JPH10255818A

JPH10255818A - 捲回型電池

Info

Publication number: JPH10255818A
Application number: JP9060995A
Authority: JP
Inventors: Yozo Nagai; 陽三長井
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1998-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】新たな部品などを用いることなく、簡便な方
法により電極の短絡を防止した捲回型電池を提供する。【解決手段】両端部に凸部１１を設けた負極材料１
を、正極材料、セパレータと積層して積層体を構成し、
前記両端部が渦巻き模様を形成する円筒型電極の底面部
分になるように、この積層体を捲回して電極複合体を製
造した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解液電池な
どに採用されている渦巻き型の電極構造を有する捲回型
電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】リチウムなどの軽金属を負極とする非水
電解液電池は、鉛電池やニッケル−カドミウム電池に比
べて、エネルギー密度が高く自己放電も少ないなどとい
う利点を有しているため、電子機器の高性能化、小型化
などを背景として、利用範囲が広がってきている。

【０００３】この非水電解液電池には、通常、極材間に
セパレータが介在するように、極材とセパレータとを積
層し、共巻した捲回型電極複合体が用いられる。この捲
回型電極複合体は、いずれも帯状とした正極、負極およ
びセパレータを、例えば、正極、セパレータ、負極、セ
パレータの順に積層し、捲回することにより製造される
ものであり、少ない容積で広い有効電極面積を得ること
ができるようにしたものである。

【０００４】捲回型電極におけるセパレータとしては、
一般に、有機溶媒に不溶であり、電極や電極活物質に対
して安定なポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオ
レフィン系材料の微多孔性の膜が用いられている。

【０００５】従来、ポリオレフィン系材料のセパレータ
を使用して製造した捲回型電極においては、正負極間の
抵抗が１０００ＭΩ以上であるべきところ、１００ＭΩ
以下になるものが発生する場合があった。このような電
極に電解液を注入して電池を製造しても、定められた電
圧が得られない。このような電極間の抵抗値の低減は、
導電性物質がセパレータを突き破り、正負極間に短絡が
生ずることが原因と考えられる。

【０００６】この短絡を防止し得る技術としては、例え
ば、特開平５−３３５００７号公報に、貫通孔を有する
保護膜をセパレータと電極との間に配置してセパレータ
の破損を防止した電極が開示されている。また、特開平
６−２１２００６号公報には、特定の分子量を有する高
密度ポリエチレンを適宜混合し、突き刺し最大荷重を向
上させたセパレータが開示されている。また、特開平７
−２６８１１８号公報には、特定の条件で二軸延伸を行
うことなどにより引っ張り強度を高めたポリエチレンお
よびポリプロピレンからなるセパレータが開示されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の短絡防止方法は、部品点数が増加したり製造工程が
複雑になるなど、必ずしも簡便ではなく、汎用性のある
有効な短絡防止方法ではなかった。

【０００８】本発明は、かかる事情に鑑み、正極と負極
の短絡を簡便な方法で防止した捲回型電池を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の捲回型電池は、帯状の正極、負極およびセ
パレータを積層し捲回した電極を備えた捲回型電池にお
いて、前記正極、負極およびセパレータの少なくとも一
つが積層方向に凸部を有することを特徴とする。

【００１０】このような構成にすることにより、極材と
セパレータとの間に発生する圧力が全体としては緩和さ
れ、その結果、正負極間の短絡が生じにくくなる。本発
明者は、過充電状態にした場合に生じる負極表面での正
極金属の析出が、極材とセパレータとの間の圧力の上昇
とともに増加することを見出し、この知見に基づいて本
発明を完成させるに至ったものである。すなわち、単に
捲回型電極を製造する際のバックテンションを低くした
だけでは極材とセパレータとの複合シートに巻きずれが
発生しやすくなることを考慮し、帯状の正極、負極およ
びセパレータの少なくとも一つに凸部を設けて複合シー
トの厚さを部分的に厚くすることにより、この部分に発
生する高いテンションにより巻きずれを防止しながら、
凸部以外の部分における積層方向の押圧の緩和を実現し
たものである。

