JP2000173642A - 電 池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２枚のセパレータ１ｃ，１ｄの端部を固着す
ることにより、これらの間に挟まれた負極１ｂの端がは
み出して内部短絡を生じるようなことのない電池を提供
する。 【解決手段】 正極１ａや負極１ｂと交互に重ねて巻回
する２枚のセパレータ１ｃ，１ｄの始端部Ａや終端部Ｂ
がそれぞれ互いにヒートシールによって固着された。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、帯状の正負の電極
を帯状のセパレータを介して巻回した巻回型の発電要素
を備えた電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】長円筒形の巻回型の発電要素１を備えた
大型大容量の非水電解質二次電池の構成例を説明する。
この発電要素１は、図３に示すように、帯状の正極１ａ
及び負極１ｂと帯状の２枚のセパレータ１ｃ，１ｄとを
交互に重ねて長円筒形に巻回したものであり、正極１ａ
と負極１ｂをそれぞれ上下に少しずつずらして巻回する
ことにより、発電要素１の下端側には正極１ａの下方端
縁部のみを突出させ、上端側には負極１ｂの上方端縁部
のみを突出させている。また、２枚のセパレータ１ｃ，
１ｄは、これら正極１ａと負極１ｂが重なり合う部分は
確実に覆うが、上下の端縁部は覆わないような幅で巻回
する。これらのセパレータ１ｃ，１ｄは、ポリエチレン
等の合成樹脂のシートを延伸させて電解液が浸透可能な
微細な孔を多数形成した微多孔膜を使用している。この
ような延伸加工による微多孔膜は、電池の異常発熱時に
収縮して微細な孔を閉じるので、電解液を通さない熱閉
塞状態となって反応を停止させ非水電解質二次電池の安
全性を高めることができるという利点を有する。

【０００３】上記セパレータ１ｃ，１ｄは、図４に示す
ように、正極１ａや負極１ｂよりも先に巻回を開始する
と共に、巻回の終端部でも正極１ａや負極１ｂよりも長
い位置でカットすることにより、これら巻回の始端部と
終端部とで２枚のセパレータ１ｃ，１ｄ同士が重なり合
うようにして、正極１ａと負極１ｂとが直接接触するこ
とがないようにしている。そして、図５に示すように、
最外周のセパレータ１ｄをテープ２で止め付けることに
より、発電要素１の巻きがほどけないようにする。

【０００４】上記発電要素１は、図６に示すように、正
極１ａと負極１ｂにそれぞれ集電体３，３を介して正極
と負極の端子４，４が接続固定される。また、これら正
極と負極の端子４，４には、予めガラスハーメチックシ
ールやセラミックハーメチックシールを介して金属リン
グ５，５が絶縁固定されていて、発電要素１との接続後
に、電池ケース蓋部６の２箇所の開口孔にこれらの金属
リング５，５を嵌入させて溶接により封止固着する。そ
して、発電要素１を電池ケース本体７に収納し、この電
池ケース本体７の上端開口部に電池ケース蓋部６を嵌め
込んで周囲を溶接により封止固着することにより、正極
と負極の端子４，４の上端部のみを外部に突出させて内
部を密閉する。非水電解質二次電池は、この後に電池ケ
ース蓋部６の注入口６ａから非水電解液を注入して封口
することにより完成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記非水電
解質二次電池は、充放電に伴って正極１ａと負極１ｂの
活物質となるコバルト酸リチウムやカーボン等が膨張と
収縮を繰り返すので、特に大型大容量の電池のように巻
回長が１０ｍ以上にも達するようなものでは、これら正
極１ａと負極１ｂの長さ方向の伸縮も非常に大きくな
る。しかも、正極１ａや負極１ｂが伸縮を繰り返すこと
により、巻回の巻きが弛んでセパレータ１ｃ，１ｄが徐
々にずれることもある。また、非水電解質二次電池で
は、充放電時の発熱量が特に大きいので、延伸加工した
合成樹脂製のセパレータ１ｃ，１ｄが高温によって収縮
し易くなる。このため、従来の非水電解質二次電池は、
正極１ａや負極１ｂの伸縮による伸びとセパレータ１
ｃ，１ｄのズレや熱による収縮によって、巻回の始端部
や終端部でセパレータ１ｃ，１ｄの端から正極１ａや負
極１ｂの端が突出し、これらが互いに接触して内部短絡
を起こすおそれがあるという問題があった。

【０００６】また、上記問題を解消するために、予め十
分に長いセパレータ１ｃ，１ｄを使用した場合には、高
価なセパレータ１ｃ，１ｄが大量に必要となるので製品
のコストアップに繋がり、余分なセパレータ１ｃ，１ｄ
を収容するために電池のエネルギー密度も低下するとい
う問題が生じる。

