(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体に正極材料が塗着された正極板（７）と、負極集電体に負極材料が塗着された負極板（８）とが、それぞれ複数の積層面を連結片で連結した帯状に形成され、前記連結片は連結方向と直交する幅が前記積層面に比して狭く形成されていると共に、連結片の連結方向の長さが巻回するとき内側に位置する連結片から外側に位置する連結片に向かって順次増加するように形成され、正極板の積層面（１７ａ〜１７ｅ）と負極板の積層面（１８ａ〜１８ｅ）とがセパレータ（９）を介して交互に積層されるように、正極板及び負極板を連結片で折り曲げて扁平形状に巻回して極板群（１）を形成し、この極板群を、浅い有底円筒形のキャップケース（４）の開口部を封口ケース（５）で封口する電池ケース内に収容したことを特徴とするコイン形電池。
【請求項２】
極板群（１）は、一方面に正極板（７）の端部の正極積層面が、他方面に負極板（８）の端部の負極積層面が位置するように正極板と負極板が巻回されてなる請求項１記載のコイン形電池。
【請求項３】
正極板（７）及び負極板（８）は、積層面が電池ケースの円形の収容スペースに対応する円形に形成された請求項１記載のコイン形電池。
【請求項４】
正極板（７）及び負極板（８）は、積層面が電池ケースの円形の収容スペースに対応する多角形に形成された請求項１記載のコイン形電池。
【請求項５】
正極板（７）及び負極板（８）は、極板群（１）を形成したときに最外面となる正極積層面（１７ｅ）に正極集電体の露出面が、負極積層面（１８ｅ）に負極集電体の露出面が、それぞれ形成された請求項１記載のコイン形電池。
【請求項６】
極板群（１）は、正極板（７）の端部から極板の長さ方向に延出させたキャップケースに溶接される正極リード（１５）と、負極板（８）の端部から極板の長さ方向に延出させた封口ケースに溶接される負極リード（１６）とを有する請求項１記載のコイン形電池。
【請求項７】
正極集電体の両面に正極材料が塗着された正極板（７ａ）と、負極集電体の両面に負極材料が塗着された負極板（８ａ）とが、それぞれ複数の積層面を連結片で連結した帯状に形成され、正極板の一端側から正極集電体を延出させた正極リード（１５）が形成され、負極板の一端側から負極集電体を延出させた負極リード（１６）が形成され、前記正極リード及び負極リードが形成された側を巻き終りとして、正極板の積層面（１７ａ〜１７ｅ）と負極板の積層面（１８ａ〜１８ｅ）とがセパレータ（９）を介して交互に積層されるように、正極板及び負極板を連結片で折り曲げて扁平形状に巻回して極板群（１０）を形成し、かつ連結片は、巻回するとき内側に位置する連結片から外側に位置する連結片に向かって、連結方向の長さが順次増加するように形成され、正極リードの先端部をキャップケース（４）に溶接し、負極リードの先端部を封口ケース（５）に溶接し、前記極板群を浅い有底円筒形のキャップケース（４）の開口部を封口ケース（５）で封口する電池ケース内に収容したことを特徴とするコイン形電池。
【請求項８】
正極板（７ａ）及び負極板（８ａ）は、積層面が電池ケースの円形の収容スペースに対応する円形に形成された請求項７記載のコイン形電池。
【請求項９】
正極板（７ａ）及び負極板（８ａ）は、積層面が電池ケースの円形の収容スペースに対応する多角形に形成された請求項７記載のコイン形電池。
【請求項１０】
正極集電体はアルミニウム箔で形成され、キャップケース（４）は内面側がアルミニウム、外面側がステンレススチールのクラッド材で形成された請求項７記載のコイン形電池。
【請求項１１】
負極集電体は銅箔で形成され、封口ケース（５）はステンレススチールで形成され、封口ケースの内面と、ステンレススチール板またはニッケル板との間で負極集電体を挟んで抵抗溶接する請求項７記載のコイン形電池。
【請求項１２】
正極集電体の片面に正極材料が塗着された正極板（４１）と、負極集電体の片面に負極材料が塗着された負極板（４２）とが、それぞれ複数の積層面を連結した帯状に形成され、正極板の一端側から正極集電体を延出させた正極リード（１５）が形成され、負極板の他端側から負極集電体を延出させた負極リード（１６）が形成され、正極板の正極材料塗着面と負極板の負極材料塗着面とがセパレータ（９）を介して対面し、正極板の積層面（５０）と負極板の積層面（５２）とが積層されるように、正極板及び負極板を連結部分で交互に逆方向に折り畳み、圧縮して扁平形状の極板群（５５）を形成し、正極リードの先端部がキャップケース（４）に溶接され、負極リードの先端部が封口ケース（５）に溶接され、前記極板群が浅い有底円筒形のキャップケース（４）の開口部を封口ケース（５）で封口する電池ケース内に収容されてなることを特徴とするコイン形電池。
【請求項１３】
正極集電体に遷移金属酸化物を主体とする正極材料が塗着された正極板（５７）と、負極集電体にリチウムを吸蔵、放出する負極材料が塗着された負極板（５８）とが、それぞれ複数の積層面を連結片で連結した帯状に形成され、前記連結片は連結方向と直交する幅が前記積層面に比して狭く形成されていると共に、連結片の連結方向の長さが巻回するとき内側に位置する連結片から外側に位置する連結片に向かって順次増加するように形成され、正極板の積層面（１７ａ〜１７ｅ）と負極板の積層面（１８ａ〜１８ｅ）とがセパレータ（９）を介して交互に積層されるように、正極板及び負極板をそれぞれの連結片で折り曲げて扁平形状に巻回して極板群（６０）を形成し、この極板群を扁平形状の電池ケースに収容したコイン形電池であって、前記正極板は、巻回したときに中心に位置する連結片の、負極板の端部に対向する面に正極材料が塗着されない未塗着部分が形成されたことを特徴とするコイン形電池。
【請求項１４】
正極集電体に遷移金属酸化物を主体とする正極材料が塗着された正極板（６７）と、負極集電体にリチウムを吸蔵、放出する負極材料が塗着された負極板（６８）とが、それぞれ複数の積層面を連結片で連結した帯状に形成され、前記連結片は連結方向と直交する幅が前記積層面に比して狭く形成されていると共に、連結片の連結方向の長さが巻回するとき内側に位置する連結片から外側に位置する連結片に向かって順次増加するように形成され、正極板の積層面（１７ａ〜１７ｅ）と負極板の積層面（１８ａ〜１８ｅ）とがセパレータ（９）を介して交互に積層されるように、正極板及び負極板をそれぞれの連結片で折り曲げて扁平形状に巻回して極板群（７０）を形成し、この極板群を扁平形状の電池ケースに収容したコイン形電池であって、前記負極板は、巻回したときに中心に位置する端部が絶縁性部材（５０）にて被覆されたことを特徴とするコイン形電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、扁平な円筒形状のコイン形電池に係り、特に高負荷放電特性を得るために、巻回構造の極板群をコイン形の電池ケース内に収容したコイン形電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コイン形電池（ボタン形電池、扁平形電池とも称される）は小型薄型であるため、腕時計や補聴器などの小型の機器や、ＩＣカードなどの薄型の機器の電源として広く用いられている。
【０００３】
