JP3203517B2 - 電 池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、帯状の電極と帯状のセパレータとを積層し
てから渦巻状に巻回することによって構成される巻回電
極体を電池缶内に備える電池に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、帯状の集電体の両面に電極合剤を形成した
帯状の電極及び帯状のセパレータを渦巻状に巻回して構
成される巻回電極体と、帯状の電極の幅方向に沿って設
けられる電極リードと、巻回電極体を収容した電池缶と
をそれぞれ具備する電池において、電極リードの一端を
電極の幅方向に沿った端部及び長さ方向に沿った端部か
らずらすことによって、電池組立工程における内部短絡
の発生を防止するようにしたものである。

〔従来の技術〕

近年のビデオカメラやヘッドフォンステレオ等の電子
機器の高性能化、小型化には目ざましいものがあり、こ
れらの電子機器の電源となる二次電池の重負荷特性の改
善や高容量化への要求も強まってきている。二次電池と
しては、鉛二次電池やニッケルカドミウム電池が従来か
ら用いられている。

更に、最近はリチウム金属やリチウム合金もしくはコ
ークスや有機物焼成体などの炭素材料のような、リチウ
ムイオンをドープしかつ脱ドープできる物質を負極材料
として用いた非水電解質二次電池の開発も活発におこな
われている。

このような非水電解質二次電池においては、その重負
荷特性の改良のために渦巻状の巻回電極体が用いられて
いる。

このような巻回電極体を用いた従来の円筒型非水電解
質二次電池について第３図〜第６図を参照して説明す
る。

第４図に示す非水電解質二次電池を次のようにして作
製できる。

負極２では、例えば負極活物質担持体として炭素材料
である粉砕したピッチコークスを用いることができる。
このピッチコークス90重量部にポリフッ化ビニリデン10
重量部を混合して負極合剤とする。この負極合剤を溶剤
のＮ−メチルピロリドンに分散させて、スラリー（ペー
スト状）にする。次に、この負極合剤スラリーを、負極
集電体14としての厚さが例えば10μｍの帯状の銅箔の両
面に均一に塗布して乾燥させる。乾燥後に圧縮成形し切
断して、幅が41.5mm、長さが290mmの帯状の負極２を得
る。

第３図に示すように、帯状の負極２は、負極集電体14
の両面に負極合剤層2aを備え、負極集電体14の幅方向に
沿った端部14aの近傍において一定の範囲で負極合剤層2
aを形成していない。

この負極集電体14の幅方向に沿った端部14aの近傍に
その幅方向に沿ってニッケル製の細長い板状の負極リー
ド４が負極集電体14と重なり合って設けられる。

この場合、負極リード４は、その長さ方向の一端4aが
負極集電体14の長さ方向に沿った端部14bと一致するよ
うに溶接によって取り付けられる。これは、負極集電体
14と負極リード４との接触面積を大きくすることによっ
て、負極集電体14と負極リード４との溶接強度をできる
だけ大きくするためである。

次に、正極１では、例えば炭素リチウム0.5モルと炭
素コバルト１モルとを混合し、900℃の空気中で５時間
焼成して得られるLiCoO₂を正極活物質として用いること
ができる。このLiCoO₂91重量部に、導電剤としてのグラ
ファイト６重量部と、結着剤としてのポリフッ化ビニリ
デン３重量部とを混合して、正極合剤とする。この正極
合剤を溶剤のＮ−メチルピロリドンに分散させて、スラ
リー（ペースト状）にする。次に、この正極合剤スラリ
ーを、正極集電体15としての厚さが例えば20μｍの帯状
のアルミニウム箔の両面に均一に塗布して、乾燥させ
る。乾燥後に圧縮成型して、幅が39.5mm、長さが270mm
の帯状の正極１を得る。なお、正極集電体15にアルミニ
ウム製の正極リード５を溶接する。