【０００７】さらに、非水電解質二次電池に限らず他の
電池の場合にも、程度の差はあれ電極の収縮は生じるの
で、同様の問題が生じるおそれがある。

【０００８】本発明は、かかる事情に対処するためにな
されたものであり、巻回する２枚のセパレータの端部を
互いに固着することにより、これらの間の電極がはみ出
して内部短絡を生じるようなことのない電池を提供する
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、帯状
の正負の電極と帯状の２枚のセパレータを２枚のセパレ
−タ間に正極または負極がはさみ込まれるように交互に
重ねて巻回した巻回型の発電要素を備えた電池におい
て、２枚のセパレータの巻回始端部及び／又は巻回終端
部がそれぞれ互いに固着されたことを特徴とする。

【００１０】請求項１の発明によれば、２枚のセパレー
タの端部が固着されているので、これらの間に挟まれた
電極が充放電による伸長したりセパレータ自体にずれや
熱による収縮が生じても、電極がセパレータの端からは
み出して短絡を生じるようなことがなくなる。

【００１１】請求項２の発明は、前記セパレータが熱可
塑性の合成樹脂製であり、これらのセパレータの端部が
ホットメルト、ヒートシール、超音波融着等によって熱
融着されたことを特徴とする。

【００１２】請求項２の発明によれば、セパレータの端
部を簡単なヒートシール工程で容易に固着できるように
なる。

【００１３】

【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。

【００１４】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は非水電解質二次電池の巻回型の発電
要素における巻回終了時の構造を示す斜視図、図２は非
水電解質二次電池の巻回型の発電要素の構造を示す斜視
図である。なお、図３〜図６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。

【００１５】本実施形態は、従来例と同様に、長円筒形
の巻回型の発電要素１を備えた大型大容量の非水電解質
二次電池について説明する。この非水電解質二次電池の
発電要素１は、図１に示すように、帯状の正極１ａと負
極１ｂを上下にずらし、２枚の帯状のセパレータ１ｃ，
１ｄと交互に重ねて長円筒形に巻回したものである。正
極１ａは、帯状のアルミニウム箔の下端部を除く表面
に、例えばコバルト酸リチウム等の活物質とバインダ等
の混合物からなる合剤層を形成したものであり、このコ
バルト酸リチウム等の活物質が充放電に伴って膨張と収
縮を繰り返す。また、負極１ｂは、帯状の銅箔の上端部
を除く表面に、例えば黒鉛ボン等の炭素材料とバインダ
等の混合物からなる合剤層を形成したものであり、この
黒鉛等の炭素材料も充放電に伴って膨張と収縮を繰り返
す。セパレータ１ｃ，１ｄは、ポリエチレン等の熱可塑
性の合成樹脂のシートを延伸加工により帯状の微多孔膜
としたものである。

【００１６】上記２枚のセパレータ１ｃ，１ｄは、予め
巻回の始端部Ａがヒートシールによって互いに熱融着さ
れて固着されている。そして、まずこれらのセパレータ
１ｃ，１ｄだけを少し巻回し、次にこれら２枚のセパレ
ータ１ｃ，１ｄの間に負極１ｂの始端を挿入すると共
に、外周側のセパレータ１ｄのさらに外側に正極１ａの
始端を挿入して、これら正極１ａと負極１ｂとセパレー
タ１ｃ，１ｄの巻回を行う。このようにして所定長の巻
回が完了すると、正極１ａと負極１ｂの終端を切断され
る。ただし、正極１ａの活物質は、必ず負極１ｂの活物
質と対向していなければならないので、負極１ｂの方を
１回多く巻回する。なお、図面では、構成を分かり易く
表すために、発電要素１の巻回数を少なく示している
が、実際には正極１ａと負極１ｂとセパレータ１ｃ，１
ｄがさらに密に巻回されて極めて多くの巻回数となる。

【００１７】２枚のセパレータ１ｃ，１ｄは、上記正極
１ａと負極１ｂよりも十分に長い位置で終端を切断さ
れ、この終端部Ｂがヒートシールによって互いに熱融着
されて固着される。この際、２枚のセパレータ１ｃ，１
ｄを少し広い幅でヒートシールし、この熱融着部を中央
で切断すれば、今回の発電要素１の巻回作業に用いるセ
パレータ１ｃ，１ｄの終端部Ｂのヒートシールと、次の
発電要素１の巻回作業に用いるセパレータ１ｃ，１ｄの
始端部Ａのヒートシールを１回の工程で済ませることが
できるようになる。そして、図２に示すように、このセ
パレータ１ｃ，１ｄの終端部Ｂをテープ２で止め付け
る。なお、このテープ２は、電池の組み立て時に発電要
素１の巻きがほどけるのを防止するためだけのものであ
るため、電解液に溶融可能なものを用いて、使用時の正
極１ａと負極１ｂの伸縮やセパレータ１ｃ，１ｄの収縮
によるストレスを受けないようにすることもできる。

