JP2003297432A

JP2003297432A - 非水電解質二次電池

Info

Publication number: JP2003297432A
Application number: JP2002102982A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Hosoda; 健一郎細田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-04-04
Filing date: 2002-04-04
Publication date: 2003-10-17

Abstract

(57)【要約】【課題】電極がセパレータを突き破って隣り合う電極
に接触するようになった場合にも同じ極同士が接触され
るようにして、内部短絡の発生を防止又は効果的に抑制
できるようにする。【解決手段】帯状をなす集電体６ａ，７ａの両面に合
剤層６ｂ，６ｃ又は７ｂ，７ｃが形成されてなる帯状の
正極６又は負極７間にセパレータ８又は９を介在させて
渦巻き状に巻回される巻回電極体３と、巻回電極体３が
収納される電池缶２と、を備えた非水電解質二次電池に
関する。正極６及び負極７には、集電体６ａ，７ａの巻
回方向の外周側端部において端部から一周以上の範囲に
合剤層が両面とも形成されない集電体露出部１０，１１
を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、帯状の正極と帯状
の負極とをセパレータを介して渦巻き状に巻回すること
により形成される巻回電極体を電池缶に収納してなる非
水電解質二次電池に関し、特に、電極の巻回方向の端部
において当該端部から一周以上の範囲に渡り合剤層が形
成されない領域を設けることにより電池容量の増加を図
ることができる非水電解質二次電池に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の、この種の非水電解質二次電池
は、渦巻き状に巻回される巻回電極体と、この巻回電極
体が収納される電池缶と、この電池缶の開口部を閉じる
端子板等を備えている。巻回電極体は、帯状に形成され
た正極及び負極と、同じく帯状に形成されたセパレータ
とを有し、これらが負極、セパレータ、正極及びセパレ
ータの順に積層されている。このように４層に重ね合わ
される積層体を適宜巻数巻回することにより、全体とし
て渦巻き状に巻回された巻回電極体が構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の非水電解質二次電池においては、集電体の巻
回方向の外周側端部の近傍まで合剤層が形成されていた
ため、例えば、電池缶が押し潰される等の異常事態が発
生したときに、負極の外周側端部がセパレータを突き破
ると、その先端部が隣り合う正極の合剤層に接触され
る。その結果、負極と正極が互いに導通されて内部短絡
（ショート）が発生するという課題があった。

【０００４】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたものであり、電極の巻回方向の端部において当
該端部から一周以上の範囲に渡り合剤層が形成されない
集電体露出部を設けることにより、電極がセパレータを
突き破って隣り合う電極に接触するようになった場合に
も同じ極同士が接触されるようにして、内部短絡の発生
を防止又は効果的に抑制することができる非水電解質二
次電池を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述したような課題等を
解決し、上記目的を達成するために、本出願の請求項１
記載の非水電解質二次電池は、帯状をなす集電体の両面
に合剤層が形成されてなる帯状の電極間にセパレータを
介在させて渦巻き状に巻回される巻回電極体と、巻回電
極体が収納される電池缶と、を備えた非水電解質二次電
池において、電極には、集電体の巻回方向の外周側端部
において端部から一周以上の範囲に合剤層が両面とも形
成されない集電体露出部を設けたことを特徴としてい
る。

【０００６】本出願の請求項２記載の非水電解質二次電
池は、電極は、正極集電体に正極合剤層が形成されてな
る正極と、負極集電体に負極合剤層が形成されると共に
セパレータを介して正極に積層される負極とからなり、
負極は正極の外側に配置されると共に負極集電体の先端
部を正極集電体の先端部よりも前に出すようにしたこと
を特徴としている。

【０００７】本出願の請求項３記載の非水電解質二次電
池は、集電体露出部の長さは、巻回電極体の外径をｄと
するときに、πｄ以上であることを特徴としている。

【０００８】本出願の請求項４記載の非水電解質二次電
池は、巻回集電体の巻回中心部には、中空円筒状に形成
されたセンタピンを挿入したことを特徴としている。

【０００９】本出願の請求項５記載の非水電解質二次電
池は、巻回電極体の外径と電池缶の内径とセンタピンの
外径との比を０．９７：１：０．２〜０．９６：１：
０．１７とすると共に、巻回電極体の内径とセンタピン
の外径との比を１：０．９５〜１：０．７９としたこと
を特徴としている。

【００１０】本出願の請求項６記載の非水電解質二次電
池は、正極の電極密度を３．４０〜３．６０ｇ／ｃｍ³
とすると共に、負極の電極密度を１．５５〜１．８０ｇ
／ｃｍ³としたことを特徴としている。

