(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極端子を兼ねる金属製の負極ケースと、正極端子を兼ねる金属製の正極ケースが、絶縁ガスケットを介し嵌合されて封口され、その内部にセパレータを介して負極および正極を複数個積層して形成した電極群と非水電解質を内包し、該電極群の最外側には導電性を有する正極構成材と負極構成材が露出してそれぞれ正極ケースおよび負極ケースに接続し、各電極の端部に通電部が形成されて、正極通電部同士および負極通電部同士で束ねられている扁平形非水電解質二次電池において、
前記電極群の最外側の導電性を有する正極構成材と負極構成材のそれぞれ面積率で１０〜５０％の範囲、及び前記通電部の全面が絶縁テープで被覆されていることを特徴とする扁平形非水電解質二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は扁平形非水電解質二次電池に係り、さらに詳しくは内部ショートを防ぎかつ内部抵抗の上昇を抑えて電池性能を向上させた扁平形非水電解質二次電池に係る。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話やＰＤＡなどの小型情報端末を中心に使用機器の小形化が加速しており、主電源である二次電池についても小形化を図ることが要求されている。
【０００３】
これに対応して、扁平形非水電解質二次電池であって、正負極対向面（正極と負極がセパレータを介して対向している面）が扁平面に垂直な断面において少なくとも３面以上あり、この正負極対向面の総面積が絶縁ガスケットの開口面積より大きいような二次電池が開発されている（特開2001−068160号、特開2001−068143号）。例えば、正極と負極をセパレータを介して積層して正負極対向面を３面以上としたものや、正極と負極をセパレータを介して捲回して正負極対向面を３面以上としたものなどがある。
【０００４】
これらの電池は、電池群の最外側において、導電性の正極構成材および負極構成材がそれぞれ水平方向に露出しており、これらが直接、正極ケースおよび負極ケースに接触し、それによって集電が行われるようになっている。したがって、集電構造としては、円筒形電池のように電極群の中心部からタブ端子を取り出し、これを複雑に曲げ加工して安全素子や封口ピン、電池缶などに溶接する、というような複雑さがなく、作業性がよいという利点がある。
【０００５】
しかしながら、これらの電池は、電極群が捲回方式であっても積層方式であっても、電極群と正負極ケースが非常に近い位置にあるため、電極群のエッジ部が他極の電極ケースの側面に接触するなどして、内部ショートを起こすという問題がある。また、電極群作成時に捲回電極の巻き止めをする必要や、電極群の緩みを防ぐ必要がある。
【０００６】
これらの対策としては電極群の側面に絶縁性のテープを貼り付けることが有効であるが、電極群と電池ケースとの間にテープが入り込むと通電しにくくなり、電池の内部抵抗の増加につながり、電池特性の低下を招く。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような状況に対処してなされたもので、前記した扁平形非水電解質二次電池の改良に係り、電池の内部抵抗の上昇を抑えながら内部ショートの発生を防止することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、負極端子を兼ねる金属製の負極ケースと、正極端子を兼ねる金属製の正極ケースが、絶縁ガスケットを介し嵌合されて封口され、その内部にセパレータを介して負極および正極を複数個積層して形成した電極群と非水電解質を内包し、該電極群の最外側には導電性を有する正極構成材と負極構成材が露出してそれぞれ正極ケースおよび負極ケースに接続し、各電極の端部に通電部が形成されて、正極通電部同士および負極通電部同士で束ねられている扁平形非水電解質二次電池において、前記電極群の最外側の導電性を有する正極構成材と負極構成材のそれぞれ面積率で１０〜５０％の範囲、及び前記通電部の全面が絶縁テープで被覆されていることを特徴とする扁平形非水電解質二次電池に関する。
【０００９】
絶縁テープの材質としては、ガラス質材料やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのフッ素樹脂、ポリイミド、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、アセテート樹脂から選ばれる樹脂が電解液やリチウムイオンに対して安定で好ましく、これらの材料に接着剤や粘着剤を、片面もしくは両面塗布したものを用いるのがよい。
【００１０】
