(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体の両面に活物質層を設けた、各１枚のシート状の正極、負極の両電極がセパレータを介して巻回され、横断面形状が長円形である極板群、この極板群を収容し、断面が略長方形である電池ケースを具備してなり、前記極板群の中心部分、及び前記電池ケースの四隅と前記極板群との間に空間を有する薄型非水電解液電池であって、
前記電池の２０℃における放電容量を縦軸、放電電流を横軸にとって放電レート特性をプロットしたグラフにおいて、前記プロットから得られる曲線を延長して縦軸に交わる点から読み取れる最大放電容量がＸ（ｍＡｈ）である場合に、
放電電流が０．２Ｘ（ｍＡ）であるときの放電容量Ｃ１と、放電電流がＸ（ｍＡ）であるときの放電容量Ｃ２の割合（Ｃ２÷Ｃ１）が９２．２％以上である薄型非水電解液電池。
【請求項２】
極板群は、平板を巻芯としてシート状の正極、負極を巻回し、巻回後に巻芯を取り外すことで巻中心部分の空間を形成する請求項１記載の薄型非水電解液電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高負荷特性の求められる薄型非水電解液電池に関し、特に極板群構成の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話、カムコーダ等のコードレス情報・通信機器の目覚ましいポータブル化、インテリジェンス化に伴い、その駆動用電源として、小形軽量で、高エネルギー密度の電池が求められており、なかでも、非水電解液電池、特にリチウム二次電池は次世代電池の主力として大いに期待され、その潜在的な市場規模も非常に大きい。また、その形状としては機器の薄型化、スペースの有効利用の観点から薄型の密閉電池に要望が集まりつつある。薄型の密閉電池としては、これまでニッケル・カドミウム蓄電池や鉛蓄電池、最近ではニッケル・水素蓄電池が開発され実用化されている。これらの電池系では高濃度のアルカリや酸の水溶液が電解液として用いられており、極板群は短冊状の極板をセパレータを介し正負極交互に重ね合わせて構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リチウム電池に代表されるような有機電解液を主成分とする非水電解液を利用した電池では電解液の電導度が低いため、上記電池系と同程度の厚さを有した極板により極板群を構成すると十分な高負荷特性が得らず、また、二次電池の場合、急速充電できないという課題がある。これらの課題を解決するために極板を薄くして枚数を増やし有効反応面積を大きくして電流密度を下げることが考えられるが、多枚数のシート状極板は取扱い難く、極板群の構成が極めて困難である。本発明は上記従来の方法による課題を解決するもので、高負荷特性に優れた薄型非水電解液電池、急速充電特性に優れた薄型非水電解液二次電池を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、集電体の両面に活物質層を設けた、各１枚のシート状の正極、負極の両電極がセパレータを介して巻回され、横断面形状が長円形である極板群、この極板群を収容し、断面が略長方形である電池ケースを具備してなり、前記極板群の中心部分、及び前記電池ケースの四隅と前記極板群との間に空間を有する薄型非水電解液電池に関する。また、前記極板群は、平板を巻芯としてシート状の正極、負極を巻回し、巻回後に巻芯を取り外すことで巻中心部分の空間を形成するのが好ましく、さらにセパレータの巻終端を粘着テープで固定した後、巻芯を取り外すのが有効である。さらにまた前記極板群は、下部絶縁板が予め内底面に配置された電池ケースに収容するのが有効である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上述のような従来技術における問題点に鑑み、短冊状の正負極板がセパレータを介して交互に積層された極板群を用いるのではなく、シート状の正負極板のそれぞれを１枚づつセパレータを介して重ね合わせ、これを平板を巻芯として巻回した極板群を用いることで、高負荷特性に優れた薄型非水電解液電池を提供できることを見出した。すなわち、従来技術においては、薄型の電池ケースにおける極板群の体積効率を優先して短冊状の極板がセパレータを介して積層された極板群を用いる構成が提案されている。これに対して、本発明者らは、極板群の構成について鋭意検討を重ねてきた結果、シート状の正負極板を長円形に巻回した極板群を用いることで、高率放電に優れるという効果を奏し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。極板群は、シート状の各極板がセパレータを介して重ね合わせ、平板を巻芯として巻回される。さらに極板が長円形に巻回された後、平板は極板群から取り外される。このため、極板群の中心部には、空間部が生じてしまう。また、長円形に巻回された極板群は、断面が長方形状の電池ケースに収納される。このため、電池ケースの４隅と極板群との間には、必然的に空間部が生じてしまう。これらの空間部は、起電反応に寄与しないことから、長方形状の電池ケースに短冊状の極板を収容した従来の薄型電池に比べ、電池容量の面で劣ることは明らかである。然し乍、本発明に係る極板群は、極板面積の大きいシート状の極板を用いており、高負荷特性に優れた薄型非水電解液電池、急速充電特性に優れた薄型非水電解液二次電池を得ることができる。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について、図を参照しながら説明する。図１に本発明の薄型リチウム二次電池の横断面図を示す。図中１は正極板であって、炭酸リチウム（ＬｉＣＯ3）と四酸化三コバルト（Ｃｏ3Ｏ4）を混合して空気中において９００℃で焼成したコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）を活物質とし、これに導電剤としてアセチレンブラックを３重量％混合した後、結着剤としてポリ四フッ化エチレン樹脂の水性ディスパージョンを７重量％練合しペースト状とした合剤を、アルミニウム箔からなる芯材の両面に塗着、乾燥し、圧延したものである。