JPH11265706A - 電 池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正極電極２の正極電極材料２ｂと向かい合わ
ない負極電極３の巻き始め部分に負極電極材料３ｂを無
駄に塗布しないようにすることにより、電池容量を増加
させることができる電池を提供する。 【解決手段】 負極電極３の巻き始め部分の内周面に負
極電極材料３ｂを塗布しない未塗工部３ｃ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、集電体の両面に電
極材料を塗布した正極電極と負極電極をセパレータを介
して巻回することにより巻回型の発電要素を形成したリ
チウムイオン電池等の電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】リチウムイオン電池の巻回型の発電要素
１は、図３に示すように、正極電極２と負極電極３をセ
パレータ４を介して巻回することにより作成される。正
極電極２は、図４に示すように、帯状のアルミニウム箔
からなる正極集電体２ａの両面に正極電極材料２ｂを塗
布したものであり、巻き始めの部分には正極電極材料２
ｂを両面ともに塗布しない両面未塗工部を設けて、ここ
にタブリード５を接続固定している。また、負極電極３
は、帯状の銅箔からなる負極集電体３ａの両面に負極電
極材料３ｂを塗布したものであり、巻き終わりの部分に
負極電極材料３ｂを両面ともに塗布しない両面未塗工部
を設けて、ここにタブリード６を接続固定している。タ
ブリード５，６は、正極集電体２ａや負極集電体３ａに
重ね合わせてヘッドで両側から押さえ込んで超音波溶接
により接続固定するので、正極集電体２ａや負極集電体
３ａの接続固定部には両面とも正極電極材料２ｂや負極
電極材料３ｂを塗布しない両面未塗工部を設ける必要が
ある。セパレータ４は、正極電極２と負極電極３とを巻
回する際に、これらの間を絶縁するためのイオン透過性
多孔質の合成樹脂フィルムである。

【０００３】上記セパレータ４は、図３及び図５に示す
巻芯７のスリットに挿入され、この状態で巻芯７を回転
させることにより２条の帯状として巻回される。また、
正極電極２と負極電極３は、これらのセパレータ４の間
に挟み込むことにより巻回される。

【０００４】ここで、リチウムイオン電池は、正極電極
２の正極電極材料２ｂがセパレータ４を介して必ず負極
電極３の負極電極材料３ｂと向かい合っていなければな
らない。即ち、正極電極２の正極電極材料２ｂが負極電
極３の負極電極材料３ｂと向かい合っていない場合に
は、充電時にこの正極電極材料２ｂから移動するイオン
化金属がセパレータ４を介して向かい合う電池内の金属
部分に樹枝状に結晶して析出するので、この樹枝状の結
晶がセパレータ４を貫通して内部短絡を引き起こすおそ
れがある。このため、負極電極３は、正極電極２よりも
少し幅広に形成して、これらをセパレータ４を介して巻
回した際に負極電極材料３ｂの塗工部が正極電極材料２
ｂの塗工部を確実に覆うようにしている。また、発電要
素１の巻回の際にも、図５に示すように、正極電極２の
巻き始めにおける正極電極材料２ｂの塗工開始部よりも
内側に、巻き始めから負極電極材料３ｂが塗布された負
極電極３が配置されるようにすると共に、最も外側の部
分も、巻き終わりまで正極電極材料２ｂが塗布された正
極電極２の周囲を負極電極３の負極電極材料３ｂを塗布
した塗工部が完全に覆うようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
リチウムイオン電池は、負極集電体３ａの両面の同じ位
置に負極電極材料３ｂを塗布していたので、負極電極３
における負極集電体３ａの内周面に塗布された負極電極
材料３ｂが、巻き始めからほぼ１周分にわたって正極電
極２の正極電極材料２ｂに向かい合うことがなくなり、
この部分が発電に関与することなく無駄にスペースを占
有するため、電池の容積に対する電池容量の割合を減少
させるという問題があった。

【０００６】また、負極電極３における負極集電体３ａ
の外周面に塗布された負極電極材料３ｂも、最も外側の
ほぼ１周分にわたって正極電極２の正極電極材料２ｂに
向かい合うことがなくなり、この部分が発電に関与する
ことなく無駄にスペースを占有するため、電池の容積に
対する電池容量の割合を減少させるという問題があっ
た。

【０００７】なお、上記従来例では、リチウムイオン電
池の負極電極３に無駄が生じる場合について説明した
が、他の電池の場合には、正極電極に無駄が生じる場合
もあり得る。

