(57)【要約】【課題】電池を落下させる等の振動および衝撃を加えた場合でも安全性を確保できる非水電解質二次電池を提供すること。【解決手段】正極板２および負極板３は、それぞれ、芯体箔１２、１７上に活物質を含む合剤が塗布された塗布部を有するとともに、正極板２および負極板３の少なくとも一方の内周側端部には芯体箔１２、１７上に活物質を含む合剤が塗布されていない未塗布部１４、１９とを有し、正極板２および負極板３の少なくとも一方の内周側端部に設けた未塗布部１４、１９の少なくとも下端部を覆うように絶縁テープ１５、２０が貼付することにより、電極間短絡を防止し安全性を確保することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板とがセパレータを介して巻回又は積層された極板群を有する非水電解質二次電池において、前記正極板および前記負極板は、それぞれ、芯体箔上に活物質を含む合剤が塗布された塗布部を有するとともに、前記正極板および前記負極板の少なくとも一方の内周側端部には、前記芯体箔上に活物質を含む合剤が塗布されていない未塗布部とを有し、前記正極板および前記負極板の少なくとも一方の内周側端部に設けた前記未塗布部の少なくとも下端部を覆うように絶縁テープが貼付けされていることを特徴とする非水電解質二次電池。
【請求項２】
前記正極板および負極板には、それぞれ、リードが取り付けられ、前記絶縁テープは、前記正極板および前記負極板の少なくとも一方の前記未塗布部の少なくとも下端部および前記リードを覆うように絶縁テープが貼付されていることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解質二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器のポータブル化、コードレス化が急速に進んでおり、これらの駆動用電源として、小型かつ軽量で、高エネルギー密度を有する二次電池への要望も高まっている。また、小型民生用途のみならず、電力貯蔵用や電気自動車といった長期に渡る耐久性や安全性が要求される大型の二次電池に対する技術展開も加速してきている。
このような観点から、非水電解質二次電池、特に、リチウム二次電池が、高電圧であり、かつ高エネルギー密度を有するため、電子機器用、または電力貯蔵用、電気自動車の電源として期待されている。
【０００３】
非水電解質二次電池は、正極、負極およびそれらの間に介在するセパレータを具備し、セパレータには、主としてポリオレフィン製の微多孔膜が用いられている。非水電解質には、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6等のリチウム塩を非プロトン性の有機溶媒に溶解した液状非水電解質（非水電解液）が用いられている。また正極活物質としては、リチウムに対する電位が高く、安全性に優れ、比較的合成が容易であるリチウムコバルト酸化物などの種々のリチウム複合金属酸化物を用い、負極活物質としては、金属、金属繊維、炭素材料、酸化物を用いた非水電解質二次電池が実用化されている。
【０００４】
ところが、このような構成の非水電解質二次電池は、外部から何らかのエネルギーが加えられると、電池外装缶内に収納されている正極板、負極板及び非水電解質との間で化学反応が起こり、内部の圧力が異常に上昇して電池が発熱或いは発火することがある。例えば、この電池が収納された機器が損傷、焼失ないし周辺への延焼などとなって重大な事故を引起すことがある。また、電池が破裂すると、電解液や腐食性のガスが飛散して、同様に外部の機器などを腐食させることもある。
そのような中、この種の非水電解質二次電池は、外部からエネルギーが加えられた際の、発熱或いは発火を回避するための安全装置が設けられており、以下のような提案がなされている。
【０００５】
例えば、電池を立設された状態において上方から押し潰すような条件下においても、安全性を確保する目的で、負極板に形成された集電タブに電気絶縁性の保護テープで被覆する方法が提案されている（特許文献１参照）。この提案によれば、正極板と負極板に形成された集電タブとの間で起こる電極間短絡の発生をなくす、短絡の発生を遅らせ得るという理由で安全性が向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２４５６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に提案されているような技術を用いても、電池を落下させる等の振動および衝撃を加えた場合は、極板が変形し電極間短絡が発生するという課題を有していた。
【０００８】