従来のコイン形電池Ｃは、図２４に示すように、浅い有底円筒形に形成された封口ケース３５内に、円盤状に形成された正極ペレット３２と負極ペレット３３とをセパレータ３４を介して対向配置し、電解液を注入した後、封口ケース３５の開口部にガスケット３６を介してキャップケース３１を配し、キャップケース３１の開口端を内側に折り曲げるかしめ加工によりキャップケース３１と封口ケース３５とにより形成された内部空間を封止して形成される。
【０００４】
このような正極ペレット３２と負極ペレット３３とを１対１で対面させた極板構造を採用した電池は、正極板と負極板とが対極する反応面積が小さいなどの要因によって連続放電電流はせいぜい１０ｍＡ程度であり、負荷電流が少ない機器にしか適用できなかった。
【０００５】
数１０ｍＡ以上の大電流を取り出すためには、正極板と負極板との対極面積を増加させる必要がある。コイン形以外の電池では、複数枚の正極板と負極板とをセパレータを介して積層した積層構造や、帯状の正極板と負極板との間にセパレータを配して渦巻き状に巻回した巻回構造を採用することにより、反応面積の増大が図られている。このような積層構造や巻回構造の極板を、高さ寸法が小さい扁平形状の電池ケース内に収容することができれば、コイン形電池の大電流放電特性を向上させられる。これを実現すべく扁平形状の電池ケース内に巻回構造または積層構造の極板群を収容した電池は、先に本願出願人が提案し、特開２０００−１６４２５９号公報に開示されたものが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ここに開示された電池は平面形状が長方形であり、巻回構造または積層構造により薄い直方体状になった極板群を直方体の電池ケース内に収容する電池であった。この発明を、平面形状が円形のコイン形電池に適用すると円形の電池ケースに矩形の極板群を収容することになり、電池の体積効率が低く充分な電池容量を得ることができなかった。
【０００７】
コイン形の電池ケースに収容する極板群は、正極集電体に正極材料を塗着した正極板と、負極集電体に負極材料を塗着した負極板の双方を、複数の積層面を連結片で連結した帯状に形成し、前記正極板の積層面と負極板の積層面とがセパレータを介して交互に積層されるように、正極板及び負極板を連結片で折り曲げて扁平形状に巻回して形成される。正極材料はコバルト酸リチウム等の遷移金属酸化物を、負極材料はリチウムイオンの吸蔵、放出が可能な黒鉛等の炭素材料が用いられる。
【０００８】
上記の正負極材料を用いた電池では、充電時における黒鉛系材料の電位はリチウム析出が生ずる電位とほぼ変わらないような低電位である。そのため、充放電サイクルの繰返し等により負極材料の劣化が生じた電池では、充電時に負極材料に挿入されるリチウムイオンが電解液との不活性化反応を起こし、負極表面上にデンドライト状（樹枝状）のリチウム金属を析出する現象が生じ、これに起因する内部短絡により電池の安全性や寿命が低下するという課題がある。
【０００９】
本発明の目的は、薄い円筒形の電池ケース内に巻回構造の極板を収容して大電流放電特性の向上を図るとともに、負極板へのリチウム金属の析出に起因する不具合を防止することにより、充放電サイクル寿命及び安全性を向上させたコイン形電池を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本願の第１発明に係るコイン形電池は、正極集電体に正極材料が塗着された正極板と、負極集電体に負極材料が塗着された負極板の双方が、複数の積層面を連結片で連結した帯状に形成され、前記正極板の積層面と負極板の積層面とがセパレータを介して交互に積層されるように、正極板及び負極板を連結片で折り曲げて扁平形状に巻回して極板群が形成され、この極板群が、浅い有底円筒形のキャップケースの開口部を封口ケースで封口する電池ケース内に収容されてなることを特徴とする。
【００１１】
この第１発明の構成によれば、正極板の積層面と負極板の積層面とがセパレータを介して複数層に対面するので反応面積が増加して電池の大電流放電特性が向上する。本発明の極板群は、正極板と負極板とが複数の積層面を連結する連結片で折り曲げて巻回されて形成されるので、薄型の電池ケースにも収容可能である。
【００１４】
本願の第２発明に係るコイン形電池の極板群は、正極集電体の両面に正極材料が塗着された正極板と、負極集電体の両面に負極材料が塗着された負極板の双方が、それぞれ複数の積層面を連結片で連結した帯状に形成され、正極板の一端側から正極集電体を延出させた正極リードが形成され、負極板の一端側から負極集電体を延出させた負極リードが形成され、前記正極リード及び負極リードが形成された側を巻き終りとして、前記正極板の積層面と負極板の積層面とがセパレータを介して交互に積層されるように、正極板及び負極板を連結片で折り曲げて扁平形状に巻回して形成され、かつ連結片は、巻回するとき内側に位置する連結片から外側に位置する連結片に向かって、連結方向の長さが順次増加するように形成される。本発明のコイン形電池は、この極板群が浅い有底円筒形のキャップケースの開口部を封口ケースで封口する電池ケース内に収容され、極板群の正極リードの先端部がキャップケースに溶接され、負極リードの先端部が封口ケースに溶接されてなることを特徴とする。
【００１５】
この第２発明の構成によれば、正極板の積層面と負極板の積層面とがセパレータを介して複数層に対面するので反応面積が増加し、大電流放電が可能なコイン形電池が得られる。また、正極板は正極リードによりキャップケースに接続され、負極板は負極リードにより封口ケースに接続されるので、確実な集電構造が得られ、電池内圧の上昇によってキャップケース及び封口ケースに変形が生じたときにも、電池の内部抵抗値は増加しない。
【００１６】
また、本願の第３発明のコイン形電池の極板群は、正極集電体の片面に正極材料が塗着された正極板と、負極集電体の片面に負極材料が塗着された負極板の双方が、複数の積層面を連結した帯状に形成され、正極板の一端側から正極集電体を延出させた正極リードが形成され、負極板の他端側から負極集電体を延出させた負極リードが形成され、前記正極板の正極材料塗着面と負極板の負極材料塗着面とがセパレータを介して対面し、正極板の積層面と負極板の積層面とが積層されるように、正極板及び負極板を連結部分で交互に逆方向に折り畳み圧縮して扁平形状に形成される。本発明のコイン形電池は、この極板群が浅い有底円筒形のキャップケースの開口部を封口ケースで封口する電池ケース内に収容され、極板群の正極リードの先端部がキャップケースに溶接され、負極リードの先端部が封口ケースに溶接されてなることを特徴とする。
【００１７】
この第３発明の構成によれば、帯状の正極板及び負極板が折り畳まれて扁平な極板群に形成されるので、薄型の電池ケースに収容可能であり、極板面積の増加により大電流放電が可能なコイン形電池が得られる。さらに、正極板は正極リードによりキャップケースに接続され、負極板は負極リードにより封口ケースに接続されるので、確実な集電構造が得られ、電池内圧の上昇によってキャップケース及び封口ケースに変形が生じたときにも、電池の内部抵抗値は増加しない。
【００２０】