絶縁テープに用いられる接着剤の材質としては、電解液やリチウムイオンに安定な物であれば何れのものでもよく、ゴム系、アクリル系、セルロース系、オレフィン系、フッ素系、シリコン系、サルファイド系、ビニル系などが挙げられ、電池正極作用物質の結着材として用いられているスチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデンなどを用いてもよい。
【００１１】
本発明では上記したように、電極群の最外側の導電性を有する正極構成材と負極構成材が、それぞれ部分的に絶縁テープにより覆われているので、電極群のエッジ部が他極の電極ケースの側面に接触することによる内部ショートの発生を防ぐことができ、また、捲回または積層した電極群の緩みを防ぐという効果もある。なお、絶縁テープによる被覆処理を各最外側電極構成材の面積の１０〜５０％の範囲としたのは、これより多いと内部抵抗が上昇し，これより少ないと絶縁テープの貼り付け強度が低く内部ショート防止効果が充分でないからである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
（実施例１）
図１および図２は本実施例の扁平形非水電解質二次電池を説明するもので、図１は縦断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線より上方を見たときの部分図である。
【００１３】
本実施例１の電池の製造方法を以下に説明する。
まず、ＬｉＣｏＯ2１００質量部に対し導電材としてアセチレンブラック５質量部と黒鉛粉末５質量部を加え、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを５質量部加え、Ｎ−メチルピロリドンで希釈，混合し、スラリー状の正極合剤を得た。次にこの正極合剤を、正極集電体である厚さ０．０２ｍｍのアルミ箔の片面にドクターブレード法により塗工した後乾燥し、アルミ箔表面に正極作用物質含有層を形成した。以後、正極作用物質含有層の塗膜厚さが両面で０．１５ｍｍとなるまで塗工，乾燥を繰り返し、両面塗工した正極板２を作製した。
【００１４】
次に黒鉛化メソフェーズピッチ炭素繊維粉末１００質量部に結着剤としてスチレンブタジエンゴムとカルボキシメチルセルロースをそれぞれ２．５質量部を添加し、イオン交換水で希釈，混合し、スラリー状の負極合剤を得た。得られた負極合剤を負極集電体である厚さ０．０２ｍｍの銅箔に作用物質含有層の厚さが０．１５ｍｍとなるように正極の場合と同様に塗工，乾燥を繰り返し実施し、両面塗工した負極板４を作製した。
【００１５】
上記正・負極板は直径１２．５ｍｍの円型であるが、図２に示されるようにその周辺部に幅２ｍｍの延伸部があって、これが正極通電部２ａおよび負極通電部４ａを形成している。これらの正負極板を、セパレータ３を介して交互に複数枚積層し、正負極板の各周辺部に形成された通電部を抵抗溶接により溶接して束ね、電極群を形成した。
【００１６】
つぎに、絶縁テープ７を、図１，２に示すように上記電極群の通電部を含む部分に貼り付けた。貼り付け方は、絶縁テープで電極群の正極の最外面に、最外面面積に対して５％貼り、さらに電極群の側面を貼り付けながら負極の最外面に最外面面積に対して５％貼り付けた。同様にもう一方の絶縁テープを電極の対称側面に貼りつけた。すなわち、正・負極の最外面にはそれぞれ１０％に相当する面積に絶縁テープが貼られたことになる。
【００１７】
このようにして製作した積層電極群を用いて、図１に示すような扁平形非水電解質二次電池を以下のように作製した。なお、上記積層電極群の最外側電極は、電極集電体の片面にのみ作用物質を塗布した電極をそれぞれ用いており、作用物質の塗布していない側が各電極ケースに接触している。したがって、作用物質の塗布していない集電体表面のうち、テープが貼られていない部分、この実施例の場合には全表面の９０％の部分が電極ケースに接触していることになる。
【００１８】
作製した電極群を８５℃で１２時間乾燥した後、絶縁ガスケット６を一体化した負極金属ケース５の内底面に電極群の片面塗工負極板の未塗工側が金属ネットに接するように配置し、エチレンカーボネートとγ−ブチロラクトンを体積比１：１の割合で混合した溶媒に支持塩としてＬｉＢＦ4を１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解せしめた非水電解質を注液し、さらに電極群の片面塗工正極板の未塗工側に接するようにステンレス製の正極ケース１を嵌合し、上下反転後、正極ケースに加締め加工を実施し、封口し、厚さ３ｍｍ、直径２４．５ｍｍの実施例１の扁平形非水電解質二次電池を製作した。
【００１９】
（実施例２）