上述のような帯状の負極２、帯状の正極１及び厚さが
例えば25μｍの微孔性ポリプロピレンフィルムから成る
一対のセパレータ3a、3bを用いて、負極２、セパレータ
3b、正極１、セパレータ3aの順に積層してから、この積
層体をその長手方向に渦巻状に多数回巻回することによ
って巻回電極体12を得ることができる。

このような巻回電極体12の外周部分の一部横断面を第
５図に示す。

第５図に示すように、負極２の負極集電体14の端部14
aの近傍に取り付けられた負極リード４は、巻回電極体1
2の外周面13側に位置する。

また、第４図に示すように、負極リード４の一端4a
は、巻回電極体12における負極１の先端Ｍに一致してい
る。

なお、巻回電極体12において負極２はその上下端部で
正極１の上下端部からはみ出ており、第４図に示す例で
は、上下端部でそれぞれ1mmだけはみ出している。セパ
レータ3a、3bの幅は負極２の幅よりも広い。また、正極
リード５は巻回電極体12の最内周側に位置する。

上述のような巻回電極体12の構造によれば、電極面積
を比較的大きくできて大電流を流しても単位面積あたり
の電流は小さくなるから、優れた重負荷特性が得られ
る。なお、負極集電体14及び正極集電体15は、電池の高
容量化（活物質又は活物質担持体をできるだけ多く充填
する）のために厚さをできるだけ薄くするのが好まし
い。

次に、第５図に示す巻回電極体12を、第４図に示すよ
うに、ニッケルめっきを施した鉄製の電池缶６内に収容
する。

この際、巻回電極体12の上下両面には絶縁板4a及び4b
を夫々配設し、負極集電体９に取り付けた負極リード４
の他端4b側（第３図参照）を電池缶６の底部に溶接する
とともに、正極集電体15に取り付けた正極リード５を金
属性の安全弁10の突起部10aに溶接する。

この電池缶６内に、例えばプロプレンカーボネートと
1,2−ジメトキシエタンとの等容量混合溶媒中にLiPF₆を
１モル／の割合で溶解した非水電解質としての非水電
解液を注入する。

この後、電池缶６の上端部20を、互いに外周が密着し
ている安全弁10及び金属製の金属蓋９と絶縁封口ガスケ
ット８とを介してかしめることによって、電池缶６を封
口する。これにより電池蓋９及び安全弁10を固定すると
ともに電池缶６内の気密性を保持できる。

第６図は、電池缶６が封口される前の電池缶６の上端
部20の近傍を示す断面図である。電池缶６の開口6aから
絶縁封口ガスケット材料８及び安全弁10及び電池蓋９を
電池缶６の上端部20の内周面にはめ込んでから、電池缶
６の上端部20及び絶縁封口ガスケット材料８は、図の矢
印ａ方向から電池缶６を変形させることによってかしめ
られ、これによって電池缶６は封口される。

また、このとき、ガスケット８の環状の延長部8aは絶
縁板4aの外周面と当接することによって、絶縁板4aは巻
回電極体12の上面側に密着する。

上述のようにして作製される電池では、第４図に示す
ように、第６図の電池缶６の上端部20に対応する電池缶
６のかしめによる変形部分Ｌにおいて、電池缶６がその
外周面で環状に凹んだ状態に変形している。

以上のようにして、例えば直径14mm、高さ50mmの円筒
型非水電解質二次電池を作製できる。

なお、上記円筒型非水電解質二次電池は、二重の安全
装置を構成するために、安全弁10、ストリッパ36、これ
らの安全弁10とストリッパ36とを一体にするための絶縁
材料から成る中間嵌合体35を備えている。図示省略する
が、安全弁10にはこの安全弁10が変形したときに開裂す
る開裂部が、電池蓋９には孔が夫々設けられている。

万一、電池内圧が何らかの原因で上昇した場合、安全
弁10がその突起部10aを中心にして第４図の上方へ変形
することによって、正極リード12と突起部34aとの接続
が断たれて電池電流を遮断するように、あるいは安全弁
10の開裂部が開裂して電池内に発生したガスを排気する
ように夫々構成されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上述のような巻回電極体を用いた電池は、
電池製造時において内部短絡を起こし易いという問題点
を有していた。