本願の第４発明のコイン形電池の極板群は、正極集電体に遷移金属酸化物を主体とする正極材料が塗着された正極板と、負極集電体にリチウムの吸蔵、放出が可能な負極材料が塗着された負極板の双方が、複数の積層面を連結片で連結した帯状に形成され、前記正極板の積層面と負極板の積層面とがセパレータを介して交互に積層されるように、正極板及び負極板をそれぞれの連結片で折り曲げて扁平形状に巻回して形成される。本発明のコイン形電池は、この極板群を扁平形状の電池ケースに収容して形成し、前記極板群の正極板は、最も巻き中心側に位置する連結片の前記負極板の巻端部に対向する面に正極材料が塗着されていない未塗着部分を形成したことを特徴とする。
【００２１】
この第４発明の構成によれば、リチウム金属の析出が生じ易い負極板の巻中心方向の巻端部に対向する正極板の連結片の内周面を正極材料を塗着しない未塗着部分とすることで、負極板の巻端部近傍において充電時に正極板から非水電解液中に脱離するリチウムイオンを減少させ、負極板の表面でのリチウム金属の析出に起因する充放電サイクル寿命の悪化、安全性の低下を防止する。
【００２２】
本願の第５発明のコイン形電池の極板群は、正極集電体に遷移金属酸化物を主体とする正極材料が塗着された正極板と、負極集電体にリチウムの吸蔵、放出が可能な負極材料が塗着された負極板の双方が、複数の積層面を連結片で連結した帯状に形成され、前記正極板の積層面と負極板の積層面とがセパレータを介して交互に積層されるように、正極板及び負極板をそれぞれの連結片で折り曲げて扁平形状に巻回して形成される。本発明のコイン形電池は、この極板群を扁平形状の電池ケースに収容して形成し、前記極板群の負極板は、巻き中心側の端面が絶縁性部材にて被覆されてなることを特徴とする。
【００２３】
この第５発明の構成によれば、リチウム金属の析出が生じ易い負極板の巻中心方向の巻端部を絶縁部材にて被覆し、負極板表面にリチウム金属が析出しない状態とすることで、析出に起因する充放電サイクル寿命の悪化、安全性の低下を防止する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本実施形態では、リチウムイオン二次電池として構成したコイン形電池を例として示す。第１の実施形態に係るコイン形電池Ａは、図１に示すように、浅い有底円筒形のキャップケース４と、このキャップケース４の開口部をガスケット６を介して封口する封口ケース５からなる電池ケースに、巻回構造の極板群１を収容して構成される。
【００２５】
前記極板群１は、図２に示すように、封口ケース５内の円形の空間に配置されるため、無駄な空間が形成されないように平面形状が略円形に形成される。従って、体積あたりの容量が大きい電池が構成される。この極板群１は、図３（ａ）に示す正極板７と、図３（ｂ）に示す負極板８とを、図４に示すように、セパレータ９を介して扁平に巻回して形成される。
【００２６】
正極板７は、アルミニウム箔の正極集電体の両面に正極材料を塗着させた極板材を打ち抜いて、図３（ａ）に示すように、幅方向に円弧を形成した所要数の正極積層面１７ａ〜１７ｅを正極連結片１９ａ〜１９ｄで連結した帯状に形成される。負極板８は、銅箔の負極集電体の両面に負極材料を塗着させた極板材を打ち抜いて、図３（ｂ）に示すように、幅方向に円弧を形成した所要数の負極積層面１８ａ〜１８ｅを負極連結片２０ａ〜２０ｄで連結した帯状に形成される。なお、負極板８の幅は、正極板７の幅より若干大きく形成しておくと、正極積層面１７ａ〜１７ｅと負極積層面１８ａ〜１８ｅとを対向させたときに位置ずれが生じても、反応面積は減少しない。
【００２７】
この正極板７と負極板８とは、図４に模式図として示すように、正極積層面１７ａ〜１７ｅと負極積層面１８ａ〜１８ｅとがセパレータ９を介して交互に対面して積層されるように、正極連結片１９ａ〜１９ｄ及び負極連結片２０ａ〜２０ｄで折り曲げて扁平に巻回される。前記セパレータ９は微多孔性ポリエチレンフィルムをテープ状にしたもので、負極板８の幅寸法より大きな幅のテープ状に形成される。セパレータ９は、正極板７及び負極板８と共に巻回された後、その４隅を円弧状に切り落とされ、円盤状の極板群１が形成される。
【００２８】
正極積層面１７ａ〜１７ｅと負極積層面１８ａ〜１８ｅとが正対して積層されるように巻回するには、正極板７と負極板８の正極連結片１９ａ〜１９ｄ及び負極連結片２０ａ〜２０ｄの連結方向の長さを、巻回するとき外側に位置する連結片ほど長くする必要がある。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、巻き始めに位置する連結片の長さａから、巻き終りに位置する連結片の長さｄまで、正極板７、負極板８及びセパレータ９の厚さを加算して順次増加させる。
【００２９】
また、正極連結片１９ａ〜１９ｄの幅Ｗ１ 及び負極連結片２０ａ〜２０ｄの幅Ｗ２ は、大電流での充放電における電池電圧の低下を少なくするため、できるだけ大きな幅に形成される。即ち、図２に示すように、封口ケース５の円形の収容空間に体積効率よく極板群１を収容するには、正極連結片１９ａ〜１９ｄ及び負極連結片２０ａ〜２０ｄの幅Ｗ１ 、Ｗ２ は小さいほうが望ましいが、小さくすると電圧が大きく低下する。そこで、両者の兼ね合いで正極連結片１９ａ〜１９ｄ及び負極連結片２０ａ〜２０ｄの幅Ｗ１ 、Ｗ２ は決定される。
【００３０】
上記のように構成された極板群１は、図１に示すように、周側部にガスケット６を装着した封口ケース５に収容される。封口ケース５内に電解液が注入され、封口ケース５の開口部にガスケット６を介してキャップケース４を被せ、キャップケース４の開口端を内側に折り曲げるかしめ加工によりガスケット６を圧縮し、内部空間を封止してコイン形電池Ａを形成する。前記ガスケット６は内部空間を封止する封止材としての役割と同時に、コイン形電池Ａのプラス端子となるキャップケース４と、マイナス端子となる封口ケース５との間を絶縁する絶縁材の役割を果たす。従って、正極板７はキャップケース４に、負極板８は封口ケース５に電気的に接続する必要がある。ここでは正極板７のキャップケース４への電気的接続及び負極板８の封口ケース５への電気的接続は、圧接によって行われている。
【００３１】
圧接による電気的接続は、正極板７とキャップケース４、負極板８と封口ケース５とを圧接により電気的に接触させるものである。正極板７については巻回したときに最外周となる正極積層面１７ｅを、その外面または両面に正極材料を塗着しないようにして芯材である正極集電体が露出した状態にする。同様に負極板８についても巻回したときに最外周となる負極積層面１８ｅを、負極集電体を露出させた状態にする。この正極板７及び負極板８を巻回した極板群１は、一方面に正極集電体が露出し、他方面に負極集電体が露出した状態になるので、負極集電体が露出した面側が封口ケース５の底面に接するように極板群１を封口ケース５内に収容する。封口ケース５にキャップケース４をガスケット６を介して被せ、キャップケース４の開口端を内側に折り曲げるかしめ封口により封口ケース５はキャップケース４側に押し付けられるので、極板群１は封口ケース５とキャップケース４との間で圧縮され、負極集電体は封口ケース５に、正極集電体はキャップケース４に圧接する。なお、負極板と封口ケース５との圧接及び正極板とキャップケース４との圧接は、必ずしも負極集電体及び正極集電体を露出させる必要はなく、負極板の負極材料面を封口ケース５に、正極板の正極材料面をキャップケース４に圧接させるようにしてもよい。