実施例１と同様にして、但し絶縁テープの貼り付け面積を正極の外表面面積に対して左右１５％づつ、負極の外表面面積に対して左右１５％づつとし、正極、負極のそれぞれについて全表面積の３０％を絶縁テープで貼り付けた。それ以外は実施例１と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【００２０】
（実施例３）
実施例１と同様にして、但し絶縁テープの貼り付け面積を正極の外表面面積に対して左右２５％づつ、負極の外表面面積に対して左右２５％づつとし、正極、負極のそれぞれについて全表面積の５０％を絶縁テープで貼り付けた。それ以外は実施例１と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【００２１】
（比較例１）
実施例１と同様にして、但し絶縁テープの貼り付け面積を正極の外表面面積に対して左右２．５％づつ、負極の外表面面積に対して左右２．５％づつとし、正極、負極のそれぞれについて全表面積の５％を絶縁テープで貼り付けた。それ以外は実施例１と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【００２２】
（比較例２）
実施例１と同様にして、但し絶縁テープの貼り付け面積を正極の外表面面積に対して左右３０％づつ、負極の外表面面積に対して左右３０％づつとし、正極、負極のそれぞれについて全表面積の６０％を絶縁テープで貼り付けた。それ以外は実施例１と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
【００２３】
以上のとおり作製した実施例及び比較例の電池各５０個について、４．２Ｖ，３ｍＡの定電流定電圧で４８時間初充電を実施し、２０℃の雰囲気下で３０ｍＡの定電流にて放電を行い、閉路電圧が３．０Ｖになるまでの放電容量を測定した。この後、４．２Ｖ，３０ｍＡの定電流定電圧で３時間充電を行い、これを１サイクルとして１００回サイクルを繰り返した。初期放電容量に対する１００サイクル目の放電容量の維持率を表１に示す。
【００２４】
また、２０℃の雰囲気下で１８０ｍＡの定電流にて重負荷放電を行い、閉路電圧が３．０Ｖになるまでの放電容量を測定した。前述の３０ｍＡでの放電容量に対する１８０ｍＡでの放電容量の利用率を表１に示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
比較例１のように、電極最外面に貼られたテープの割合（％）が小さいものは、内部抵抗は小さくなるが、テープの貼り付け強度が低いので、充放電時の電極の膨張に伴ってテープが剥がれやすくなり、サイクル特性が劣化する。また、比較例２のように電極最外面に貼られたテープの割合（％）が大きいものは、サイクル試験時の不具合は起こらなくなるが、電池ケースと電極との接触が悪くなって内部抵抗が上昇し、作動電圧が低下して重負荷特性が低下する。実施例１〜３の電池においては、サイクル試験、重負荷特性のいずれについても不具合が起こらない。
【００２７】
なお、本発明の実施例は、非水電解質に非水溶媒を用いた扁平形非水溶媒二次電池を用いて説明したが、非水電解質にポリマー電解質を用いたポリマー二次電池や固体電解質を用いた固体電解質二次電池についても当然、適用可能であり、樹脂製セパレータの代りにポリマー薄膜や固体電解質膜を用いることも可能である。また、電池形状については正極ケースの加締め加工により封口するコイン形非水電解質をもとに説明したが、正負極電極を入れ替え、負極ケースの加締め加工により封口することも可能である。さらに、電池形状についても真円である必要はなく、小判形などの特殊形状を有する扁平形非水電解質二次電池においても適用可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、扁平形非水電解質二次電池において、内部抵抗の上昇を抑えながら内部ショートの発生を防止し、電池性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である扁平形非水電解質二次電池の縦断面図。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線より上方を見たときの図。
【符号の説明】
１…正極ケース、２…正極板、２ａ…正極通電部、３…セパレータ、４…負極板、４ａ…負極通電部、５…負極ケース、６…絶縁ガスケット、７…絶縁テープ。
【図１】
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【図２】
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