【００１１】上述のように構成したことにより、本出願
の請求項１記載の非水電解質二次電池では、電池が押圧
されて変形を生じることにより最外周に位置する電極の
集電体先端部がセパレータを突き破って内側に位置する
電極の集電体に接触したときにも、同じ極の集電体同士
が接触することになるため、内部短絡を生ずることがな
く、内部短絡による不良の発生を防ぐことができる。

【００１２】本出願の請求項２記載の非水電解質二次電
池では、電池が押圧されて変形を生じることにより最外
周に位置する負極の負極集電体先端部がセパレータを突
き破って内側に位置する負極集電体に接触したときに
も、同じ負極の集電体同士が接触することになるため、
内部短絡を生ずることがなく、内部短絡による不良の発
生を防ぐことができる。また、外側から２番目に位置す
る正極の集電体先端部がセパレータを突き破って内側に
位置する負極集電体に接触した場合には、合剤層と離れ
た場所で短絡が生ずるため、その短絡によって発生した
熱の拡散を促進させることができ、合剤層における短絡
の場合に比べて短絡による影響を少ないものにすること
ができる。

【００１３】本出願の請求項３記載の非水電解質二次電
池では、集電体露出部の長さを巻回電極体の直径ｄのπ
倍の長さとすることにより、集電体の外周側端部を一周
以上に渡って露出させることができ、電池が押圧されて
変形を生じることにより最外周に位置する電極の集電体
先端部がセパレータを突き破って内側に位置する電極の
集電体に接触したときにも、同じ極の集電体同士が接触
することになるため、内部短絡を生ずることがなく、内
部短絡による不良の発生を防ぐことができる。

【００１４】本出願の請求項４記載の非水電解質二次電
池では、電池が押圧されて変形を生じる場合にも、巻回
電極体の変形をセンタピンによって防止又は抑制するこ
とができ、巻回電極体が外側方向だけに膨れていくよう
に方向付けることができる。

【００１５】本出願の請求項５記載の非水電解質二次電
池では、巻回電極体と電池缶とセンタピンとの寸法関係
を上述のような範囲に設定することにより、電池容量が
減少することなく、電池内部に発生するガスの流通性を
確保することができる。

【００１６】本出願の請求項６記載の非水電解質二次電
池では、正極合剤の正極活物質及び負極合剤の負極活物
質の電極密度を上述のような範囲に設定することによ
り、電池容量を増加させて、電力量の向上を図ることが
できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１乃至図４は本発明の実施
の例を示すものである。即ち、図１は本発明の非水電解
質二次電池の一実施例を示す縦断面図、図２は本発明の
非水電解質二次電池に係る巻回電極体を示す斜視図、図
３は同じく巻回電極体を横方向に断面した説明図、図４
は電池缶と巻回電極体とセンタピンとの寸法関係を説明
するための説明図である。

【００１８】本発明の非水電解質二次電池としては、例
えば、リチウムイオン二次電池を挙げることができ、そ
のリチウムイオン二次電池の中央部を縦方向に断面した
ものが図１である。図１に示すように、リチウムイオン
二次電池１は、円筒状の電池缶２と、この電池缶２内に
収納される巻回電極体３と、電池内部の異常な圧力上昇
や過大な充電を防止する安全弁装置４と、電池缶２の開
口部を閉じる端子板５等によって構成されている。

【００１９】電池缶２は、例えば、鉄Ｆｅ等の導電性を
有する金属によって中空で有底の円筒体として形成され
ている。この電池缶２の底には、中央部を若干外側へ円
形に膨出させることによって端子部２ａが設けられてい
る。この電池缶２の内面は、例えば、ニッケルめっきを
施したり導電性塗料を塗布する等して、電池缶２の導電
性を高める構成とすることが好ましい。また、電池缶２
の外周面は、例えば、プラスチックシートや紙等によっ
て形成される外装ラベルで覆われたり、絶縁性塗料が塗
布されて保護される。

【００２０】この電池缶２内に収納される巻回電極体３
は、図１〜図３に示すような構成を有している。即ち、
巻回電極体３は、帯状に形成された正極６及び負極７
と、同じく帯状に形成された２つのセパレータ８及び９
とを備えている。正極６と負極７との間に一方のセパレ
ータ８を介在させると共に、正極６の一方のセパレータ
８と反対側に他方のセパレータ９が配置される。このよ
うに４層に重ね合わされた積層体を、正極６を内側にし
て巻回することにより、渦巻き状に巻回された巻回電極
体３が構成されている。

【００２１】正極６は、帯状に形成される正極集電体６
ａと、この正極集電体６ａの両面に塗布される正極合剤
層６ｂ，６ｃとから構成されている。正極集電体６ａと
しては、例えば、厚さ２０μｍのアルミニウム箔を適用
することができる。この正極集電体６ａの両面に、正極
合剤スラリーを均一に塗布することによって正極合剤層
６ｂ，６ｃが形成される。この際、正極集電体６ａの長
手方向の一端（巻き終り側）には、一定の範囲に渡って
正極合剤スラリーが塗布されないようにして集電体露出
部１０を形成する。