【００３２】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示したような正極板７及び負極板８は、前述したように極板材から打ち抜き加工によって形成されるので、この円弧を連ねたような形状は極板が打ち抜かれた後に残滓として残る量が多く、材料取りの観点からは無駄の多いものとなる。最も材料取りの効率がよいのは、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、正極板１１及び負極板１２を積層面１３ａ〜１３ｅ及び連結片１４ａ〜１４ｄが同一幅となるテープ状に形成した場合である。しかし、このようなテープ状の正極板１１及び負極板１２を巻回した極板群２は、その平面形状が正方形となり、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、円形の封口ケース５に収容してコイン形電池Ｂを構成したときの体積効率は、先のコイン形電池Ａに比して劣る。しかし、従来構造の電池と対比した場合には格段に優れた放電特性を示す。この放電特性については後述する。
【００３３】
極板の形状は、体積効率のよいものが望ましいが、材料取りの無駄のないものがコスト面で有効なので、この両者を勘案して、例えば、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すような形状の極板を作成してもよい。図７（ａ）に示す極板（正極板及び負極板に共通）２４は、幅方向の一方辺が直線に形成されているので、直線辺を合わせた一対の状態に極板２４を打ち抜くと極板材に生じる残滓が減少する。極板２４の他方辺は円弧に形成されているので、これを巻回した極板群２６を封口ケース５に収容したときの体積効率の向上に寄与する。また、図７（ｂ）に示す極板２５は多角形が連結された形状なので、極板材から多数の極板２５を打ち抜くときに残滓が少ない配列がし易くなる。極板２５の形状は、これを巻回した極板群２７を封口ケース５に収容したときの体積効率の向上に寄与する。
【００３４】
図８（ａ）に示すのは、折り畳み構造の極板群４０であり、正極板４１と負極板４２とをセパレータ９を介して対面させ、これらを折り畳んで構成されている。図８（ｂ）に示すように、正極板４１は正極集電体４５の片面に正極材料４７を塗着して形成され、負極板４２は負極集電体４４の片面に負極材料４６を塗着して形成され、正極材料４７の塗着面と負極材料４６の塗着面とをセパレータ９を介して対面させる。正極板４１は、図９（ａ）に示すように、両側に円弧を形成した正極積層面５１を連結部５２で連結した帯状に形成される。負極板４２は、図９（ｂ）に示すように、両側に円弧を形成した負極積層面７２を連結部５３で連結した帯状に形成される。
【００３５】
この正極板４１と負極板４２とを、図８（ａ）に示すように、連結部５２、５３から交互に逆方向に折り曲げ、折り畳んで圧縮した極板群４０は、平面形状が図２に示したのと同様の状態になる。この極板群４０は、一端面に負極板４２、他端面に正極板４１が表面に存在し、それぞれ負極材料４６、正極材料４７が塗着されない負極集電体４４、正極集電体４５が露出しているので、正極集電体４５の露出面をキャップケース４側にしてキャップケース４に収容し、キャップケース４の開口部をガスケット６を介して封口ケース５で封口すると、正極集電体４５はキャップケース４に、負極集電体４４は封口ケース５に圧接して電気的接続がなされる。
【００３６】
次に、本実施形態で説明した巻回構造の極板群１、２を用いたコイン形電池Ａ、Ｂの放電特性と、従来のペレット形の極板を用いたコイン形電池Ｃの放電特性とを比較した結果について説明する。いずれの電池も直径３０ｍｍ、厚さ３．２ｍｍのコイン形に形成して比較した。
【００３７】
（１）コイン形電池Ａの構成
厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に、ポリフッ化ビニリデン３重量部をＮ−メチルピロリドン３８重量部に溶解し、これに活物質としてＬｉＣｏＯ2 ５０重量部、導電剤として黒鉛９重量部を加えて不活性雰囲気下で混合分散した正極材料を均等な厚さに大気中で塗布し、１８０μｍの厚さになるように圧延処理して正極板材を作成する。この正極板材を１２０℃で１時間乾燥させた後、打ち抜き加工して正極板７を作成する。正極板７は図３（ａ）に示した形状であり、正極積層面１７ａ〜１７ｅの幅が２２ｍｍである。
【００３８】
また、厚さ２０μｍの銅箔の両面に、ポリフッ化ビニリデン３重量部をＮ−メチルピロリドン３８重量部に溶解し、これにコークスの２５００℃焼成品５９重量部を加えて不活性雰囲気下で混合分散した負極材料を均等な厚さに大気中で塗布し、２００μｍの厚さになるように圧延処理して負極板材を作成する。この負極板材を１２０℃で１時間乾燥させた後、打ち抜き加工して負極板８を作成する。負極板８は図３（ｂ）に示した形状であり、負極積層面１８ａ〜１８ｅの幅が２４ｍｍである。
【００３９】
上記構成になる正極板７と負極板８とを、厚さ２５μｍの微多孔性ポリエチレンフィルムを介して正極積層面１７ａ〜１７ｅと負極積層面１８ａ〜１８ｅとが積層されるように巻回して、厚さが約２．８ｍｍの極板群１を形成する。この極板群１を封口ケース５に収容し、１ＭＬｉＰＦ６／ＥＣ−ＥＭＣ電解液を５００μｌ注液して、封口ケース５の開口部をガスケット６を介してキャップケース４により封口した。この作業はドライエア中で行い、極板群１とキャップケース４及び封口ケース５との電気的接続は圧接によってなされるようにした。
【００４０】
（２）コイン形電池Ｂの構成
正極板材及び負極板材の構成は上記コイン形電池Ａの場合と同一である。正極板１１を幅１７ｍｍ、長さ１０５ｍｍに、負極板１２を幅１８ｍｍ、長さ１０７ｍｍに作成し、厚さ２５μｍの微多孔性ポリエチレンフィルムを介して正極積層面１３ａ〜１３ｅと負極積層面２１ａ〜２１ｅとが積層されるように巻回し、厚さが約２．８ｍｍの極板群２を形成する。この極板群２を封口ケース５に収容し、１ＭＬｉＰＦ６／ＥＣ−ＥＭＣ電解液を５００μｌ注液して、封口ケース５の開口部をガスケット６を介してキャップケース４により封口した。極板群２とキャップケース４及び封口ケース５との電気的接続は圧接によってなされるようにした。
【００４１】
（３）コイン形電池Ｃの構成
正極ペレット３２は、ＰＴＦＥ５重量部を水に分散し、これに活物質としてＬｉＣｏＯ2 ８５重量部、導電剤として黒鉛１０重量部を加えて混合分散し、これを１００℃で２時間熱風乾燥して正極合剤に調整し、直径２５ｍｍのペレット成形機に１４００ｍｇ充填して、５トンプレスすることによりペレット状に成形し、これを２００℃で５時間熱風乾燥して形成した。
【００４２】
負極ペレット３３は、ＳＢＲ５重量部を水に分散し、これに活物質としてコークスの２５００℃焼成品９５重量部を加えて混合分散し、これを１００℃で２時間熱風乾燥して負極合剤に調整し、直径２５ｍｍのペレット成形機に６００ｍｇ充填して、５トンプレスすることによりペレット状に成形し、これを１１０℃で５時間熱風乾燥して形成した。
【００４３】
図２４に示したように、負極ペレット３３を、ポリプロピレン製のガスケット３６と封口ケース３５とを組み合わせた組立部品に挿入し、この上に厚さ１５０μｍのポリエチレン製不織布によるセパレータ３４を挿入する。この状態で１ＭＬｉＰＦ６／ＥＣ−ＥＭＣ電解液を５００μｌ注液した後、正極ペレット３２を挿入し、キャップケース３１を封口ケース３５にカップリングし、カシメ封口した。