これは、電池缶６を封口する工程において、第４図に
示すように電池缶６がかしめにより変形する部分Ｌの内
側に負極リード４が存在するため、負極リード４の一端
4a近傍が電池缶６の内周面に圧迫されるからである。こ
の負極リード４に負極集電体14及びセパレータ3aを介し
て隣接する負極２の先端Ｍの近傍が圧迫されることによ
って、この負極２の先端Ｍの近傍部分がセパレータ3bを
貫通して正極１の先端Ｎの近傍部分と接触してしまう。
この結果、電池が内部短絡を起こしてしまう。

負極集電体14は高容量化のために薄く、またセパレー
タ3a、3bは微孔性のポリプロピレンフィルムのために変
形し易いことなどの理由から、負極リード４が圧迫され
て変形すると、負極集電体14及びセパレータ3aを介して
隣接する負極２が変形してしまい正極１に接触してしま
うのである。

本発明の目的は、上述のような内部短絡を防止するよ
うにした電池を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による電池は、帯状の集電体14、15の両面に電
極合剤を形成した第１及び第２の帯状の電極２、１を帯
状のセパレータ3a、3bを介して積層した状態でその長さ
方向に沿って渦巻状に巻回して構成される巻回電極体12
と、前記巻回電極体12の外周側の巻回端部において前記
第１の帯状の電極２の幅方向に沿ってこの電極２と接合
して設けられるとともに前記巻回電極体12の外周面に位
置しており、長さ方向の一端4aが前記第１の帯状の電極
２の幅方向に沿った端部14aからずれておりかつ前記第
１の帯状の電極２の長さ方向に沿った端部14bからずれ
ている第１の電極リード４と、前記巻回電極体11の内周
側の巻回端部において前記第２の帯状の電極１と接合し
て設けられている第２の電極リード５と、前記巻回電極
体12を収容した電池缶６とをそれぞれ具備し、前記第１
及び第２の帯状の電極２、１の内、一方の電極２の幅が
他方の電極１の幅よりも広く、前記電池缶６の一端部に
設けられた開口6aを封口するように構成されている。前
記幅方向に沿った端部14aからのずれ及び前記長さ方向
に沿った端部14bからのずれは共に少なくとも1mmである
ことが好ましい。

前記第１及び／又は第２の電極１、２が帯状の集電体
14、15を備えている場合には、前記電極リード４は前記
帯状の集電体14に設けられるのが好ましい。

また、前記第１の電極は、正極１又は負極２を構成で
き、また、前記第２の電極は、負極２又は正極１を構成
できる。

〔作用〕

本発明によれば、電極リード４の長さ方向の一端4aが
帯状の電極２の幅方向に沿った端部14a及び長さ方向に
沿った端部14bからずれて離れているから、電池缶６を
封口する際に電池缶６を変形させてもその変形部分Ｌに
対応する巻回電極体12の外周面13の端部に電極リード４
が存在しないように構成される。よって、電池缶６を封
口する工程において、電極リード４が電池缶６によって
圧迫されることはないから、巻回電極体12における一方
の電極２の先端Ｍの部分がセパレータ3aを貫通して他方
の電極１の先端Ｎの部分と接触することを未然に防ぐこ
とができる。

〔実施例〕

以下、本発明による実施例を第１図〜第２図を参照し
ながら説明する。なお、第３図〜第６図により説明した
従来例と同一部分には同一符号を付けてその説明は省略
する。

第１図は、帯状の負極集電体14に負極リード４を取り
付けた帯状の負極２を示す斜視図である。

第１図に示すように、負極集電体14の幅方向に沿った
端部14aの近傍に負極リード４を、その長さ方向の一端
部4aが負極集電体14の長さ方向に沿った端部14bから1mm
だけずれるように溶接によって取り付けた。従って、負
極リード４の長さ方向の一端4aと負極集電体14の長さ方
向に沿った端部14bとの距離l₁は1mmである。

