JP4201517B2

JP4201517B2 - 非水電解質二次電池

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Publication number: JP4201517B2
Application number: JP2002094660A
Authority: JP
Inventors: 洋平廣田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP2003297429A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正極板と負極板の間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回された渦巻状電極体を角形外装缶内に備えた非水電解質二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、小型ビデオカメラ、携帯電話、ノートパソコン等の携帯用電子・通信機器等の電源として、小型軽量でかつ高容量な非水電解質二次電池が用いられるようになった。このような非水電解質二次電池は、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な黒鉛を負極活物質として用い、リチウム含有コバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ₂）、リチウム含有マンガン酸化物（ＬｉＭｎ₂Ｏ₄）等のリチウム含有遷移金属酸化物を正極活物質として用い、有機溶媒に溶質としてリチウム塩を溶解した電解液を用いて構成される電池である。
【０００３】
ところで、この種の非水電解質二次電池が使用される機器においては、電池を収容するスペースが角形であることが多いことから、発電要素を角形外装缶に収容して形成した角形電池が使用されることが多い。このような角形電池は以下のようにして作製されるのが一般的である。即ち、まず、正極集電体（正極芯体）に正極活物質を含有する正極合剤を塗布して正極板を作製するとともに、負極集電体（負極芯体）に負極活物質を含有する負極合剤を塗布して負極板を作製する。この後、これらの正極板と負極板をセパレータを介して相対向させた後、これらを渦巻状に巻回して渦巻状電極体とする。この渦巻状電極体を加圧成形して、扁平な渦巻状電極体とした後、これを扁平な角形外装缶に収容し、非水電解液を注液して非水電解質二次電池とする。
【０００４】
この場合、扁平な渦巻状電極体を扁平な角形外装缶に挿入できるように加圧する必要があるが、この加圧時にセパレータは圧縮されて、加圧前の厚みに比較して厚みが薄くなる。ところが、渦巻状電極体を強く加圧するほどセパレータが圧縮されて、セパレータのイオン透過性が低下して、電池の放電特性や、高率放電特性を低下させるとともに、充放電サイクル寿命も短くなる。このため、セパレータの圧縮度合が所定の範囲内になるように制御しなければならいこととなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種の非水電解質二次電池に対する高容量化の要求は高く、この要求に応えるために、同サイズの電池に充填される活物質の充填量が増大する傾向にある。このため、以前にも増して強い力で渦巻状電極体を加圧しなければ、角形外装缶内に電極体を挿入するのが困難になってきた。ところが、このように渦巻状電極体を強く加圧して作製した電池は、活物質の充填量が多い割には電池容量が低く、充放電サイクル寿命も短くなるという問題を生じた。
【０００６】
そこで、この原因を調査するために、渦巻状電極体を強く加圧して作製した電池から電極体を取り出し、取り出した電極体を分解して調査した結果、以下のことが明らかになった。即ち、分解した電極体から取り出したセパレータの厚みを測定すると、セパレータの厚みが場所によって、薄くなっている所とそうでない所があって、大きく異なっていることが分かった。これは、渦巻状電極体を強く加圧すると、電極体の内部にある集電タブ、極板、セパレータの位置関係により、セパレータが強く圧縮されている部分と、そうでない部分が生じたためと考えられる。そして、セパレータが強く圧縮された部分では、セパレータの厚みが薄くなり、圧縮が強くない部分ではセパレータの厚みがそれほど薄くなっていないことが分かった。
