JP2000082484A - 二次電池の電極ロ―ル - Google Patents

二次電池の電極ロ―ル

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、陽極と陰極の容量比率（Ｎ／Ｐ
ｒａｔｉｏ）が、１より小さい部分において陽極と陰極
のショートを防止し、電池の性能を確保できる二次電池
の電極ロールを提供することにある。 【構成】 このため、本発明は、陽極と陰極およびその
間にそれぞれ配置されるセパレーターを一緒に巻き取っ
て形成される電極ロールの曲線部分において、陰極と陰
極の外側に配置される陽極との間に位置するセパレータ
ーの厚みを、上記陰極の内側に配置されるセパレーター
の厚みより２〜３倍厚く形成する。従って電極ロールの
幾何学的構造による曲線部において不可避的に析出され
る金属酸化物の成長による電極のショートを防止でき
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、二次電池に関する
ものであり、より詳しくは、陽極と陰極およびその間に
セパレーターを配置して巻き取った電極ロールの曲線部
で発生する金属酸化物の析出の問題を解消できる二次電
池の電極ロールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】二次電池は、陽極と陰極をセパレーター
と共に巻き取ってカンに挿入した後、そのカンに電解物
質を注入し、電流を印加した時に電解液および陽極と陰
極に塗布した活物質の間で発生する物理化学的な反応を
利用する電池である。このような二次電池は使用によっ
て消耗したエネルギーを充電器で再充電して繰り返し使
用を可能にした電池として、ポータブル化する電子電気
製品と共に急速な進展を見せている。
【０００３】二次電池は、陽極や陰極または電解液にど
んな物質を使用するかによって、ニッケルカドミウム電
池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池およびリチ
ウムポリマー電池等に分かれ、形態的には円筒形、パッ
ケージ形および角形に区分される。
【０００４】図４は、一般的な角形二次電池の構造を示
している。図面の電極ロール２は、陽極２ａとセパレー
ター２ｃおよび陰極２ｂが一緒に巻き取られカン４の内
部に収納され、このカン４の上部にキャップアセンブリ
６を設けて溶接によって密封する構造で出来ている。上
記電極ロール２は、その上面と下面にキャップアセンブ
リ６およびカン４との接触を防止するためにそれぞれ絶
縁板８が設けられる。
【０００５】ここで、電極ロール２の陽極２ａと陰極２
ｂは、それぞれ陽極板と陰極板の両表面に陽極活物質と
陰極活物質を一定の厚みに塗布し、乾燥させた後ロール
プレスして製造する。
【０００６】このような陽極２ａと陰極２ｂは、その間
にセパレーター２ｃを挿入し、巻き取り開始点からセパ
レーター２ｃ二つがぴったりと挟まれた状態で巻き取ら
れることによって図３に図示したような電極ロール２を
製造できる。このような電極ロール２は、角形２次電池
に使用されるものであり、大略楕円形の横断面を持ち、
直線部Ｓｔと曲線部Ｃに分かれる。
【０００７】電極ロール２の曲線部Ｃは、任意のセパレ
ーター２ｃを基準にして陽極２ａと陰極２ｂが交替に反
復し重なった構造になっている。この時、陽極２ａが外
側に位置するのかまたは陰極２ｂが外側に位置するのか
によって、円周方向の距離が相異するので、隣接するの
陽極２ａと陰極２ｂの容量比率（Ｎ／Ｐ ｒａｔｉｏ）
が異なって現われる。
【０００８】一般的に、二次電池において、陰極の活物
質量を陽極の活物質量で割った陽極と陰極の容量比率
（Ｎ／Ｐ ｒａｔｉｏ）は通常、当業界では１．２ない
し１．４を維持している。これは充放電時、陽極から放
出される陽極イオンが陰極に充分に吸収され得るリザー
ブ（ｒｅｓｅｒｖｅ）を確保するためである。例えば、
