブ端子２０とが電気的に接続された部分の長さが正極５２の幅よりも短く、正極タブ端子２０の長手方向と正極５２の長手方向とは垂直に設定する。また、負極５６と負極タブ端子２４とが電気的に接続された部分の長さが負極５６の幅よりも短く、負極タブ端子２４の長手方向と負極５６の長手方向とは垂直に設定する。そして、正極５２の絶縁部材３０は、正極のケース底側端部６０から突き出ており、負極５６の絶縁部材３１は、負極のケース底側端部６４から突き出ている構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオンを放出および吸蔵可能な正極活物質層と正極集電体とを含む正極と、リチウムイオンを放出および吸蔵可能な負極活物質層と負極集電体とを含む負極と、セパレータとを有し、前記正極と前記負極とが、前記セパレータを介して捲回された捲回体と、
前記捲回体を収容する底部を有するケースと、
前記捲回体が収容されたケースを、前記底部の反対側で封止する封止体とを有するリチウム二次電池であって、
前記捲回体は、さらに、前記正極の封止体側端部付近に配置され、前記正極と電気的に接続された正極タブ端子と、
前記正極タブ端子のケース底側端部の延長方向に設けられ、前記正極タブ端子の平坦部の断面形状と等しい断面形状を有する可撓性の正極の絶縁部材と、
前記負極の封止体側端部付近に配置され、前記負極と電気的に接続された負極タブ端子と、
前記負極タブ端子のケース底側端部の延長方向に設けられ、前記負極タブ端子の平坦部の断面形状と等しい断面形状を有する可撓性の負極の絶縁部材とを備え、
前記正極と前記正極タブ端子とが電気的に接続された部分の長さが前記正極の幅よりも短く、前記正極タブ端子の長手方向と前記正極の長手方向とは垂直になっており、
前記負極と前記負極タブ端子とが電気的に接続された部分の長さが前記負極の幅よりも短く、前記負極タブ端子の長手方向と前記負極の長手方向とは垂直になっており、
前記正極の絶縁部材は、前記正極のケース底側端部から突き出ており、
前記負極の絶縁部材は、前記負極のケース底側端部から突き出ているリチウム二次電池。
【請求項２】
前記負極の絶縁部材は、前記正極のケース底側端部から突き出ており、前記正極の絶縁部材は、前記負極のケース底側端部から突き出ている請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項３】
前記セパレータのケース底側端部は、前記正極の絶縁部材のケース底側端部よりもケース底側に位置し、かつ前記セパレータのケース底側端部は、前記負極の絶縁部材のケース底側端部よりもケース底側に位置する請求項１または２に記載のリチウム二次電池。
【請求項４】
前記正極の絶縁部材と前記負極の絶縁部材の少なくとも一方が、可撓性を備えた樹脂材料で形成されている、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のリチウム二次電池。
【請求項５】
前記正極の絶縁部材又は前記負極の絶縁部材の所定の部位の断面積が、他の部位の断面積より小さい請求項１〜請求項４のいずれかに記載のリチウム二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のノート型パソコンを始めとした様々なポータブル機器の普及に伴い、その電力源として二次電池の需要が伸びている。また、ポータブル機器の長時間駆動および携帯性の向上といった要望を受け、二次電池のエネルギー密度の向上および安全性の向上が求められている。
【０００３】
二次電池の中でも、特にリチウム二次電池は、これまでポータブル機器向けの電源として広く用いられてきた。リチウム二次電池のエネルギー密度が高いからである。このような特性を生かし、リチウム二次電池は大容量の蓄電システム用電源としても開発が進められている。
【０００４】
ポータブル機器向けのリチウム二次電池では、正極と負極を捲回した捲回体を収納するための容器として、ラミネート加工されたアルミニウム箔製の容器が広く使用されている。また、金属製の扁平な角形容器、金属製の円筒状容器なども広く使用されている。大容量の蓄電システム用電源向けのリチウム二次電池では、使用期間の長さや使用環境の厳しさ、蓄電容量の大きさ等を考慮すると、正極と負極を捲回した捲回体を収納するための容器として、金属製の円筒状容器を用いることが有力である。
【０００５】
非特許文献１に開示されているように、現在普及しているリチウム二次電池は、有底の容器本体と容器本体の開口部を閉じるための封止体とで構成される。封止体は安全装置の役割も担っているために、複雑な構造を有する。
【０００６】
大容量の蓄電システム用電源向けのリチウム二次電池では、高エネルギー密度である以上に高い安全性が求められている。つまり、電極の材料や設計を適正化することで、ポータブル機器用途ほどの高エネルギー密度ではなくても、高い安全性を有するリチウム二次電池の開発が進められている。
【０００７】
特許文献１には、新しいリチウム二次電池構造として、電解コンデンサで広く用いられている封止体を、リチウム二次電池に適用することが開示されている。リチウム二次電池が電解コンデンサと同様の封止体を採用することにより、従来の複雑な構造を有するリチウム二次電池の封止体と比較して、封止体自体は、簡素な構造とすることができる。