【０００７】
このように、セパレータの厚みが場所によって異なることにより、充放電時の電極反応は不均一になり、電池容量の低下を招く恐れがある。これは、セパレータが強く圧縮されて厚みが薄くなっている部分では、そうでない部分に比べて、多孔度が減少するためにイオンの透過性が低下し、電極反応が不均一になるからである。また、充放電反応での活物質の利用のされ方にも偏りが生じ、電極反応が特定の部分に集中して、充放電サイクルによる劣化も早くなるからである。
そこで、本発明は上記問題点を解消するためになされたものであって、電極体全体が均一に反応できるようにして、高容量で充放電サイクル特性に優れた非水電解質二次電池を提供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】
上記目的を達成するため、本発明の非水電解質二次電池は、正極板と負極板の間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回された渦巻状電極体を角形外装缶内に備えている。そして、渦巻状電極体は加圧成形により扁平状電極体に成形されていて、加圧方向に集電タブが設けられていたり極板の積層枚数が多い部分が存在し、扁平状電極体の正極板と負極板との間に介在するセパレータは、加圧方向に設けられた集電タブや極板の積層枚数が多い部分で強く圧縮されて厚みが最も薄い部分となるとともに、厚みが最も薄い部分の厚みが最も厚い部分の厚みに対して７０％以上で９５％以下になるように成形されていることを特徴とする。
【０００９】
ここで、正極板と負極板の間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回した渦巻状電極体の内部は、集電タブが設けられた場所や、極板の積層枚数が多い場所がある。このような渦巻状電極体を加圧成形して扁平状電極体とすると、セパレータが強く圧縮される部分や、そうでない部分が生じる。このため、集電タブの上下に位置するセパレータや、極板の積層枚数が多い場所のセパレータは、それ以外の場所のセパレータに比べてより強く圧縮されることとなる。
【００１０】
この場合、加圧成形時の加圧力は、集電タブが設けられた場所や極板の積層枚数が多い場所に集中し、それ以外の場所のセパレータはそれほど加圧力が集中しないために、セパレータが潰れることはない。そこで、加圧力を種々に変更してセパレータの最大厚みと最小厚みを測定したところ、加圧力によって変動するのは最小厚みであって、最大厚みは大きく変わることがないという実験結果が得られた。したがって、渦巻状電極体を加圧成形するに際して、加圧力を制御することにより、セパレータの最大厚みに対する最小厚みの比率を制御することが可能となる。
【００１１】
そこで、種々の実験を行った結果、渦巻状電極体を加圧成形した際に、セパレータの最大厚みに対する最小厚みの比率が７０％以上であれば、放電容量が向上するとともに、充放電サイクル特性も向上することが分かった。一方、セパレータの加圧力をできるだけ小さくした方が、セパレータ潰れを防止できるようになる。ところが、電極体の加圧力が弱すぎると、スプリングバック現象が生じて、この電極体を角形外装缶へ挿入することが困難になるということが分かった。
【００１２】
そこで、スプリングバック現象が生じない加圧力を求めた結果、セパレータの最大厚みに対する最小厚みの比率が９５％以下になるような加圧力であれば、スプリングバック現象が生じないことが分かった。以上のことから、扁平状電極体内に介在するセパレータは、最も薄い部分の厚みが最も厚い部分の厚みに対して７０％以上で９５％以下になるように成形される必要があるということができる。