【００１８】上記構成の発電要素１を用いた非水電解質
二次電池は、使用時に充放電に伴って正極１ａと負極１
ｂのコバルト酸リチウムや炭素材料等が膨張と収縮を繰
り返したり、合成樹脂シートを延伸したセパレータ１
ｃ，１ｄが充放電時の発熱によって収縮した場合であっ
ても、これら２枚のセパレータ１ｃ，１ｄの巻回の始端
部Ａと終端部Ｂが固着されているので、これらの間に挟
まれた負極１ｂの端がセパレータ１ｃ，１ｄからはみ出
すようなおそれがなくなる。このため、本実施形態の非
水電解質二次電池は、正極１ａと負極１ｂの端部が接触
して内部短絡を起こすのを確実に防止することができ
る。

【００１９】なお、上記実施形態では、２枚のセパレー
タ１ｃ，１ｄにポリエチレン等の熱可塑性の合成樹脂シ
ートを用いる場合について説明したが、必ずしも熱可塑
性の合成樹脂シ−トである必要はなく、電解液が透過可
能な不織布等を用いることもできる。熱収縮性のない不
織布等をセパレータ１ｃ，１ｄに用いる場合にも、充放
電に伴う正極１ａと負極１ｂの伸縮により、これらの正
極１ａと負極１ｂの端がセパレータ１ｃ，１ｄからはみ
出すおそれは生じる。

【００２０】また、上記実施形態では、２枚のセパレー
タ１ｃ，１ｄの始端部Ａと終端部Ｂをヒートシールによ
って熱融着させる場合について説明したが、これら始端
部Ａと終端部Ｂが固着されて正極１ａや負極１ｂがはみ
出さないようになっていればよいので、接着剤や粘着剤
によって固着することもできる。特に、不織布の固着に
はホットメルトが適している。しかも、この固着部分
は、始端部Ａと終端部Ｂの全領域である必要はなく、例
えば１点又は２点以上をスポット的に固着することもで
きる。さらに、２枚のセパレータ１ｃ，１ｄの切断位置
をずらして、このズレの部分をテープで止め付けて互い
に固着することもできる。特に、終端部Ｂの場合には、
発電要素１の巻きを止めるためのテープ２を２枚のセパ
レータ１ｃ，１ｄの固着用に兼用することもできる。た
だし、この場合のテープ２は、電解液に溶融しないもの
を用いる必要がある。

【００２１】さらに、上記実施形態では、セパレータ１
ｃ，１ｄの始端部Ａと終端部Ｂの双方を固着する場合に
ついて説明したが、電池構成に応じて実際に内部短絡が
生じるおそれの高い始端部Ａ又は終端部Ｂのいずれか一
方のみを固着しても十分な効果を得ることができる。

【００２２】さらに、上記実施形態では、長円筒形の巻
回型の発電要素１について説明したが、巻回型であれば
円筒形等であっても同様に実施可能である。また、上記
実施形態では、正極１ａと負極１ｂの充放電による伸縮
が大きく、熱により収縮し易い合成樹脂製のセパレータ
１ｃ，１ｄを用いるために特に本発明が有効となる非水
電解質二次電池について説明したが、他の種類の電池の
場合にも程度の差はあれ本発明は有効であり同様に実施
可能である。

【００２３】

【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、巻回型の発電要素の電極の端がセパレ
ータからはみ出すおそれがなくなるので、この電極が内
部短絡を起こすおそれを確実に防止することができるよ
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、非水
電解質二次電池の巻回型の発電要素における巻回終了時
の状態を示す斜視図である。

【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、非水
電解質二次電池の巻回型の発電要素の構造を示す斜視図
である。

【図３】従来例を示すものであって、非水電解質二次電
池の巻回型の発電要素を説明するための巻回中の斜視図
である。

【図４】従来例を示すものであって、非水電解質二次電
池の巻回型の発電要素における巻回終了時の状態を示す
斜視図である。

【図５】従来例を示すものであって、非水電解質二次電
池の巻回型の発電要素を示す斜視図である。

【図６】従来例を示すものであって、非水電解質二次電
池の構造を説明するための組み立て斜視図である。

【符号の説明】

１ 発電要素 １ａ 正極 １ｂ 負極 １ｃ セパレータ １ｄ セパレータ Ａ 始端部 Ｂ 終端部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯状の正負の電極と帯状の２枚のセパレ
   ータを２枚のセパレ−タ間に正極または負極がはさみ込
   まれるように交互に重ねて巻回した巻回型の発電要素を
   備えた電池において、 ２枚のセパレータの巻回始端部及び／又は巻回終端部が
   それぞれ互いに固着されたことを特徴とする電池。
2. 【請求項２】 前記セパレータが熱可塑性の合成樹脂製
   であり、これらのセパレータの端部が熱融着されたこと
   を特徴とする請求項１に記載の電池。