(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状のアルミニウム箔の両面に正極合剤を塗布し圧縮成型した帯状の正極と、
帯状の銅箔の両面に負極合剤を塗布し圧縮成型した帯状の負極とをセパレーターを介して積層し、多数回巻回してなる電極体と、前記電極体を収納させた電池容器と非水電解液とを備え、
前記帯状の負極の端部にニッケル製の負極リードが溶接され、かつ、前記ニッケル製の負極リードが電池容器に溶接されてなる非水電解液二次電池において、
電池容量と前記負極リードの断面積の比が３．０Ａｈ／ｍｍ２〜６．３Ａｈ／ｍｍ２であることを特徴とする非水電解液二次電池。
【請求項２】
前記正極合剤は正極活物質を含み、リチウムを含む複合酸化物を前記正極活物質として用い、
前記負極合剤は負極活物質を含み、石油ピッチに酸素を含む官能基を導入した後、不活性ガス気流中で焼成させて得られた難黒鉛化性炭素材料を前記負極活物質として用いたことを特徴とする請求項１記載の非水電解液二次電池。
【請求項３】
前記正極が、正極の端部にアルミニウム製の正極リードの一端を取り付け、前記正極リードの他の一端に安全弁装置が溶接され、前記安全弁装置上に感熱電池遮断素子を介して電池蓋が取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の非水電解液二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水電解液二次電池に関し、特に負極集電に用いる負極リードの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子技術の進歩により、電子機器の高性能化、小型化、ポータブル化が進み、これらの電子機器に使用される高エネルギー密度の二次電池の要求が強まっている。
【０００３】
これらの電子機器に使用される二次電池としては、ニッケル・カドミウム電池や鉛電池などが挙げられるが、これらの電池では、放電電位が低く、エネルギー密度の高い電池を得るという点ではまだ不十分である。
【０００４】
そこで最近は、リチウムやリチウム合金もしくは炭素材料のようなリチウムイオンをドープ及び脱ドープすることが可能な物質を負極として用い、また正極にリチウムコバルト複合酸化物などのリチウム複合酸化物を使用する非水電解液二次電池の研究・開発が行われている。この電池は、電池電圧が高く、高エネルギー密度を有し、自己放電も少なく、かつサイクル特性に優れている。
【０００５】
上記非水電解液二次電池としては、例えば、帯状のアルミニウムの正極集電体の両面に正極活物質を塗布して形成された正極と、帯状の銅の負極集電体の両面に負極活物質を塗布して形成された負極とを、絶縁体を介して巻回して巻回電極体とし、この巻回電極体を上下に絶縁板を設置した状態で電池缶に収納した後、電池蓋にて電池缶を密閉してなる円筒型非水電解液二次電池が知られている。
【０００６】
この円筒型非水電解液二次電池では、負極の集電を行うために、負極集電体に溶接されたニッケル製負極リードにて、負極と電池缶とが電気的に導通するようになっている。また、正極の集電を行うために、正極集電体に溶接されたアルミニウム製正極リードにて、正極と電池蓋とが電気的に導通するようになっている。なお、負極リードに、負極集電体と同じである銅を用いずに、ニッケルを用いるのは、負極集電体への溶接が容易である、取扱いが容易である等の理由による。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記非水電解液二次電池では、外部ショート等により大電流が流れると集電部が発熱し、電池温度が上昇するという問題がある。前記温度上昇は、特に負極リードからの発熱の影響が大きい。なぜなら、負極リードは、他の集電部、例えば、負極集電体に用いられる銅や、正極集電体及び正極リードに用いられるアルミニウム等よりも、電気抵抗が大きく、発熱しやすいからである。
【０００８】
この負極リードの発熱量は、負極リードの断面積に反比例するので、負極リードの幅が広ければ広いほど、又は負極リードの厚みが厚ければ厚いほど、負極リードの発熱量は小さくなる。そのため、外部ショート等により大電流が流れたときの電池温度の上昇を抑えるためには、負極リードの断面積を大きくすればよい。しかし、負極リードの断面積が大きすぎると、すなわち、負極リードの幅が広すぎたり、負極リードの厚みが厚すぎたりすると、電池の製造工程において、巻回電極体を電池缶に挿入する際に、負極リードが電池缶に引っかかり、巻回電極体の挿入不良が発生しやすいという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、外部ショート等が生じて大電流が流れても電池の温度上昇が少なく、その上、製造工程において巻回電極体の挿入不良が発生しにくく生産性が高い非水電解液二次電池を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明者は、非水電解液二次電池について、電池容量、負極リードの断面積、外部ショート発生時の電池の温度上昇、及び巻回電極体の挿入不良等の関係について実験を重ねて検討した結果、本発明を成すに至った。