【００１３】
この場合、空孔率が４０％未満のセパレータを用いると充放電サイクル特性が低下し、また、空孔率が５５％を超えたセパレータの場合は、ショート発生が起こりやすく、品質面で問題があることが明らかになった。一般にセパレータの空孔率が小さいほどイオンの透過性が低下する傾向があり、セパレータの空孔率が４０％未満の場合、圧縮率が大きい部分でのイオン透過性が著しく小さくなり、電極反応が不均一になって充放電サイクルによる劣化も早くなったものと考えられる。また空孔率が５５％を超えるセパレータは、高分子膜の強度が低下するため、ショートが発生しやすくなり、品質面や安全面で問題がある。このため、空孔率が４０％以上で５５％以下のセパレータを用いるのが好ましい。
【００１４】
また、電極体の中心部に配置される負極板に負極集電タブを設ける場合、この負極集電タブの幅が電極体中心部空間の幅（負極板の巻始め部の端部から数えて第１の折り目から第２の折り目までの長さに等しい）の６０％未満であると、電極体中心部空間の幅に対する負極集電タブの幅は相対的に小さくなる。このため、この部分の極板厚みは他の部分の極板厚みよりも厚くなるため、この部分に配置されるセパレータは強く圧縮されることとなる。
【００１５】
一方、負極集電タブの幅が電極体中心部空間の幅に対して６０％以上になると、電極体中心部空間の幅に対する負極集電タブの幅は相対的に大きくなる。このため、この部分の極板厚みが他の部分の極板厚みと均一化されるようになる。これにより、この部分に配置されるセパレータは均一に圧縮されるようになるので、渦巻状電極体を加圧成形したときにセパレータの厚みの場所による変動が小さくなる。この結果、加圧成形後の電極体内でのセパレータの厚みを均一にすることが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
ついで、本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明するが、本発明はこの実施の形態に何ら限定されるものでなく、本発明の目的を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。なお、図１は本発明の正極板を示す図であり、図１（ａ）は正面図を示し、図１（ｂ）は断面図を示す。また、図２は本発明の負極板を示す図であり、図２（ａ）は正面図を示し、図２（ｂ）は断面図を示す。さらに、図３は本発明のセパレータを示す図であり、図３（ａ）は正面図を示し、図３（ｂ）は断面図を示す。
【００１７】
１．正極板の作製
まず、正極活物質としてのコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂）粉末が８５質量部で、導電剤としての人造黒鉛粉末とカーボンブラックをそれぞれ５質量部ずつ混合して正極合剤を調製した。この正極合剤と、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）よりなる結着剤をＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）からなる有機溶剤に５質量％溶解した結着剤溶液とを、固形分の質量比で９５：５になるように混合、混練して正極活物質スラリーを調製した。
【００１８】
この正極活物質スラリーを正極集電体（例えば、長さが３２４ｍｍで、幅が３７．５ｍｍで、厚みが２０μｍのアルミニウム箔あるいはアルミニウム合金箔）１１の両面に塗布して正極活物質層１２を形成した後、この正極活物質層１２を乾燥させた。その後、乾燥正極板をロールプレス機により圧延して、所定の充填密度の正極板１０を作製した。なお、正極集電体１１の後端部（渦巻状電極体の巻終わり部となる部分）から約５０ｍｍの部分の片面には正極活物質スラリーを塗布せずに、正極集電体１１を露出させた露出部１１ａを形成するようにした。また、後端部から約２５ｍｍの部分の両面には正極活物質スラリーを塗布せずに、正極集電体１１を露出させるようにしている。
