(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極、負極およびセパレータを巻き取り形成した電極群と、前記電極群と電解液を一緒に収納するカンと、前記カンの開口部にガスケットを介して結合密閉されるキャップアセンブリと、前記電極群の最も内側において、正極と負極のうちの一方の電極の基材を少なくとも１．５巻以上先端部を巻き取って形成した電極巻芯部と、該電極巻芯部の最も内側に位置する巻取り開始部から１巻以内の領域に付着した電極タップを含み、
前記正極と負極のうちの他方の電極が、前記電極タップに対して９０〜２７０゜の範囲に巻取り開始部として基材が配置され、該巻取り開始部の後方の領域から活物質が塗布形成されてなる密閉電池。
【請求項２】
前記電極群の最も内側に先端部が巻き取られる一方の電極が正極である請求項１記載の密閉電池。
【請求項３】
前記他方の電極が負極である請求項１記載の密閉電池。
【請求項４】
前記正極と負極のうちの他方の電極において、前記電極群の最も外側に配置された基材がカンと直接に接触する請求項１または２記載の密閉電池。
【請求項５】
前記電極巻芯部が、４巻以下で巻き取られてなる請求項１、２、３または４記載の密閉電池。
【請求項６】
前記キャップアセンブリが、電池内圧によって作用する可変プレートと、該可変プレートの下側に絶縁体を介して設置され、通気孔を有する固定プレートを含む請求項１、２、３、４または５記載の密閉電池。
【請求項７】
前記可変プレートの上部に電流制限器とキャップカバーをさらに含む請求項６記載の密閉電池。
【請求項８】
前記電極巻芯部の内側に、２〜４巻き、前記セパレータの先端部が巻き取られたセパレータ巻芯部を設けてなる請求項１、２、３、４、５、６または７記載の密閉電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は密閉電池に関する。さらに詳しくは、螺旋形（spirally-wound）電極群の巻取り中心部において発生する発熱およびショートの可能性を解消して電池の安全性を確保できる密閉電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
密閉電池は再充電が可能なものとして外観上、円筒形と角形に区分される。また陽極および負極物質の種類によって、ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池、リチウム（Ｌｉ）電池、リチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池などに区分される。
【０００３】
図４は円筒形密閉電池の一般的な構造を示している。円筒形密閉電池は、正極２、負極４およびセパレータ６を一緒に螺旋形に巻き取って電極群８を形成し、その電極群８と一緒に電解液を円筒形カン１０の内部に収納し、前記円筒形カン１０の開口部にガスケット１２を介してキャップアセンブリ１４を結合することにより、円筒形カン１０を密閉する構造になっている。
【０００４】
前記正極２および負極４のような電極は、その種類によって多少の差はあるが、図５に示されるように、各々金属の基材２ａ、４ａに活物質２ｂ、４ｂを塗布し、それを乾燥、ロールプレスおよび切断して形成する。
【０００５】
このように形成された正極２および負極４は、多孔性のセパレータ６を介して絶縁され、電解液と一緒にケース内部に収納されることによって、両電極の活物質間にイオンが脱離または挿入する電気化学反応によって充電または放電される。
【０００６】
ここで、正極２は、最も内側の基材２ａに電極タップ１６を付着させ、該電極タップ１６の端部をキャップアセンブリ１４に連結することによって、また負極４は、最も外側の基材４ａを円筒形カン１０の内壁に直接に接触させることによって電気的に連結されている。
【０００７】
このように構成された従来の密閉電池は、充電および放電を繰り返す過程で電気的誤用（過充電）やその他の要因によって内圧上昇および発熱を伴い、またその状態が続く場合、破壊や爆発が起こって使用者に致命的な損害を与えるため、それに対する安全対策が必ず要求される。
【０００８】
たとえば、正極２と負極４のあいだに設置される多孔性のセパレータ６は、電池内部の温度が急激に上昇して安全温度を超えたとき、シャットダウン（shut down）特性によって収縮しながら、気孔を塞いで両電極間のイオン移動を遮断することにより、追加的な電気化学反応を抑制して安全性を実現する。