【００２２】正極合剤の正極活物質としては、次のよう
なものを用いることができる。例えば、アルカリ金属を
含有する遷移金属とのカルコゲン化合物、特に、アルカ
リ金属と遷移金属との酸化物を用いることができる。ま
た、化合物の結晶構造としては、層状化合物やスピネル
型化合物がよく用いられる。層状化合物には、一般式と
してＬｉＭＯ₂で表される化合物を用いることができ
る。ここで、Ｌｉはリチウムであり、Ｏ₂は酸素であ
る。

【００２３】また、Ｍとしては、具体的には、鉄（Ｆ
ｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン
（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム
（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇ
ａ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔ
ｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、及
びストロンチウム（Ｓｒ）等を挙げることができる。そ
して、これらの群のうちの１種又は２種以上を含有する
ようにする。

【００２４】このような正極活物質を用いて正極合剤ス
ラリーを作製する。この正極合剤スラリーは、例えば、
粉末ＬｉＣｏＯ₂を８６重量％、導電剤としてグラファ
イトを１０重量％、結着剤としてポリフッ化ビニリデン
４重量％を混合して正極合剤を調整し、これをＮ−メチ
ル−２−ピロリドンに分散させることによって作製する
ことができる。

【００２５】この正極合剤スラリーを正極集電体６ａの
両面に、電極巻き終り部（巻回方向の外周側端部）にお
いて正極集電体露出部１０が形成されるようにして均一
に塗布する。正極集電体露出部１０は、巻回電極体３の
外径（外周面の直径）をｄとするときに、π（円周率）
×ｄ以上、即ち一周回以上の長さとなるようにする。こ
のように正極合剤スラリーを正極集電体６ａの両面に塗
布した後、両面の正極合剤スラリーを乾燥させる。その
後、ローラプレス機にかけて圧縮成形を行うことによ
り、帯状をなす正極６が形成される。

【００２６】負極７は、同じく帯状に形成される負極集
電体７ａと、この負極集電体７ａの両面に塗布される負
極合剤層７ｂ，７ｃとから構成されている。負極集電体
７ａとしては、例えば、厚さ１０μｍの銅箔を適用する
ことができる。この負極集電体７ａの両面に、負極合剤
スラリーを均一に塗布することによって負極合剤層７
ｂ，７ｃが形成される。この際、負極集電体７ａの長手
方向の一端（巻回方向の外周側端部）には、一定の範囲
に渡って負極合剤スラリーが塗布されないようにして負
極集電体露出部１１を形成する。

【００２７】負極合剤の負極活物質としては、例えば、
リチウムをドープ（吸蔵）し且つ脱ドープ（離脱）し得
る合金若しくは化合化可能な材料又は炭素質材料から選
ばれる１種以上の負極材料を用いることができる。この
リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料としては、例え
ば、リチウムと合金或いは化合物を形成可能な金属或い
は半導体、又はこれらの合金或いは化合物を挙げること
ができる。

【００２８】これら金属、合金或いは化合物は、例え
ば、化学式ＤｓＥｔＬｉｕで表されるものである。この
化学式において、Ｄはリチウムと合金或いは化合物を形
成可能な金属元素及び半導体元素のうちの少なくとも１
種を表す。また、Ｅはリチウム及びＤ以外の金属元素及
び半導体元素のうちの少なくとも１種を表す。更に、
Ｓ、ｔ及びｕの値は、それぞれｓ＞０、ｔ≧０、ｕ≧０
である。

【００２９】中でも、リチウムと合金或いは化合物を形
成可能な金属元素或いは半導体元素としては、４Ｂ族の
金属元素或いは半導体元素が好ましく、特に好ましいの
はケイ素或いはスズであり、最も好ましいのはケイ素で
ある。更に、これらの合金或いは化合物も好ましく、具
体的には、ＳｉＢ₄、ＳｉＢ₆、Ｍｇ₂Ｓｉ、Ｍｇ₂Ｓ
ｎ、Ｎｉ₂Ｓｉ、ＴｉＳｉ₂、ＭｏＳｉ₂、ＣｏＳ
ｉ₂、ＮｉＳｉ₂、ＣａＳｉ₂、ＣｒＳｉ₂、Ｃｕ₅Ｓ
ｉ、ＦｅＳｉ₂、ＭｎＳｉ₂、ＮｂＳｉ₂、ＴａＳ
ｉ₂、ＶＳｉ₂、ＷＳｉ₂或いはＺｎＳｉ₂等を挙げる
ことができる。