【００４４】
上記コイン形電池Ａ、Ｂ、Ｃ各１０個について、初期内部抵抗及び放電負荷特性を測定する実験を行った結果を、表１及び図１０に示す。
【００４５】
［初期内部抵抗］
各コイン形電池Ａ、Ｂ、Ｃを安定化させるために、４．２Ｖから３．０Ｖの間で３ｍＡの定電流により充放電を２回繰り返した後、４．２Ｖで充電停止させ、１ｋＨｚの交流定電流源を用いた測定により検出された内部抵抗を初期内部抵抗とした。表１に示すように、極板面積を大きく形成した本発明に係るコイン形電池Ａ、Ｂは、従来構成になるコイン形電池Ｃに比して内部抵抗が低く、また安定した状態にあることが明らかである。
【００４６】
【表１】
0004020781.tif 000002
【００４７】
［放電負荷特性］
各コイン形電池Ａ、Ｂ、Ｃの初期内部抵抗を評価した後、４．２Ｖから３．０Ｖの間で３ｍＡの定電流で４．２Ｖまでの充電を行い、放電負荷特性の試験に用いた。放電時の負荷を、５、１０、２０、４０、１００、１５０ｍＡとして、各放電電流値での放電終止電圧３．０Ｖまでとし、放電容量を記録する。５ｍＡ時の放電容量を１００％とし、各電流値での放電容量比率をプロットしたものが図１０のグラフである。図１０からわかるように、ペレット形の極板を用いたコイン形電池Ｃの場合では、放電率は１０ｍＡ時に約８０％、５０ｍＡ時に約２０％となり、１００ｍＡではほとんど放電容量が得られないのに対して、本発明に係るコイン形電池Ａ、Ｂの場合は、１００ｍＡの放電時にも９０％以上の放電容量が維持されていることがわかる。
【００４８】
以上説明したコイン形電池Ａ、Ｂ、Ｃは、二次電池であるが、一次電池についても同様に構成することができ、同様の放電特性が得られる。
【００４９】
次に、本発明の第２の実施形態に係るコイン形電池について説明する。本実施形態は第１の実施形態と同様にリチウムイオン二次電池を例として示す。第２の実施形態に係るコイン形電池Ｄは、図１１に示すように、浅い有底円筒形の封口ケース５の開口部をガスケット６を介してキャップケース４によって閉じる電池ケース内に巻回構造の極板群１０を収容して構成されている。なお、第１の実施形態の構成と共通する要素には同一の符号を付している。
【００５０】
前記極板群１０は、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示す正極板７ａと負極板８ａとを、図１３に示すようにセパレータ９を介して巻回して形成される。正極板７ａは、アルミニウム箔の正極集電体の両面に正極材料を塗着させた極板材を打ち抜いて、図１２（ａ）に示すように、幅方向に円弧を形成した所要数の正極積層面１７ａ〜１７ｅを正極連結片１９ａ〜１９ｄで連結した帯状に形成され、その一端側に正極材料が塗着されず正極集電体を露出させた正極リード１５が設けられている。負極板８ａは、銅箔の負極集電体の両面に負極材料を塗着させた極板材を打ち抜いて、図１２（ｂ）に示すように、幅方向に円弧を形成した所要数の負極積層面１８ａ〜１８ｅを負極連結片２０ａ〜２０ｄで連結した帯状に形成され、その一端側に負極材料が塗着されず負極集電体を露出させた負極リード１６が設けられている。なお、負極板８ａの幅は、正極板７ａの幅より若干大きく形成しておくと、正極積層面１７ａ〜１７ｅと負極積層面１８ａ〜１８ｅとを対向させたときに位置ずれが生じても反応面積の減少が生じない。
【００５１】
この正極板７ａと負極板８ａとは、図１３に示すように、正極積層面１７ａ〜１７ｅと負極積層面１８ａ〜１８ｅとがセパレータ９を介して対面して積層されるように、正極連結片１９ａ〜１９ｄ及び負極連結片２０ａ〜２０ｄで折り曲げて扁平に巻回される。前記セパレータ９は微多孔性ポリエチレンフィルムをテープ状に形成したもので、負極板８ａの幅寸法より大きな幅のテープ状である。セパレータ９は正極板７ａ及び負極板８ａと共に巻回された後、４隅を円弧状に切り落とし、円盤状の極板群１０が形成される。
【００５２】
正極板７ａと負極板８ａとが、正極積層面１７ａ〜１７ｅと負極積層面１８ａ〜１８ｅとが正対して積層されるように巻回するには、正極連結片１９ａ〜１９ｄ及び負極連結片２０ａ〜２０ｄの連結方向の長さを、巻回する外側に位置する連結片ほど長くする必要がある。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、巻き始めに位置する連結片の長さから、巻き終りに位置する連結片の長さまで、正極板７ａ、負極板８ａ及びセパレータ９の厚さを加算して順次増加させる。
【００５３】
上記構成になる極板群１０は、正極リード１５の先端部がキャップケース４の内面に溶接され、負極リード１６の先端部が封口ケース５の内面に溶接される。正極リード１５はコバルト酸リチウム等を正極活物質として用いる場合に正極集電体としてアルミニウム箔が適用されることからアルミニウム製である。しかし、キャップケース４は一般にステンレス製であり、アルミニウムをステンレスに溶接することは容易でない。そこで、本実施形態におけるキャップケース４は、内面側がアルミニウム、外面側がステンレスのクラッド材から形成される。このキャップケース４への正極リード１５の溶接はアルミニウム同士の溶接となり、更に超音波溶接を適用することによって確実に溶接される。一方、負極集電体として銅箔が適用されていることから負極リード１６は銅製であり、負極リード１６のステンレス製の封口ケース５への溶接は、抵抗溶接、あるいは超音波溶接によって行われる。
【００５４】
負極リード１６を封口ケース５に溶接するとき、封口ケース５の内面に置いた負極リード１６の上にステンレススチール板もしくはニッケル板を載せて抵抗溶接すると、銅箔で形成された負極リード１６の溶接がより確実に行われる。
【００５５】
負極リード１６を封口ケース５に、正極リード１５をキャップケース４に溶接した後、正極リード１５及び負極リード１６を折り畳むようにして極板群１０を封口ケース５内に収容し、電解液を注入して封口ケース５の開口部をガスケット６を介してキャップケース４により封口し、コイン形電池Ｄを形成する。キャップケース４はコイン形電池Ｄの正極端子、封口ケース５は負極端子となり、両者はガスケット６で絶縁される。
【００５６】
図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は、折りたたみ構造の極板群５５の構成を示す。図１４（ｂ）及び図１４（ｃ）にリード引き出し部を拡大図示するように、正極板４１は正極集電体４５の片面に正極材料４７を塗着して形成され、負極板４２は負極集電体４４の片面に負極材料４６を塗着して形成されている。正極板４１の一端の正極集電体４５は正極リード１５として延出され、負極板４２の他端の負極集電体４４は負極リード１６として延出されている。この正極板４１は、図１５（ａ）に示すように、両側に円弧を形成した正極積層面５０を連結部５１で連結した帯状である。負極板４２は、図１５（ｂ）に示すように、両側に円弧を形成した負極積層面５２を連結部５３で連結した帯状である。
【００５７】