【００１１】前記構成においては、凸部を設ける位置に
特に制限はないが、凸部が捲回とともに渦巻き模様を形
成する端辺部に設けられることが好ましい。このような
構成にすることにより、凸部は、円筒型の捲回型電極の
底面近辺に位置することになり、基本的に、電池反応の
均一性が確保される。凸部を捲回型電極の中心部に設け
た場合には、その凸部の態様によっては、電池反応を不
均一にするおそれがある。なお、巻きずれを防止する観
点などから、凸部は両端部に設けることが好ましい。

【００１２】また、前記構成においては、凸部が捲回が
開始される端辺部に設けられることが好ましい。このよ
うに構成にすることにより、捲回開始時の巻きずれが発
生しにくくなり、より有効に巻きずれを防止できる。

【００１３】さらに、前記構成においては、凸部が設け
られた正極、負極およびセパレータにおいて、前記凸部
の厚さが、この凸部以外の部分の厚さを１として、１．
００５〜６であることが好ましい。この値が１．００５
より小さいと、極材やセパレータの厚さのばらつきが影
響して圧力の緩和効果が十分に得られない。一方、この
値が６を超えると、捲回型電極を所定の電池缶に挿入で
きなくなったり、捲回型電極の長さを短くせざるを得な
くなって電池容量が低下することになる。また、通常、
極材やセパレータに使用される素材などを考慮すると、
同様の観点から、前記の値は、１．００５〜１．３であ
ることがさらに好ましい。

【００１４】一方、前記構成における凸部の面積につい
ては、凸部が設けられた正極、負極およびセパレータに
おいて、前記凸部の面積が、この凸部以外の部分の面積
を１として、０．００５〜０．３であることが好まし
い。この値が０．００５よりも小さいと、凸部以外の部
分での圧力の緩和を十分に図ることができない。一方、
この値が０．３を超えると、導電性微粒子による正負極
間の短絡の危険が増加し、また、電池反応も不均一にな
るおそれがある。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の捲回型電極に用
いる帯状部材の一実施例の斜視図である。この負極とな
る帯状部材１は、捲回の際に巻き込まれて渦巻き模様を
形成し、円筒型の捲回型電極の底面を形成する辺である
長辺側の両端部に凸部１１を有しており、短辺（捲回が
開始される辺）の断面形状が全体としては凹状となって
いる。図１においては、凸部が捲回していく長辺方向に
連続的に形成されているが、凸部は、断続的に形成され
ていてもよい。この凸部１１は、例えば、帯状部材１を
ロールプレスにより成形する際に使用する片方のロール
を溝付きロールとすることにより形成することができ
る。

【００１６】図２は、図１に示した負極となる帯状部材
１と、セパレータ３と、正極となる帯状部材２と、セパ
レータ３とを、この順序で重ね合わせて複合シートとし
た後に、このシートを捲回して得た電極を使用した捲回
型電池の断面を模式的に示したものである。なお、図２
に示した形態においては、負極１のみが凸部を有してい
るが、正極２およびセパレータ３のいずれかのみが凸部
を有していてもよく、これら正負極１、２およびセパレ
ータ３の２以上が凸部を有していてもよい。

【００１７】図３は、捲回型電池の一般的構造を示した
ものである。このような一般的捲回型電池に本発明は適
用され得る。

【００１８】本発明の捲回型電池を構成する各部材の材
料などには、特に制限はなく、一般的に使用されている
ものを用いればよい。

【００１９】例えば、セパレータとしては、イオン導電
性が良好で耐薬品性が高く、機械的強度が高いものが好
ましく、ポリオレフィン系の微多孔質膜などが好まし
い。例えば、ポリエチレンの微多孔質膜やポリエチレン
およびポリプロピレンからなる微多孔質膜が好適であ
る。膜厚は、２５μｍ前後のものがよく使用される。

【００２０】また、電解液としては、有機溶媒にリチウ
ム塩を溶解したものが一般的に用いれられる。有機溶媒
としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネ
ート、テトラハイドロフラン、ジエチルエーテルなどを
単独または混合して用いることができる。リチウム塩と
しては、ＬｉＢＦ₄ 、ＬｉＣｌＯ₄ 、ＬｉＢｒなどの公
知のものを使用することができる。