【００３０】また、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材
料の他の例としては、炭素材料、金属酸化物或いは高分
子材料等を挙げることもできる。炭素材料としては、例
えば、難黒鉛化性炭素、人造黒鉛、コークス類、グラフ
ァイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、
炭素繊維、活性炭或いはカーボンブラック類等が挙げら
れる。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニ
ードルコークス或いは石油コークス等がある。また、有
機高分子化合物焼成体とは、フェノール類やフラン類等
の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものを
いう。更に、金属酸化物としては、酸化鉄、酸化ルテニ
ウム、酸化モリブデン或いは酸化スズ等が挙げられる。
また、高分子材料としては、ポリアセチレン或いはポリ
ピロール等を挙げることができる。

【００３１】非水電解質としては、非水溶媒や固体電解
質や高分子電解質や高分子化合物に電解質を混合又は溶
解させた液体状、固体状又はゲル状電解質等を用いるこ
とができる。ここで、非水溶媒としては、例えば、エチ
レンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−バレ
ロラクトン、ビニレンカーボネート等の環状エステル化
合物や、ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−
メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキサン等のエ
ーテル化合物や、酢酸メチル、プロピレン酸メチル等の
鎖状エステル化合物や、ジメチルカーボネート、ジエチ
ルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カ
ーボネート、或いは、２，４−ジフルオロアニソール、
２，６−ジフルオロアニソール、４−プロモベラトロー
ル等を単独若しくは２種類以上の混合溶媒として使用す
ることができる。

【００３２】また、ゲル状電解質に用いられる高分子材
料としては、例えば、ポリアクリロニトリル及びポリア
クリロニトリルの共重合体を使用することができる。共
重合モノマー（ビニル径モノマー）としては、例えば、
酢酸ビニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチ
ル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、イタコン
酸、水素化メチルアクリレート、水素化エチルアクリレ
ート、アクリルアミド、塩化ビニル、フッ化ビニリデ
ン、塩化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオ
ロプロピレンの共重合体、ポリ四フッ化エチレン等を挙
げることができる。更に、アクリロニトリルブタジエン
ゴム、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、アク
リロニトリル塩化ポリエチレンプロピレンジエンスチレ
ン樹脂、アクリロニトリル塩化ビニル樹脂、アクリロニ
トリルメタアクリレート樹脂、アクリロニトリルアクリ
レート樹脂等を使用することができる。

【００３３】更に、ゲル状電解質に用いられる高分子材
料としては、ポリフッ化ビニリデン及びポリフッ化ビニ
リデンの共重合体を使用することができる。そして、共
重合モノマーとしては、例えば、ヘキサフルオロプロピ
レンやテトラフルオロエチレン等を挙げることができ
る。尚、ゲル状電解質に用いられる高分子材料として
は、これらを単独又は２種以上混合して使用することが
できる。

【００３４】ゲル状電解質層を形成するには、非水溶媒
として、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカ
ーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネ
ート、γ−ブチルラクトン、γ−バレロラクトン等の環
状エステル化合物や、ジエトキシエタン、テトラヒドロ
フラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオ
キサン等のエーテル化合物や、酢酸メチル、プロピレン
酸メチル等の鎖状エステル化合物や、ジメチルカーボネ
ート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネー
ト等の鎖状カーボネート、或いは２，４−ジフルオロア
ニソール、２，６−ジフルオロアニソール、４−プロモ
ベラトロールル等を単独若しくは２種類以上の混合溶媒
として使用することができる。

【００３５】更に、ゲル状電解質層においては、ゲル状
電解質としてポリフッ化ビニリデンを使用する場合に、
ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリ四フッ化エチレン
等が共重合された多元系高分子からなるゲル状電解質を
用いて形成されていることが好ましい。これにより、よ
り機械的強度の高いゲル状電解質を得ることができる。

【００３６】また、電解質塩としては、例えば、ＬｉＰ
Ｆ₆、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄、Ｌｉ
ＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＣｎＦ_2n+1ＳＯ₂)₂、ＬｉＣ₄
Ｆ₉ＳＯ₃等のリチウム塩を単独若しくは２種類以上混
合して使用することができる。尚、電解質塩の添加量
は、良好なイオン伝導度が得られるようにゲル状電解質
中の非水電解液におけるモル濃度が０．８〜２．０モル
／リットルとなるように調整することが好ましい。

【００３７】このような負極活物質を用いて負極合剤ス
ラリーを作製する。この負極合剤スラリーは、例えば、
黒鉛材料粉末を９０重量％、結着剤としてポリフッ化ビ
ニリデンを１０重量％の割合で混合して負極合剤を調整
し、これをＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させるこ
とによって作製することができる。この負極合剤スラリ
ーを負極集電体７ａの両面に、負極集電体露出部１１が
形成されるようにして均一に塗布する。