この正極板４１と負極板４２とを、図１４（ａ）に示すように、正極材料塗着面と負極材料塗着面とがセパレータ９を介して対面するように、それぞれの連結部５１、５３から交互に逆方向に折り曲げ、折り畳んで圧縮すると、平面形状は図２に示した極板群１と同様の形状の極板群５５が得られる。この極板群５５は、正極リード１５をキャップケース４に溶接し、負極リード１６を封口ケース５に溶接した後、キャップケース４内に収容し、キャップケース４をガスケット６を介して封口ケース５で封口して、正負極の対向面積を増大させたコイン形電池に構成する。
【００５８】
図１１に示した巻回構造の極板群１０を用い、その正極リード１５をキャップケース４に、負極リード１６を封口ケース５に溶接により接続した電池Ｄと、図１に示した巻回構造の極板群を用い、その正極板をキャップケースに、負極板を封口ケースに圧接により接続した電池Ａとについて、比較検証した結果を以下に示す。なお、いずれの電池も直径３０ｍｍ、厚さ３．２ｍｍのコイン形に形成して比較した。
【００５９】
（１）電池Ｄの構成
正極板７ａは、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に、ポリフッ化ビニリデン３重量部をＮ−メチルピロリドン３８重量部に溶解し、これに活物質としてＬｉＣｏＯ2 ５０重量部、導電剤として黒鉛９重量部を加えて不活性雰囲気下で混合分散した正極材料を均等な厚さに大気中で塗布し、１２０℃で１時間乾燥させた後、１８０μｍの厚さになるように圧延処理した正極板材を打ち抜き加工して、正極積層面１７ａ〜１７ｅの幅が２２ｍｍの、図１２（ａ）に示した形状に作成した。
【００６０】
負極板８ａは、厚さ２０μｍの銅箔の両面に、ポリフッ化ビニリデン３重量部をＮ−メチルピロリドン３８重量部に溶解し、これにコークスの２５００℃焼成品５９重量部を加えて不活性雰囲気下で混合分散した負極材料を均等な厚さに大気中で塗布し、１２０℃で１時間乾燥させた後、２００μｍの厚さになるように圧延処理した負極板材を打ち抜き加工して、負極積層面１８ａ〜１８ｅの幅が２４ｍｍの、図１２（ｂ）に示した形状に作成した。
【００６１】
上記構成になる正極板７ａと負極板８ａとを、厚さ２５μｍの微多孔性ポリエチレンフィルムを介して正極積層面１７ａ〜１７ｅと負極積層面１８ａ〜１８ｅとが積層されるように巻回して厚さが約２．８ｍｍの極板群１０に形成し、正極リード１５の先端部をキャップケース４の内面に超音波溶接し、負極リード１６の先端部を封口ケース５の内面に抵抗溶接した。この極板群１０を封口ケース５内に収容し、１ＭＬｉＰＦ６／ＥＣ−ＥＭＣ電解液を５００μｌ注液して、封口ケース５の開口部をガスケット６を介してキャップケース４により封口し、電池Ｄを作成した。
【００６２】
（２）電池Ａの構成
極板群１の正極板７及び負極板８は図３（ａ）及び図３（ｂ）に示したように正極リード及び負極リードを設けない構成であり、図１に示したように、極板群１の正極板７とキャップケース４、負極板８と封口ケース５とは圧接により電気的に接続されている。この圧接を行うため、正極板７のキャップケース４側の最外面となる正極積層面１７ｅに正極材料は塗着されず、正極集電体が露出した状態となる。また、負極板８の封口ケース５側の最外面となる負極積層面１８ｅに負極材料は塗着されず、負極集電体が露出した状態となる。
【００６３】
上記のように構成された電池Ｄ、電池Ａを、３０ｍＡで充放電を２回繰り返し、再び３０ｍＡで充電した直後から８５℃の温度槽に保存し、保存日数に伴う内部抵抗値の変化、電池総高の変化について測定した結果を、図１６及び図１７に示す。
【００６４】
図１６に示す内部抵抗値の変化について、電池Ｄと電池Ａとを比較すると、第２の実施形態に係る電池Ｄでは、内部抵抗値は低いままであり、電池Ａが保存日数を経るまでもなく急激に上昇しているのと大きな差が見られる。これは、電池Ｄにおいて溶接により電気的接続を行った効果が発揮されているものと考えられる。また、図１７に示す電池総高の変化からは電池内のガス発生が確認されるが、電池Ｄと電池Ａとで大きな差は見られない。電池総高の変化に大きな差がないにもかかわらず、内部抵抗値には大きな差が生じているのは、圧接による電気的接続では電池内圧の上昇によりキャップケース４及び封口ケース５に僅かな膨出が生じただけでも圧接状態が不安定となり、これが内部抵抗値の増加に結びつくからと考えられる。
【００６５】
上記のように、極板群１０から引き出した正極リード１５をキャップケース４に、負極リード１６を封口ケース５にそれぞれ溶接して電気的に接続すると、電池内圧が上昇しても集電性の安定が損なわれず、内部抵抗値の低いコイン形電池が提供される。
【００６６】
次いで、本発明の第３〜第５の各実施形態に係るコイン形電池について説明する。第３〜第５の各実施形態に係るコイン形電池は、前述の第１および第２の実施形態に係るコイン形電池における不具合を解決するもので、負極板の巻中心方向の巻端部近傍において充電時に正極板から非水電解液中に脱離するリチウムイオンを減少させることで、負極へのリチウム金属の析出を抑制し、析出に起因する充放電サイクル寿命の悪化、安全性の低下を改善する。
【００６７】
第１及び第２の実施形態に係るコイン形電池を複数作製し、様々な条件に充放電を繰り返すことで、上述した不具合を意図的に発生させた後、電池を分解して不具合の発生要因を検討した。不具合の生じた電池の多くで、負極板の巻端部近傍においてリチウム金属の析出が認められた。したがって、これらの不具合は、充電時に正極から脱離したリチウムイオンが負極板の巻中心方向の巻端部近傍に集中し、リチウム金属として析出するために生じるとの結論を得た。正極板に遷移金属酸化物を用い、負極板に炭素材料を用いた電池では、充放電反応がリチウムイオンの挿入、脱離によってなされており、対向する極板の放電容量を同等に設定する必要がある。渦巻き状に巻回された極板群を用いた円筒形電池では、対向する極板の面積がほぼ等しいため、充放電反応が一部分に集中することがなく、上記のような不具合には至らない。一方、扁平形に巻回した本願発明に係る構成の極板群においても、負極板の巻回最内周部分にある負極板の積層面はセパレータを介して正極板の積層面に対向しており、対向する正負極板の容量はほぼ同一である。しかし、負極板の巻中心方向の巻端部の最近傍は正極板の最も巻中心側に位置する連結部に取り込まれるように対向しており、対向する正負極板の容量バランスは正極側に大きく偏っている。このため、充電時に正極から脱離したリチウムイオンが、負極板の炭素材料の層間に吸蔵されきらず、過剰なリチウムイオンが負極板の表面上に析出するとの知見を得た。
【００６８】
このような知見に基づき、第３〜第５の実施形態に係る極板群は、負極板の巻中心方向の巻端部への電流密度を減少させることで、リチウム金属の析出を抑制するものであり、負極板の巻端部に対向する正極板の最も巻き中心側に位置する連結部の内周面側を絶縁部材にて被覆する。この構成によって、正極板の連結部から脱離するリチウムイオンを減少させ、対向する負極部分でのリチウム金属の析出を抑制する。前記絶縁部材としては、リチウムイオンの透過を阻害するイオン不透過性を有する素材がより望ましい。
【００６９】
第３の実施形態に係るコイン形電池は、図１に示した状態に構成される。これに用いる極板群３０は、図１８（ａ）に示す正極板３７と、図１８（ｂ）に示す負極板３８とを、図１９に示すように、セパレータ９を介して巻回して形成される。