【０００８】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、いずれか一方の電極の巻き始めの部分に、内
周面側にのみほぼ１周分にわたって電極材料の未塗工部
を設けることにより、電池容量を増加させることができ
る電池を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、集電
体の両面に電極材料を塗布した正極電極と負極電極をセ
パレータを介して巻回することにより巻回型の発電要素
を形成した電池において、正極電極又は負極電極のう
ち、電極材料の塗工部が発電要素の最も内側に配置され
る電極に、集電体の外周面の塗工開始部からほぼ１周分
にわたって、その裏側の内周面に電極材料を塗布しない
未塗工部が設けられたことを特徴とする。

【００１０】請求項１によれば、一方の電極における集
電体の内周面に、この外周面の電極材料の塗工開始部か
らほぼ１周分にわたって、電極材料を塗布しない未塗工
部が設けられるので、他方の電極の塗工部がこの一方の
電極の外周面の塗工開始部付近の外周から巻回されるよ
うにすれば、一方の電極の電極材料が他方の電極の電極
材料に向かい合わないという部分がほとんどなくなり、
無駄な電極材料がスペースを占有することにより電池容
量が減少するのを防ぐことができる。

【００１１】なお、塗工開始部とは、電極を巻き始め側
から辿った場合に電極材料の塗布が始まる部分をいい、
必ずしも実際に電極材料の塗布工程で塗布を開始した側
の部分とは限らない。

【００１２】請求項２の発明は、前記正極電極又は負極
電極のうち、電極材料の塗工部が発電要素の最も外側に
配置される電極に、集電体の内周面の塗工終了部までの
ほぼ１周分にわたって、その裏側の外周面に電極材料を
塗布しない未塗工部が設けられたことを特徴とする。

【００１３】請求項２によれば、一方の電極における集
電体の外周面に、この内周面の電極材料の塗工終了部ま
でのほぼ１周分にわたって、電極材料を塗布しない未塗
工部が設けられるので、他方の電極の塗工部がこの一方
の電極の内周面の塗工終了部付近の内側まで巻回される
ようにすれば、発電要素の外側においても、一方の電極
の電極材料が他方の電極の電極材料に向かい合わないと
いう部分がほとんどなくなり、無駄な電極材料がスペー
スを占有することにより電池容量が減少するのを防ぐこ
とができる。

【００１４】なお、塗工終了部とは、電極を巻き始め側
から辿った場合に電極材料の塗布が終わる部分をいい、
必ずしも実際に電極材料の塗布工程で塗布を終了した側
の部分とは限らない。

【００１５】請求項３の発明は、前記電池がリチウムイ
オン電池であり、前記塗工部の裏側に未塗工部を設ける
電極が負極電極であることを特徴とする。

【００１６】請求項３によれば、リチウムイオン電池の
負極電極の電極材料を無駄なくしかも確実に正極電極の
電極材料と向かい合わせることができるようになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１８】図１〜図２は本発明の一実施形態を示すも
のであって、図１は巻回型の発電要素の構造を示す平面
図、図２は巻回する正極電極と負極電極とセパレータの
構成を示す縦断面図である。なお、図３〜図５に示した
従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付
記する。

【００１９】本実施形態では、従来例と同様のリチウム
イオン電池について説明する。このリチウムイオン電池
の発電要素１は、図３に示したように、正極電極２と負
極電極３をセパレータ４を介して巻回することにより作
成される。正極電極２は、図２に示すように、帯状のア
ルミニウム箔からなる正極集電体２ａの両面に正極電極
材料２ｂを塗布したものであり、この正極集電体２ａの
巻き始めの部分には、正極電極材料２ｂを両面ともに塗
布しない両面未塗工部を設けて、この部分に短冊状のア
ルミニウム薄板からなるタブリード５を接続固定してい
る。また、この正極電極２の巻き終わりは、正極集電体
２ａの両面とも正極電極材料２ｂが終端まで塗布されて
いる。従って、この正極電極２は、従来と同様に、正極
集電体２ａの両面の同じ位置に正極電極材料２ｂが塗布
されている。