【０００８】
また、特許文献２には、電解コンデンサにおいて容器底部での短絡を防止するために、タブ端子の長さを電極の幅よりも長くして、コンデンサエレメントの底部側端部から突き出たタブ端子の先端に絶縁性材料を定着配備した構造を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−３０８２０６号公報
【特許文献２】実願昭６２−１２２０４４（実願昭６４−２６８２５号公報）のマイクロフィルム
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】芳尾真幸、小沢昭弥編、「リチウムイオン二次電池−材料と応用」、第２版、日刊工業新聞社、２００１年１月２７日、ｐ．１７５−１７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１が開示する電解コンデンサ用のタブ端子は、一部が扁平に加工された平坦部を有している。タブ端子の平坦部の長さは電極の幅よりも短い。電極の上にタブ端子の平坦部を溶接等により、接合されている。
【００１２】
ところが、タブ端子の平坦部の長さは電極の幅よりも短いために、タブ端子の平坦部を溶接した部分では、電極の幅方向の厚みが不均一となる。そのため、タブ端子を溶接した電極を捲回して捲回体を作成する場合には、厚みの不均一が原因となって、捲回体が軸方向に変形する、いわゆる捲きずれを起こしやすくなるという課題を有していた。特に、コンデンサの電極と比較して厚みが大きく、柔軟性に劣るリチウム二次電池の電極ではその影響が顕著である。
【００１３】
また、タブ端子の平坦部が溶接されていない厚さの薄い部分では、捲回の締め付け圧力が弱くなるため、捲回体全体に対する締め付けの圧力が低下する。これにより、製造後の電池使用時において、外部からの振動や衝撃によって、捲回体に後発的な捲きずれを起こしやすいという課題を有していた。この場合も、コンデンサの電極と比較して質量の大きいリチウム二次電池用電極では、そのようなトラブルを起こす可能性がさらに高い。
【００１４】
また、特許文献２に開示されている構成では、タブ端子の平坦部の先端を覆うように絶縁材料を配置している。タブ端子の平坦部を溶接した部分では、電極の幅方向の厚みが不均一となる。タブ端子の平坦部が電極から突き出さないようにした場合、絶縁材料をも電極群内に捲き込んで、捲回体を構成することになる。その結果、捲回体の作成時およびその後の電池の使用時ともに、捲回体に捲きずれが起こりやすくなる。
【００１５】
本発明は、従来の課題を解決するもので、タブ端子を溶接した電極を用いて捲回し、捲回体を作成するときに、捲回体に捲きずれが生じるのを防止でき、さらに電池使用時における振動や衝撃などによって、捲回体に後発的な捲きずれが生じるのを防止することができるリチウム二次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】
【００１６】
上記の課題を解決するために、本発明のリチウム二次電池は、リチウムイオンを放出および吸蔵可能な正極活物質層と正極集電体とを含む正極と、リチウムイオンを放出および吸蔵可能な負極活物質層と負極集電体とを含む負極と、セパレータとを有し、正極と負極とが、セパレータを介して捲回された捲回体と、捲回体を収容する底部を有するケースと、捲回体が収容されたケースを、底部の反対側で封止する封止体とを有するリチウム二次電池であって、捲回体は、さらに、正極の封止体側端部付近に配置され、正極と電気的に接続された正極タブ端子と、正極タブ端子のケース底側端部の延長方向に設けられ、正極タブ端子の平坦部の断面形状と略等しい断面形状を有する可撓性の正極の絶縁部材と、負極の封止体側端部付近に配置され、負極と電気的に接続された負極タブ端子と、負極タブ端子のケース底側端部の延長方向に設けられ、負極タブ端子の平坦部の断面形状と略等しい断面形状を有する可撓性の負極の絶縁部材とを備え、正極と正極タブ端子とが電気的に接続された部分の長さが正極の幅よりも短く、正極タブ端子の長手方向と正極の長手方向とは垂直になっており、負極と負極タブ端子とが電気的に接続された部分の長さが負極の幅よりも短く、負極タブ端子の長手方向と負極の長手方向とは垂直になっており、正極の絶縁部材は、正極のケース底側端部から突き出ており、負極の絶縁部材は、負極のケース底側端部から突き出ている構成を有する。
【００１７】
本構成によって、捲回体を作成するときに、捲回体に捲きずれが生じるのを防止できる。さらに電池使用時における振動や衝撃などによって、捲回体に後発的な捲きずれが生じるのを防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のリチウム二次電池によれば、電極の封止体側端部付近にタブ端子が存在し、電極の金属製ケース底側付近には、タブ端子は存在していない。電極の金属製ケース底側端部付近には、タブ端子と略等しい断面を有する可撓性の絶縁部材が存在している。絶縁部材の存在により、電極の厚みが幅方向に均一になる。そのために、捲回体を作成するときに、捲回体に捲きずれが生じるのを防止できる。さらに電池使用時における振動や衝撃などによって、捲回体に後発的な捲きずれが生じるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態１におけるリチウム二次電池の（ａ）断面図、（ｂ）捲回体の斜視図（捲回体の一部を展開して表示した図）