【００１９】
２．負極の作製
一方、負極活物質としての天然黒鉛（Ｌｃ値が１０００Åで、ｄ₀₀₂値が３．３５６Åで、平均粒径が２０μｍのもの）粉末９５質量部に、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）よりなる結着剤をＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）からなる有機溶剤に５質量％溶解した結着剤溶液を、固形分の質量比で９５：５になるように混合、混練して負極活物質スラリーを調製した。得られた負極活物質スラリーを負極集電体（例えば、長さが３２０ｍｍで、幅が３９．５ｍｍで、厚みが１５μｍの銅箔）２１の両面に塗布して負極活物質層２２を形成した後、この負極活物質層２２を乾燥させた。
【００２０】
その後、乾燥負極板をロールプレス機により圧延して、所定の充填密度の負極板２０を作製した。なお、負極集電体２１の先端部（渦巻状電極体の巻始め部となる部分）から２０ｍｍ（ｗ＝２０ｍｍ）の部分の両面には負極活物質スラリーを塗布せずに、負極集電体２１を露出させている。そして、この部分に幅が５ｍｍで、厚みが８０μｍのニッケル金属製の負極集電タブ２３を超音波溶接した。なお、図２（ａ）に示された一点鎖線は、この負極板２０が渦巻状に巻回された後の加圧の際に生じる折り目を表しており、先端部ｔ₀から約等間隔ｗで第１の折り目ｔ₁、第２の折り目ｔ₂となるように折り目が形成されることとなる。
【００２１】
３．電池の作製
（１）電極体の作製
ついで、上述のようにして作製した正極板１０と負極板２０との間に、微多孔のポリエチレン製セパレータ３０を挟み込んで、渦巻状に卷回して渦巻状電極体を作製した。この場合、セパレータ３０としては、幅が４１．５ｍｍで、空孔率が４０％で、加圧前の厚みが３０μｍのものを使用した。そして、渦巻状に卷回する際に正極板１０は負極板２０よりも遅らせて巻き取るようにしている。これにより、正極板１０の先端部（巻始め部）は、負極板２０の先端部（巻始め部）よりも約２０ｍｍ位ずれることとなる。即ち、負極板２０の第１の折曲部ｔ₁（図２参照）に正極板１０が位置しないようにしている。また、正極板１０は正極集電体１１の露出部１１ａを電極体の最外周部に位置させるようにして、後に外装缶の内表面に接触させて電気接続できるようにしている。
【００２２】
この後、上述のように作製した渦巻状電極体の両側から加圧して、角形外装缶の開口部から電極体を挿入できるように成形した。このとき、加圧力を制御して渦巻状電極体を加圧成形すると、極板の積層枚数が多い部分や、負極集電タブ２３がある場所のセパレータ３０は強く圧縮され、加圧後にセパレータ３０の厚みを測定すると、この部分の厚みが最小になっており、その他の部分ではあまり強く圧縮されることがなく、圧縮前の厚み（３０μｍ）とあまり変わらない厚みであることが分かった。このことは、加圧力を変更するだけで、セパレータ３０の最大厚みをほとんど変えることなく、最小厚みを制御できることを意味する。そこで、渦巻状電極体を加圧成形する際の加圧力を変化させて、下記の表１に示すようなセパレータ厚みとなるように加圧して各電極体ａ１〜ａ９を作製した。
【００２３】
【表１】

【００２４】
（２）非水電解液二次電池の作製
ついで、肉厚が０．５ｍｍで、外形寸法の高さが４８ｍｍで、幅が２９ｍｍで、厚みが５ｍｍのアルミニウム製の角形外装缶を用意した。なお、角形外装缶の大きさ、材質、肉厚はこれに限ることはなく、例えば、鉄あるいは鉄合金製のものを用いるようにしてもよい。ついで、これらの各電極体ａ１〜ａ９を、各角形外装缶の開口部から挿入して、各電極体ａ１〜ａ９の正極集電体１１を露出させた露出部１１ａを外装缶の内面に接触させた。
【００２５】