【００２１】負極に用いる負極活物質としては、充放電
反応に伴いリチウムなどのアルカリ金属をドープまたは
脱ドープする材料が用いられ、具体的には、ポリアセ
ン、ポリピロールなどの導電性ポリマー、コークス、グ
ラファイト、カーボンファイバーなどの炭素材料を使用
することができる。特に、高いエネルギー密度を得るた
めには、炭素材料が好ましい。

【００２２】また、正極に用いる正極活物質としては、
二酸化マンガン、五酸化二バナジウムのような遷移金属
酸化物、硫化鉄、硫化チタンのような遷移金属カルコゲ
ン化物、さらには、これらとリチウムとの複合化合物な
どとを用いることができる。特に、高いエネルギー密度
を得るためには、リチウム・コバルト複合酸化物やリチ
ウム・ニッケル複合酸化物などが好ましい。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例をもって詳細に説明す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。

【００２４】（実施例１）炭素材料粉末と結着剤として
のフッ化ビニリデン樹脂を重量比で９：１になるように
混合した後、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに分散させた
混合材料を作製した。この混合材料を、厚さ１０μｍ、
幅６０ｍｍ、長さ６００ｍｍの帯状の銅箔上に均一に塗
布し、乾燥させた。この銅箔を、直径５０ｍｍφで長さ
１００ｍｍのロ−ルに５８ｍｍ間隔で深さ３μｍの溝を
周方向に２本設けた溝付きロールと、同じ直径と長さの
フラットロールとを備えたロールプレス機のロール間に
通して圧縮成形した。その結果、中央部の厚さ２５０の
μｍ、両端部の厚さ２５２μｍで各端部の幅が１ｍｍの
負極材料を作製した。この負極材料は、概略図１に示し
たような形状を有していた。

【００２５】コバルト酸リチウムとフッ化ビニリデン樹
脂を重量比で９：１になるように混合した後、Ｎ−メチ
ル−２−ピロリドンに分散させた混合材料を作製した。
この混合材料を、厚さ２０μｍ、幅６０ｍｍ、長さ６０
０ｍｍの帯状のアルミ箔上に均一に塗布し、乾燥させた
後、直径５０ｍｍφで長さ１００ｍｍのフラットロール
２本を備えたロールプレス機のロール間に通して圧縮成
形した。その結果、厚さ３００μｍの正極材料を作製し
た。

【００２６】セパレータにはポリエチレンとポリプロピ
レンを複合した厚さ２５μｍ、気孔率４５％の微多孔膜
を用いた。なお、セパレータは、幅６２ｍｍ、長さ７０
０ｍｍの寸法になるように切断して用いた。

【００２７】得られたこれらの材料を負極材料、セパレ
ータ、正極材料、セパレータの順に重ね合わせ、捲回装
置にて捲回して、電極複合体を作製した。この捲回型電
極複合体の端面部の巻き固さはその中央部に比べて固く
捲回されていた。

【００２８】上記の捲回型電極複合体を、ニッケルメッ
キした鉄製の電池缶に挿入した。電池として必要なその
他の部材（例えば、電池上下の絶縁板やそれぞれの電極
リード体）などは市販の電池に準じて適宜配置した。そ
の後、リチウムイオン電池に、プロピレンカーボネート
と１，２−ジメトキシエタンとを同容量ずつ混合した液
に電解質としてフッ化リンリチウム（ＬｉＰＦ₆）を１
ｍｏｌ／リットル溶解したものを注入し、電池缶の上面
を閉鎖して２０個の電池を作製した。

【００２９】（実施例２）正極材料は、実施例１におい
て負極作製時に使用した溝付きロールとフラットロール
を用いて圧縮成形し、一方、負極材料は、実施例１にお
いて正極作製時に使用したフラットロール２本により圧
縮成形した。得られた正極材料は、実施例１における負
極材料と同様の形状をしており、中央部の厚さ３００μ
ｍ、両端部の厚さ３０２μｍで各端部の幅が１ｍｍであ
った。一方、負極材料は厚さが２５０μｍで均一であっ
た。これ以外は、実施例１と同様にして、２０個の電池
を作製した。