陽極と陰極の容量比が１より小さくなると、陽極から放
出されたイオンが陰極に完全に吸収されずに、二次電池
の内部の陰極表面に金属酸化物として析出し電池の充放
電性能を低下させ、充放電の反復によって上記金属酸化
物が成長し隣接する電極とショートするようになる。
【０００９】このような点を考慮して、従来の電極ロー
ル２の容量比率を図５によってより詳しく説明する。図
５は電極ロール２の曲線部Ｃに該当する陽極２ａと陰極
２ｂを直線にひろげ、陽極２ａと陰極２ｂの長さの差を
可視的に示している。図面のように隣接する陽極２ａと
陰極２ｂの長さの差は、△Ｌになり、それに活物質の厚
さＴをかけた値が陽極２ａと陰極２ｂ間の活物質量の差
になる。（ただし、陽陰極基材は、容量比率と関係ない
ので考慮しない。）
【００１０】このような活物質量の差は、セパレーター
２ｃを基準に隣接した陽極２ａと陰極２ｂの容量比率
（Ｎ／Ｐ ｒａｔｉｏ）の差を招き、セパレーター２ｃ
を基準に両側に巻き取られた陽極２ａと陰極２ｂにおい
て、陽極２ａがセパレーター２ｃ外側に位置する場合に
は、特に陰極２ｂ活物質の量が陽極２ａ活物質の量より
少なくなることにより、陽極と陰極の容量比率（Ｎ／Ｐ
ｒａｔｉｏ）が１より小さくなるのが分かる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】このように容量比率が
１より小さい部分においては、陽陰極間の容量差によっ
て陽極２ａから放出されたイオンが陰極２ｂの表面に金
属酸化物１０の形態で析出するようになる。
【００１２】しかし、従来の二次電池の電極ロール２に
使われているセパレーター２ｃは、その厚みが一律的で
あり、リチウム金属酸化物が析出しない領域では問題に
ならないが、陽極２ａと陰極２ｂの容量比率が１より小
さい領域では金属酸化物１０が、陰極２ｂ表面に析出し
て続けて成長することによりセパレーター２ｃを貫通後
その外側に位置する陽極２ａとショートする可能性があ
り、その場合には、電池の性能に悪影響を与えるように
なる。
【００１３】本発明は、以上のような問題点を解決する
為に、陽極と陰極の容量比率（Ｎ／Ｐ ｒａｔｉｏ）が
１より小さい部分においてリチウム金属酸化物が析出し
成長しても、二次電池の性能を保障出来る二次電池の電
極ロールを提供することをその目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために本発明は、次のような二次電池の電極ロールを提
供する。本発明の二次電池の電極ロールは、陽極と陰極
およびその間に配置されたセパレーターを一緒に巻取っ
て形成される電極ロールの曲線部において、上記陰極と
その陰極の外側に配置される陽極との間に位置するセパ
レーターの厚みを、その陰極の内側に位置するセパレー
ターの厚みより厚く形成して構成する。
【００１５】望ましくは、上記陰極の外側に位置するセ
パレーターの厚みは３０〜４５μｍ程度に形成し、上記
陰極の内側に位置するセパレーターの厚みは１５〜２３
μｍ程度に形成する。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明は、電極ロールの陰極の外
側に位置されるセパレータを内側に位置されるセパレー
タよりも厚く形成することによって、陽極と陰極の容量
比率が１より小さく現われる部分で陰極表面に析出およ
び成長する金属酸化物が陽極とショートする事を防止す
ることが出来、電池の性能を確保できるようになる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の望ましい実施例を添付図面を
元に詳しく説明する。参考に本発明を説明するに際して
従来の技術において引用された図面と同一の本発明の構
成に対しては、説明の明瞭性のために同一の符号を用い
る。
【００１８】まず、本発明の理解を円滑に進めるため
に、角形二次電池の構成を例に挙げて説明する。
【００１９】図４は、一般的な角形二次電池の構造を示