【図２（ａ）】本発明の実施形態１におけるリチウム二次電池の正極とセパレータとを展開して表示した図
【図２（ｂ）】本発明の実施形態１におけるリチウム二次電池の負極とセパレータとを展開して表示した図
【図３（ａ１）】本発明の実施形態１における絶縁部材の側面図
【図３（ａ２）】本発明の実施形態１における絶縁部材の正面図
【図４（ａ）】本発明の実施形態１における正極タブ端子の平坦部のＺ―Ｚ矢視の断面図
【図４（ｂ）】本発明の実施形態１における正極の絶縁部材のＹ―Ｙ矢視の断面図
【図４（ｃ）】本発明の実施形態１における正極の絶縁部材のＹ―Ｙ矢視の断面図
【図５（ａ）】本発明の実施形態１における負極タブ端子の平坦部のＺ―Ｚ矢視の断面図
【図５（ｂ）】本発明の実施形態１における負極の絶縁部材のＹ―Ｙ矢視の断面図
【図５（ｃ）】本発明の実施形態１における負極の絶縁部材のＹ―Ｙ矢視の断面図
【図６（ａ１）】本発明の実施形態２における絶縁部材の側面図
【図６（ａ２）】本発明の実施形態２における絶縁部材の正面図
【図６（ｂ１）】本発明の実施形態２における絶縁部材の側面図
【図６（ｂ２）】本発明の実施形態２における絶縁部材の正面図
【図６（ｃ１）】本発明の実施形態２における絶縁部材の側面図
【図６（ｃ２）】本発明の実施形態２における絶縁部材の正面図
【図６（ｄ１）】本発明の実施形態２における絶縁部材の側面図
【図６（ｄ２）】本発明の実施形態２における絶縁部材の正面図
【図６（ｅ１）】本発明の実施形態２における絶縁部材の側面図
【図６（ｅ２）】本発明の実施形態２における絶縁部材の正面図
【図６（ｆ１）】本発明の実施形態２における絶縁部材の側面図
【図６（ｆ２）】本発明の実施形態２における絶縁部材の正面図
【図７（ａ１）】本発明の実施形態２における絶縁部材の側面図
【図７（ａ２）】本発明の実施形態２における絶縁部材の正面図
【図７（ｂ１）】本発明の実施形態２における絶縁部材の側面図
【図７（ｂ２）】本発明の実施形態２における絶縁部材の正面図
【図８（ａ１）】本発明の実施形態２における絶縁部材の側面図
【図８（ａ２）】本発明の実施形態２における絶縁部材の正面図
【図８（ｂ１）】本発明の実施形態２における絶縁部材の側面図
【図８（ｂ２）】本発明の実施形態２における絶縁部材の正面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明はこれらに限定されない。
【００２１】
（実施の形態１）
本発明の実施形態１におけるリチウム二次電池１０は、図１（ａ）に示すように、金属製ケース１２、捲回体１４、封止体１６を備えている。
【００２２】
捲回体１４は、図１（ｂ）に示すように、正極５２、セパレータ３６、負極５６を含む。正極５２、セパレータ３６、負極５６、セパレータ３６とを重ねた状態で捲回して、構成されている。捲回体１４は、円筒形である。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、正極タブ端子２０は、正極タブ端子の引出部３９、正極タブ端子の丸棒部４１、正極タブ端子の平坦部４０とを有する。図１（ｂ）に示すように、正極タブ端子の丸棒部４１が捲回体１４から突き出ている。正極タブ端子の丸棒部４１の上に、正極タブ端子の引出部３９がある。
【００２４】
同様に、図２（ｂ）に示すように、負極タブ端子２４は、負極タブ端子の引出部５３、負極タブ端子の丸棒部５５、負極タブ端子の平坦部５４とからなる。図１（ｂ）に示すように、負極タブ端子の丸棒部５５が捲回体１４から突き出ている。負極タブ端子の丸棒部５５の上に、負極タブ端子の引出部５３がある。
【００２５】
正極５２は、正極集電体３２と正極活物質層３８とを含む。図２（ａ）に示すように、セパレータ３６の上に、正極集電体３２を設ける。正極集電体３２上に、正極活物質層３８が形成される。但し、正極集電体上に正極活物質層を形成しない部位Ｐ２がある。なお、正極５２の幅と、正極集電体３２の幅と、正極活物質層３８の幅は同一である。正極タブ端子の平坦部４０が、正極集電体上に正極活物質層を形成しない部位Ｐ２に溶接等により固定されている。これによって、正極５２と正極タブ端子２０とが電気的に接続されている。
【００２６】
正極と正極タブ端子とが電気的に接続された部分の長さＬ２は、正極の幅Ｌ４よりも短い。正極の幅Ｌ４は、セパレータの幅Ｌ６よりも短い。
【００２７】
また、正極タブ端子の平坦部４０と略等しい断面形状を有する正極の絶縁部材３０を、正極タブ端子の平坦部４０の金属製ケース底側端部の延長方向に設けた。例えば、正極タブ端子の平坦部４０の断面形状は、図４（ａ）に示すように、長方形の形状が挙げられる。正極タブ端子の平坦部４０の断面形状は、正方形、台形、半円形などの形状であってもよい。同様に、正極の絶縁部材３０の断面形状は、図４（ｂ）に示すように、長方形の形状が挙げられる。正極の絶縁部材３０の断面形状は、正方形、台形、半円形などの形状であってもよい。
【００２８】