【００２０】負極電極３も、従来と同様に、帯状の銅箔
からなる負極集電体３ａの両面に負極電極材料３ｂを塗
布したものである。しかし、本実施形態では、この負極
集電体３ａの巻き始めの部分の外周面（図示下向き面）
には始端まで負極電極材料３ｂを塗布しているが、内周
面（図示上向き面）には巻回のほぼ１周分の長さにわた
って負極電極材料３ｂを塗布しない未塗工部３ｃを設け
ている。また、負極集電体３ａの巻き終わりの部分の内
周面には終端に近い部分まで負極電極材料３ｂを塗布し
ているが、外周面には巻回の１周分よりも少し長くにわ
たって負極電極材料３ｂを塗布しない未塗工部３ｄを設
けている。そして、この未塗工部３ｄの終端付近には、
短冊状のアルミニウム薄板からなるタブリード５を接続
固定している。なお、この負極集電体３ａの終端近くの
部分を、負極電極材料３ｂが両面ともに塗布されない両
面未塗工部としているのは、従来と同様に、ここにタブ
リード６を超音波溶接により接続固定するためである。

【００２１】上記正極電極２や負極電極３は、まず長尺
な帯状の正極集電体２ａや負極集電体３ａをリールから
順次繰り出しながら、一方の面に所定の間隔で正極電極
材料２ｂや負極電極材料３ｂを塗布し乾燥させる。次
に、これを一旦別のリールに巻き取った後に、このリー
ルから再び長尺な帯状の正極集電体２ａや負極集電体３
ａを順次繰り出しながら、他方の面に所定の間隔で正極
電極材料２ｂや負極電極材料３ｂを塗布し乾燥させる。
そして、これら正極電極材料２ｂや負極電極材料３ｂを
プレスして圧縮し、正極集電体２ａや負極集電体３ａを
所定の長さごとに切断することにより正極電極２や負極
電極３が製造される。この際、正極電極２の場合には、
一方の面に塗布された正極電極材料２ｂの位置を検出し
て、他方の面の同じ位置に正極電極材料２ｂを塗布すれ
ばよい。しかし、負極電極３の場合には、一方の面に塗
布された負極電極材料３ｂの位置を検出することによ
り、他方の面には位置を所定距離だけずらして負極電極
材料３ｂを塗布するようにしなければならない。

【００２２】本実施形態では、正極電極材料２ｂとし
て、コバルト酸リチウム、リチウム・ニッケル酸素又は
リチウム・マンガン系等の正極活物質にバインダ等を混
合したものを用いる。また、負極電極材料３ｂには、カ
ーボン系等の負極活物質にバインダ等を混合したものを
用いる。さらに、セパレータ４としては、イオン透過性
多孔質のポリエチレン・フィルムや、ポリプロピレンの
層の間にこのポリエチレンの層を介在させた３層構造の
イオン透過性多孔質のフィルムを用いる。ただし、本発
明は、これらの材質を限定するものではない。

【００２３】上記セパレータ４は、図１に示す巻芯７の
スリットに挿入され、この状態で巻芯７を回転させるこ
とにより２条の帯状として巻回される。この際、まず正
極電極２の巻き始めの両面未塗工部がタブリード５と共
にこれらのセパレータ４の間に挟み込まれて巻回され
る。そして、この正極電極２における正極集電体２ａの
両面に正極電極材料２ｂが塗布された塗工開始部が巻回
される直前に、その内側にセパレータ４を介して負極電
極３の巻き始め部分が挟み込まれて巻回される。する
と、この負極電極３の外周面の負極電極材料３ｂは、セ
パレータ４を介して外側の正極電極２の内周面の正極電
極材料２ｂと向かい合うことになる。また、この負極電
極３の内周面の負極電極材料３ｂも、セパレータ４を介
して内側の正極電極２の外周面の正極電極材料２ｂと向
かい合うことになる。しかも、この負極電極３の内周面
の巻き始め部分は、巻回のほぼ１周分だけ負極電極材料
３ｂが塗布されない未塗工部３ｃとなるが、この内側に
は正極電極２の両面未塗工部のみが向かい合うので、こ
こに負極電極材料３ｂが無駄に配置されるようなことが
なくなる。

【００２４】上記巻回によって正極電極２が巻き終わり
部分まで全て巻回されると、負極電極３がセパレータ４
を介してさらにその外側をほぼ１周分だけ覆うように巻
回される。すると、この負極電極３の内周面の負極電極
材料３ｂは、セパレータ４を介して内側の正極電極２の
外周面の正極電極材料２ｂと向かい合うことになる。し
かも、この負極電極３の外周面の巻き終わり部分は、巻
回の１周分よりも少し長くにわたって負極電極材料３ｂ
が塗布されない未塗工部３ｄとなるが、この外側にはも
はや正極電極２が巻回されないので、ここに負極電極材
料３ｂが無駄に配置されるようなこともなくなる。