【００１１】
すなわち、本発明の非水電解液二次電池は、帯状のアルミニウム箔の両面に正極合剤を塗布し圧縮成型した帯状の正極と、帯状の銅箔の両面に負極合剤を塗布し圧縮成型した帯状の負極とをセパレーターを介して積層し、多数回巻回してなる電極体と、前記電極体を収納させた電池容器と非水電解液とを備え、前記帯状の負極の端部にニッケル製の負極リードが溶接され、かつ、前記ニッケル製の負極リードが電池容器に溶接されてなる非水電解液二次電池において、電池容量と前記負極リードの断面積の比が３．０Ａｈ／ｍｍ２〜６．３Ａｈ／ｍｍ２であることを特徴とする。
【００１２】
なお、電池容量の測定は、例えば、終止電圧２．７５Ｖ、２．５時間率として測定する。
【００１３】
本発明の非水電解液二次電池は、外部ショート等が生じて大電流が流れても、あまり電池の温度が上昇することがない。その上、製造工程において、巻回電極体の挿入不良が発生しにくい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を適用した具体的な実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
実施例１
図１に示すような非水電解液二次電池を次のように作製した。まず、正極２を次のように作製した。まず、炭酸リチウムと炭酸コバルトをＬｉ／Ｃｏ（モル比）＝１になるように混合し、空気中で９００℃、５時間焼成した。この材料についてＸ線回折測定を行った結果、ＪＣＰＤＳカードのＬｉＣｏＯ２と良く一致していた。そして、このＬｉＣｏＯ２９５重量部と炭酸リチウム５重量部とを混合して正極活物質とした。そして、この正極活物質を９１重量部、電導材としてグラファイトＫＳ−１５を６重量部、及び結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を３重量部を混合し正極合剤を作製して、これをＮ−メチル２ピロリドンに分散させてスラリー状にした。そして、正極集電体として帯状アルミニウム箔を用い、この正極集電体１１の両面に、正極合剤（スラリー）を均一に塗布し、乾燥させた後、ロールプレス機で圧縮成型し、帯状の正極２を作製した。
【００１６】
次に、負極１を次のように作製した。負極活物質には、出発材料に石油ピッチを用い、これに酸素を含む官能基を１０％〜２０％導入（いわゆる酸素架橋）した後、不活性ガス気流中１０００℃で焼成して得られたガラス状炭素に近い性質を持つ難黒鉛炭素材料粉末を用いた。この材料について、Ｘ線回折測定を行った結果、（００２）面の面間隔は０．３７６ｎｍで、また、真比重は１．５８であった。このようにして得られた炭素材料９０重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）１０重量部とを混合して負極合剤を作製し、この負極合剤をＮ−メチル２ピロリドンに分散させてスラリー状にした。負極集電体として帯状銅箔を用い、この負極集電体１０の両面に、負極合剤（スラリー）を均一に塗布し、乾燥させた後、ローラープレス機で圧縮成型し、帯状の負極１を作製した。そして、この負極１の端部に、集電をとるための厚さ０．１ｍｍ、幅４ｍｍのニッケル製の負極リード１２を溶接した。
【００１７】
以上のように作製した負極１と正極２とを、厚さ２５μｍの微多孔性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレーター３を介して積層し、多数回巻回することにより巻回電極体を作製した。なお、巻回は、セパレーターの端部をまずセンターピン１４に巻き取り、これを中心に多数回巻回した。
【００１８】
次に、ニッケルメッキを施した鉄製の電池缶５に、電池缶５の底部に絶縁板４を挿入した上で、前記巻回電極体を収納した。このとき、負極１の集電をとるために、負極１の端部に取り付けられたニッケル製の負極リード１２を電池缶５に溶接した。また、正極２の集電をとるために、正極２の端部にアルミニウム製の正極リード１３の一端を取り付け、前記正極リード１３の他の一端を、巻回電極体と電池蓋７との間に配設される安全弁装置８に溶接した。
【００１９】
なお、安全弁装置８は、アルミニウムに切り込みを入れたもので、電池内圧が一定以上になると、切り込み部が開裂し、内圧を開放するとともに、正極リード１３と電池蓋７との間の接続が切れ、電流を遮断するものである。
【００２０】
そして、電池缶５の中にプロピレンカーボネートとジエチルカーボネートとの等容量混合溶媒中にＬｉＰＦ６を１モル／ｌの割合で溶解した非水電解液を注入して、巻回電極体に含浸させた。
【００２１】