なお、正極タブ端子の平坦部４０の断面形状と正極の絶縁部材３０の断面形状とは、略等しければよい。正極タブ端子２０と正極の絶縁部材３０との存在により、正極の厚みが幅方向に略均一になればよい。
【００２９】
図４（ｃ）を用いて説明する。正極タブ端子の平坦部４０の断面の幅Ｗ１と正極の絶縁部材３０の断面の幅Ｗ２との関係に関して、正極の絶縁部材３０の断面の幅Ｗ２は、０．８×Ｗ１から１．２×Ｗ１までの範囲内にあればよい。より好ましくは、正極の絶縁部材３０の断面の幅Ｗ２は、０．９×Ｗ１から１．１×Ｗ１までの範囲内にあるときである。
【００３０】
また、正極タブ端子の平坦部４０の断面の高さＨ１と正極の絶縁部材３０の断面の高さＨ２との関係に関して、正極の絶縁部材３０の断面の高さＨ２は、０．８×Ｈ１から１．２×Ｈ１までの範囲内にあればよい。より好ましくは、正極の絶縁部材３０の断面の高さＨ２は、０．９×Ｈ１から１．１×Ｈ１までの範囲内にあるときである。
【００３１】
正極の絶縁部材３０は、正極の金属製ケース底側端部６０から突出している。なお、複数の正極の絶縁部材３０をつなぎ合わせても良い。
【００３２】
同様に、負極５６は、負極集電体３４と負極活物質層４３とを含む。図２（ｂ）に示すように、セパレータ３６の上に、負極集電体３４を設ける。負極集電体３４上に、負極活物質層４３が形成される。但し、負極集電体上に負極活物質層を形成しない部位Ｐ４がある。なお、負極５６の幅と、負極集電体３４の幅と、負極活物質層４３の幅は同一である。負極タブ端子の平坦部５４が、負極集電体上に負極活物質層を形成しない部位Ｐ４に溶接等により固定されている。これにより、負極５６と負極タブ端子２４とが電気的に接続されている。
【００３３】
負極と負極タブ端子とが電気的に接続された部分の長さＬ８は、負極の幅Ｌ１０よりも短い。負極の幅Ｌ１０は、セパレータの幅Ｌ６よりも短い。
【００３４】
また、負極タブ端子の平坦部５４と略等しい断面形状を有する負極の絶縁部材３１を、負極タブ端子の平坦部５４の金属製ケース底側端部の延長方向に配置した。例えば、負極タブ端子の平坦部５４の断面形状は、図５（ａ）に示すように、長方形の形状が挙げられる。負極タブ端子の平坦部５４の断面形状は、正方形、台形、半円形などの形状であってもよい。同様に、負極の絶縁部材３１の断面形状は、図５（ｂ）に示すように、長方形の形状が挙げられる。負極の絶縁部材３１の断面形状は、正方形、台形、半円形などの形状であってもよい。
【００３５】
なお、負極タブ端子の平坦部５４の断面形状と負極の絶縁部材３１の断面形状とは、略等しいければよい。負極タブ端子２４と負極の絶縁部材３１との存在により、負極の厚みが幅方向に略均一になればよい。
【００３６】
図５（ｃ）を用いて説明する。負極タブ端子の平坦部５４の断面の幅Ｗ３と負極の絶縁部材３１の断面の幅Ｗ４との関係に関して、負極の絶縁部材３１の断面の幅Ｗ４は、０．８×Ｗ３から１．２×Ｗ３までの範囲内にあればよい。より好ましくは、負極の絶縁部材３１の断面の幅Ｗ４は、０．９×Ｗ３から１．１×Ｗ３までの範囲内にあるときである。
【００３７】
また、負極タブ端子の平坦部５４の断面の高さＨ３と負極の絶縁部材３１の断面の高さＨ４との関係に関して、負極の絶縁部材３１の断面の高さＨ４は、０．８×Ｈ３から１．２×Ｈ３までの範囲内にあればよい。より好ましくは、負極の絶縁部材３１の断面の高さＨ４は、０．９×Ｈ３から１．１×Ｈ３までの範囲内にあるときである。
【００３８】
負極の絶縁部材３１は、負極の金属製ケース底側端部６４から突出している。なお、複数の負極の絶縁部材３１をつなぎ合わせても良い。
【００３９】
以下、特に断わらない場合には、絶縁部材と記した場合、正極の絶縁部材３０、負極の絶縁部材３１のいずれにも適用する。電極と記した場合、正極５２、負極５６のいずれにも適用する。タブ端子と記した場合、正極タブ端子２０、負極タブ端子２４のいずれにも適用する。
【００４０】
絶縁部材は図３の側面図（ａ１）と正面図（ａ２）に示すように、略直方体である。なお、絶縁部材の断面形状は、正方形、台形、半円形などの形状であってもよく、絶縁部材の断面積が、絶縁部材全体にわたって略一定であればよい。
【００４１】
なお、正極５２の幅が負極５６の幅と異なっていてもよい。負極の絶縁部材３１は、正極の金属製ケース底側端部６０から突き出ており、正極の絶縁部材３０は、負極のケース底側端部から突き出ていることが好ましい。
【００４２】
図１（ａ）に示すように、捲回体１４はさらに、正極タブ端子２０、負極タブ端子２４、正極の絶縁部材３０、負極の絶縁部材３１を含む。捲回体１４は金属製ケース１２の中に収納され、封止体１６で封止されている。
【００４３】
封止体１６には、貫通孔１８が２つある。正極タブ端子２０と負極タブ端子とは、貫通孔１８を通じて、金属製ケース１２の外に突き出ている。
【００４４】
以上より、本実施形態１のリチウム二次電池１０では、タブ端子が存在しない電極の金属製ケース底側端部付近では、絶縁部材が存在する。絶縁部材の存在により、電極の厚みが幅方向に略均一となる。そのために、捲回体１４を作成するときに、捲回体１４に捲きずれが生じるのを防止できる。
【００４５】