【００３８】負極集電体露出部１１は、巻回電極体３の
外径をｄとするときに、π×ｄ以上、即ち一周回以上の
長さとなるようにする。このように負極合剤スラリーを
負極集電体７ａの両面に塗布した後、両面の正極合剤ス
ラリーを乾燥させる。その後、ローラプレス機にかけて
圧縮成形を行うことにより、帯状をなす負極７が形成さ
れる。

【００３９】また、セパレータ８，９としては、例え
ば、微多孔性のポリプロピレンフィルムを用いることが
できる。このセパレータ８，９の厚さは２５μｍ程度で
あり、これらを正極６と負極７との間に介在させる。そ
して、負極７、セパレータ８、正極６及びセパレータ９
の順に積層し、これを一端から他端まで巻回させる。そ
して、粘着テープ等を使用して巻回方向の外周側端部
（巻き終り部）を固定する。これにより、渦巻き状に巻
回してなる巻回電極体３が作製される。

【００４０】上述した正極６の電極密度（正極合剤層６
ｂ，６ｃの正極活物質だけのとき）は、３．４０〜３．
６０ｇ／ｃｍ³とすると良い。また、負極７の電極密度
（負極合剤層７ｂ，７ｃの負極活物質だけのとき）は、
１．５５〜１．８０ｇ／ｃｍ ³とすると良い。このよう
な範囲内の値を正極６及び負極７の電極密度として用い
ることにより、電極体としての信頼性を高め、電力量を
長持ちさせることができる。

【００４１】このような構成を有する巻回電極体３に
は、正極集電体６ａに接続された多数の正極リード１２
と、負極集電体７ａに接続された多数の負極リード１３
とが設けられている。図１に示すように、すべての正極
リード１２は、巻回電極体３の軸方向の一端である上面
側に導出され、また、すべての負極リード１３は、軸方
向の他端である下面側に導出されている。更に、巻回電
極体３の中央部の穴には、パイプ状に形成されたセンタ
ピン１４が挿入されている。そして、巻回電極体３の上
面には上絶縁体１５が配置され、下面には下絶縁体１６
が配置されている。

【００４２】センタピン１４は、電池内部の圧力異常時
に、巻回電極体３の潰れを防止又は抑制して内部ショー
トの発生を防止すると共に、電池缶２の底部に溜まった
ガスを上部の安全弁装置４側に移動させることを主目的
とするものである。更に、巻回電極体３の電極密度を高
めるため、センタピン１４の材質としては、軽くて強度
の大きいもの、例えば、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ
３０４やＳＵＳ４３０）、ニッケル鋼、金属チタンが好
適であるが、これに限定されるものではない。センタピ
ン１４の材質としてＳＵＳ３０４を用いる場合には、セ
ンタピン１４の外径をできるだけ小さくしながら、中央
穴の内径をできるだけ大きくして、この中央穴を通過す
るガスの流量を大きく確保することができる。

【００４３】また、電池缶２の内径をＡ、巻回電極体３
の外径をＢ及び内径をＣとし、センタピン１４の外径を
Ｄとするとき、これらの寸法関係を次のように設定する
と良い。即ち、巻回電極体３の外径Ｂと電池缶２の内径
Ａとセンタピン１４の外径Ｄとの比を、Ｂ：Ａ：Ｄ＝
０．９７：１：０．２〜０．９６：１：０．１７とす
る。また、巻回電極体３の内径Ｃとセンタピン１４の外
径Ｄとの比を、Ｃ：Ｄ＝１：０．９５〜１：０．７９と
する。

【００４４】このような寸法関係とすることにより、巻
回電極体３が温度上昇により膨張して外径が大きくなっ
たときにも、電池缶２の内面に作用する圧力を最小に
し、内部圧力の上昇を最小限に押さえることができる。
そして、センタピン１４の外径Ｄをできるだけ小さくす
ることと相まって正極６及び負極７の各合剤層の長さを
できるだけ長くすることができる。従って、合剤層を可
及的に長くして巻回電極体３全体の容量を増加させるこ
とができる。

【００４５】また、上下の絶縁体１５，１６は、その外
径が巻回電極体３の外径よりも若干小径とされており、
それぞれの中央部には表裏面を貫通するセンタ穴１５
ａ，１６ａが設けられている。そして、上絶縁体１５に
はすべての正極リード１２が貫通されていて、負極リー
ド２３は下絶縁体１６の外側を通して下面に集められて
いる。このような巻回電極体３が上下の絶縁体１５，１
６と共に電池缶２の内部に収納されている。そして、下
絶縁板１６の下方に集められた多数の負極リード１３
が、一まとめにされて端子部２ａの内面に溶接等の固着
手段により固定されて電気的に接続されている。