【００２５】そして、負極電極３の巻回が終了し終端近
くのタブリード６も巻き込まれると、さらにこの外側を
覆うようにセパレータ４を巻回した後に、図示しない巻
き止めテープで止めて発電要素１を完成する。また、こ
の発電要素１を図示しない電池缶に収納し、タブリード
５，６をそれぞれ正負極の端子に接続して非水電解液を
注入し密閉すれば、本実施形態のリチウムイオン電池が
完成する。

【００２６】上記構成のリチウムイオン電池によれば、
負極電極３の巻き始め部分の内周面に負極電極材料３ｂ
が塗布されない未塗工部３ｃが設けられるので、正極電
極２の正極電極材料２ｂと向かい合わないこの未塗工部
３ｃに負極電極材料３ｂが塗布される無駄をなくすこと
ができる。また、負極電極３の巻き終わり部分の外周面
にも負極電極材料３ｂが塗布されない未塗工部３ｄが設
けられるので、正極電極２の正極電極材料２ｂと向かい
合わないこの未塗工部３ｄに負極電極材料３ｂが塗布さ
れる無駄をなくすことができる。従って、これら未塗工
部３ｃ，３ｄによって発電要素１の巻回スペースの無駄
がなくなるので、その分だけ巻回数を増やして電池容量
を増加させることができるようになる。しかも、正極電
極２の両面の正極電極材料２ｂは、必ずセパレータ４を
介して負極電極３の負極電極材料３ｂと向かい合うの
で、イオン化金属が樹枝状に結晶析出するようなおそれ
も生じない。

【００２７】なお、上記実施形態では、負極電極３の巻
き終わり部分にも未塗工部３ｄを設ける場合について説
明したが、巻き始め部分に未塗工部３ｃを設けるだけで
も、巻回スペースの無駄をなくし電池容量を増加させる
ことができる。

【００２８】また、上記実施形態では、リチウムイオン
電池の負極電極３に未塗工部３ｃ等を設ける場合につい
て説明したが、正極電極２側に未塗工部を設けることも
可能である。ただし、この場合にも、正極電極２の正極
電極材料２ｂは、必ず負極電極３の負極電極材料３ｂと
向かい合うようにする必要がある。

【００２９】さらに、上記実施形態では、リチウムイオ
ン電池について説明したが、巻回型の発電要素を備えた
電池一般にも同様に実施可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の電池によれば、発電要素の中心部で正負の電極の電極
材料が確実に向かい合うようにすることができるので、
いずれかの電極の電極材料が無駄にスペースを占有する
ようなことがなくなり、電池容量を増加させることがで
きる。

【００３１】また、最も外側の電極の外周面にも未塗工
部を設ければ、発電要素の外側でも電極の電極材料が無
駄にスペースを占有するようなことがなくなり、さらに
電池容量を増加に貢献することができる。

【００３２】さらに、負極電極の片側の面にのみ電極材
料の未塗工部を設けることにより、リチウムイオン電池
の電池容量を安全に増加させることができるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、巻回
型の発電要素の構造を示す平面図である。

【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、巻回
する正極電極と負極電極とセパレータの構成を示す縦断
面図である。

【図３】従来例を示すものであって、巻回型の発電要素
の巻回工程を示す斜視図である。

【図４】従来例を示すものであって、巻回する正極電極
と負極電極とセパレータの構成を示す縦断面図である。

【図５】従来例を示すものであって、巻回型の発電要素
の構造を示す平面図である。

【符号の説明】 １ 発電要素 ２ 正極電極 ２ａ 正極集電体 ２ｂ 正極電極材料 ３ 負極電極 ３ａ 負極集電体 ３ｂ 負極電極材料 ３ｃ 未塗工部 ３ｄ 未塗工部 ４ セパレータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集電体の両面に電極材料を塗布した正極
   電極と負極電極をセパレータを介して巻回することによ
   り巻回型の発電要素を形成した電池において、 正極電極又は負極電極のうち、電極材料の塗工部が発電
   要素の最も内側に配置される電極に、集電体の外周面の
   塗工開始部からほぼ１周分にわたって、その裏側の内周
   面に電極材料を塗布しない未塗工部が設けられたことを
   特徴とする電池。
2. 【請求項２】 前記正極電極又は負極電極のうち、電極
   材料の塗工部が発電要素の最も外側に配置される電極
   に、集電体の内周面の塗工終了部までのほぼ１周分にわ
   たって、その裏側の外周面に電極材料を塗布しない未塗
   工部が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の電
   池。
3. 【請求項３】 前記電池がリチウムイオン電池であり、
   前記塗工部の裏側に未塗工部を設ける電極が負極電極で
   あることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電
   池。