さらに、電極の厚みが幅方向に略均一になることで、捲回体１４を締め付ける圧力が均一になる。そのため、電池使用時における振動や衝撃などによって、捲回体１４に後発的な捲きずれが生じるのを防止することができる。
【００４６】
また、電池使用時に衝撃などの圧力が金属製ケース１２の底側に加わった場合、絶縁部材は、電極の金属製ケース底側端部から突出しているため、絶縁部材が電極よりも先に、圧力をうける。圧力をうけると、絶縁部材は可撓性であるので、絶縁部材が座屈する。なお、座屈とは、長い棒や柱などが縦方向に圧縮荷重を受けたときに、ある限度を超えると横方向に曲がる現象をいう。絶縁部材は座屈しても可撓性のために、絶縁部材が電極とともに渦巻状に捲回されたセパレータを突き破ることは起きにくい。
【００４７】
また、金属製ケース１２の底側に極めて大きな圧力が加わった場合、絶縁部材は大きく座屈する。その場合、絶縁部材が大きく座屈すると、絶縁部材が、電極とともに渦巻状に捲回されたセパレータを突き破ることがある。絶縁部材がセパレータを突き破ったとしても、絶縁性のために、電池内部の短絡を防止できる。
【００４８】
また、正極の絶縁部材３０と正極タブ端子２０とは、接合されていても、接合されていなくてもよい。好ましくは、正極の絶縁部材３０と正極タブ端子２０とは、接合されて、一体になっているのがよい。一工程で、正極の絶縁部材３０と正極タブ端子２０とを、正極５２に配置することができ、製造しやすいためである。同様に、負極の絶縁部材３１と負極タブ端子２４とは、接合されていても、接合されていなくてもよい。負極の絶縁部材３１と負極タブ端子２４とは、接合されて、一体になっているのが好ましい。
【００４９】
正極の絶縁部材３０と正極タブ端子２０とを接合する方法としては、接着剤および粘着剤を用いた接着や、熱可塑性樹脂材料を用いた熱融着、正極の絶縁部材３０と正極タブ端子２０に凹凸形状を形成して嵌合することなどの方法が挙げられる。これらの方法は、負極の絶縁部材３１と負極タブ端子２４とを接合する方法としても用いることができる。
【００５０】
また、正極の絶縁部材３０と正極タブ端子２０とを接合せず、正極の絶縁部材３０を正極５２に配置して、正極５２に接合しても良い。正極の絶縁部材３０を正極５２に固定する方法としては、接着剤および粘着剤での接着、熱可塑性樹脂材料を用いた熱融着が挙げられる。これらの方法は、負極の絶縁部材３１と負極タブ端子２４とを接合せず、負極の絶縁部材３１を負極５６に配置して負極５６に接合する場合にも用いることができる。
【００５１】
従来、セパレータ３６と金属製ケース１２の底の間には、絶縁板を挿入していた。電池使用時に金属製ケース１２の底側から衝撃などの圧力が加わった場合、電極と金属製ケース１２の底が接触して、短絡が生じるのを防止するためである。
【００５２】
本実施形態１のリチウム二次電池１０では、セパレータ３６と金属製ケース１２の底の間に、絶縁板を挿入する必要はない。電池使用時に金属製ケース１２の底側から衝撃などの圧力が加わった場合でも、絶縁部材は、電極の金属製ケース底側端部から突出しているため、電極ではなく絶縁部材が、金属製ケース１２の底と接触することになる。短絡は生じない。
【００５３】
さらに、本実施形態１のリチウム二次電池１０では、セパレータのケース底側端部３７は、正極の絶縁部材３０のケース底側端部よりもケース底側に位置し、かつセパレータのケース底側端部３７は、負極の絶縁部材３１のケース底側端部よりもケース底側に位置するとき、セパレータ３６が直接、金属製ケース１２の底部を接触することになる。従来必要とされていた絶縁板の体積分だけ、金属製ケース１２内の体積を有効に利用することができる。
【００５４】
絶縁板が不要になることによる電池容量の増大分を考える。
【００５５】
電池容量は、集電体の長さ×集電体の幅×集電体の単位面積当たりの容量で求まる。例えば、内径が１８（ｍｍ）、高さが５０（ｍｍ）の大きさの電池セルを想定する。集電体の長さが約５５０（ｍｍ）、集電体の幅が約３９（ｍｍ）になる。集電体の単位面積当たりの容量に関して、両面塗工の場合、約５．４（ｍＡｈ/ｃｍ２）である。従って、電池容量は、約１１５８（ｍＡｈ）となる。なお、上記した集電体の長さ、集電体の幅、集電体の単位面積当たりの容量は、一例である。電池構造の設計を変更することにより、集電体の長さと、集電体の幅と、集電体の単位面積当たりの容量と、電池容量とは、変化する。
【００５６】
絶縁板が不要になることによる電池容量の増大分は、集電体の長さ×絶縁板の厚さ×集電体の単位面積当たりの容量で求まる。絶縁板の厚さに相当する分だけ、集電体の幅を長く設けることができるためである。例えば絶縁板の厚さが約０．５（ｍｍ）であるとする。このとき、絶縁板が不要になることによる電池容量の増大分は約１４．９（ｍＡｈ）になる。従って、電池容量は、約１．３（％）向上する。
【００５７】
次に、各部品について詳細に説明する。
【００５８】
（金属製ケース）
金属製ケース１２は、底部と開口部とを有する金属製ケースである。金属製ケース１２の材料としては、軽量性および加工性の観点から、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属が好適である。Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｖ等の元素を微量添加したアルミニウム合金がより好ましい。アルミニウム合金の強度が向上するからである。