【０００９】
しかし、従来の密閉電池においては、電極群８の中心部での発熱温度が高く、とくに電極タップ１６の周辺の発熱がはげしく、その付近のセパレータ６の収縮の程度が大きくなり絶縁機能を失うことがある。
【００１０】
このとき、電極タップ１６は隣接する負極４の基材４ａとショートされ、その結果、正極２と負極４の電気化学反応が急激に触発される。これにより、負極活物質および電解液の分解、さらには正極活物質の分解などのような化学的連鎖分解反応（melt down）が起こり、はげしい場合には熱暴走現象（thermal run away）まで到り、結局、電池の安全性を喪失し、爆発するという問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術の問題を解決するために、本発明は、螺旋形電極の巻取り中心部で発生する発熱およびそれによるショートの可能性を解消して電池の安全性を確保できる密閉電池を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そのために本発明の密閉電池は、正極、負極およびセパレータを巻き取り形成した電極群と、前記電極群と電解液を一緒に収納するカンと、前記カンの開口部にガスケットを介して結合密閉されるキャップアセンブリと、前記電極群の最も内側において、正極と負極のうちの一方の電極の基材を少なくとも１．５巻以上先端部を巻き取って形成した電極巻芯部と、該電極巻芯部の最も内側に位置する巻取り開始部から１巻以内の領域に付着した電極タップを含む。また本発明では、前記正極と負極のうちの他方の電極が、前記電極タップに対して９０〜２７０゜の範囲に巻取り開始部として基材が配置され、該巻取り開始部の後方の領域から活物質が塗布形成されていることによって、前記電極タップと対向する位置に一方の電極の基材が隣接しないように構成する。
【００１４】
前記電極タップは、その端部をキャップアセンブリに電気的に連結し、電極群の最も外側に配置された他方の電極は、基材をカンと直接に接触させることによって電気的に連結している。
【００１５】
また、本発明においては、前記電極巻芯部の内側に、２〜４巻き、前記セパレータの先端部が巻き取られたセパレータ巻芯部を設けることもできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための望ましい実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
第１の実施の形態
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかわる密閉電池であり、図２は、図１の電池を横方向に切開した内部構造を示している。本発明においては、密閉電池の一例としてリチウムイオンの移動によって充電または放電が起こり、円筒形構造を有する電池に対して説明する。
【００１８】
図示された本発明の密閉電池は、外装ケースとして円筒形カン２０を使用する。その円筒形カン２０の内部には正極２２、負極２４およびそれらのあいだを絶縁する多孔性セパレータ２６を螺旋形に巻き取った電極群２８と電解液（図示省略）を含む発電要素を収納する。前記円筒形カン２０の開口部にはガスケット３０を介してキャップアセンブリ３２を結合することにより、円筒形カン２０を密封する。
【００１９】
前記キャップアセンブリ３２は、絶縁体としてのガスケット３０を介して密封され、電池内圧によって作用する可変プレート３４と、その可変プレート３４の下側に支持絶縁体３６を介して設置され通気孔３８ａをもった固定プレート３８とで構成される。また、前記可変プレート３４の上部には、電流制限器（ＰＣＴ）４０およびキャップカバー４２を積層し、キャップカバー４２は、通気孔４２ａを具備している。
【００２０】
このように構成された本発明の密閉電池において、正極２２および負極２４は、基材２２ａ、２４ａおよび活物質２２ｂ、２４ｂの種類によって区分される。ここでは、正極２２は、アルミニウム（Ａｌ）でできた基材２２ａにリチウム遷移金属酸化物でできた活物質２２ｂを塗布し、負極２４は、銅（Ｃｕ）でできた基材２４ａに炭素または炭素複合体でできた活物質２４ｂを塗布したのち、これを乾燥、ロールプレスおよび規格に合わせて切断することによって形成できる。
【００２１】