【００４６】この電池缶２内において、下絶縁板１６の
下方領域は、下絶縁板１６のセンタ穴１６ａ、センタピ
ン１４の中央穴１４ａ及び上絶縁板１５のセンタ穴１５
ａを介して上絶縁板１５の上方領域と連通されている。
上絶縁板１５の上方領域である電池缶２の開口部には、
安全弁装置４と端子板５とが互いに重ね合わされて装着
されている。安全弁装置４及び端子板５は共に円板状に
形成されており、その外周縁がリング状をなすガスケッ
ト１７によって保持され、これらにより電池缶２の開口
部が閉じられている。そして、ガスケット１７を介して
電池缶２の開口部近傍をカシメ、或いはレーザ溶接を施
すことにより、電池缶２の開口部が液密に封口されてい
る。

【００４７】安全弁装置４は、電池内部でガスが異常発
生した時に電池内部のガスを外部へ逃がす機能を有する
開裂弁１８と、過大な充電時に電流を遮断する機能を有
する遮断弁１９とから構成されている。開裂弁１８は、
所定以上の圧力が加えられたときに破断される開裂部を
有し、この開裂部が所定以上の圧力で破断されることに
より、電池内部のガスを外部へ逃がすようにしている。
また、遮断弁１９は、過大な電流が流れたときに、その
電流回路を遮断して電流が流れないようにするもので、
例えば、ＰＴＣ素子等を適用することができる。

【００４８】この安全弁装置４の遮断弁１９に対して、
上絶縁体１５の上方に導出された多数の正極リード１２
が一まとめにされて溶接等の固着手段により固定されて
電気的に接続されている。遮断弁１９の半径方向内側
は、円形とされて下方へ膨出されている。これに対応す
るよう端子板５の半径方向内側は、同じ円形ではある
が、遮断弁１９とは反対の上方へ膨出されている。この
端子板５には、電池内部の異常なガスを外部へ逃がすた
めのガス抜き穴５ａが設けられている。

【００４９】このような構成を有するリチウムイオン二
次電池１は、例えば、次のようにして簡単に製造するこ
とができる。まず、上述したようにして作製した正極６
及び負極７を、セパレータ８，９を介して、負極７、セ
パレータ８、正極６及びセパレータ９の順に積層した
後、これを所定回数巻回し、巻き終り部を粘着テープで
固定する。これにより、渦巻き状に巻回してなる巻回電
極体３が構成される。

【００５０】この巻回電極体３の中央の穴にセンタピン
１４を挿入すると共にその上下に絶縁体１５，１６を配
置して、これを電池缶２の穴内に収納する。次に、多数
の負極リード１３を電池缶２の端子部２ａの内面に溶接
する。また、正極リード１２を安全弁装置４に溶接す
る。次に、電解液を電池缶２内に注入する。この電解液
は、例えば、エチレンカーボネートとメチルエチルカー
ボネートを５：５なる容量比で混合した有機溶媒中に、
電解質塩ＬｉＰＦ６を１モル／リットルの濃度で溶解す
ることによって調製することができる。

【００５１】その後、アスファルトで表面を塗布した封
口用のガスケット１７に安全弁装置４及び端子板５を装
着し、これらで電池缶２の開口部を閉鎖する。次に、電
池缶２の開口部をカシメることにより、ガスケット１７
を介して安全弁装置４と端子板５を固定する。これによ
り、外径が円筒形をなすリチウムイオン二次電池１を製
造することができる。

【００５２】このようなリチウムイオン二次電池１にお
いて、例えば、充電サイクルが進み過ぎて過充電の状態
になると、リチウム金属が負極７の表面に析出し、負極
７が厚くなるため、巻回電極体３の外径が大きくなる。
すると、巻回電極体３の外周面が電池缶２の内面に当た
ることにより、負極７及び正極６の各外周側端部が、そ
れぞれ内側に位置するセパレータ８及び９に圧接され
る。

【００５３】しかしながら、電池缶２と巻回電極体３と
センタピン１４との寸法関係が上述したような範囲内の
値に設定されている場合には、温度上昇によって巻回電
極体３が膨張したときにも、隣り合う部材間に設定され
た隙間によって巻回電極体３の寸法変化を吸収し、巻回
電極体３の寸法変化が内部圧力の上昇に与える影響を最
小限に止めることができる。そのため、電池内部の圧力
上昇を抑制し、液漏れの発生を抑制することができる。