そして、安全弁装置８上に、感熱電池遮断素子９（ＰＴＣ素子）と電池蓋７とを、電池缶５に蓋をするように、この順に重ねた後、アフファルトを塗布した絶縁封口ガスケット６を介して電池缶５をかしめて、これらを固定して、直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒型非水電解液二次電池を作製した。
【００２２】
なお、感熱電池遮断素子９は、電池温度が上昇したときに電流が流れるのを抑制するための素子である。すなわち、周囲温度の上昇により熱せられて、ある臨界温度（例えば、１２０℃前後）に達すると、急激に電気抵抗が増大（例えば、１０万倍以上）して、電流値を抑制するものである。
【００２３】
実施例２
負極リードに、厚さ０．１ｍｍ、幅４ｍｍのニッケル製の負極リードを用いて、直径２６ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒型非水電解液二次電池を、実施例１と同様に作製した。
【００２４】
実施例３
負極リードに、厚さ０．１ｍｍ、幅６ｍｍのニッケル製の負極リードを用いて、直径２６ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒型非水電解液二次電池を、実施例１と同様に作製した。
【００２５】
比較例１
負極リードに、厚さ０．１ｍｍ、幅１．５ｍｍのニッケル製の負極リードを用いて、直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒型非水電解液二次電池を、実施例１と同様に作製した。
【００２６】
比較例２
負極リードに、厚さ０．１ｍｍ、幅３ｍｍのニッケル製の負極リードを用いて、直径２６ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒型非水電解液二次電池を、実施例１と同様に作製した。
【００２７】
比較例３
負極リードに、厚さ０．２ｍｍ、幅４ｍｍのニッケル製の負極リードを用いて、直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒型非水電解液二次電池を、実施例１と同様に作製した。
【００２８】
比較例４
負極リードに、厚さ０．３ｍｍ、幅６ｍｍのニッケル製の負極リードを用いて、直径２６ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒型非水電解液二次電池を、実施例１と同様に作製した。
【００２９】
このようにして各実施例及び各比較例の非水電解液二次電池を１００本ずつ作製して、製造工程において巻回電極体の挿入不良が生じた電池の数を調べた。
【００３０】
そして、正常に巻回電極体の挿入がされて完成した電池の中から、各実施例及び各比較例について、それぞれ１０本ずつ抽出して、電池容量を測定した。なお、電池容量の測定は、直径１８ｍｍ，高さ６５ｍｍの電池である実施例１，比較例１，比較例３の電池については、充電電圧４．２０Ｖ，充電電流１０００ｍＡ，充電時間２．５ｈで充電し、放電電流５００ｍＡ，終止電圧２．７５Ｖで放電して測定した。また、直径２６ｍｍ，高さ６５ｍｍの電池である実施例２，実施例３，比較例２，比較例４の電池については、充電電圧４．２０Ｖ，充電電流２０００ｍＡ，充電時間２．５ｈで充電し、放電電流１０００ｍＡ，終止電圧２．７５Ｖで放電して測定した。
【００３１】
その後、再び充電を行った上で、外部ショート試験を行い、外部ショート時の電池の最高温度を調べた。
【００３２】
以上の測定の結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
0004007162.tif 000002
【００３４】
この結果から、明らかなように、本実施例の非水電解液二次電池は、巻回電極体の挿入不良が生じることがない。そして、外部ショートが生じても電池の温度上昇が少なく、最も温度が上昇した実施例２の非水電解液二次電池であっても８５℃までしか上昇していない。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のように電池容量と負極リードの断面積の比を規定することにより、外部ショート等が生じて大電流が流れても、あまり電池の温度が上昇することがない非水電解液二次電池であって、その上、製造工程において巻回電極体の挿入不良が発生しにくく生産性が高い非水電解液二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した非水電解液二次電池の一構成例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１  負極、  ２  正極、  ３  セパレータ、  ４  絶縁板、  ５  電池缶、  ６  絶縁封口ガスケット、  ７  電池蓋、  ８  安全弁装置、  ９  感熱電池遮断素子、  １０  負極集電体、  １１  正極集電体、  １２  負極リード、  １３  正極リード
【図１】
0004007162.tif 000003