またその合剤の一部を剥離し、正極リード板４をスポット溶接している。この正極板１の寸法は、幅３４ｍｍ、長さ９５ｍｍ、厚さは０．１７０ｍｍである。また負極板２は、メソフェーズピッチをアルゴン雰囲気下において２８００℃で熱処理した球状黒鉛を活物質とし、結着剤としてポリ四フッ化エチレン樹脂の水性ディスパージョンを５重量％練合しペースト状とした合剤を、銅箔からなる芯材の両面に塗着、乾燥し、圧延したものである。またその端部に負極リード板５をスポット溶接している。この負極板２の寸法は、幅３６ｍｍ、長さ１３２ｍｍ、厚さは０．２０５ｍｍである。ここで、物性、構造の異なる種々の炭素材について予備検討を進めたところ、粉末Ｘ線回折法による格子面間隔（ｄ002 ）が０．３４２ｎｍ以下の炭素材が高容量であり、可逆性にも優れることがわかった。ちなみに、メソフェーズピッチをアルゴン雰囲気下において２８００℃で熱処理した球状黒鉛は、粉末Ｘ線回折法による格子面間隔（ｄ002 ）が０．３４２ｎｍ以下である。セパレータ３はポリプロピレンからなる多孔性フィルムを、正極板１および負極板２よりも幅広く裁断して用いた。これらの正負極板１，２とセパレータ３を図２に示したように平板を巻芯７として巻回し、セパレータ３の終端をポリプロピレン製の粘着テープで固定した後、この平板巻芯７を抜き取り、横断面形状が長円形の極板群を構成した。次に、図示していないが、下部絶縁板を電池ケース６に挿入した後、前記極板群を収容し、さらに上部絶縁リングを挿入した。電池ケース６の上部に溝入れした後、正負極のリード板４，５はそれぞれ、封口板に設けられた互いに絶縁された端子にスポット溶接し、非水電解液を注入した。非水電解液は、エチレンカーボネート（ＥＣ）およびジエチレンカーボネート（ＤＥＣ）を体積比で１：１に混合し、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を１モル／リットル溶解させたものを用いた。然る後、封口して電池を構成した。この電池の寸法は、厚み６ｍｍ、幅１７ｍｍ、高さ４８ｍｍである。以上のようにして構成した薄型密閉式のリチウム二次電池の充放電レート特性を評価した。また比較例として正極、負極とも上記実施例と同一組成の合剤を、正極はアルミニウムのエキスパンドメタル、負極は銅のエキスパンドメタルを芯材としてそれぞれの両面に塗着、乾燥、圧延し、短冊状に裁断した後、一部を合剤剥離してリード板をスポット溶接した極板を用い、正極４枚、負極５枚を重ね合わせることによって極板群を構成した電池を同時に構成し、評価した。比較例では取り扱いの関係上、正極厚みは０．４０ｍｍ、負極厚みは０．５０ｍｍとなってい��。この比較例の横断面図を図３に示す。図４に２０℃における放電容量のレート特性を示す（充電は２０℃、定電流０．１ＣｍＡで実施  終止電圧は２．５Ｖ）。図４より明らかなように低負荷の放電では実施例よりも比較例のほうがやや活物質の充填量が多いため、放電容量が大きいが７０ｍＡ以上のレートでの放電では逆転し、駆動用の電源としては実施例のほうがはるかに優れている。一方図５に２０℃における充電容量のレート特性を示す（終止電圧は４．１Ｖ）。図５より明らかなように充電においても低レートの充電では実施例よりも比較例のほうがやや活物質の充填量が多いため、充電量が大きいが、０．２ＣｍＡ以上のレートでの充電では逆転し、最近急速充電モードとしてよく採用されている１ＣｍＡの充電では実施例のほうがはるかに優れている。これらの結果は両者の極板面積の違いによるものと考えられる。すなわち実施例はその極板面積が比較例の約２倍となっており、同じ電流で充放電してもその電流密度は半分であるため、充放電が充分可能であるものと考えられる。以上のようにシート状の正極、負極がセパレータを介し、平板を巻芯として巻回されることにより極板群を構成する構造を採用すれば、高負荷特性に優れた薄型非水電解液電池、急速充電特性に優れた薄型非水電解液二次電池を得ることができる。尚、本実施例ではリチウムイオンのインターカレーション／デインターカレーションを利用したリチウム二次電池について説明したが、ナトリウム、カルシウム等、他のアルカリ金属、アルカリ土類金属のイオンを利用した非水電解液二次電池、リチウム、ナトリウム、カルシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属を負極とする非水電解液二次電、一次電池でも有効である。
【０００７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、集電体の両面に活物質層を設けた、各１枚のシート状の正極、負極の両電極がセパレータを介して巻回され、横断面形状が長円形である極板群、この極板群を収容し、断面が略長方形である電池ケースを具備してなり、前記極板群の中心部分、及び前記電池ケースの四隅と前記極板群との間に空間を有する構成とすることにより、高負荷性に優れた薄型非水電解液電池、急速充電特性に優れた薄型非水電解液二次電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の薄型非水電解液電池の構成を示す横断面図
（ｂ）同上の極板群拡大図
【図２】本発明の薄型非水電解液電池に収容する極板群の構成方法を示す概略図
【図３】（ａ）従来技術による比較例の薄型非水電解液電池の構成を示す横断面図
（ｂ）同上の極板群拡大図
【図４】本発明の実施例と比較例の放電レート特性を示す図
【図５】本発明の実施例と比較例の充電レート特性を示す図
【符号の説明】
１  正極板
２  負極板
３  セパレータ
４  正極リード板
５  負極リード板
６  電池ケース
７  平板巻芯
【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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