【００５４】また、内部圧力の上昇によって負極集電体
７ａの外周側端部が半径方向内側に位置するセパレータ
８を突き破って内側の電極に接触したときにも、その接
触部は同じ負極の負極集電体７ａであるため、これによ
って内部ショートを生ずることがなく、ショートによる
不良の発生を防止することができる。更に、正極集電体
６ａの外周側端部が半径方向内側に位置するセパレータ
９を突き破って負極集電体７ａに接触し、ショートを生
じて発熱したときにも、その接触部は集電体同士であっ
て、熱を拡散することができるため、合剤層の場合に比
べて温度上昇を少なくすることができる。従って、発熱
や発煙等のように電池全体に影響が及ぶような損傷を最
小限に抑えることができ、安全性に優れた非電解質二次
電池を得ることができる。

【００５５】更に、負極７の負極集電体７ａの外周側端
部を正極６の正極集電体６ａの外周側端部よりも前方に
突出されるように構成しているため、電池内部における
未反応の負極活物質を減少させ、反応を生じる範囲を広
くすることができる。従って、電池内部の未反応部分が
減少した分だけ有効な電池面積を増加させることがで
き、電池内部の有効活用を図り、エネルギ密度を高め、
充電及び放電時におけるサイクル寿命を向上させること
ができる。

【００５６】次に、本発明の試験例について説明する。
この試験では、合計９本の試料となるリチウムイオン二
次電池について、表１に示すような条件の下に行った。

【表１】

【００５７】その結果、試料番号２、３、４及び６につ
いて総合判定で合格とし、その他の試料番号１、５、７
〜９は総合判定で不合格とした。これは、次のような理
由によるものである。即ち、総合判定で合格とした４個
の試料は、いずれの場合にも、安全性及びサイクル特性
の点において◎の優と判定されたことによるものであ
る。

【００５８】これに対して、試料番号１の二次電池で
は、サイクル特性の判定が○の良であるため、一応合格
から外したものである。しかしながら、この不合格の判
定は、試料番号１の二次電池が不良品である旨の判定で
はなく、理想的な性能を有する二次電池（安全性とサイ
クル特性が共に優であるもの）と比較した結果のもので
ある。従って、試料番号１の二次電池は、実際の使用に
おいてはいささかの問題を生ずるものではない。

【００５９】試料番号５の二次電池では、安全性の判定
が△の可であって、サイクル特性の判定が○の良である
ため、合格から外したものである。試料番号７の二次電
池では、安全性及びサイクル特性の両判定が共に○の良
であるため、合格から外したものである。また、試料番
号８の二次電池では、安全性の判定が×の不可であり、
試料番号９の二次電池では、サイクル特性の判定が×の
不可であるため、共に合格から外したものである。

【００６０】この試験結果によれば、上述した本願発明
の実施例のように構成することにより、電極がセパレー
タを突き破って隣り合う電極に接触するようになった場
合にも同じ極同士が接触されるようにして、内部短絡の
発生を防止又は効果的に抑制することができると共に、
有効な電池面積を増加させてエネルギー密度を高めるこ
とができる。

【００６１】以上説明したが、本発明は上記実施の例に
限定されるものではなく、例えば、上記実施例において
は電池缶が円筒形をなす円筒形二次電池について説明し
たが、電池缶が直方体を角形二次電池に適用できること
は勿論である。このように、本発明は、その趣旨を逸脱
しない範囲で種々変更できるものである。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本出願の請求項１
記載の非水電解質二次電池によれば、電池が押圧されて
変形を生じることにより最外周に位置する電極の集電体
先端部がセパレータを突き破って内側に位置する電極の
集電体に接触したときにも、同じ極の集電体同士が接触
することになる。そのため、内部短絡を生ずることがな
く、内部短絡による不良の発生を防ぐことができるとい
う効果を得ることができる。

【００６３】本出願の請求項２記載の非水電解質二次電
池によれば、電池が押圧されて変形を生じることにより
最外周に位置する負極の負極集電体先端部がセパレータ
を突き破って内側に位置する負極集電体に接触したとき
にも、同じ負極の集電体同士が接触することになる。そ
のため、内部短絡を生ずることがなく、内部短絡による
不良の発生を防ぐことができる。また、外側から２番目
に位置する正極の集電体先端部がセパレータを突き破っ
て内側に位置する負極集電体に接触した場合には、合剤
層と離れた場所で短絡が生ずるため、その短絡によって
発生した熱の拡散を促進させることができ、合剤層にお
ける短絡の場合に比べて短絡による影響を少ないものに
することができるという効果を得ることができる。