そこで本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電池を落下させる等の振動および
衝撃を加えた場合でも、極板の変形を防止し安全性を確保できる非水電解質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】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の非水電解質二次電池は、正極板と負極板とがセパレータを介して巻回又は積層された極板群を有する非水電解質二次電池において、前記正極板および前記負極板は、それぞれ、芯体箔上に活物質を含む合剤が塗布された塗布部を有するとともに、前記正極板および前記負極板の少なくとも一方の内周側端部には、前記芯体箔上に活物質を含む合剤が塗布されていない未塗布部とを有し、前記正極板および前記負極板の少なくとも一方の内周側端部に設けた前記未塗布部の少なくとも下端部を覆うように絶縁テープが貼付けされていることを特徴とするものである。
【００１０】
これによって、電池を落下させる等の振動および衝撃を加えた場合でも、極板の変形を低減し、また、極板が変形した場合にも絶縁テープにより電極間短絡を防止し安全性を確保するとしたものである。
【００１１】
また、極板の内周側端部は、活物質を塗布したとしても反応性がよくないため、極板の内周側端部を未塗布部とし、その未塗布部の少なくとも下端部に絶縁テープを貼付されているので、絶縁テープを貼付けることによるエネルギー密度の低減を抑制することができる。
【００１２】
また、本発明の非水電解質二次電池は、前記正極板および負極板には、それぞれ、リードが取り付けられ、前記絶縁テープは、前記正極板および前記負極板の少なくとも一方の前記未塗布部の少なくとも下端部および前記リードを覆うように絶縁テープが貼付されているものである。
【００１３】
これによって、リードに絶縁テープを貼り付ける工程と、塗布部の少なくとも下端部に絶縁テープを貼り付ける工程を一度に行うことができ、製造工程を簡素化できるようになる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、電池を落下させる等の振動および衝撃を加えた場合でも、極板の変形を低減し、極板が変形した場合にも前記絶縁テープにより電極間短絡を防止し安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態１における非水電解質二次電池の外観図
【図２】本発明の実施形態１における非水電解質二次電池のＡ−Ａ線断面図
【図３】本発明の実施形態１における非水電解質二次電池のＢ−Ｂ線断面図
【図４】本発明の実施形態１における非水電解質二次電池の正極板および負極板の構成図
【図５】本発明の実施形態２における非水電解質二次電池の正極板および負極板の構成図
【図６】比較例における非水電解質二次電池の正極板および負極板の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の発明は、正極板と負極板とがセパレータを介して巻回又は積層された極板群を有する非水電解質二次電池において、前記正極板および前記負極板は、それぞれ、芯体箔上に活物質を含む合剤が塗布された塗布部を有するとともに、前記正極板および前記負極板の少なくとも一方の内周側端部には、前記芯体箔上に活物質を含む合剤が塗布されていな
い未塗布部とを有し、前記正極板および前記負極板の少なくとも一方の内周側端部に設けた前記未塗布部の少なくとも下端部を覆うように絶縁テープが貼付けされているものである。
【００１７】
これによって、電池を落下させる等の振動および衝撃を加えた場合でも、極板の変形を低減し、また、極板が変形した場合にも前記絶縁テープにより電極間短絡を防止し安全性を確保することができる。
【００１８】
また、極板の内周側端部は、活物質を塗布したとしても反応性がよくないため、極板の内周側端部を未塗布部とし、その未塗布部の少なくとも下端部に絶縁テープを貼付されているので、絶縁テープを貼付けることによるエネルギー密度の低減を抑制することができる。
【００１９】
第２の発明は、特に第１の発明の前記正極板および負極板には、それぞれ、リードが取り付けられ、前記絶縁テープは、前記正極板および前記負極板の少なくとも一方の前記未塗布部の少なくとも下端部および前記リードを覆うように絶縁テープが貼付されていることにより、製造工程を簡素化することができる。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施の形態における非水電解質二次電池である扁平な角形の非水電解質二次電池１の斜視図を示し、図２は図１で示す本発明の第１の実施の形態における非水電解質二次電池のＡ−Ａ線断面図を示し、図３は図１で示す本発明の第１の実施の形態における非水電解質二次電池のＢ−Ｂ線断面図を示すものである。