【００３０】（実施例３）正極材料、負極材料ともにフ
ラットロールにより圧縮成形した。一方、セパレータの
長さ７００ｍｍの辺の両方の端部から幅１．５ｍｍの範
囲に、全辺にわたってポリエステル系ホットメルト剤を
塗布し、未塗布部分（中央部）の厚さ２５μｍ、塗布部
（両端部）の厚さ２６．５μｍとした。それ以外は、実
施例１と同様に２０個の電池を作製した。これ以外は、
実施例１と同様にして、２０個の電池を作製した。

【００３１】（実施例４）セパレータの長さ７００ｍｍ
の辺の両方の端部から幅３ｍｍの範囲に、長さ１００ｍ
ｍにわたって溶媒で溶解したアクリル系樹脂を塗布し、
未塗布部分の厚さ２５μｍ、塗布部の厚さ３０μｍとし
た。なお、塗布部は、捲回を開始する端部から１００ｍ
ｍの部分とした。これ以外は、実施例１と同様にして、
２０個の電池を作製した。

【００３２】（比較例１）実施例３で用いた正極、負極
と実施例１で用いたセパレータを上記実施例と同様に電
池を２０個作製した。作製した捲回型電極複合体の巻き
固さは全面にわたってほぼ同等であった。なお、捲回時
の各材料のテンションは各実施例、比較例を通じて同じ
である。

【００３３】これらの捲回型電池を上限電圧４．１６Ｖ
で充電を行い、２５℃の雰囲気下で１週間放置した後に
電池電圧を測定した。そして、電池電圧が４．０Ｖ以下
になるものを不良としてその個数をカウントした。結果
を表にまとめて示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】なお、表中、かっこ内の数字は、端部の厚
さを示す。また、前記各実施例、比較例において、捲回
の際の巻きずれは発生しなかった。

【００３６】

【発明の効果】本発明の捲回型電池によれば、帯状の正
極、負極およびセパレータの少なくとも一つを所定の形
状に加工するという簡便な手段により正負極間の短絡を
防止することができる。

【００３７】また、この凸部を捲回とともに渦巻き模様
を形成する端辺部に設けることにより、凸部を設け短絡
を防止しても電池反応を均一に行わせることができる。
さらに、凸部を捲回が開始される端辺部に設けることに
より、捲回時の巻きずれを効果的に防止することができ
る。

【００３８】凸部が設けられた正極、負極およびセパレ
ータにおける前記凸部の厚さを、この凸部以外の部分の
厚さを１として、１．００５〜６の範囲とすることによ
り、極材やセパレータの厚さのばらつきに影響されず、
また、電池容量を低下させるなどの弊害を招くことなく
本発明の前記効果を得ることができる。また、凸部が設
けられた正極、負極およびセパレータにおける前記凸部
の面積が、この凸部以外の部分の面積を１として、０．
００５〜０．３の範囲とすることにより、凸部以外の部
分での圧力の緩和を十分に図り、本発明の効果を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の捲回型電池に用いられる
負極部材の形状を示す図である。

【図２】本発明の一実施例の捲回型電池に用いられる
捲回型電極の断面図である。

【図３】一般的な捲回型電池の断面斜視図である。

【符号の説明】

１負極２正極３セパレータ４電解液５電池缶

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯状の正極、負極およびセパレータを積
層し捲回した電極を備えた捲回型電池において、前記正
極、負極およびセパレータの少なくとも一つが積層方向
に凸部を有することを特徴とする捲回型電池。
【請求項２】凸部が捲回とともに渦巻き模様を形成す
る端辺部に設けられた請求項１に記載の捲回型電池。
【請求項３】凸部が捲回が開始される端辺部に設けら
れた請求項１または２に記載の捲回型電池。
【請求項４】凸部が設けられた正極、負極およびセパ
レータにおいて、前記凸部が設けられた部分の厚さが、
この凸部以外の部分の厚さを１として、１．００５〜６
である請求項１〜３のいずれか一つに記載の捲回型電
池。
【請求項５】凸部が設けられた正極、負極およびセパ
レータにおいて、前記凸部が設けられた部分の面積が、
この凸部以外の部分の面積を１として、０．００５〜
０．３である請求項１〜４のいずれか一つに記載の捲回
型電池。