また、各電極体ａ１〜ａ９の負極板２０より延出する負極集電タブ２３を封口体（図示せず）の内底部に設けた端子板（図示せず、封口板とは電気的に絶縁されている）に抵抗溶接した。なお、電池表面の封口板上には、封口板とは電気的に絶縁された負極端子（図示せず）を設け、この端子板は封口板に開けた透孔を通じて負極端子と電気的に接続している。ついで、これらの各角形外装缶内に非水電解液（エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を等体積比で混合した溶媒に、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）からなる電解質を１モル／リットル溶解させた非水溶液）をそれぞれ注入した。この後、外装缶の開口部を封口体で液密に封口して、設計容量が６００ｍＡｈの非水電解質二次電池Ａ１〜Ａ９をそれぞれ作製した。
【００２６】
なお、電極体ａ１を用いて作製した非水電解質二次電池を電池Ａ１とし、電極体ａ２を用いて作製した非水電解質二次電池を電池Ａ２とし、電極体ａ３を用いて作製した非水電解質二次電池を電池Ａ３とし、電極体ａ４を用いて作製した非水電解質二次電池を電池Ａ４とし、電極体ａ５を用いて作製した非水電解質二次電池を電池Ａ５とし、電極体ａ６を用いて作製した非水電解質二次電池を電池Ａ６とし、電極体ａ７を用いて作製した非水電解質二次電池を電池Ａ７とし、電極体ａ８を用いて作製した非水電解質二次電池を電池Ａ８とし、電極体ａ９を用いて作製した非水電解質二次電池を電池Ａ９とした。
【００２７】
４．非水電解液二次電池の負荷特性試験
ついで、上述のように作製した各電池Ａ１〜Ａ９をそれぞれ、室温（約２５℃）で、６００ｍＡ（１ＩｔｍＡ、１Ｉｔは電池容量を１時間で放電する電流値）の定電流で電池電圧が４．１０Ｖになるまで充電し、ついで、４．１０Ｖの定電圧で電流値が１０ｍＡになるまで充電した。この後、６００ｍＡ（１ＩｔｍＡ）の放電電流で電池電圧が２．７５Ｖになるまで放電させて、放電時間から放電容量（ｍＡｈ）を求めると、下記の表２に示すような結果となった。
【００２８】
【表２】

【００２９】
上記表２の結果から明らかなように、電池Ａ６，Ａ７，Ａ８，Ａ９のように、電極体内のセパレータ３０の最大厚みに対する最小厚みの割合が７０％未満であると、放電容量が減少していることが分かる。これに対して、電池Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５のように、電極体内のセパレータ３０の最大厚みに対する最小厚みの割合が７０％以上であると、放電容量が増加することが分かる。なお、電池Ａ１のように、電極体内のセパレータ３０の最大厚みに対する最小厚みの割合が９７％の電極体とすると、電極体の作製時のスプリングバック現象が生じて、この電極体を角形外装缶内に挿入するのは困難であった。
【００３０】
このため、スプリングバック現象が生じないようにして、電極体を角形外装缶内に容易に挿入できるようにするためには、電極体内のセパレータ３０の最大厚みに対する最小厚みの割合が９５％以下になるようにする必要がある。これらのことから、電極体内のセパレータ３０の最大厚みに対する最小厚みの割合を７０％以上にする必要があるととともに、電極体内のセパレータ３０の最大厚みに対する最小厚みの割合が９５％以下になるようにする必要があるいうことができる。
【００３１】
５．セパレータの空孔率の検討
ついで、使用するセパレータの空孔率について検討した。ここで、空孔率が約３０％〜約６０％までの間で、約５％おきに空孔率を変化させたセパレータを用いて、上述と同様に渦巻状電極体を作製した。このとき、電極体内のセパレータ３０の最大厚みに対する最小厚みの割合が７０％以上になるような圧力を付加して加圧成形して、上述と同様に設計容量が６００ｍＡｈの非水電解質二次電池Ｂ１〜Ｂ７を作製した。
【００３２】
ここで、空孔率が３０％のセパレータを用いて作製したものを電池Ｂ１とし、空孔率が３５％のセパレータを用いて作製したものを電池Ｂ２とし、空孔率が４０％のセパレータを用いて作製したものを電池Ｂ３とし、空孔率が４５％のセパレータを用いて作製したものを電池Ｂ４とし、空孔率が５０％のセパレータを用いて作製したものを電池Ｂ５とし、空孔率が５５％のセパレータを用いて作製したものを電池Ｂ６とし、空孔率が６０％のセパレータを用いて作製したものを電池Ｂ７とした。