【００７０】
正極板３７は、アルミニウム箔の正極集電体の両面に正極材料を塗着させた極板材を打ち抜いて、図１８（ａ）に示すように、幅方向に円弧を形成した所要数の正極積層面１７ａ〜１７ｅを正極連結片１９ａ〜１９ｄで連結した帯状に形成される。絶縁部材４８は、正極の最も巻中心側に位置する正極連結片１９ａに形成されており、図１９に示すように、巻回したときに負極板３８の巻端部に対向する面にのみ位置する。この絶縁部材４８は、リチウムイオンの透過を阻害するイオン不透過性を有する部材がより好ましい。また非水溶媒に対する化学的な安定性、及び充電時に印加される電位に対する安定性も要求される。絶縁部材４８の正極板３７への形成方法としては、樹脂接着剤を塗布する方法、或いは前記の各安定性を満たす粘着剤が塗布された樹脂テープを貼付する方法が、生産性の面で適しており、ポリプロピレンを主剤とした接着剤およびテープが好適である。
【００７１】
一方、負極板３８は、銅箔の負極集電体の両面に負極材料を塗着させた極板材を打ち抜いて、図１８（ｂ）に示すように、幅方向に円弧を形成した所要数の負極積層面１８ａ〜１８ｅを負極連結片２０ａ〜２０ｄで連結した帯状に形成される。なお、負極板３８の幅は、図示するように正極板３７の幅より若干大きく形成しておくと、正極積層面１７ａ〜１７ｅと負極積層面１８ａ〜１８ｅとの対向位置にずれが生じたときにも反応面積の減少を生じない。
【００７２】
この正極板３７と負極板３８とは、図１９に模式図として示すように、正極積層面１７ａ〜１７ｅと負極積層面１８ａ〜１８ｅとがセパレータ９を介して対面して積層されるように、正極連結片１９ａ〜１９ｄ及び負極連結片２０ａ〜２０ｄで折り曲げて巻回される。図示するように、正極連結片１９ａに形成された絶縁部材４８は、負極板３８の巻端部に対向する面にのみ位置するように配置される。前記セパレータ９は微多孔性ポリエチレンフィルムをテープ状に形成したもので、負極板３８の幅寸法より大きな幅のテープ状に形成され、正極板３７及び負極板３８と共に巻回された後、４隅を円弧状に切り落とし、円盤状の極板群３０が形成される。
【００７３】
正極板３７と負極板３８とが、正極積層面１７ａ〜１７ｅと負極積層面１８ａ〜１８ｅとが正対して積層されるように巻回するには、正極連結片１９ａ〜１９ｄ及び負極連結片２０ａ〜２０ｄのうち連結方向の長さを巻回する外側ほど長くする必要がある。図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示すように、巻き始めの長さａから巻き終りの長さｄまで正極板３７、負極板３８及びセパレータ９の厚さを加算して順次増加させる。
【００７４】
また、正極連結片１９ａ〜１９ｄの幅Ｗ1 及び負極連結片２０ａ〜２０ｄの幅Ｗ2 は、大電流での充放電における電池電圧の低下を少なくするため、できるだけ大きな幅に形成される。封口ケース５の円形の収容空間に体積効率よく極板群３０を収容するには、正極連結片１９ａ〜１９ｄ及び負極連結片２０ａ〜２０ｄの幅Ｗ1 、Ｗ2 は小さいほうが望ましいが、電池電圧の低下の度合と体積効率との兼ね合いで、正極連結片１９ａ〜１９ｄ及び負極連結片２０ａ〜２０ｄの幅Ｗ1 、Ｗ2 は決定される。
【００７５】
上記構成になる極板群３０を封口ケース５内に収容し、電解液を注入して封口ケース５の開口部にガスケット６を介してキャップケース４を被せ、キャップケース４の開口端を内側に折り曲げるかしめ加工により封口し、コイン形電池を形成する。
【００７６】
この第３の実施形態に係るコイン形電池は、負極板３８の巻端部近傍において、それに対向する正極板３７に絶縁部材４８が形成されているので、充電時に正極板３７から非水電解液中に脱離するリチウムイオンが減少し、負極板３７へのリチウム金属の析出が抑制され、充放電サイクル寿命の悪化、安全性の低下が改善される。
【００７７】
次いで、本発明の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態に係るコイン形電池は、第３の実施形態における正極連結片１９ａに形成した絶縁部材４８に代えて、この部分を正極材料の未塗着部分とした構成である。
【００７８】
正極板５７は、アルミニウム箔の正極集電体の両面に正極材料を塗着させた極板材を打ち抜いて、図２０（ａ）に示すように、幅方向に円弧を形成した所要数の正極積層面１７ａ〜１７ｅを正極連結片１９ａ〜１９ｄで連結した帯状に形成される。未塗着部分４９は、最も巻中心側に位置する正極連結片１９ａを正極材料を未塗着としたものであり、この部分は放電反応に寄与しない。更に、この未塗着部分４９は、図２０（ｂ）に示す負極板５８及びセパレータ９とを組み合わせて巻回した際に、負極板５８の巻中心方向の巻端部に対向する面にのみ位置する。
【００７９】
この正極板５７と負極板５８とは、図２１に模式図として示すように、正極積層面１７ａ〜１７ｅと負極積層面１８ａ〜１８ｅとがセパレータ９を介して対面して積層されるように、正極連結片１９ａ〜１９ｄ及び負極連結片２０ａ〜２０ｄで折り曲げて巻回される。連結片１９ａに形成された未塗着部分４９は、負極板５８の巻中心方向の巻端部に対向する面のみに対向するように配置される。
【００８０】
この第４の実施形態に係るコイン形電池は、負極板５８の巻中心方向の巻端部近傍において、それに対向する正極板５７に未塗着部分４９が形成されているので、リチウム金属の析出が生じ易い負極板５８の巻端部に対向する正極板５７の正極連結片１９ａの内周面は正極材料が塗着されておらず、負極板５８の巻端部近傍において充電時に正極板５７から非水電解液中に脱離するリチウムイオンを減少させ、負極表面でのリチウム金属の析出に起因する充放電サイクル寿命の悪化、安全性の低下を改善する。
【００８１】
次いで、本発明の第５の実施形態について説明する。第５の実施形態に係るコイン形電池は、第３の実施形態における正極連結片１９ａに形成した絶縁部材４８に代えて、負極板６８の巻端部に絶縁部材５０を配した構成である。
【００８２】
正極板６７は、アルミニウム箔の正極集電体の両面に正極材料を塗着させた極板材を打ち抜いて、図２２（ａ）に示すように、幅方向に円弧を形成した所要数の正極積層面１７ａ〜１７ｅを正極連結片１９ａ〜１９ｄで連結した帯状に形成される。
【００８３】
負極板６８は、銅箔の負極集電体の両面に負極材料を塗着させた極板材を打ち抜いて、図２２（ｂ）に示すように、幅方向に円弧を形成した所要数の負極積層面１８ａ〜１８ｅを負極連結片２０ａ〜２０ｄで連結した帯状に形成される。この負極板６８の巻端部に絶縁部材５０が形成されており、正極板６７と負極板６８とをセパレータ９を介して巻回した際に、正極連結片１９ａに対向する負極板６８の巻端部が絶縁部材５０によって被覆されるように構成されている。
【００８４】
この絶縁部材５０は、リチウムイオンの透過を阻害するイオン不透過性を有する部材が好ましい。また非水溶媒に対する化学的な安定性、及び充電時に付加される電位に対する安定性も要求される。負極板６８への形成方法としては、樹脂接着剤を塗布する方法、或いは前記の各安定性を満たす粘着剤が塗布された樹脂テープを貼付する方法が、生産性の面で適しており、ポリプロピレンを主剤とした接着剤およびテープが好適である。
【００８５】