なお、負極の幅は41.5mmであるから、負極リード４が
負極集電体14と重なり合っている部分の長さ（溶接長
さ）l₂は40.5mmである。

また、負極リード４の厚さは50μｍでかつ幅は4mmで
ある。負極リード４の厚さは強度確保の点で40〜100μ
ｍ程度が好ましい。

また、負極リード４を集電体14に取り付けるための溶
接は、超音波調節、スポット溶接又はレーザ溶接などを
用いることができる。

以上のような帯状の負極１を用いた以外は、第４図に
示す電池と同様にして直径14mm、高さ50mmの円筒型非水
電解質二次電池を作製した。この電池を便宜上、Ａとす
る。

以上のようにして作製された非水電解質二次電池の概
略的な縦断面を第２図に示す。

第２図に示すように、巻回電極体12の外周面13に位置
する負極リード４は、その一端4aは、セパレータ3aを介
して隣接する負極２の先端Ｍから1mm（l₁）だけずれて
いる。

従って、電池缶６の開口6aをかしめによって封口する
ために電池缶６の上端部20を変形させても、その変形部
分Ｌに対応する巻回電極体12の外周面13の上端に負極リ
ード４は存在しない。よって、電池缶６を封口する工程
において、負極リード４が電池缶６によって圧迫される
ことはないから、負極２の先端Ｍの近傍部分がセパレー
タ3aを貫通して正極１の先端Ｎの近傍部分と接触してし
まうことを防止できる。

次に、第１図におけるl₁をそれぞれ5mm、10mm、38mm
とした以外は、第２図と同様の円筒型非水電解質二次電
池Ｂ、Ｃ及びＤをそれぞれ作製した。

また、本発明による効果を確認するための比較例とし
て、第１図におけるl₁を0mmとした以外は、第２図と同
様の円筒型非水電解質二次電池Ｅ（第４図に示す従来の
電池と実質的に同一の電池）を作製した。

上述の電池Ｄ（第１図のl₁が38mm）では、電池製造中
に負極リード４が集電体14から取れてしまい、電池を完
成させることはできなかった。

従って、上述の電池Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅの四種類の電池に
ついて、それぞれ50個ずつ作製し、これらの各電池の内
部短絡品発生率を調査した。

この結果を下記の第１表に示す。

上記第１表からかるように、l₁の値が1mm、5mm、10mm
である電池Ａ、Ｂ、Ｃでは内部短絡品発生率が０％であ
り内部短絡の発生は認められずに、本発明の効果が現わ
れている。

一方、l₁の値が0mmである電池Ｅでは３％の内部短絡
品が発生している。この内部短絡の発生した電池を解体
して観察したところ、負極リード４の一端4aの近傍部分
は、この負極リード４が取り付けられた負極集電体14の
上端部分とともに変形し、この負極リード４及び負極集
電体14の変形部分がセパレータ3aを破っていた。そし
て、負極２はその先端Ｍの近傍で変形し、さらにこの先
端Ｍの変形部分はセパレータ3bをつき破って正極１の先
端Ｎの近傍と接触していた。

以上のように、巻回電極体を具備する円筒型非水電解
質二次電池において、内部短絡を防止するために、巻回
電極体の外周面に位置する電極リードの長さ方向の一端
と集電体の長さ方向に沿った端部との距離l₁は少なくと
も1mm以上離れていなければならないことがわかる。

また、上述の端部間距離l₁が大きくなると、電極リー
ドと集電体との接触面積が小さくなって、溶接強度が低
下して電極リードが集電体から剥離したり、電気抵抗が
大きくなってしまうから好ましくない。