【００３３】
ついで、上述のように作製した各電池Ｂ１〜Ｂ７をそれぞれ、室温（約２５℃）で、６００ｍＡ（１ＩｔｍＡ）の定電流で電池電圧が４．１０Ｖになるまで充電し、ついで、４．１０Ｖの定電圧で電流値が１０ｍＡになるまで充電した。この後、６００ｍＡ（１ＩｔｍＡ）の放電電流で電池電圧が２．７５Ｖになるまで放電させて、放電時間から１サイクル目の放電容量を測定した。同様にこのような充放電サイクルを繰り返して、３００サイクル目の放電容量（ｍＡｈ）を求めた後、１サイクル目の放電容量に対する３００サイクル目の放電容量の割合（％）を求めると、下記の表３に示すような結果となった。
【００３４】
【表３】

【００３５】
上記表３の結果から明らかなように、電池Ｂ１，Ｂ２のようにセパレータの空孔率が小さいセパレータを用いた場合、１サイクル目の放電容量に対する３００サイクル目の放電容量の割合が小さくなることが分かる。これはセパレータの空孔率が４０％未満の場合、圧縮率が大きい部分でのイオン透過性が著しく小さくなり、充放電サイクルによる劣化が早くなったためである。また、空孔率が６０％の電池Ｂ７では充放電サイクルの途中でショートが発生した。これは空孔率が大き過ぎるために、セパレータの強度が低く、サイクル時の耐ショート性が低いためである。このことから、空孔率が４０％以上で５５％以下のセパレータを用いるのが好ましいことが分かる。
【００３６】
６．集電タブの幅の検討
ついで、負極集電タブの幅（以下ではタブ幅（ｍｍ）という）と、電極体中心部空間の幅との関係について検討した。なお、電極体中心部空間の幅は、渦巻状電極体を加圧成形した際に電極体の中心部に形成される空間の幅であって、加圧成形時に極板に形成される折り目間の長さを意味する。具体的には、図２においては、負極板の巻始め部（先端部）（ｔ₀）から数えて第１の折り目（ｔ₁）から第２の折り目（ｔ₂）までの長さ（ｗ＝ｔ₂−ｔ₁）となる。
【００３７】
ここで、図２に示すように、負極集電体２１の先端部（ｔ₀）から第１の折り目（ｔ₁）までの部分（ｗ＝２０ｍｍ）には、上述と同様に負極活物質スラリーを塗布せずに、負極集電体２１が露出した露出部が形成されるようにした。そして、この部分に厚みが８０μｍで、タブ幅を１０ｍｍ〜２０ｍｍ（即ち、電極体中心部空間の幅ｗに対して５０％〜１００％）まで変化させた負極集電タブ２３を超音波溶接して負極板２０を作製した。この場合、負極板２０の巻始め部（ｔ₀）から第１の折り目（ｔ₁）までの長さｗと、第１の折り目（ｔ₁）から第２の折り目（ｔ₂）までの長さｗがほぼ等しくなるようにした。即ち、負極板２０を折りたたんだ際に負極板２０の巻始め部（ｔ₀）と第２の折り目（ｔ₂）が重なるようにした。
【００３８】
そして、タブ幅が５０％（電極体の中心部の負極板の極板幅（ｗ＝ｔ₂−ｔ₁）に対して：以下では同様である）の負極板を用いて作製したものを電池Ｃ１とした。この場合、セパレータとしては空孔率が４０％で、加圧前の厚みが３０μｍのものを使用した。同様に、タブ幅が５５％の負極板を用いて作製したものを電池Ｃ２とし、タブ幅が６０％の負極板を用いて作製したものを電池Ｃ３とし、タブ幅が６５％の負極板を用いて作製したものを電池Ｃ４とし、タブ幅が７０％の負極板を用いて作製したものを電池Ｃ５とし、タブ幅が７５％の負極板を用いて作製したものを電池Ｃ６とした。また、タブ幅が８０％の負極板を用いて作製したものを電池Ｃ７とし、タブ幅が８５％の負極板を用いて作製したものを電池Ｃ８とし、タブ幅が９０％の負極板を用いて作製したものを電池Ｃ９とし、タブ幅が９５％の負極板を用いて作製したものを電池Ｃ１０とし、タブ幅が１００％の負極板を用いて作製したものを電池Ｃ１１とした。
【００３９】