【００２２】
扁平な角形の非水電解質二次電池１は、図２および図３に示されるように、正極板２と負極板３がセパレータ４を介して巻回された極板群５と、非水電解質（図示せず）とが、有底筒状の電池ケース６に収容されている。電池ケース６は、アルミニウム（Ａｌ）金属で構成されている。電池ケース６は、正極端子として機能する。極板群５の上方には、樹脂製の枠体１０が配置されている。電池ケース６の開口端部が、負極端子７を備えた封口板８にレーザーで溶接されて、電池ケース６の開口部が封口されている。なお、負極端子７は、封口板８とは絶縁されている。ニッケル製の負極リード９の一端は負極板３に接続されている。負極リード９の他端は、負極端子７と導通し、封口板８とは絶縁されている部分に、レーザーで溶接されている。また、アルミニウム製の正極リード１１の一端が、正極板２に接続されている。正極リード１１の他端は封口板８に、レーザーで溶接されている。
【００２３】
また、図４に、非水電解質二次電池１の正極板２の構成図を示す。
【００２４】
図４に示されるように、正極板２は、金属製の芯体箔１２を有する。正極板２の金属製芯体箔１２には、長尺の多孔性構造の導電性基板か、あるいは無孔の導電性基板が使用される。導電性基板に用いられる材料としては、例えばステンレス鋼、アルミニウム、チタンなどが用いられる。芯体箔１２の厚さは、特に限定されないが、１〜５００μｍが好ましく、５〜２０μｍがより望ましい。芯体箔１２の厚さを上記範囲とすることにより、極板の強度を保持しつつ軽量化することができる。
【００２５】
そして、芯体箔１２上に、正極活物質を含む正極合剤が塗布された正極塗布部１３が設
けられる。正極合剤は、正極活物質の他に、結着剤、導電剤などを含むことができる。
正極活物質としては、リチウム複合金属酸化物を用いることができる。例えば、ＬｉxＣｏＯ2、ＬｉxＮｉＯ2、ＬｉxＭｎＯ2、ＬｉxＣｏyＮｉ1-yＯ2、ＬｉxＣｏyＭ1-yＯz、ＬｉxＮｉ1-yＭyＯz、ＬｉxＭｎ2Ｏ4、ＬｉxＭｎ2-yＭyＯ4、ＬｉＭｅＰＯ4、Ｌｉ2ＭｅＰＯ4Ｆ（Ｍ＝Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂのうち少なくとも一種）が挙げられる。ここで、ｘ＝０〜１．２、ｙ＝０〜０．９、ｚ＝２．０〜２．３である。なお、リチウムのモル比を示すｘ値は、活物質作製直後の値であり、充放電により増減する。さらにこれら含リチウム化合物の一部を異種元素で置換してもよい。金属酸化物、リチウム酸化物、導電剤などで表面処理してもよく、表面を疎水化処理してもよい。
【００２６】
そして、正極板２の内周側端部は、活物質を塗布したとしても反応性がよくないため、正極板２の内周側端部を未塗布部１４とし、さらに、未塗布部１４の下端部を覆うように絶縁テープ１５が貼付けられる。なお、絶縁テープ１５の材質は、ポリプロピレンを用いている。そして、正極板２の正極未塗布部１４に、正極リード１１を絶縁テープ１６で貼付けて固定する。
【００２７】
負極板３も正極板２と同様に、金属製の芯体箔１７を有するとともに、芯体箔１７上に負極活物質を含む負極合剤が塗布された負極塗布部１８と、芯体箔１７の内周側端部に活物質を含む合剤が塗布されていない負極未塗布部１９を設けている。そして、負極板３の負極未塗布部１９の下端部を覆うように絶縁テープ２０が貼付けられる。そして、負極板３の負極未塗布部１９と負極リード９とに、絶縁テープ２０、２１を貼付けて固定する。負極板３の金属製芯体箔１７には、長尺の多孔性構造の導電性基板か、あるいは無孔の導電性基板が使用される。導電性基板に用いられる材料としては、例えばステンレス鋼、ニッケル、銅などが用いられる。芯体箔１７の厚さは、特に限定されないが、１〜５００μｍが好ましく、５〜２０μｍがより望ましい。芯体箔１７の厚さを上記範囲とすることにより、極板の強度を保持しつつ軽量化することができる。
【００２８】
負極合剤は、負極活物質の他に、結着剤、導電剤などを含むことができる。
【００２９】