従って、上記端部間距離l₁と溶接長さl₂との関係はl₂
/（l₁＋l₂）が0.1以上であることが望ましい。

なお、本実施例の非水電解質二次電池において、負極
にはリチウムをドープしかつ脱ドープし得る材料を用い
ることができる。このような材料としては、リチウム金
属、リチウム合金、ポリアセチレンなどのような導電性
ポリマー、あるいはコークスなどのような炭素材料を挙
げることができる。

また、正極には、二酸化マンガン、五酸化バナジウム
などのような遷移金属化合物、硫化鉄などの遷移金属カ
ルコゲン化合物、あるいはこれらの化合物とリチウムと
の複合化合物（リチウム・コバルト複合酸化物、リチウ
ム・コバルト・ニッケル複合酸化物など）を用いること
ができる。

また、非水電解質としては、例えばリチウム塩を電解
質としこれを有機溶剤（非水溶媒）に溶解した非水電解
液が使用できる。

ここで有機溶剤としては特に限定されるものではない
が、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネ
ート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエキトシエタ
ン、γ−ブチロラクトン、テロラヒドロフラン、1,3−
ジオキソラン、４−メチル−1,3−ジオキソラン、ジエ
チルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセト
ニトリル、プロピオニトリルなどを単独でもしくは２種
以上を混合して使用できる。電解質も従来よりも公知の
ものがいずれも使用可能であり、LiClO₄、LiAsF₆、LiPF
₆、LiBF₄、LiB（C₆H₅）_４、LiCl、LiBr、CH₃SO₃Li、CF₃
SO₃Liなどがある。

また、上記非水電解質は固体であってもよく、例えば
高分子錯体固体電解質などがある。

〔発明の効果〕

本発明は上述のように構成されているので、巻回電極
体を具備する電池において、電池缶を封口する工程時に
発生し易い電極リードに起因する内部短絡を防止するこ
とができる。従って、電池製造における歩留まりが上が
り、電池の生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例の円筒型非水電解質二次電
池に用いられる帯状の負極を示す斜視図、第２図は第１
図に示す負極を用いた非水電解質二次電池の概略的な縦
断面図、第３図は従来の非水電解質二次電池において用
いられる帯状の負極の斜視図、第４図は第３図に示す負
極を用いた従来の非水電解質二次電池の概略的な縦断面
図、第５図は第２図及び第４図に示す電池内に収容され
る前の巻回電極体の部分的な横断面図、第６図は第２図
及び第４図に示す電池を封口する前の状態を示す電池の
上端部の縦断面図である。 なお図面に用いた符号において、 ２……帯状の負極（第１又は第２の電極） 3a、3b……帯状のセパレータ ４……負極リード（電極リード） 4a……負極リードの長さ方向の一端 ６……電池缶 6a……開口 12……巻回電極体 13……外周面 14……負極集電体（帯状の集電体） 14b……負極集電体の長さ方向に沿った端部（帯状の電
極の長さ方向に沿った端部） である。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−143140（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−92662（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−106070（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−106071（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 2/26 H01M 10/40

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】帯状の集電体の両面に電極合剤を形成した
   第１及び第２の帯状の電極を帯状のセパレータを介して
   積層した状態でその長さ方向に沿って渦巻状に巻回して
   構成される巻回電極体と、 前記巻回電極体の外周側の巻回端部において前記第１の
   帯状の電極の幅方向に沿ってこの電極と接合して設けら
   れるとともに前記巻回電極体の外周面に位置しており、
   長さ方向の一端が前記第１の帯状の電極の幅方向に沿っ
   た端部からずれておりかつ前記第１の帯状の電極の長さ
   方向に沿った端部からずれている第１の電極リードと、 前記巻回電極体の内周側の巻回端部において前記第２の
   帯状の電極と接合して設けられている第２の電極リード
   と、 前記巻回電極体を収容した電池缶とをそれぞれ具備し、 前記第１及び第２の帯状の電極の内、一方の電極の幅が
   他方の電極の幅よりも広く、前記電池缶の一端部に設け
   られた開口を封口するように構成された電池。