ついで、上述のように作製した各電池Ｃ１〜Ｃ１１をそれぞれ、室温（約２５℃）で、６００ｍＡ（１ＩｔｍＡ）の定電流で電池電圧が４．１０Ｖになるまで充電し、ついで、４．１０Ｖの定電圧で電流値が１０ｍＡになるまで充電した。この後、６００ｍＡ（１ＩｔｍＡ）の放電電流で電池電圧が２．７５Ｖになるまで放電させて、放電時間から放電容量（ｍＡｈ）を求めると、下記の表４に示すような結果となった。
【００４０】
【表４】

【００４１】
上記表４の結果から明らかなように、電池Ｃ１，Ｃ２のようにタブ幅の割合が６０％未満であると放電容量が低く、電池Ｃ３〜Ｃ１１のようにタブ幅の割合が６０％以上になると放電容量が向上することが分かる。これは、タブ幅の割合が６０％未満であると、電極体中心部空間の幅（第１の折り目ｔ₁から第２の折り目ｔ₂までの長さｗ）に対する負極集電体の幅（タブ幅）が相対的に小さくなるため、この部分の極板厚みが他の部分の極板厚みよりも厚くなる。このため、この部分に配置されるセパレータが強く圧縮されるためである。
【００４２】
一方、タブ幅の割合が６０％以上になると、電極体中心部空間の幅（第１の折り目ｔ₁から第２の折り目ｔ₂までの長さｗ）に対する負極集電体の幅（タブ幅）が相対的に大きくなるため、この部分の極板厚みが他の部分の極板厚みと均一化されるようになる。このため、この部分に配置されるセパレータは均一に圧縮されるようになって、渦巻状電極体を加圧成形したときにセパレータの厚みの場所による変動が小さくなる。この結果、加圧成形後の電極体内のセパレータの厚みを均一にすることが可能になったためと考えられる。
【００４３】
上述したように、本発明においては、渦巻状電極体を加圧成形した際に、セパレータの最大厚みに対する最小厚みの比率が７０％以上になるようにしているので、放電容量が向上するとともに、充放電サイクル特性も向上する。また、セパレータの加圧力をできるだけ小さくした方が、セパレータ潰れを防止できるようになるが、電極体の加圧力が弱すぎると、スプリングバック現象が生じて、この電極体を角形外装缶へ挿入することが困難になる。このため、本発明においては、セパレータの最大厚みに対する最小厚みの比率を９５％以下になるような加圧力にして、スプリングバック現象が生じないようにしている。
【００４４】
なお、上述した実施の形態においては、図４（ａ）に示すように、負極板４０ａの巻始め部（ｔ₀）から第１の折り目（ｔ₁）までの長さｗ₁（＝ｔ₁−ｔ₀）と、第１の折り目（ｔ₁）から第２の折り目（ｔ₂）までの長さｗ₂（＝ｔ₂−ｔ₁）がほぼ等しく（ｗ＝ｗ₁＝ｗ₂）なるようにし、この部分に負極集電タブ４３を超音波溶接するようにした。しかしながら、これらの長さｗ₁，ｗ₂は必ずしも等しい長さである必要はない。例えば、図４（ｂ）に示すように、負極板４０ｂの巻始め部（ｔ₀）から第１の折り目（ｔ₁）までの長さｗ₁（＝ｔ₁−ｔ₀）を、第１の折り目（ｔ₁）から第２の折り目（ｔ₂）までの長さｗ₂（＝ｔ₂−ｔ₁）よりも短くなるようにしてもよい。
【００４５】
この場合、巻始め部（ｔ₀）から第１の折り目（ｔ₁）までの長さｗ₁（＝ｔ₁−ｔ₀）の部分に取り付けられる負極集電タブ４３の幅がｗ₁（＝ｔ₁−ｔ₀）よりも大きく、かつ、ｗ₂（＝ｔ₂−ｔ₁）の６０％以上であってもよい。これは、負極集電体４１の厚み（例えば１５μｍ）は負極集電タブ４３の厚み（例えば８０μｍ）に比べて充分に小さいために、負極集電体４１の厚みはセパレータの圧縮厚みに影響を与えないからである。
結局、負極集電タブのタブ幅が、電極体の中心部に配置される負極板の第１の折り目から第２の折り目までの長さ（図２、図４におけるｔ₂−ｔ₁間の距離）、即ち、電極体中心部空間の幅に対して６０％以上であり、且つ負極集電タブと負極集電体が電気的に十分接合されていればよい。
【００４６】
また、上述した実施の形態においては、電極体の中心部に配置される極板を負極板としてこの負極板に負極集電タブを設け、電極体の最外周に配置される極板を正極板としてこの部分の正極集電体を外装缶の表面に接触するように露出させる例について説明したが、この関係が逆になるようにしてもよい。即ち、電極体の中心部に配置される極板を正極板としてこの正極板に正極集電タブを設け、電極体の最外周に配置される極板を負極板としてこの部分の負極集電体を外装缶の表面に接触するように露出させる。そして、正極集電タブのタブ幅の割合、即ち、電極体の中心部に配置される正極板の幅（即ち、渦巻状電極体を加圧成形した際に形成れる正極板の第１の折り目から第２の折り目までの長さ）に対する割合が６０％以上になるようにすればよい。