している。図面の電極ロール２は、陽極２ａとセパレー
ター２ｃおよび陰極２ｂが一緒に巻き取られカン４の内
部に収納され、このカン４の上部にキャップアセンブリ
６を設けて溶接によって密封する構造で出来ている。上
記電極ロール２は、その上面と下面にキャップアセンブ
リ６およびカン４との接触を防止するためにそれぞれ絶
縁板８が設けられる。
【００２０】ここで、電極ロール２の陽極２ａと陰極２
ｂは、それぞれ陽極板と陰極板の両表面に陽極活物質と
陰極活物質を一定の厚みに塗布し、乾燥させた後ロール
プレスして製造する。
【００２１】このような陽極２ａと陰極２ｂは、その間
にセパレーター２ｃを挿入し、巻き取り開始点からセパ
レーター２ｃ二つがぴったりと挟まれた状態で巻き取ら
れることによって図３に図示したような電極ロール２を
製造できる。このような電極ロール２は、角形２次電池
に使用されるものであり、大略楕円形の横断面を持ち、
直線部Ｓｔと曲線部Ｃに分かれる。
【００２２】図２のように、陽極２ａと陰極２ｂの間に
セパレーター２ｃ、２ｃｃを配置し、これを一緒に巻き
取って形成した電極ロール２は、曲線部Ｃにおいて陽極
と陰極の容量比率（Ｎ／Ｐ ｒａｔｉｏ）が１より小さ
い部分が存在するようになるが、これは、電極ロール２
を巻き取る構造上、不可避的なことである。
【００２３】このような点を考慮して、本発明において
は、陽極２ａと陰極２ｂの容量比率（Ｎ／Ｐ ｒａｔｉ
ｏ）が１より小さい部分において金属酸化物が析出およ
び成長したとしても、その間の間隔を広げる手段により
陽極２ａと陰極２ｂのショートを防止する。
【００２４】より具体的に述べるなら、本発明の電極ロ
ール２は、曲線部Ｃにおいて陰極２ｂとその陰極２ｂの
外側に配置される陽極２ａとの間に位置するセパレータ
ー２ｃｃの厚みを、上記陰極２ｂの内側に位置するセパ
レーター２ｃの厚みより厚く形成するのであり、その厚
みは、陰極２ｂの内側に位置するセパレーター２ｃの約
２〜３倍程度の３０〜４５μｍ程度のものを使用する。
【００２５】一方、本発明においてセパレーター２ｃを
基準にして、その外側に陰極２ｂが位置し、内側に陽極
２ａが位置する場合は、陽極２ａと陰極２ｂの容量比率
（Ｎ／Ｐ ｒａｔｉｏ）がいつも１より大きくなる点を
勘案して、この時には、上記セパレーター２ｃを陰極２
ｂの外側に位置するセパレーター２ｃｃより相対的に薄
いものを使用する。ここで、上記セパレーター２ｃの厚
みは、二次電池に主に使われている１５〜２３μｍ程度
に形成する。
【００２６】このように形成された本発明の電極ロール
２は、図１のように曲線部Ｃをひろげて置いた状態に図
示した場合、陽極２ａと陰極２ｂがセパレーター２ｃ、
２ｃｃを介して、交互に繰り返して積層された構造で出
来ているものであり、特に陰極２ｂの外側（図面の上
側）のセパレーター２ｃｃが陰極２ｂの内側（図面の下
側）のセパレーター２ｃより相対的に厚いものである。
【００２７】本発明の電極ロール２は、図３のように曲
線部Ｃと一緒に直線部Ｓｔを保有しており、直線部Ｓｔ
に対しても先に説明したように、陰極２ｂの外側に位置
するセパレーター２ｃｃを内側に位置するセパレーター
２ｃより厚く形成することが出来る。また、上記直線部
Ｓｔにおいては陽極２ａと陰極２ｂの容量比率（Ｎ／Ｐ
ｒａｔｉｏ）が１より小さい部分がないことを勘案し
て、陰極２ｂの外側に位置するセパレーター２ｃｃと内
側に位置するセパレーター２ｃの厚みを同じに形成する
ことも出来る。
【００２８】このように形成された本発明の電極ロール
２は、図４のように角形のカン４の内部に収納され、そ
のカン４の上部に電極ロール２の陽極２ａとつながった
リベット５を含むキャップアセンブリ６が設置され、電
解液の注入後密閉されて二次電池を構成するようにな
る。
【００２９】一方、本発明のセパレーター２ｃ、２ｃｃ
は、角形二次電池だけでなく円筒形二次電池に使用され
る電極ロールにも同様に適用できるが、円筒形二次電池