負極活物質としては、例えば、金属、金属繊維、炭素材料、酸化物、窒化物、錫化合物、珪素化合物、各種合金材料等を用いることができる。炭素材料としては、例えば各種天然黒鉛、コークス、黒鉛化途上炭素、炭素繊維、球状炭素、各種人造黒鉛、非晶質炭素などの炭素材料が用いられる。また、珪素（Ｓｉ）や錫（Ｓｎ）などの単体、または合金、化合物、固溶体などの珪素化合物や錫化合物が容量密度の大きい点から好ましい。例えば珪素化合物としては、ＳｉＯｘ（０．０５＜ｘ＜１．９５）、またはこれらのいずれかにＢ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｚｎ、Ｃ、Ｎ、Ｓｎからなる群から選択される少なくとも１つ以上の元素でＳｉの一部を置換した合金や化合物、または固溶体などを用いることができる。錫化合物としてはＮｉ２Ｓｎ４、Ｍｇ２Ｓｎ、ＳｎＯｘ（０＜ｘ＜２）、ＳｎＯ２、ＳｎＳｉＯ３などが適用できる。負極活物質は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３０】
以上のように構成された非水電解質二次電池１は、電極板２、３の強度を絶縁テープ１５、２０で補強することにより、非水電解質二次電池１を落下させる等の振動および衝撃を加えた場合でも、極板２、３の変形を低減することができる。また、極板２、３が変形した場合にも、絶縁テープ１５、２０により電極間短絡を防止し、安全性を確保することができる。
【００３１】
また、電極板２、３の内周側端部は、活物質を塗布したとしても反応性がよくないため
、電極板２、３の内周側端部を未塗布部１４、１９とし、未塗布部１４、１９の下端部に絶縁テープ１５、２０を貼付されているので、絶縁テープ１５、２０を貼付けることによるエネルギー密度の低減を抑制することができる。
【００３２】
なお、本発明は、正極板２と負極板３の両方の内周側端部に未塗布部１４、１９を設け、未塗布部１４、１９の下端部に絶縁テープ１５、２０を用いた場合を記載したが、少なくとも正極板２と負極板３のいずれか一方の内周側端部に未塗布部１４、１９を設け、未塗布部１４、１９の下端部に絶縁テープ１５、２０を用いてもよい。
【００３３】
（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施形態における非水電解質二次電池１の正極板２および負極板３の構成図を示すものである。
【００３４】
図５で示すように、正極板２の内周側端部を未塗布部１４とし、未塗布部１４に正極リード１１を配置し、正極板２の未塗布部１４の少なくとも下端部および正極リード１１を覆うようにＬ字状の絶縁テープ２２が貼付けられている。
また、負極板３も正極板２と同様に、負極板３の内周側端部を未塗布部１９とし、未塗布部１９に負極リード９を配置し、負極板３の未塗布部１９の下端部および負極リード９を覆うようにＬ字状の絶縁テープ２３が貼付けられている。
【００３５】
以上のように構成された非水電解質二次電池１は、リード９、１１を保護するためにリード９、１１に絶縁テープ２２、２３を貼り付ける工程と、未塗布部１４、１９の下端部に絶縁テープ２２、２３を貼り付ける工程とを、一度の工程で行うことができるので、製造工程を簡素化できる。
【００３６】
なお、本発明は、正極板２と負極板３の両方の内周側端部に未塗布部１４、１９を設け、正極板２と負極板３の両方の未塗布部１４、１９にリード９、１１を配置し、未塗布部１４、１９の下端部およびリード９、１１に絶縁テープ２２、２３を貼り付けた場合を記載したが、少なくとも正極板２と負極板３のいずれか一方の内周側端部に未塗布部１４、１９を設け、未塗布部１４、１９の下端部に絶縁テープ２２、２３を貼り付けてもよい。
【００３７】
以下、本発明を、実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００３８】
（実施例１）
以下のようにして、実施の形態１における図４に示したのと同じ構造の非水電解質二次電池１の正極板２および負極板３を作製した。
【００３９】
（１）正極板２の作製
１００重量部の上記正極活物質に、導電剤として４重量部のアセチレンブラックと、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）の溶剤に結着剤として５重量部のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を溶解した溶液とを混合し、正極合剤を含むペーストを得た。このペーストを、集電体となる厚さ１５μｍのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥後、圧延し、所定寸法に裁断して、正極板２を得た。
（２）負極板３の作製
人造黒鉛粉末７５重量部に、導電剤であるアセチレンブラック２０重量部と、結着剤のポリフッ化ビニリデン樹脂５重量部とを混合し、これらを脱水Ｎ−メチル−２−ピロリドンに分散させてスラリー状の負極合剤を調製した。この負極合剤を銅箔からなる負極集電体上の両面に塗布し、乾燥後、圧延し、所定寸法に裁断して、負極板３を得た。