この正極板６７と負極板６８とは、図２３に模式図として示すように、正極積層面１７ａ〜１７ｅと負極積層面１８ａ〜１８ｅとがセパレータ９を介して対面して積層されるように、正極連結片１９ａ〜１９ｄ及び負極連結片２０ａ〜２０ｄで折り曲げて巻回されて極板群７０が形成され、負極板６８の巻終端に形成された絶縁部材５０が正極連結片１９ａの内面側のみと対向するように配置される。
【００８６】
この第５の実施形態に係るコイン形電池は、リチウム金属の析出が生じ易い負極板６８の巻端部を絶縁部材５０にて被覆し、負極板６８の巻端部表面にリチウム金属が析出しない状態とすることで、充放電サイクル寿命の悪化、安全性の低下を改善する。
【００８７】
以上説明した第３〜第５の実施形態に係るコイン形電池について、リチウム金属の析出を検証した実施例について以下に説明する。
【００８８】
正極板３７は、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に、ポリフッ化ビニリデン３重量部をＮ−メチルピロリドン３８重量部に溶解し、これに活物質としてＬｉＣｏＯ2 ５０重量部、導電剤として黒鉛９重量部を加えて不活性雰囲気下で混合分散した正極材料を均等な厚さに大気中で塗布し、１８０μｍの厚さになるように圧延処理した正極板材を１２０℃で１時間乾燥させた後、打ち抜き加工を施して、図１８（ａ）に示すような、正極積層面１７ａ〜１７ｅの幅が２２ｍｍの極板を得た。正極板３７の連結片１９ａの領域に絶縁部材４８を形成した。この絶縁部材４８は、ポリプロピレンを主剤とした接着剤を塗布し、これを硬化させて形成される。
【００８９】
負極板３８は、厚さ２０μｍの銅箔の両面に、ポリフッ化ビニリデン３重量部をＮ−メチルピロリドン３８重量部に溶解し、これにコークスの２５００℃焼成品５９重量部を加えて不活性雰囲気下で混合分散した負極材料を均等な厚さに大気中で塗布し、２００μｍの厚さになるように圧延処理した負極板材を１２０℃で１時間乾燥させた後打ち抜き加工して、図１８（ｂ）に示すような負極積層面１８ａ〜１８ｅの幅が２４ｍｍの形状に作成した。
【００９０】
上記構成になる正極板３７と負極板３８とを、厚さ２５μｍの微多孔性ポリエチレンフィルムを介して正極積層面１７ａ〜１７ｅと負極積層面１８ａ〜１８ｅとが積層されるように巻回して厚さが約２．８ｍｍの極板群３０に形成し、これを封口ケース５内に収容し、１ＭＬｉＰＦ６／ＥＣ−ＥＭＣ電解液を５００μｌ注液して、封口ケース５の開口部にセパレータ９を介してキャップケース４を被せ、キャップケース４をかしめ加工して封口した。この作業はドライエア中で行い、極板群３０とキャップケース４及び封口ケース５との電気的接続は圧接によってなされるようにした。このように作成した第３の実施形態に係るコイン形電池を電池Ｅとする。
【００９１】
また、正極連結片１９ａに未塗着部分４９を形成した正極板５７を用い、他の構成は電池Ｅと同様とした第４の実施形態に係るコイン形電池を作製し、これを電池Ｆとする。また、巻端部に絶縁部材５０を形成した負極板６８を作製し、他の構成は電池Ｅと同様にした第５の実施形態に係るコイン形電池を作製し、これを電池Ｇとする。更に、比較例として第１の実施形態に係るコイン形電池、即ち、絶縁部材４８、５０あるいは未塗着部分４９が形成されない電池Ａを作成した。
【００９２】
上記コイン形電池Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ａについて、充放電を繰り返した後、電池を分解し、負極板８の巻終端部におけるリチウム金属の析出状況を確認した。充放電条件は、各コイン形電池Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ａを、４．２Ｖから３．０Ｖの間で１００ｍＡの定電流により充放電を２００回繰り返した。
【００９３】
その結果、コイン形電池Ｅ、Ｆ、Ｇは、何れも負極板の巻端部にリチウム金属の析出は認められなかったが、比較例のコイン形電池Ａは僅少のリチウム金属が負極表面に析出していた。しかしながら、２００回程度の充放電であることから、析出量は僅少であり、電池特性を悪化させるには至っていない。
【００９４】
この検証結果から、巻回構造の極板群１、１０を適用したコイン形電池では、充放電の繰り返しによりリチウム金属の析出に起因する不具合が生じる可能性を有していることから、第３〜第５の各実施形態に示した極板群３０、６０、７０のようにリチウム金属の析出を防止する構成を設けて放電容量の増大化を図ることが望ましい。
【００９５】
【発明の効果】
本発明によれば、コイン形電池の放電特性を向上させ、内部抵抗値を抑えるとともに、リチウム金属の析出に起因する不具合の発生を抑制し、長期に亘って安全性、充放電サイクル特性を維持することができるため、コイン形電池をより広範囲の機器に適用することが可能となり、携帯機器などの小型化、薄型化、軽量化に加えて高い信頼性を実現する上で有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態に係るコイン形電池Ａの構成を示す断面図である。
【図２】  コイン形電池Ａの構成を示す平面図である。
【図３】  （ａ）は正極板の構成を示す展開図、（ｂ）は負極板の構成を示す展開図である。
【図４】  極板群の巻回状態を説明する模式図である。
【図５】  （ａ）はコイン形電池Ｂの正極板の構成を示す展開図、（ｂ）は負極板の構成を示す展開図である。
【図６】  （ａ）はコイン形電池Ｂの構成を示す平面図、（ｂ）は断面図である。
【図７】  （ａ）及び（ｂ）は極板の変形例を示す展開図である。
【図８】  （ａ）は折り畳み構造の極板群の構成を示す説明図、（ｂ）は極板の構成図である。
【図９】  （ａ）は折り畳み構造の正極板の平面図、（ｂ）は負極板の平面図である。
【図１０】  放電容量比率の測定結果を示すグラフである。
【図１１】  本発明の第２の実施形態に係るコイン形電池Ｄの構成を示す断面図である。
【図１２】  （ａ）は正極板の構成を示す展開図、（ｂ）は負極板の構成を示す展開図である。
【図１３】  極板群の巻回状態を示す模式図である。
【図１４】  （ａ）は折り畳み構造の極板群の構成を示す説明図、（ｂ）及び（ｃ）は極板の構成図である。
【図１５】  （ａ）は折り畳み構造の正極板の平面図、（ｂ）は負極板の平面図である。
【図１６】  高温環境での保存による電池の内部抵抗の変化を示すグラフである。
【図１７】  高温環境での電池総高の変化を示すグラフである。
【図１８】  （ａ）は本発明の第３の実施形態に係る正極板の展開図、（ｂ）は負極板の展開図である。
【図１９】  極板群の構成を示す模式図である。
【図２０】  （ａ）は本発明の第４の実施形態に係る正極板の展開図、（ｂ）は負極板の展開図である。
【図２１】  極板群の構成を示す模式図である。
【図２２】  （ａ）は本発明の第５の実施形態に係る正極板の展開図、（ｂ）は負極板の展開図である。
【図２３】  極板群の構成を示す模式図である。
【図２４】  従来のコイン形電池の構成を示す断面図である。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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