【００５９】
（封止体）
封止体１６は、弾性材料ゴム弾性を有する材料（エラストマー）などの弾性材料でできており、円柱形状である。封止体１６の直径は、金属製ケース１２の開口部の直径よりも少し大きい。封止体１６の材料としては、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、イソブチレンイソプレンゴム（ＩＩＲ）、ブタジエンスチレンゴム（ＳＢＲ）等も使用できる。
【００６０】
（正極）
正極５２は、正極集電体３２と、正極集電体３２の片面または両面に設けられた正極活物質層３８とを含む。
【００６１】
正極集電体３２は、導電性を有するシート状の部材である。金属箔を使用できる。金属箔にかえて、多数の孔を有する部材（金属メッシュ、パンチングメタル、エキスパンドメタル）も使用できる。正極集電体３２の材料としては、金属が好ましい。例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等が好適である。
【００６２】
正極活物質層３８は、正極活物質、結着剤、導電助剤とを含む。
【００６３】
正極活物質としては、酸化物を使用できる。酸化物としては、二酸化マンガン（ＭｎＯ2）、リチウムマンガン複合酸化物（例えばＬｉxＭｎ2Ｏ4またはＬｉxＭｎＯ2）、リチウムニッケル複合酸化物（例えばＬｉxＮｉＯ2）、リチウムコバルト複合酸化物（例えばＬｉxＣｏＯ2）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えばＬｉＮｉ1-yＣｏyＯ2）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えばＬｉxＭｎyＣｏ1-yＯ2）等が挙げられる。また、他の酸化物として、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（ＬｉxＭｎ2-yＮｉyＯ4）、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物（ＬｉxＦｅＰＯ4）等も挙げられる。上記化学式の「ｘ」および「ｙ」は、それぞれ、０〜１の範囲の値をとりうる。好ましい酸化物として、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウムリン酸鉄が挙げられる。これらの材料は、金属リチウムの電位に対して３.０（Ｖ）以上５．０（Ｖ）以下の充放電電位を有する。
【００６４】
結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、フッ素ゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等が挙げられる。
【００６５】
導電助剤としては、炭素材料を使用できる。炭素材料としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等の炭素材料を使用できる。
【００６６】
（負極）
負極５６は、負極集電体３４と、負極集電体３４の片面または両面に設けられた負極活物質層４３とを含む。
【００６７】
負極集電体３４も導電性を有するシート状の部材である。金属箔を使用できる。金属箔に代えて、多数の孔を有する部材（金属メッシュ、パンチングメタル、エキスパンドメタル）も使用できる。負極集電体３４の材料としては、金属が好ましい。例えば、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等が好適である。
【００６８】
負極活物質層は、負極活物質、結着剤、導電助剤とを含む。
【００６９】
負極活物質としては、金属リチウム、リチウム合金、リチウムチタン複合酸化物（例えばＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12）、リチウムイオンを吸蔵および放出できる炭素材料、リチウムと合金を形成しうる材料（いわゆる合金系活物質）等を使用できる。炭素材料としては、グラファイトが挙げられる。合金系活物質としては、スズ、スズ合金、シリコンおよびシリコン合金が挙げられる。充放電効率およびサイクル寿命の観点から、炭素材料またはリチウムチタン複合酸化物が好適である。
【００７０】
結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、フッ素ゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等が挙げられる。
【００７１】
導電助剤としては、炭素材料を使用できる。炭素材料としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等の炭素材料を使用できる。
【００７２】