このように構成された電極の中で相対的に内部に位置する電極、たとえば正極２２は、電極群２８の最も内側に基材２２ａの先端部だけを巻き取った電極巻芯部２２０を形成し、前記基材２２ａの巻取り開始部から一巻以内の領域に電極タップ４４を付着し、その電極タップ４４の端部を、キャップアセンブリ３２を構成する固定プレート３８に連結して構成する。前記電極巻芯部２２０は、最小１．５巻から最大４巻以下で巻取り形成する。
【００２２】
また本発明においては、前記電極タップ４４に対して、９０〜２７０゜の範囲に該当する領域に正極および負極のうちで他方の電極は、たとえば負極２４の巻取り開始部として基材２４ａを配置し、その巻取開始部の後方から活物質２４ｂを塗布形成して構成する。
【００２３】
これによって本発明の密閉電池では、正極２２の連結端子である電極タップ４４と負極２４の基材２４ａとを最小限９０゜以上離して設置することができ、その結果、多孔性セパレータ２６がシャットダウン温度を越えて収縮するとき、電極タップ４４と負極２４の基材２４ａとのショート可能性を小さくする。このとき、前記電極タップ４４と最も近い距離に位置する負極２４は、活物質２４ｂが塗布された領域である。
【００２４】
また、本発明の密閉電池は、正極の基材２２ａの巻芯部２２０を最小１．５巻以上巻き取ることによって、一巻以内に付着する電極タップ４４の隣接位置に同じ電極の基材２２ａが位置することにより、ショートの危険性を最小化することができる。
【００２５】
さらに電極群の最も内側に位置する正極の基材２２ａの巻芯部２２０は、マンドレルとしての役割をし、金属材料でできているため、熱伝導および発散の効率が高く中心部の温度上昇を抑制することができる。
【００２６】
一方、電極群２８中で相対的に外部に配置されるもう一方の電極、つまり負極２４は、電極群２８の最も外側に少なくとも０．５巻以上基材２４ａを巻き取り、円筒形カン２０と直接に接触することにより、電気的な外部連結回路を構成する。
【００２７】
第２の実施の形態
図３は、本発明の第２の実施の形態に関するもので、図１の密閉電池を横方向に切開した内部構造を示している。
【００２８】
本実施の形態にかかわる密閉電池は、第１の実施の形態にかかわる密閉電池と同一の構成になっている。ただし、実施の形態においては、螺旋形電極群２８の最も内側に多孔性セパレータ２６だけを少なくとも２〜４巻、先端部を巻き取りしたセパレータ巻芯部２６０を形成している。
【００２９】
このように構成されたセパレータ巻芯部２６０は、マンドレルの役割をし、電極群２８を支持する。また電池が誤用、またはその他の原因によって安全温度を超えて急激に昇温したとき、シャットダウン特性によって収縮しながら内部熱を消耗することによって、電池の急激な昇温を抑制する。したがって本実施の形態によると、電極群２８の中心部温度が最も高くなる現象により発生する従来技術の問題を解消することができる。
【００３０】
さらに前記セパレータ巻芯部２６０は、内部温度が最も高い中心部で重なり合い固まって、硬いマンドレルを構成しながら収縮することによって、セパレータ全体の収縮率を緩和することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上、説明したとおり、本発明の密閉電池は、螺旋形電極群の巻取り中心部から発生する熱を消耗および発散して、多孔性セパレータの収縮時、電極タップとのショートの危険性がある負極の基材を遠く離して配置することによって、過熱およびショートの危険性の問題を解決する。
【００３２】
したがって、本発明の密閉電池は、内部発熱およびそれによるショートに対して安全性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の密閉電池の一実施の形態の断面図である。
【図２】図１の横断面図である。
【図３】本発明の密閉電池の他の実施の形態の断面図である。
【図４】従来の密閉電池の断面図である。
【図５】図４の横断面図である。
【符号の説明】
２０    円筒形カン
２２    正極
２２ａ  基材
２２ｂ  活物質
２４    負極
２４ａ  基材
２８    電極群
３０    ガスケット
３２    キャップアセンブリ
３４    可変プレート
３６    固定プレート
４４    電極タップ
２２０    巻芯部
２６０    セパレータ巻芯部
【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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