（３）非水電解液の調製
エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの体積比１：３の混合溶媒に１ｗｔ％  のビニレンカーボネートを添加し、１．０ｍｏｌ／Ｌの濃度でＬｉＰＦ6を溶解し、非水電解液を得た。
（実施例２）
実施の形態２における図５に示したのと同じ構造の非水電解質二次電池の正極板２および負極板３を作製した。正極板２の作製、負極板３の作製、非水電解液の調製は、実施例１と同じである。
（比較例）
図６に、比較例の非水電解質二次電池１の正極板２および負極板３の構成図を示す。正極板２の作製、負極板３の作製、非水電解液の調製は、実施例１と同じである。
【００４０】
図６で示すように、正極板２の内周側端部を未塗布部１４とし、未塗布部１４に正極リード１１を配置し、正極リード１１を覆うように絶縁テープ２４が貼付けられている。しかしながら、正極板２の未塗布部１４の下端部には、絶縁テープが貼付けられていない。また、負極板３も正極板２と同様に、負極板３の内周側端部を未塗布部１９とし、未塗布部１９に負極リード９を配置し、負極リード９を覆うように絶縁テープ２５が貼付けられている。しかしながら、負極板３の未塗布部１９の下端部には、絶縁テープが貼付けられていない。
（電池の評価）
上記本発明の電池である実施例１及び実施例２及び比較例に衝撃を加えた場合の不良数を調べたので、その結果を表１に示す。尚、実験条件は、放電状態で各電池を１．５ｍの高さからコンクリート上に落下させるというものであり、また落下回数は、電池の各面（６面）を床面に向けて１回ずつ落下させるのを１セットとした。そして、１セット毎に電池の電圧を測定し、実験の前後で電圧が０．１Ｖ以上変動した場合を不良とした。また、試料数は各電池５０個とした。
【００４１】
（表１）
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【００４２】
表１に示されるように、比較例の電池である比較例では４０〜５５セットで不良となったのに対して、本発明電池である実施例１では８２〜９５セットまで不良が発生しないことが認められた。また、実施例２では８０〜９８セットまで不良が発生しない事が認められた。
【００４３】
以上説明したように、本説明によれば、電池を落下させる等の衝撃及び振動が加えられて、極板２、３にストレスが加わった場合であっても、絶縁テープ１５、２０、２２、２３によって、極板２、３の変形が生じるのを抑制して、電極間短絡の発生を防止し、安全性を向上させることができるという効果が得られる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、絶縁テープ１５、２０、２２、２３の材質は、ポリプロピレンを用いたが、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド等を用いても同様の効果が得られる。
【００４５】
また、本実施の形態では角形の電池を用いたが、円筒形などの形状の異なる電池を用いても同様の効果が得られる。
【００４６】
また、本実施の形態では、また、正極板２と負極板３とをセパレータ４に介して巻回した場合を記載したが、正極板２と負極板３とをセパレータ４に介して積層してもよい。
【００４７】
また、未塗布部１４、１９の下端部を絶縁テープ１５、２０を貼り付けたが、未塗布部１４，１９の少なくとも下端部を覆えば、絶縁テープ１５、２０の幅は大きくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の非水電解質二次電池は、落下させる等の振動および衝撃を加えた場合でも、安全性を確保できる。したがって電子機器等の主電源に有用である。例えば、携帯電話やノート型パソコン等の民生用モバイルツールの主電源、電動ドライバー等のパワーツールの主電源、およびＥＶ自動車等の産業用主電源として有用である。
【符号の説明】
【００４９】
１  非水電解質二次電池
２  正極板
３  負極板
４  セパレータ
５  極板群
６  電池ケース
７  負極端子
８  封口板
９  負極リード
１０  枠体
１１  正極リード
１２、１７  芯体箔
１３  正極塗布部
１４  正極未塗布部
１５、１６、２０、２１、２２、２３、２４  絶縁テープ
１８  負極塗布部
１９  負極未塗布部
【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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