負極活物質層４３が、金属リチウムの電位に対して１．０（Ｖ）以上貴な電位を有する負極活物質を含む場合、負極集電体３４は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を用いることが好ましい。比重の小さなアルミニウムやアルミニウム合金を用いることで、集電体の重量を低減させることができるからである。また、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる負極集電体３４が溶出するのを防止できるからである。
【００７３】
金属リチウムの電位に対して１．０（Ｖ）以上貴な電位を有する負極活物質として、リチウムとチタンとを含む複合酸化物が挙げられる。具体的には、化学式Ｌｉ4+xＴｉ5Ｏ12（０≦ｘ≦３）で表され、スピネル型構造を有するチタン酸リチウムが挙げられる。
【００７４】
（セパレータ）
セパレータ３６としては、多孔質フィルム、不織布等を使用できる。多孔質フィルムとしては、ポリエチレンまたはポリプロピレンからなるものが挙げられる。不織布としては、セルロースまたはポリビニルアルコール（ＰＶＡ）からなるものが挙げられる。
【００７５】
（非水電解液）
非水電解液は、金属製ケース１２の中に注入されている。非水電解液は、有機溶媒、電解質とを含有する。
【００７６】
有機溶媒としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）等の環状カーボネートが挙げられる。また、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等の鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）等の環状エーテル、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）等の鎖状エーテル、アセトニトリル（ＡＮ）、スルホラン（ＳＬ）等が挙げられる。これらの有機溶媒は、単独または２種以上の混合物の形態で使用することができる。
【００７７】
電解質としては、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）等のリチウム塩が挙げられる。化学的安定性と高誘電率化の観点から、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を主たる電解質として用いることが好ましい。主たる電解質とは、モル比にて最も多く含まれた電解質を意味する。電解質は、有機溶媒に対して、例えば０．５〜２．０（ｍｏｌ／Ｌ）の濃度で溶解している。
【００７８】
（正極タブ端子および負極タブ端子）
正極タブ端子２０の材料としては、金属を使用できる。金属として、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等が挙げられる。
【００７９】
負極タブ端子２４の材料としては、金属を使用できる。金属としては、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、ステンレス等が挙げられる。また、負極が金属リチウムの電位に対して１．０（Ｖ）以上貴な電位を有する負極活物質を含む場合には、アルミニウムまたはアルミニウム合金を使用することも可能である。
【００８０】
（正極の絶縁部材および負極の絶縁部材）
正極の絶縁部材３０や負極の絶縁部材３１の材料としては、電気的な絶縁性を有する材料であれば良い。例えばセラミック系材料や樹脂材料が挙げられる。樹脂材料としては、電解液により溶解、膨潤しない材料であれば良い。例えば、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、イソブチレンイソプレンゴム（ＩＩＲ）、ブタジエンスチレンゴム（ＳＢＲ）等を使用することができる。また、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体をはじめとするフッ素系樹脂、セルロースなどを使用することもできる。これらの上記樹脂材料を単独で用いても良く、二種類以上を混合または積層して組み合わせて用いても良い。また、樹脂材料としては、空隙を含まない高密度な成型体、空隙を含む多孔質体、一箇所以上の空間を有する中空構造のいずれでもよい。また、樹脂材料としては、不織布およびその積層体であっても良い。また、樹脂材料としては、人工的な合成物ではなく、天然素材を用いても良い。例えば、紙、布、フェルトなどが挙げられる。
【００８１】
（実施の形態２）
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態２のリチウム二次電池１０を説明する。本実施形態２のリチウム二次電池は、本実施形態１のリチウム二次電池と比較して、絶縁部材の形状が異なる。他の部分は、同様である。
【００８２】
絶縁部材の形状について述べる。絶縁部材に、絶縁部材の長手方向と直角の方向の絶縁部材の断面積が、所定の位置で絶縁部材の他の部位の断面積より小さい部位を設ける。絶縁部材に圧力が加わる場合、その部位に圧力が集中し、絶縁部材はより座屈しやすくなるためである。また、絶縁部材に、所定の位置で絶縁部材の他の部位の断面積より小さい部位を設けることにより、絶縁部材の材料を節約できる利点もある。以下、例を挙げる。
【００８３】
図６の側面図（ａ１）と正面図（ａ２）のように、絶縁部材の長手方向と直角の方向に所定の位置で台形形状の切り欠きを設けることが挙げられる。