においては、電極ロール全体を曲線部と仮定することが
出来るので、同様に陰極とその陰極の外側に配置される
陽極との間に位置するセパレーターの厚みを、上記陰極
の内側に位置するセパレーターの厚みより厚く形成する
ことが出来るのである。
【００３０】
【発明の効果】以上詳しく述べたように本発明による二
次電池の電極ロールは従来の問題点を実質的に解消して
いる。すなわち本発明は、陽極と陰極の間にセパレータ
ーを配置し、一緒に巻き取って形成される電極ロールの
幾何学的構造によって、相対的に陽極と陰極の容量比率
（Ｎ／Ｐ ｒａｔｉｏ）が１より小さい部分が存在し、
その部分においてリチウム金属酸化物が析出および成長
する場合、厚いセパレーターを配置することによって陽
極と陰極の間の間隔をひろげて陽極と陰極のショートを
防止することが出来るのであり、電池の性能を確保する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電極ロールをひろげて直線化した
状態の平面図である。
【図２】本発明による電極ロールの曲線部を拡大図示し
た平面図である。
【図３】一般的な電極ロールの全体構造を示した平面図
である。
【図４】一般的な角形二次電池の全体構造を示した側断
面図である。
【図５】従来の公知された電極ロールをひろげて直線化
した状態の平面図である。
【符号の説明】
２ 電極ロール ２ａ 陽極 ２ｂ 陰極 ２ｃ 内側のセパレーター ２ｃｃ 外側のセパレーター

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 陽極と陰極の間にセパレーターを介して
    一緒に巻き取って直線部と曲線部を持つように形成され
    る二次電池の電極ロールにおいて、上記曲線部の陰極の
    外側に位置するセパレーターを上記陰極の内側に位置す
    るセパレーターより厚く形成したことを特徴とする二次
    電池の電極ロール。
  2. 【請求項２】 上記電極ロールは、上記直線部の陰極の
    外側に位置するセパレーターを上記陰極の内側に位置す
    るセパレーターより厚く形成することをさらに含む請求
    項１に記載の二次電池の電極ロール。
  3. 【請求項３】 上記電極ロールは、上記陰極の外側に配
    置するセパレーターを陰極の内側に位置するセパレータ
    ーの２〜３倍の厚みに形成する請求項１また請求項２に
    記載の二次電池の電極ロール。
  4. 【請求項４】 上記電極ロールは、上記陰極の外側に位
    置するセパレーターを３０〜４５μｍの厚みに形成する
    請求項３に記載の二次電池の電極ロール。
  5. 【請求項５】 上記電極ロールは、上記陰極の内側に位
    置するセパレーターを１５〜２３μｍの厚みに形成する
    請求項３に記載の二次電池の電極ロール。
  6. 【請求項６】 陽極と陰極の間にセパレーターを介して
    一緒に巻き取って形成される二次電池の電極ロールのに
    おいて、上記陰極の外側に位置するセパレーターを上記
    陰極の内側に位置するセパレーターより厚く形成したこ
    とを特徴とする二次電池の電極ロール。
  7. 【請求項７】 上記電極ロールは、上記陰極の外側に位
    置するセパレーターを陰極の内側に位置するセパレータ
    ーの２〜３倍の厚みに形成する請求項６に記載の二次電
    池の電極ロール。
  8. 【請求項８】 上記電極ロールは、上記陰極の外側に位
    置するセパレーターを３０〜４５μｍの厚みに形成する
    請求項７に記載の二次電池の電極ロール。
  9. 【請求項９】 上記電極ロールは、上記陰極の内側に位
    置するセパレーターを１５〜２３μｍの厚みに形成する
    請求項７に記載の二次電池の電極ロール。
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