【００６４】本出願の請求項３記載の非水電解質二次電
池によれば、集電体露出部の長さを巻回電極体の直径ｄ
のπ倍の長さとする構成としたため、集電体の外周側端
部を一周以上に渡って露出させることができ、電池が押
圧されて変形を生じることにより最外周に位置する電極
の集電体先端部がセパレータを突き破って内側に位置す
る電極の集電体に接触したときにも、同じ極の集電体同
士が接触することになる。従って、内部短絡を生ずるこ
とがなく、内部短絡による不良の発生を防ぐことができ
るという効果を得ることができる。

【００６５】本出願の請求項４記載の非水電解質二次電
池によれば、電池が押圧されて変形を生じる場合にも、
巻回電極体の変形をセンタピンによって防止又は抑制す
ることができる。従って、巻回電極体が外側方向だけに
膨れていくように方向付けることができるという効果を
得ることができる。

【００６６】本出願の請求項５記載の非水電解質二次電
池によれば、巻回電極体と電池缶とセンタピンとの寸法
関係を、巻回電極体の外径と電池缶の内径とセンタピン
の外径との比を０．９７：１：０．２〜０．９６：１：
０．１７とすると共に、巻回電極体の内径とセンタピン
の外径との比を１：０．９５〜１：０．７９とする構成
としたため、電池容量が減少することなく、電池内部に
発生するガスの流通性を確保することができるという効
果を得ることができる。

【００６７】本出願の請求項６記載の非水電解質二次電
池によれば、正極合剤の正極活物質及び負極合剤の負極
活物質の電極密度を、正極の電極密度を３．４０〜３．
６０ｇ／ｃｍ³とすると共に、負極の電極密度を１．５
５〜１．８０ｇ／ｃｍ³とする構成としたため、電池容
量を増加させて、電力量の向上を図ることができるとい
う効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非水電解質二次電池の一実施例を示す
もので、中央部を縦方向に断面した説明図である。

【図２】本発明の非水電解質二次電池の一実施例に係る
巻回電極体の外観を示す斜視図である。

【図３】本発明の非水電解質二次電池の一実施例に係る
巻回電極体を横方向に断面した説明図である。

【図４】本発明の非水電解質二次電池の一実施例に係る
電池缶と巻回電極体とセンタピンとの寸法関係を説明す
る説明図である。

【符号の説明】

１リチウムイオン二次電池（非水電解質二次電池）、
２電池缶、３巻回電極体、４安全弁装置、
５端子板、６正極、６ａ正極集電体、６
ｂ，６ｃ正極合剤層、７負極、７ａ負極集電
体、７ｂ，７ｃ負極合剤層、８，９セパレー
タ、１０，１１集電体露出部、１４センタピン、
１４ａ中央穴、１７ガスケット、１８開裂
弁、１９遮断弁

フロントページの続きＦターム(参考） 5H029 AJ00 AK03 AL04 AL06 AL07 AM03 AM04 AM05 AM11 AM16 CJ07 CJ22 CJ23 DJ07 5H050 AA08 BA17 CA07 CB07 CB08 DA02 DA03 DA04 FA05 GA09 GA22 HA01 HA08 HA19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯状をなす集電体の両面に合剤層が形成
されてなる帯状の電極間にセパレータを介在させて渦巻
き状に巻回される巻回電極体と、上記巻回電極体が収納される電池缶と、を備えた非水電解質二次電池において、上記電極には、上記集電体の上記巻回方向の外周側端部
において当該端部から一周以上の範囲に上記合剤層が両
面とも形成されない集電体露出部を設けたことを特徴と
する非水電解質二次電池。
【請求項２】上記電極は、正極集電体に正極合剤層が
形成されてなる正極と、負極集電体に負極合剤層が形成
されると共に上記セパレータを介して上記正極に積層さ
れる負極とからなり、上記負極は上記正極の外側に配置されると共に上記負極
集電体の先端部を上記正極集電体の先端部よりも前に出
すようにしたことを特徴とする請求項１記載の非水電解
質二次電池。
【請求項３】上記集電体露出部の長さは、上記巻回電
極体の外径をｄとするときに、πｄ以上であることを特
徴とする請求項１又は２記載の非水電解質二次電池。
【請求項４】上記巻回集電体の巻回中心部には、中空
円筒状に形成されたセンタピンを挿入したことを特徴と
する請求項１又は２記載の非水電解質二次電池。
【請求項５】上記巻回電極体の外径と上記電池缶の内
径と上記センタピンの外径との比を０．９７：１：０．
２〜０．９６：１：０．１７とすると共に、上記巻回電
極体の内径と上記センタピンの外径との比を１：０．９
５〜１：０．７９としたことを特徴とする請求項４記載
の非水電解質二次電池。
【請求項６】上記正極の電極密度を３．４０〜３．６
０ｇ／ｃｍ³とすると共に、上記負極の電極密度を１．
５５〜１．８０ｇ／ｃｍ³としたことを特徴とする請求
項２記載の非水電解質二次電池。