【００８４】
図６の側面図（ｂ１）と正面図（ｂ２）のように、絶縁部材の長手方向と直角の方向に所定の位置で台形形状の大きな切り欠きを設けることが挙げられる。
【００８５】
図６の側面図（ｃ１）と正面図（ｃ２）のように、絶縁部材の長手方向と直角の方向に所定の位置で三角形形状の切り欠きを設けることが挙げられる。
【００８６】
図６の側面図（ｄ１）と正面図（ｄ２）のように、絶縁部材の長手方向と直角の方向に所定の位置で半円形状の切り欠きを設けることが挙げられる。
【００８７】
図６の側面図（ｅ１）と正面図（ｅ２）のように、絶縁部材の両側の側面に、絶縁部材の長手方向と直角の方向に所定の位置で複数の台形形状の切り欠きを設けることが挙げられる。
【００８８】
図６の側面図（ｆ１）と正面図（ｆ２）のように、絶縁部材の片側の側面に、絶縁部材の長手方向と直角の方向に所定の位置で複数の台形形状の切り欠きを設けることが挙げられる。
【００８９】
図７の側面図（ａ１）と正面図（ａ２）のように、絶縁部材の長手方向と直角の方向に所定の位置で長方形形状の切り欠きを設けることが挙げられる。
【００９０】
図７の側面図（ｂ１）と正面図（ｂ２）のように、絶縁部材の長手方向と直角の方向に所定の位置で複数の長方形形状の切り欠きを設けることが挙げられる。
【００９１】
図８の側面図（ａ１）と正面図（ａ２）のように、絶縁部材の所定の位置に空孔を設けもよい。
【００９２】
図８の側面図（ｂ１）と正面図（ｂ２）のように、絶縁部材の所定の位置に複数の空孔を設けもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、蓄電システム用電源向けのリチウム二次電池として有用である。例えば、一般家庭用や電気自動車用などのリチウム二次電池に適用である。
【符号の説明】
【００９４】
１０    リチウム二次電池
１２    金属製ケース
１４    捲回体
１６    封止体
１８    貫通孔
２０    正極タブ端子
２４    負極タブ端子
３０    正極の絶縁部材
３１    負極の絶縁部材
３２    正極集電体
３４    負極集電体
３６    セパレータ
３７    セパレータのケース底側端部
３８    正極活物質層
３９    正極タブ端子の引出部
４０    正極タブ端子の平坦部
４１    正極タブ端子の丸棒部
４３    負極活物質層
５２    正極
５３    負極タブ端子の引出部
５４    負極タブ端子の平坦部
５５    負極タブ端子の丸棒部
５６    負極
６０    正極の金属製ケース底側端部
６４    負極の金属製ケース底側端部
Ｐ２    正極集電体上に正極活物質層を形成しない部位
Ｐ４    負極集電体上に負極活物質層を形成しない部位
Ｌ２    正極と正極タブ端子とが電気的に接続された部分の長さ
Ｌ４    正極の幅
Ｌ６    セパレータの幅
Ｌ８    負極と負極タブ端子とが電気的に接続された部分の長さ
Ｌ１０    負極の幅
【図１】
2012190738.tif 000003
【図２（ａ）】
2012190738.tif 000004
【図２（ｂ）】
2012190738.tif 000005
【図３（ａ１）】
2012190738.tif 000006
【図３（ａ２）】
2012190738.tif 000007
【図４（ａ）】
2012190738.tif 000008
【図４（ｂ）】
2012190738.tif 000009
【図４（ｃ）】
2012190738.tif 000010
【図５（ａ）】
2012190738.tif 000011
【図５（ｂ）】
2012190738.tif 000012
【図５（ｃ）】
2012190738.tif 000013
【図６（ａ１）】
2012190738.tif 000014
【図６（ａ２）】
2012190738.tif 000015
【図６（ｂ１）】
2012190738.tif 000016
【図６（ｂ２）】
2012190738.tif 000017
【図６（ｃ１）】
2012190738.tif 000018
【図６（ｃ２）】
2012190738.tif 000019
【図６（ｄ１）】
2012190738.tif 000020
【図６（ｄ２）】
2012190738.tif 000021
【図６（ｅ１）】
2012190738.tif 000022
【図６（ｅ２）】
2012190738.tif 000023
【図６（ｆ１）】
2012190738.tif 000024
【図６（ｆ２）】
2012190738.tif 000025
【図７（ａ１）】
2012190738.tif 000026
【図７（ａ２）】
2012190738.tif 000027
【図７（ｂ１）】
2012190738.tif 000028
【図７（ｂ２）】
2012190738.tif 000029
【図８（ａ１）】
2012190738.tif 000030
【図８（ａ２）】
2012190738.tif 000031
【図８（ｂ１）】
2012190738.tif 000032
【図８（ｂ２）】
2012190738.tif 000033