【００４７】
また、上述した実施の形態においては、負極活物質として天然黒鉛を用いた例について説明したが、天然黒鉛以外に、リチウムイオンを吸蔵・放出し得るカーボン系材料、例えば、カーボンブラック、コークス、ガラス状炭素、炭素繊維、またはこれらの焼成体、人造黒鉛、非晶質酸化物等の公知のものを用いてもよい。また、リチウム、リチウムを主体とする合金を負極に用いるときには、正極に本発明を適用できるのは勿論である。
【００４８】
また、上述した実施の形態においては、正極活物質にコバルト酸リチウムを用いた例について説明したが、コバルト酸リチウム以外に、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム等のリチウム含有遷移金属複合酸化物あるいは二酸化マンガン（ＭｎＯ₂）、五酸化バナジウム、五酸化ニオブなどの金属酸化物、二硫化チタン、二硫化モリブデンなどの金属カルコゲン化物等も使用できる。
また、上述した実施の形態においては、セパレータとしてポリエチレン製の微多孔膜を用いた例について説明したが、セパレータとしては、ポリプロピレン製の微多孔膜など、ポリオレフィン系の微多孔膜も使用できる。さらに、ポリオレフィン系の繊維を使用した不織布セパレータも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の正極板を示す図であり、図１（ａ）は正面図を示し、図１（ｂ）は断面図を示す。
【図２】本発明の負極板を示す図であり、図２（ａ）は正面図を示し、図２（ｂ）は断面図を示す。
【図３】本発明のセパレータを示す図であり、図３（ａ）は正面図を示し、図３（ｂ）は断面図を示す。
【図４】負極板に負極集電タブを溶接した状態を説明する図であり、図４（ａ）は、巻始め部から第１の折り目までの長さと、第１の折り目から第２の折り目までの長さが等しい負極板に負極集電タブを溶接した状態を示す正面図であり、図４（ｂ）は、巻始め部から第１の折り目までの長を、第１の折り目から第２の折り目までの長さよりも短くした負極板に負極集電タブを溶接した状態を示す正面図である。
【符号の説明】
１０…正極板、１１…正極集電体、１１ａ…露出部、１２…正極活物質層、２０…負極板、２１…負極集電体、２２…負極活物質層、２３…負極集電タブ、３０…セパレータ、４０ａ，４０ｂ…負極板、４１…負極集電体、４２…負極活物質層、４３…負極集電タブ

Claims

正極板と負極板の間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回された渦巻状電極体を角形外装缶内に備えた非水電解質二次電池であって、
前記渦巻状電極体は加圧成形により扁平状電極体に成形されていて、加圧方向に集電タブが設けられていたり極板の積層枚数が多い部分が存在し、
前記扁平状電極体の前記正極板と前記負極板との間に介在する前記セパレータは、加圧方向に設けられた集電タブや極板の積層枚数が多い部分で強く圧縮されて厚みが最も薄い部分となるとともに、
前記厚みが最も薄い部分の厚みが最も厚い部分の厚みに対して７０％以上で９５％以下になるように成形されていることを特徴とする非水電解質二次電池。
前記セパレータの空孔率は４０％以上、５５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池。
前記扁平状電極体の中心部に負極集電タブが配置されており、
前記負極集電タブの幅は、前記扁平状電極体における負極の巻始め端部から数えて第１折り目から第２の折り目までの長さの６０％以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非水電解質二次電池。